橋樑的設計與製作教學經驗

  本單元的活動為配合營建科技課程而實施,一般而言教師在面對營建科技的教學時,都會覺得課程內容龐雜,不知從何著手教起,為了讓學生建構起營建科技的概念,因此我選了幾個活動作為教學的主軸,這是其中之一,原因是營建科技中承載力量是一個很重要的課題,人們為了改善環境、控制環境建造了許多的橋樑、道路、房屋……等,在這些土木和建築中,都必須考慮到承載力量的問題,而結構(structure)的設計就是為了承載力量,因此在這個活動中,希望讓學生動手體會結構與承載力量的關係。

活動前的引導

先問學生『如果將三個生雞蛋立起來,上面再壓石頭,大約可壓多少公斤的石頭而雞蛋不破?』,然後示範給學生看,拿6個寶特瓶的蓋子,先將其中3個仰放於桌面,並拿3個生雞蛋立在其上,再於雞蛋上蓋上其餘的3個蓋子,如圖1所示,然後拿一塊木板放在上面,慢慢將水泥塊或磚塊加到木板上,如圖2所示。

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圖 2

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圖3

 

  由此引導學生認識雞蛋是兩個拱形的結構如圖3,然後讓同學觀察週邊事物的結構,例如人體的結構(就是骨架)、房屋的結構、橋樑的結構……等等,由同學歸納出營建物中有哪些常見的結構,然後教師再有系統地補充說明,如什麼是樑的結構、拱形結構、桁架結構?其作為承載重量時,力量是如何分佈?如圖4。

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圖 4

活動步驟

  1. 教師講解桁架結構的基本原理,由三角形的基本型態,可延伸出各種不同的桁架,如圖5 。
  2. 教師講解簡單的桁架結構應力的計算。
  3. 同學蒐集資料並設計桁架橋。
  4. 同學依自己的設計施工。
  5. 編號展覽同學完成的橋樑,並請同學預估橋樑載重大小順序。
  6. 載重實測。
  7. 驗證預估情形及檢討。

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    圖 5

         

 

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