“找拱形”实验设计与改进

许水勇

实验原型及不足

为了让学生了解圆顶形的受力特点，教材设计的活动是：观察剖成两半的乒乓球，看一看球壳的厚薄，捏一捏壳的软硬;把半个乒乓球扣在桌上，向下压它，感觉如何;试一试，在三个这样的半个乒乓球上放书，看能放多少本？通过这三个活动，让学生感受到圆顶形具有承载压力大的特点，而且不产生向外推的力。

教材实验的不足在于：

1.只能通过对半个乒乓球看一看、捏一捏、压一压来体验、感受圆顶形受力时的特点，没有数据的定量对比，活动体验有余而探究不足。

2.没有很好地落实“圆顶形可以看成拱形的组合，几个相同的拱形可以拼成一个半圆形”这个目标。

3.用半个乒乓球作为圆顶形模型，个体较小，不便于观察研究。

实验改进

为了使学生明白圆顶形可以看成拱形的组合，教学中，教师可以用纸条弯成拱形，演示几个相同的拱形可以拼成一个圆顶形，然后在上面放上若干垫圈，观察其受力的变化情况。实验的难点主要在于怎样使各个拱足相连，让学生理解拱形承重时拱足是要用力抵住的，而圆顶形则不需要抵住。

1.用环形纸条作拱足的圆顶形

实验材料：环形纸条、纸拱、垫圈等。

操作方法：用环形纸条抵住若干纸拱的拱足，搭成一个圆顶形，在上面放垫圈，观察圆顶形受力后的变化（如图1）。

实验优点：

拱形的个数可以逐个增加，验证不同数量的拱形与承重能力的关系。

顶部受力后，拱足部位即环形纸条也变形了，说明圆顶形上部受到的力传递到了拱足的位置，有利于解释圆顶形力传递的特点。

2.互相卡住拱足的圆顶形

实验材料：工字型纸拱、垫圈等。

操作方法（如图2）：

（1）用稍厚的卡纸裁剪6张长28厘米、宽4厘米的工字型纸拱。

（2）其中3张纸拱的底部向外裁一条缝，另外3张纸拱的底部向内裁一条缝，使两个纸缝之间可以相互卡住。

（3）将6张纸拱的24条纸缝相互卡住，组成了一个圆顶形模型。

（4）在搭成的圓顶形上面放上垫圈，观察受力后的变化。

实验优点：

（1）圆顶形模型的组装看似简单，实际操作过程中却有一定的难度。学生可以先把6张纸拱围成一个圆顶形，再把相邻的两张互相卡住（如图3），在组装过程中，培养了学生的合作能力、动手能力。

（2）教师可以引导学生开展对比实验，先测试底部未卡住的圆顶形能承受几个垫圈，再测试底部相互卡住后可以承受几个垫圈，通过对比发现圆顶形底部各个拱足紧密相连，把拱形产生的外推力相互抵消，因此圆顶形不产生向外推的力。此模型的运用，有效突破了思维的难点，把书上有关圆顶形力传递的特点完美地呈现出来。