25跨學科實踐“調研橋梁建筑中的力平衡”（教學設計）2024-2025學年初中物理項目化課程案例課題：科目：班級：課時：計劃1課時教師：單位：一、課程基本信息1.課程名稱：初中物理項目化課程案例——25跨學科實踐“調研橋梁建筑中的力平衡”

2.教學年級和班級：八年級（1）班

3.授課時間：2024年10月15日星期一第3節(jié)課

4.教學時數(shù)：1課時二、核心素養(yǎng)目標1.科學探究：通過調研橋梁建筑中的力平衡，培養(yǎng)學生提出問題、設計實驗、收集數(shù)據(jù)、分析結果的能力，提升科學探究的實踐技能。

2.科學思維：引導學生運用物理知識解釋橋梁建筑中的力平衡現(xiàn)象，發(fā)展邏輯思維和批判性思維能力。

3.科學態(tài)度與責任：培養(yǎng)學生對科學現(xiàn)象的好奇心，增強對工程實踐的興趣，樹立尊重科學、勇于創(chuàng)新的科學態(tài)度。三、教學難點與重點1.教學重點，①

①理解橋梁建筑中力平衡的概念，包括靜力平衡和動力平衡的基本原理。

②掌握通過實驗或調研方法收集橋梁結構受力數(shù)據(jù)的方法，能夠識別和分析橋梁中的受力情況。

2.教學難點，①

①理解橋梁結構中各種力的相互作用，包括重力、拉力、壓力等，并能將這些力進行合理分類和計算。

②在實際調研中，將理論知識與實際橋梁結構相結合，準確測量和分析橋梁的受力點及受力大小。

②分析橋梁在復雜環(huán)境下的穩(wěn)定性，包括溫度變化、風力影響等非靜態(tài)因素對橋梁結構的影響，并能提出相應的解決方案或改進措施。四、教學資源-軟硬件資源：物理實驗室、筆記本電腦、電子秤、卷尺、三角板、直尺、力的傳感器、數(shù)據(jù)采集器、投影儀。

-課程平臺：學校內部教學平臺，用于發(fā)布教學資料和在線討論。

-信息化資源：橋梁建筑相關的科普視頻、橋梁結構設計軟件的試用版、橋梁工程相關的電子書籍和文獻。

-教學手段：實物模型展示、現(xiàn)場調研、小組討論、課堂演示實驗。五、教學過程一、導入新課

1.老師站在講臺前，面帶微笑，用親切的語氣對學生們說：“同學們，今天我們要一起探索一個有趣的話題——橋梁建筑中的力平衡。橋梁是連接兩岸的重要工程，它的設計建造需要我們掌握很多物理知識?！?/p>

2.老師出示一張橋梁圖片，引導學生觀察：“請大家看這張圖片，這是我們今天要研究的橋梁。你們知道這座橋梁是如何建造的嗎？它需要哪些物理知識來支撐它的穩(wěn)定呢？”

3.學生們紛紛舉手發(fā)言，老師認真傾聽并給予肯定：“很好，同學們都提出了很好的問題。今天我們就來一起探究橋梁建筑中的力平衡，揭開這座橋梁背后的科學奧秘?！?/p>

二、新課講授

1.老師講解力平衡的概念：“力平衡是指物體在受到多個力的作用下，保持靜止或勻速直線運動的狀態(tài)。在橋梁建筑中，力平衡是非常重要的，它關系到橋梁的穩(wěn)定性和安全性?！?/p>

2.老師舉例說明：“比如，橋梁上的梁、柱、板等構件，它們在受到重力、拉力、壓力等力的作用下，必須保持力平衡，才能保證橋梁的穩(wěn)定。”

3.老師引導學生分析橋梁結構中的受力情況：“同學們，現(xiàn)在請大家觀察這張橋梁結構圖，思考一下：橋梁的哪些部分受到重力作用？哪些部分受到拉力或壓力作用？”

4.學生們分組討論，老師巡視指導，解答學生疑問。

5.老師總結受力情況：“經(jīng)過大家的討論，我們得出以下結論：橋梁的梁、柱、板等構件都受到重力、拉力、壓力的作用。為了保持橋梁的穩(wěn)定，這些力必須達到平衡。”

三、實驗探究

1.老師介紹實驗器材：“接下來，我們將進行一個實驗，來驗證橋梁建筑中的力平衡。請大家拿出你們的筆記本電腦，打開數(shù)據(jù)采集器。”

2.老師演示實驗操作：“首先，我們將梁放在支架上，用電子秤測量梁的重力。然后，我們在梁的一端掛上重物，用卷尺測量拉力和壓力的大小。最后，我們將數(shù)據(jù)輸入數(shù)據(jù)采集器，進行分析?！?/p>

3.學生們按照老師的要求進行實驗，老師巡視指導。

4.老師展示實驗結果：“經(jīng)過大家的努力，我們得到了以下實驗數(shù)據(jù)。請大家觀察數(shù)據(jù)，分析一下橋梁建筑中的力平衡情況。”

5.學生們分組討論，老師解答學生疑問。

6.老師總結實驗結果：“通過實驗，我們驗證了橋梁建筑中的力平衡。在橋梁結構中，各個構件受到的力必須達到平衡，才能保證橋梁的穩(wěn)定?！?/p>

四、案例分析

1.老師出示一個橋梁工程案例：“請大家看這個案例，這座橋梁在建造過程中出現(xiàn)了問題，導致橋梁傾斜。你們認為是什么原因導致的呢？”

2.學生們分組討論，老師解答學生疑問。

3.老師總結案例：“經(jīng)過大家的討論，我們得出以下結論：這座橋梁傾斜的原因是受力不平衡。在橋梁設計過程中，必須充分考慮各個構件的受力情況，確保力平衡。”

五、課堂小結

1.老師總結本節(jié)課的主要內容：“今天，我們學習了橋梁建筑中的力平衡。通過實驗和案例分析，我們了解了橋梁結構中的受力情況，以及如何保持力平衡。”

2.老師鼓勵學生：“同學們，橋梁建筑中的力平衡是一個復雜的問題，需要我們不斷學習和探索。希望你們在今后的學習中，能夠繼續(xù)深入研究，為我國橋梁事業(yè)貢獻自己的力量?！?/p>

3.老師布置課后作業(yè)：“請大家課后查閱相關資料，了解橋梁建筑中的其他物理知識，并思考如何將這些知識應用到實際工程中?！?/p>

4.老師結束本節(jié)課：“好了，同學們，今天的學習就到這里。請大家課后認真完成作業(yè)，下周我們再見！”六、教學資源拓展1.拓展資源：

-橋梁建筑的歷史與發(fā)展：介紹不同歷史時期橋梁建筑的技術特點，如古代的木結構橋梁、石拱橋，以及現(xiàn)代的懸索橋、斜拉橋等。

-橋梁結構設計原理：探討橋梁結構設計的力學原理，包括梁、板、柱等基本構件的受力分析，以及橋梁整體結構的穩(wěn)定性。

-橋梁工程案例研究：分析國內外著名的橋梁工程案例，如悉尼歌劇院大橋、上海陸家嘴地區(qū)的橋梁群等，探討其設計理念和技術難點。

-橋梁施工技術：介紹橋梁施工過程中的關鍵技術，如樁基施工、橋墩和橋臺施工、橋梁上部結構施工等。

-橋梁維護與管理：探討橋梁的日常維護和管理方法，包括橋梁的定期檢查、維修保養(yǎng)以及應急預案等。

2.拓展建議：

-鼓勵學生閱讀橋梁建筑相關的科普書籍和雜志，如《橋梁世界》、《建筑技藝》等，以增加對橋梁建筑的了解。

-組織學生參觀當?shù)氐臉蛄汗こ?，實地觀察橋梁的結構和施工過程，增強學生的感性認識。

-引導學生參與橋梁設計競賽或模型制作活動，通過實踐操作加深對橋梁結構設計的理解。

-建議學生利用網(wǎng)絡資源，如橋梁工程論壇、專業(yè)網(wǎng)站等，了解最新的橋梁工程技術和研究成果。

-鼓勵學生參與社區(qū)服務，如參與橋梁的清潔和維護工作，提高學生的社會責任感和實踐能力。

-建議學生進行小組合作研究，針對特定的橋梁工程案例，進行深入的分析和討論，培養(yǎng)學生的團隊合作和批判性思維能力。

-提供橋梁工程相關的在線課程或講座，讓學生有機會學習更深入的橋梁工程知識。

-鼓勵學生參與橋梁工程相關的志愿者活動，如參與橋梁設計咨詢、施工監(jiān)督等，將所學知識應用于實際工作中。七、重點題型整理1.題型：橋梁結構的受力分析

問題：一座橋梁的梁在受到重力、拉力和壓力的作用下，如何保持力平衡？請分析橋梁梁的受力情況。

答案：橋梁梁的受力情況可以概括為以下三個力的作用：

①重力：梁自身質量產(chǎn)生的向下拉力。

②拉力：梁在受力時，兩端或支撐點對梁的向上拉力。

③壓力：梁在受力時，支撐點對梁的向下壓力。

為了保持力平衡，這三個力的大小必須相等，方向相反，且作用在同一直線上。

2.題型：橋梁結構穩(wěn)定性的影響因素

問題：在橋梁設計過程中，哪些因素會影響橋梁的穩(wěn)定性？

答案：影響橋梁穩(wěn)定性的因素主要包括：

①結構設計：橋梁結構的設計應考慮各種力的相互作用，確保結構在各種載荷下都能保持穩(wěn)定。

②材料選擇：橋梁使用的材料應具有足夠的強度和韌性，以承受各種力的作用。

③施工質量：橋梁施工過程中的誤差和質量問題也會影響橋梁的穩(wěn)定性。

④環(huán)境因素：溫度、風力、地震等環(huán)境因素也可能對橋梁的穩(wěn)定性產(chǎn)生影響。

3.題型：橋梁結構的荷載計算

問題：如何計算橋梁結構在承受荷載時的最大承載能力？

答案：計算橋梁結構的最大承載能力，通常需要考慮以下因素：

①設計荷載：根據(jù)橋梁的使用需求和規(guī)范要求，確定設計荷載的大小。

②材料強度：橋梁材料的強度直接影響其承載能力。

③安全系數(shù)：為保證橋梁的安全使用，通常會在計算結果的基礎上，增加一定的安全系數(shù)。

4.題型：橋梁結構的受力圖繪制

問題：如何繪制橋梁結構的受力圖，以便直觀地了解結構的受力情況？

答案：繪制橋梁結構的受力圖，需要遵循以下步驟：

①分析受力情況：根據(jù)結構設計和載荷要求，分析各構件的受力情況。

②確定受力元件：將受力構件分解為梁、板、柱等基本元件。

③繪制受力圖：在受力元件上標明受力的大小、方向和作用點，繪制受力圖。

5.題型：橋梁結構的安全性評價

問題：如何對橋梁結構的安全性進行評價？

答案：評價橋梁結構的安全性，通常可以從以下幾個方面進行：

①結構設計合理性：確保橋梁結構設計符合相關規(guī)范要求。

②材料選擇：橋梁材料的質量和性能應符合設計要求。

③施工質量：確保施工過程中的質量控制，防止質量問題的發(fā)生。

④使用和維護：加強橋梁的日常維護和管理，及時發(fā)現(xiàn)并解決問題。八、板書設計1.橋梁建筑中的力平衡

①力平衡概念

②靜力平衡與動力平衡

③受力分析