 年级：4年级（3到5） 学科领域：科学、技术、工程 摘要 在这次注重实践的活动中，学生们可以探索建筑与工程之间的融合。学生们通过设计建造一个小型停车场，能够体验到作为建筑师与工程师的双重身份。  建筑师与工程师合作设计建造的建筑 工程联系 工程师与建筑师的分工经常会有一部分相同，这两种专业人员都对设计和建造结构体有着至关重要的作用，比如建筑和桥梁。建筑师们为迎合客户的需求，设计整个空间，还有建筑物内部结构与外表的美学表现。工程师的主要职责是确保设计得无差错，并且满足了一切建筑标准。工程师们选择建筑用料、决定设计的结构构件和确定供电、供热、通风设备、空调设施和管道系统，来确保建筑设计得天衣无缝，正常运作。工程师们与建筑师们交流进展的一种方式，就是通过双方的设计图或者技术制图。 学习目标 上完这节课，学生应该学会：
介绍/动机 奥林匹克足球赛总算来临了！你们班的同学已经租了一辆电动巴士，带你去奥林匹克体育馆，当你下了车，就被来到体育馆看球的人数所震惊到了。停车场分10个区域，每个区域都停满了车。停车场有着现代化的外观和各种各样的装饰物，着实让人惊叹不已。知道了工程师们会帮忙修建建筑物，那么你们有没有感到好奇，除了工程师，谁也会参与到修建的过程中来呢？你们认为他们会是谁呢?其他类型的工程师、土地规划师、施工人员等等，都会参与其中。 设计建筑的两大主力是建筑师与工程师。这个起初会有点困惑不解，因为工程师们和建筑师们的职责不是很明确，有些部分他们也会共同负责。我们试着条分缕析，从我们熟悉的开始。 什么是工程师？为社会的利益而设计建造事物的人叫工程师。工程师们利用数学和科学技术设计图纸、建造构件、设施和加工。（可选择：为学生展示视频：什么是工程师？） 什么是建筑师？建筑师是为某一建筑或设施，提供具有创造性的设计蓝图。所以，工程师与建筑师的职位尽管相同，但也有细节上的不同。 建筑师们和工程师们是怎么样一起工作的?建筑师更注重建筑构造的外表，然而工程师们更注重内部的安全与运作。工程师们根据建筑师的设计，选择用料，并保障建筑物整体的安全。摩天大楼就是很好的一个例子，想想摩天大楼有多高，设计并建造如此高的建筑，需要耗费大量的精力。  图1- 坚固的钢制工字型梁柱，确保摩天大楼建造成功 有人去过摩天大楼吗?摩天大楼大约90年前才出现，在摩天大楼出现之前，最高的建筑物只有大约10层楼高。这是因为用于建造结构的主要材料是木材。建筑师计划着想要建造更高的楼，他们开发了比木头更为坚固的钢制梁柱，这些钢梁可以用于建造大楼和桥梁。 今天,我们称这些坚固的梁柱为工字梁(见图1)。工字钢梁的发展正好迎合了建筑师修建更高的楼房的需求,因此,摩天大楼可以高耸入云。 显然，现代城市有着壮观的摩天大楼，得益于工程师和建筑师之间的共同努力成果。只有通过两大技术的融合，大楼的高度、美丽以及构造才能建造而成。 图2-建筑师们讨论设计蓝图 我们知道建筑师想要建造更宏伟、更精致的建筑，工程师就会帮助他们，使之成为可能。这样看来，建筑师提出一个想法，然后制定一个计划，由工程师帮助执行。建筑师的计划有一个特殊的名字——叫做蓝图(见图2)。有人见过蓝图吗?蓝图有什么作用的?在建筑师完成蓝图(建筑计划)后，工程师负责审阅建筑师的设计，决定使用什么材料，确保建筑足够坚固，以此来进一步完善建筑师的设计蓝图。 许多类型的工程师还负责建筑内的其他系统，比如电梯、照明、供暖、通风、空调、管道等等。它需要大量的工程团队来设计、建造并最终成型一个能够日常运作的建筑。从选择合适的家具到节能窗幔到隔音地毯，在建筑设计中有如此诸多的细节需要考虑。 课程背景和教师理念 无论是房屋还是摩天大楼，建筑师和工程师都要参与结构的设计和建造。建筑师为建筑物、桥梁和其他结构设计起草建造计划。建筑师设计的目标是满足客户的要求，使结构的外观符合客户的喜好，并完成高质量的工作。在“制作模型停车场”活动中，学生们通过设计自己的停车场，练习如何运用思考能力和相关技能。 土木、建筑和结构工程师有责任将建筑师的设计应用到施工中去。这些工程师的目标是满足客户的要求，并使设计结果更功能化、更安全可靠。其他的工程师们也会参与到建筑设计当中，比如电工程师负责照明系统，机械工程师负责电梯，管道工程师负责管道系统等等。 图3-比例图 建筑师与工程师关键的不同之处在于，建筑师更注重建筑的艺术与设计，而工程师注重技术与结构。建筑师确保建筑内外富有美学色彩的同时，工程师确保建筑的功能化和安全可靠。这里当然有重叠的部分，但这些定义可以给学生一个大致的了解。建筑师根据用户的需求设计建筑，工程师们再根据建筑师的蓝图进一步设计，包括技术制图、构架布置和管道系统。为了完善并呈现设计，建筑师和工程师双方都使用一种叫蓝图的技术制图。蓝图是由建筑师和工程师呈现的，上面有着设计中全面的绘画细节。蓝图可以手绘也可以电脑绘制，电脑绘制需要用到AutoCAD 或者SolidWorks. 在设计任何结构的过程中，建筑师需要绘制比例制图（见图3），来表达他或她的想法。在工程师认可建筑师的设计之前，他们需要分析设计、选择可以支撑结构的用料。工程师会仔细琢磨建筑师设计的蓝图，来确定这个设计是否有可能建造成型、需要怎么用料。不同的材料各有好处，有的韧性更好，有的延展性更好。木材的一个好处，就是它有一定的韧性，但它会被很很容易的砍断。然而比木头更坚固的钢铁就更适合建造高楼了，因为高韧性，它可以制成更长的梁柱。在设计建造建筑的过程中，有许多小细节值得商讨，以确保建筑物经过几十年还可以照常使用。工程师们必须对材料的特性与时俱进，知道它们的设计缺陷和研究新的工程技术。 相关活动 需求与条例：做一个停车场模型-学生在设计时，需要考虑项目需求与条例，建造并测试他们自己的停车场模型。以团队为单位绘制蓝图、挑选建筑用料、经费预算和不断测试结构，以找到构件的最大负荷量。 在YouTube上观看这个活动 课程尾声 比赛时间快到了，你们班决定在比赛开始前去体育馆抢座位!当你走进奥林匹克体育场时，你还在想着刚刚学到的关于建筑师和工程师的知识，你知道有很多不同的奥运赛事场地:足球场、网球场、游泳设施等等。这些建筑中的一些看起来很整洁，一定花费了建筑师和工程师的很多心血。让我们看看你是否还记得如何区分建筑师师和工程师。谁能告诉我建筑师都做些什么?(回答:建筑师更注重建筑的艺术性和设计。)回答得不错!工程师是做什么的?(回答:工程师更注重技术和结构方面)有没有人能举例说明工程师和建筑师在设计建筑时各承担着什么职责?(答案可能是:建筑师决定窗户和照明的位置，门道和楼梯的位置，书架和柜台在哪里安置等等。工程师们通过选择结构材料、决定结构部件的具体位置、设计电气、供暖、通风、空调和管道系统来确保建筑的功能性与安全性。 再问你一个问题。谁还记得在建筑师和工程师建造摩天大楼之前，发生了什么重要的事情?回答正确!比木头更坚固的钢，必须发明出来才能建造高楼。这可以作为一个很好的例子，说明了工程开发如何让建筑师们，实现了他们对壮观的的高楼大厦的设想。 图4-建筑师与工程师共同合作，使建筑师的设计成型 课前评估 讨论问题：征求、融合和总结学生的答案 有谁知道工程师是做什么的吗?(答案:工程师是为了社会的利益，去设计和建造事物的人。工程师利用数学和科学来设计图纸、建造构件设施和加工。）那建筑师是做什么的?(答案:建筑师是对建筑物或结构进行创造性设计的人。)这两种职业什么时候会在一起工作?(回答:在摩天大楼、奥林匹克体育场或任何结构的设计施工中会一起合作。)除了土木工程师，还有什么其他类型的工程师会参与到建筑施工中?(答:电气工程师、土地开发工程师、照明工程师、机械工程师等等) 引进后评估 奥林匹克设计:以班级为单位，选择一个奥林匹克建筑或场地，然后列出在设计该结构时要完成的不同任务。其中一些任务包括: 明确合理的门框尺寸，浴室的数量，电灯开关的位置，屋顶材料的使用等等。试着明白哪些任务是工程师的设计图纸时，要考虑的一部分，哪些是建筑师的任务。(答案:门框—建筑师;浴室—建筑师;电灯开关-工程师;屋顶材料—工程师) 当学生喊出这些组件时，让他们在两栏“职业”下面写下不同的组件——一栏是“建筑师”，另一栏是“工程师”。让学生们决定哪一栏下面应该填上相对应的建筑组件。再问学生们是否记得，建造高大复杂的建筑需要先开发什么。(答案:钢铁)提醒学生们:要建造一个建筑十分复杂，所以只有当建筑师们和工程师们配合得很好，才能满足用户的需求和期望。 特殊结构讨论:课堂讨论 有哪些结构是建筑师和工程师一起设计和建造的?(答案。几乎所有的建筑，包括桥梁、学校、住宅和公司企业，这些都是建筑师和工程师共同努力的结果。如果你是作为奥运工程单元的一分子来做这项活动，请以北京奥运会为例。) 课程总结评估 绘画:让学生绘制出他们住的奥林匹克饭店，并画出自己房间的“蓝图”。蓝图中应包括门道和房间的部分，而不是家具和摆件，除非它们是建在酒店内的。并让学生标记出由工程师设计的部件(电灯开关、管道等)。你也许需要在黑板上画一个示例蓝图，这也将有助于向孩子们解释，什么是一个房间或建筑的“俯视图”。 课程拓展活动 让学生研究建筑结构，并试图找到一些建筑物的蓝图。或者，带领学生去图书馆看看他们感兴趣的建筑设计书籍。 让学生们去研究摩天大楼，并发现一些其他对摩天大楼的发展至关重要的工程成就。(例如:电梯、电脑信息监视器、电话等等)。 来源：teachengineering网站，编译：南瓜 |
|
|
