设计STEAM课程的时候我们就更加有意识地思考,桥的研究内容除了数学之外还包含了STEAM课程的哪些元素。
教学过程:
1.欣赏数学之桥:
这部分主要是艺术的欣赏,借鉴了美术欣赏,让学生感受美。学生欣赏桥的图片(图片来自学生外出的调查和我的旅行摄影),谈自己的感受和发现,碰撞思维。
诗意桥:(1)枫桥夜泊(唐)张继
月落乌啼霜满天,江枫渔火对愁眠。
姑苏城外寒山寺,夜半钟声到客船。
简评:这是苏州的枫桥。张继的这首《枫桥夜泊》,将这座桥吟唱成充满无限诗情的“诗桥”,并孕育出千年之后那首著名的流行歌曲《涛声依旧》。
(2)乌衣巷(唐)刘禹锡
朱雀桥边野草花,乌衣巷口夕阳斜。
旧时王谢堂前燕,飞入寻常苍生家。
简评:这是南京城的朱雀桥。它是冷静的历史见证者,看花开花落云卷云舒,看沧海桑田繁华变迁,饱含着无限的历史沧桑感。
2.认识数学之桥:
从牛整理桥数学桥,也称为牛整理桥,是剑桥大学皇后学院中横跨剑河的一个座木桥。牛整理数学桥是剑桥大学城里一大景观。
全桥由大小不一的木头衔接而成,有10299个接口,如果以一个接口用一枚铁钉计算,那么至少要需要同样数量的铁钉,但牛整理没用一枚铁钉。古老的木质桁架桥数学桥,曾陪伴剑河沿岸最古老的建筑剑桥大学女王学院院长官邸,走过了250多个春秋。数学桥的传说在剑桥无人不晓,相传是牛整理在剑桥教书时亲自设计并建造的。剑桥数学系的高材生们都梦想破解数学桥的奥秘,但如愿者无一。有个冰岛人创造了有史以来的最好成绩,将铁钉数减少到561枚。实际上,这座桥是由詹姆斯·小埃塞克斯建造,其桥身相邻桁架之间均构成11.25度的夹角,“以直代曲”的微积分原理构成了圆形的拱式结构,展示出现代钢梁桥的雏形,得名数学桥。
中国赵州桥:
1)采用圆弧拱形式,改变了我国大石桥多为半圆形拱的传统。我国古代石桥拱形大多为半圆形,这种形式比较优美、完整,但也存在两方面的缺陷:一是交通不便,半圆形桥拱用于跨度比较小的桥梁比较合适,而大跨度的桥梁选用半圆形拱,就会使拱顶很高,造成桥高坡陡、车马行人过桥非常不便。二是施工不利,半圆形拱石砌石用的脚手架就会很高,增加施工的危险性。为此,李春和工匠们一起创造性地采用了圆弧拱形式,使石拱高度大大降低。赵州桥的主孔净跨度为37.02米,而拱高只有7.25米,拱高和跨度之比为1:5左右,这样就实现了低桥面和大跨度的双重目的,桥面过渡平稳,车辆行人非常方便,而且还具有用料省、施工方便等优点。当然圆弧形拱对两端桥基的推力相应增大,需要对桥基的施工提出更高的要求。
(2)采用敞肩。这是李春对拱肩进行的重大改进,把以往桥梁建筑中采用的实肩拱改为敞肩拱,即在大拱两端各设两个小拱,靠近大拱脚的小拱净跨为3.8米,另一拱的净跨为2.8米。这种大拱加小拱的敞肩拱具有优异的技术性能,首先可以增加泄洪能力,减轻洪水季节由于水量增加而产生的洪水对桥的冲击力。其次敞肩拱比实肩拱可节省大量土石材料,减轻桥身的自重,据计算四个小拱可以节省石 料26立方米,减轻自身重量70吨,从而减少桥身对桥台和桥基的垂直压力和水平推力,增加桥梁的稳固。第三增加了造型的优美,四个小拱均衡对称,大拱与小拱构成一幅完整的图画,显得更加轻巧秀丽,体现建筑和艺术的完整统一。第四符合结构力学理论,敞肩拱式结构在承载时使桥梁处于有利的状况,可减少主拱圈的变形,提高了桥梁的承载力和稳定性。
3.创造数学之桥
(1)手绘桥的思维导图:屈正浩
(2)制作桥:武含雪的作品
(3)小组现场手绘作品:桥,起个好听的名字。(团队合作)
4.学生作品欣赏
思考:最精彩的地方就在于学生的户外调查,在于学生的研究感悟,在于学生的桥的创意设计,把数学之美,团队合作,创意思想用在手绘桥的活动之中,值得赞扬!