一、教學(xué)背景與設(shè)計理念趙州橋（安濟(jì)橋）作為世界現(xiàn)存最早、保存最完整的敞肩石拱橋，其結(jié)構(gòu)設(shè)計蘊含著古代工匠的卓越智慧，是中國橋梁建筑史乃至世界工程史的經(jīng)典范例。本教學(xué)設(shè)計以“結(jié)構(gòu)特色的科學(xué)解析與文化傳承”為核心，遵循“情境激趣—探究建構(gòu)—實踐內(nèi)化—拓展升華”的學(xué)習(xí)路徑，將工程技術(shù)知識與歷史文化、科學(xué)思維相融合，引導(dǎo)學(xué)生從“觀察結(jié)構(gòu)形態(tài)”到“理解力學(xué)原理”，再到“體悟文化價值”，實現(xiàn)知識、能力與情感的三維發(fā)展。二、教學(xué)目標(biāo)（一）知識與技能1.準(zhǔn)確描述趙州橋的核心結(jié)構(gòu)組成（主拱、敞肩拱、橋墩等），理解“敞肩拱”“船型橋墩”的設(shè)計特征；2.分析敞肩拱、單孔大拱等結(jié)構(gòu)的科學(xué)價值（如受力優(yōu)化、泄洪通航、材料節(jié)約等），初步建立橋梁結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)聯(lián)認(rèn)知。（二）過程與方法1.通過“觀察—對比—建?！被顒?，提升空間想象與動手實踐能力；2.結(jié)合史料、模型與實驗，學(xué)會從工程技術(shù)角度分析古代建筑的創(chuàng)新智慧。（三）情感態(tài)度與價值觀1.體會中國古代工匠的創(chuàng)新精神與工匠精神，增強(qiáng)文化自信；2.認(rèn)識“傳統(tǒng)技術(shù)”對現(xiàn)代工程的啟示，激發(fā)對橋梁建筑的探究興趣。三、教學(xué)重難點（一）教學(xué)重點1.敞肩拱的設(shè)計原理：四個小拱對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性、泄洪能力的優(yōu)化作用；2.趙州橋結(jié)構(gòu)特色的“功能—結(jié)構(gòu)”邏輯：為何選擇單孔大拱？船型橋墩如何抗沖擊？（二）教學(xué)難點1.用直觀方式闡釋拱券結(jié)構(gòu)的力學(xué)原理（如荷載傳遞、應(yīng)力分散）；2.引導(dǎo)學(xué)生從“歷史遺存”中提取工程思維，建立“結(jié)構(gòu)服務(wù)功能”的認(rèn)知邏輯。四、教學(xué)準(zhǔn)備1.教具與學(xué)具：趙州橋結(jié)構(gòu)分解模型（可拆分展示主拱、小拱、橋墩）、實肩拱/敞肩拱對比模型（用亞克力板或紙板制作，模擬洪水沖擊與荷載測試）、橋梁結(jié)構(gòu)繪圖模板；2.多媒體資源：趙州橋三維掃描動畫（展示內(nèi)部石材咬合工藝）、《中國石拱橋》課文片段、古代橋梁建造史料（如《營造法式》相關(guān)記載）；3.學(xué)習(xí)任務(wù)單：含“結(jié)構(gòu)觀察記錄表”“力學(xué)原理猜想卡”“模型搭建評價量表”。五、教學(xué)過程（45分鐘）（一）情境導(dǎo)入：詩畫中的“蒼龍臥波”（5分鐘）播放趙州橋航拍視頻，配合古詩“水從碧玉環(huán)中過，人在蒼龍背上行”，提問：“視頻中趙州橋的形態(tài)有何特別？‘碧玉環(huán)’‘蒼龍背’分別對應(yīng)什么結(jié)構(gòu)？”展示隋代至現(xiàn)代的橋梁對比圖（如多孔木橋、實肩石橋），引發(fā)認(rèn)知沖突：“為何趙州橋能歷經(jīng)千年洪水、地震仍穩(wěn)固？它的結(jié)構(gòu)藏著什么秘密？”（二）新知探究：解構(gòu)“千年不倒”的密碼（20分鐘）1.整體結(jié)構(gòu)感知：從“參數(shù)”到“形態(tài)”呈現(xiàn)趙州橋基本參數(shù)（全長約50米，主拱跨徑約37米，矢高約7米），引導(dǎo)學(xué)生用身體比劃（如張開手臂模擬跨徑），建立空間尺度認(rèn)知；觀察模型與圖片，識別“單孔大拱+四個小拱”的核心形態(tài)，標(biāo)注結(jié)構(gòu)名稱（主拱券、敞肩拱、護(hù)拱、船型橋墩）。2.敞肩拱的創(chuàng)新：“小拱”的三重智慧泄洪實驗：用兩個透明水箱（分別模擬實肩拱、敞肩拱模型）注入等量“洪水”，觀察水流通過速度與滯留量。提問：“小拱如何幫趙州橋‘扛住’洪水？”（結(jié)論：增加過流面積，減少洪水對橋身的沖擊力）自重實驗：用彈簧秤稱量實肩拱、敞肩拱模型的重量，結(jié)合拱券受力動畫（展示荷載從橋面→拱券→橋墩的傳遞路徑），分析：“小拱為何能‘減負(fù)’？”（結(jié)論：挖空小拱減少石材用量，同時小拱分擔(dān)主拱的水平推力，增強(qiáng)穩(wěn)定性）文化關(guān)聯(lián)：展示《營造法式》中“券橋”技法記載，說明敞肩拱是中國工匠對“拱券技術(shù)”的突破性發(fā)展（比歐洲敞肩拱早數(shù)百年）。3.船型橋墩與咬合工藝：“抗沖擊”的底層邏輯觀察橋墩模型（船型設(shè)計，前尖后平），用水流沖擊實驗（注射器模擬水流）對比矩形橋墩與船型橋墩的受力差異，理解“分洪減沖”的原理；放大展示拱券石材的“雙列并置、錯縫咬合”工藝（三維動畫拆解），提問：“為何石材不用黏合劑卻能穩(wěn)固千年？”（結(jié)論：利用拱券的“壓力傳遞”特性，石材間的摩擦力與壓力形成自鎖結(jié)構(gòu)）（三）實踐內(nèi)化：從“理解”到“創(chuàng)造”（15分鐘）1.小組建模：用紙板搭建“迷你趙州橋”提供瓦楞紙板、剪刀、膠帶，要求小組合作搭建含“主拱+敞肩拱+船型橋墩”的模型，標(biāo)注關(guān)鍵結(jié)構(gòu)；用砝碼測試模型承重能力，結(jié)合“評價量表”（結(jié)構(gòu)完整性、承重表現(xiàn)、創(chuàng)意優(yōu)化）互評。2.思維拓展：“假如我是隋代工匠”創(chuàng)設(shè)情境：“若洨河洪水更猛，你會如何優(yōu)化趙州橋？”引導(dǎo)學(xué)生從“結(jié)構(gòu)形態(tài)”（如增加小拱數(shù)量）、“材料創(chuàng)新”（如嘗試鐵榫連接）等角度提出方案，并用模型或繪圖呈現(xiàn)；對比現(xiàn)代橋梁（如港珠澳大橋的沉管隧道），討論“趙州橋結(jié)構(gòu)智慧的當(dāng)代傳承”（如大跨度拱券、減載設(shè)計的延續(xù)）。（四）總結(jié)升華：從“橋”到“文明”（5分鐘）師生共同梳理：趙州橋的結(jié)構(gòu)特色（單孔大拱、敞肩設(shè)計、船型橋墩、咬合工藝）及其科學(xué)價值（泄洪、省料、穩(wěn)定、耐久）；拓展閱讀：推薦《中國古橋技術(shù)史》或紀(jì)錄片《超級工程》，鼓勵學(xué)生調(diào)研家鄉(xiāng)古橋的結(jié)構(gòu)特色；情感共鳴：“趙州橋的‘千年不倒’，是工匠對自然規(guī)律的敬畏，對技術(shù)創(chuàng)新的執(zhí)著。這份智慧，值得我們傳承與超越。”六、教學(xué)評價設(shè)計（一）過程性評價觀察學(xué)生在實驗、建模中的參與度（如是否能準(zhǔn)確操作儀器、小組協(xié)作是否高效）；記錄“力學(xué)原理猜想卡”的質(zhì)量（如是否能結(jié)合實驗現(xiàn)象，用“壓力傳遞”“分洪減沖”等術(shù)語分析）。（二）成果性評價模型搭建：結(jié)構(gòu)完整性（是否包含核心結(jié)構(gòu)）、承重表現(xiàn)（能承受多少砝碼）、創(chuàng)意優(yōu)化（是否有合理改進(jìn)）；拓展作業(yè)：家鄉(xiāng)古橋調(diào)研報告（圖文結(jié)合，分析結(jié)構(gòu)特色與趙州橋的關(guān)聯(lián)）。七、教學(xué)反思與優(yōu)化1.難點突破：若學(xué)生對“拱券受力”理解困難，可增加“雞蛋拱”實驗（用雞蛋殼搭建拱券，感受壓力傳遞），將抽象力學(xué)具象化；2.文化滲透：可補(bǔ)充李春等工匠的史料，或展示趙州橋歷代修繕記錄，體現(xiàn)“文物保護(hù)與技術(shù)傳承”的當(dāng)代意義；3.跨學(xué)科延伸：結(jié)合數(shù)學(xué)（拱券的弧長計算