此單元可搭配南一七下生活科技課本使用
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APP模擬橋梁結構
國一學生較適合簡單、有趣的軟體來進行模擬,深度的探討結構力學不太實際,使用的APP為「Build a Bridge」,在兩大平台上都可以下載到這款遊戲。
week1
進到遊戲選擇第一關,畫面如圖所示
目標是讓學生先熟悉軟體的操作
因此選擇先不做任何橋梁的講解
請學生挑戰遊戲內的第三個成就
「使用210元以下的金額蓋一座能通過的橋」
隨著學生一頓偷工減料,以及胡亂嘗試
開始會有同學逐漸發現遊戲裡面給的標準答案
如左圖所示
當然也會有學生有一些驚奇的創意
本校學生試出來的最低金額是200元
答案不只一種
這邊提供一個範例
如左圖所示
week2
學生已經熟悉軟體的操作
準備進入正題
也就是遊戲內的第二關
先請學生照著遊戲的提示建造出一座基本的桁架橋
然後給出第一個挑戰 - 「把橋梁的金額壓到1200元以下」
並要求桁架間的結構必須要全部是三角形
1200元以下,並保持桁架間為三角形的範例如圖
但如果把中間兩根桿件從「/\」換成「\/」就不會過(如右圖)
務必在解答時特別向學生說明
「由中間往兩側方向的桿件,更有利於承重」
若時間充足,可以再請學生挑戰
「1100元以下,桁架間皆為三角形」
為保持新鮮感同時還在黑板上列了一個排行榜
「使用最低的金額讓消防車可以通過」
接著就等著收穫學生的創意了
本校學生多數能嘗試出的最低金額為812元
其實有做出800元的學生,但是老師課後還原不出來...
是做出兩座沒有桁架的橋,並且讓這兩座橋完美的重疊在一起
繪製設計圖
week3-week5
經過前兩週的練習,開始要求學生模擬以承重為目的的橋樑
引導學生思考前兩週活動帶給我們什麼啟發
由於材料有限制,我給學生2100元的上限做為限制
如果決定桁架形式,就先畫在習作上,再1:1放樣到方格紙上
教學過程中有考慮要不要介紹四大桁架
即豪威、芬克、華倫、普拉特桁架
但四大桁架畢竟有各自適合的承重場合
且還是希望能看到更多創意,就沒有特別介紹了
畢竟是七下,太過於工程取向也怕學生受不了
就把重點放在把「橋中央的重量往兩邊分散」
打算測試完再來講解不同桁架的優劣
工程設計流程中的「可行性分析」+「選擇方案」
雖然沒有跟學生明講,但就是把這個概念放在歷程中
放樣至1:1大小
這個過程對學生異常困難
原先的目的是放樣可以同時考慮黏合的位置
但學生能完美畫出一座橋的少之又少
下次打算讓學生直接在方格紙畫點跟線就好
至於黏合...給他們看幾座生科競賽的橋樑當範例就好吧
理想中是像這樣放樣完,再幫每個零件編號
如此也能知道桿件之間如何黏接
黏合時只要考慮二維方向不用考慮三維
且實作時只要按圖施做保證成功
但看來老師想得太美了
製作
week5-week10
開始製作,這個部分就是白膠搭配大長尾夾黏合
備好每一個桿件
開始黏合
怕學生黏合完強度太弱
發名片紙給他們補強節點
全部黏完再使用美工刀割掉就好
像這樣的桁架要做兩個
中間再用梁連接起來
但為了怕學生做不完
連接兩組桁架的梁是老師準備了較寬的角料
上面有兩個卡榫
可以確保橋寬一致、減少黏合失誤、還能省學生時間(真的做太久)
測試
week11-week13
開始測試,以下是幾個不同的測試範例
若測試台想要調整跨距,直接拿兩塊一樣大,且夠寬夠厚的角料放上去就好了
木條選得有點太粗,黏得好都是承重30公斤起跳
但同時也發現學生黏合的功夫真的不到家
比起木條斷裂,更多是接點的膠合處先斷開
測試台跨距可以調整
下放吊掛行李秤,怕秤壞掉所以只要承重30公斤就停止測試並滿分
就是要大家都做得不一樣,才會有看頭(?)
測試紀錄1
測試紀錄2
測試台一共需要三個部分:
1.框架
穩固的方框結構即可
2.秤
秤的話由於生科競賽,還是建議買一個精度承重都好一點的秤;
3.施重物
施重物可以用千斤頂,或是底部做一個類似釣魚收線的裝置來施重(記得設計防回彈)