談超級結構比拼教學項目的設計與實踐

【文章摘要】

本文介紹了大連普通高中創新實踐學校面向來至全大連市普通高中通用技術選修建筑模塊的學生通過本課對建筑結構設計及制作的實驗， 激發了學生的創造欲望，強化學生手腦并用，培養了學生創新精神，同時提高了學生的交流表達能力。教學效果顯著，深受學生喜歡。

【關鍵詞】

結構設計；設計制作；模型尺寸；模型質量；加載試驗；承重比拼；創新精神

1 教學目的和任務

本課程的設計在體現《基礎教育課程改革綱要（試行）》中所提出的培養目標的同時，注重學生創新精神和實踐能力的培養，并形成了通用技術在課程目標上的獨特追求。本次超級結構比拼是給學生一次設計制作結構的機會，讓學生充分體會設計制作的樂趣。本次超級結構的設計制作能讓學生充分運用所有的理論知識及社會常識，需要將各種觀點和知識融合在一起，從而有利于高中生將各科知識融會貫通進行設計創新，并讓學生動手實踐來檢驗自己的設計，注重發展了學生的興趣、潛力和特長，突出學生在教學中的主體地位，充分發揮學生主動性，創造性和想象力。

超級結構大比拼任務書要求：

1.1結構形式不限，模型質量小于（100）克，底座形狀不限，最長邊邊長（圓就是直徑）不能超過（100）mm，結構高度（400±10mm。）

1.2支撐柱形狀，根數自己設定。

1.3檢測承載值

1.4求承載與自身重量的比值。

1.5完成設計任務書

1.6組長對本結構模型進行表述，交流。

（模型質量限定30g或50g；底邊直徑70mm或100mm；高度250±10mm或400±10mm ）

2 具體步驟和內容

2.1學生分組：各學校人數不同，所以每個班次人數不一定，在19-26之間，每個班次分5或6組，每組4-5人，分組時考慮本次設計主要由學生獨立完成，教師只對學生提出的問題給予指導，分組的原則是學生自己組合，教師建議他們選擇彼此熟悉的，配合默契的，理論知識強，制作能力強的搭配組合，最終是由學生自由組合決定分組。

2.2解讀任務書，明確設計內容。教師和學生逐條分析，明確模型的質量要求，檢測質量的方法用電子天平測量。展示電子天平的使用，儀器的測量范圍。分析模型尺寸的要求，底座及高度要求。

2.3分發制作模型的材料及工具。模型的主要材料是ABS型材，主要規格有4種，方形截面的有兩種5mm*5mm和3mm*3mm的長度是500mm，圓形截面的有兩種直徑分別是5mm和3mm，長度也是500mm。ABS型材有良好的韌性和一定的脆性。ABS型材主要用于支撐柱部分。泡沫板用于桿之間的連接，也多用于上下底板的鏈接。材料之間粘結用502膠水，實驗證明操作簡單，連接性能好。還有鞋底線，作為輔助用料。模型材料由上述材料構成，不允許用其他材料。工具有壁紙刀、鋼板尺、直角尺、剪刀、砂紙，精銼刀等。這些工具學生平時接觸過，易操作，安全。

2.4設計及制作。這個過程是這個項目的最重要的部分，所占時間也最長，基本分為三個階段，設計階段，部件制作加工及修改階段，模型組裝階段。進入此階段后，完全由學生自己動手設計結構方案，自己動手拼裝，調整。教師只對學生提出的問題給予指導，制作過程的技術給予適當指導。設計中學生們的創意層出不窮，小組討論激烈，在各組工作臺上，學生們充分展示了自己的聰明才智，一件件精巧的作品經過三個小時后便被制作出來。

制作出的作品新穎、獨特， 不僅是一場創新能力、實踐能力的競技，也是他們相互學習、取長補短、交流經驗的過程。，也鍛煉了學生們理論與實踐相結合的能力。

2.5模型檢測。對制作好的模型底座尺寸，高度，自重進行檢測。不合格作品直接淘汰出局。檢測好的作品標注組號，按順序放好。測試前任何人不準觸碰模型。

2.6加載測試。該階段是最扣人心弦的階段，每個小組首先抽簽決定了加載順序，加載的

設備是一臺10噸的微顯萬能試驗機。隊員自己把結構模型放到機器上，操作機器加載。

加載過程緊張而激烈，學生們屏住呼吸觀察結構發生的形變，隨著一個又一個好成績的獲得，又發出陣陣的掌聲，整個氣氛也隨之高漲。目前我們400±10mm高度的記錄保持者是八中丁藝、李亞軒、柳光浩、王睿、欒曉倩五人小組。他們模型質量90.86g，承載2.090KN是目前記錄保持小組。250±10mm高度的紀錄保持者是大連育明高中呂明昕，孫城城、耿端陽、王儉政四人組合，他們模型質量是40.4g，承載1.395KN。

2.7每周承重比拼結果展示：如大連八中建筑一班結構模型測試結果展示 2013.9.17

2.8每組展示交流. 由每個小組的1-2名代表介紹小組的成果，組內的分工，收獲等。

3 教學特色

3.1本次教學項目不對每位學生做具體的評分，對小組進行評定，評價標準由承載能力60% .制作工藝20% 小組展示20% 三部分組成，綜合評價每組的優點及不足，使學生不受考核的壓力，自由發揮其想象力和創造力，為教學創設一個輕松的氛圍，真正做到“寓教于樂”。

3.2在整個設計過程中，不為學生提供具體的設計方案，不給學生設置固有的框架，由學生自己動手，自己設計拼裝，學生以自己的想象和靈感，加上所學的物理學及結構的知識，日常生活經驗，積極思考，勤于動手，完成整個項目的任務。教師只給學生提供具體的任務及要求。即使學生在設計及制作過程中遇到問題，也只給與適當的指導，不告訴學生具體怎么做，讓學生自己解決問題。為學生提供充分施展才能的機會，發揮其自主學習和創新能力，學習設計的主動權留給學生，充分體現以學生設計制作為主，教師指導為輔的模式，讓學生充分享受設計制作的過程。

3.3在小組展示會上，由每個小組的1-2名代表介紹小組的成果，組內的分工，收獲等。

育明高中的一位學生說完成這個模型的設計制作需要認真選材，冷靜的全面分析，還有組員間的團結合作。大連24中學生說從最初的設計到后期的制作，我們體會了合作交流動手的快樂。我們體會到了實踐與理想的差別，也學會了如何隨機應變，如何改進作品，如何去與他人合作。創新是在實踐中碰撞出來的。

4 教學成果

經過2013年一年的實施，對大連市普通高中公辦學校的2012屆，2013屆兩屆學生的38個班次的教學實踐，得到如下成果。

4.1這是一次很好的理論聯系實際的鍛煉機會，學生通過自己動手，對建筑結構設計有了具體而初步的了解，激發了學生對建筑結構設計的了解，興趣，更多的學生在完成有趣且富有挑戰性的任務中體驗到成功，同時也學會互相理解與尊重，學會溝通交流與合作。

4.2完成任務的同時，學生明白了細節決定成敗，比如在結構模型設計中，桿的薄厚有沒有缺陷都是決定結構模型成敗的關鍵，另外在粘結過程中，技術工藝也很重有，有時因為一點的缺欠，使整體結構破壞，讓學生認識到實際工程中，即使是一顆螺栓也不能被忽視，有可能一點點的失誤，就使整體結構坍塌。培養學生養成嚴謹、認真、一絲不茍的工作作風。

4.3學生的創新意思，創新思維、創新能力都是不可低估的，學生的作品新穎獨特，創意層出不窮，并能在設計制作過程中提出問題、發現問題，能尋求解決問題的新方法。滿足了學生“動腦設計，動手制作”的學習欲望，其實從這個項目的一開始實施就受到學生的好評，教師也是在學生的熱情推動下，不斷學習結構力學、材料力學、建筑力學等專業知識。教師們為此閱讀了很多相關書籍，努力實現自我提升，主動攻關、相互學習，尤其大連理工大學建筑學院的于輝主任，土木工程的劉毅老師，邱文亮院長給與很多幫助指導，我個人的能力得到很大提升。

4.4本次超級結構比拼以分組的方式進行，讓學生普遍認識到集體協作精神在設計中的重要性。整個設計制作中，組員間必須通力協作，需要相互間的交流，緊密協作，否則不能如期完成任務。在實踐中，既鍛煉了學生堅持不懈、鎮而不舍的意志品質，也為學生們營造了一種激發創造力、挖掘自身潛能的寬松環境。其最終目標是培養學生學會學習、學會做事，成長為符合社會發展的創新型人才。

總之，通用技術選修課程是普通高中新課程結構中一門充滿使命、充滿挑戰的新課程，面對未來，面對一個高新技術世界，我們必須與學生一起做好準備。

【參考文獻】

[1]普通高中通用技術課程標準

[2]《基礎教育課程改革綱要（試行）》

[3]《懸臂梁結構模型》

[4]《建筑及其設計》江蘇教育出版社；《建筑及其設計》廣東科技出版社