１.走進“港珠澳大橋”
資源型學習支架：文獻資料（教材、橋梁文章）、互聯網設備、項目化工作單以及橋梁模型制作工具和材料等。港珠澳大橋青州航道橋為雙塔三跨式斜拉橋，橋梁主要結構和制成主要結構的關鍵材料如圖２內容。教師為學生提供合適的學習支架，引導學生使用現代技術設備查閱資料，學會辨別信息，鍛煉批判性思維能力，同時培養學生信息素養。
２.橋梁物理模型建構和工程設計
學生查閱文獻資料了解到：港珠澳大橋青州航道橋為混凝土斜拉橋，懸索在空間內布置方式為豎直雙索面，在索面內布置形式為扇形；主梁布置方式為連續體系，以及索塔橫橋向結構形式為橫向“Ｈ”形。按照前述“方式和結構形式”繪制橋梁的簡易橋梁模型圖，如圖５所示。
學生查閱港珠澳大橋青州航道橋高跨比標準范圍和主梁高度與主跨徑、主梁全寬與高度比、主梁全寬與主跨徑比的適宜范圍，具體內容見表１。以此為依據確定材料的長度、寬度、高度、直徑等。根據材料的數字特性以及繪制的模型草圖，學生在計算機房模仿教師繪制簡易ＣＡＤ圖像，如圖６所示，大致操作流程為：設置圖幅→設置單位及精度→建立圖層→導入線型→設置對象樣式→繪圖→尺寸標注及文字說明。學生在完成任務過程中，以工程設計師的視角去分析、解決問題，嚴格把控模型設計標準，培養學生科學思維和模型建構能力，體會工程師工程設計的過程。
３.構造解釋和解決方案
學生依據繪制的模型圖和ＣＡＤ圖，尋找合適的材料來制作橋梁模型。橋梁模型材料：長方體木塊、鐵釘、圓柱體木塊、繩索。港珠澳大橋橋梁主要結構間實際結合或安裝方式如圖２內容。而學生需要進行頭腦風暴，結合生活經驗，思考怎么利用現有的工具完成材料間的組裝。
以下組裝方式只是一種教學參考，橋梁模型的制作是一種創造性活動，實際教學過程中學生會產生各種有洞見的想法，教師應盡可能幫助學生實現想法，以此促進學生創造性解決問題能力的發展。
最終確定在橋梁模型制作過程中，懸索和索塔直接穿孔連接，懸索和主梁打結的方式連接，效果如圖７所示；主梁間采用嵌合以及釘入鐵釘的方式連接，效果如圖８所示。
護欄的豎直和橫向木塊以釘入鐵釘的方式連接，效果如圖９所示。索塔和橋墩間同樣采用嵌合以及釘入鐵釘的方式連接，效果如圖10所示。橫梁與索塔間采用釘入鐵釘的方式連接，效果如圖11所示。為提高主梁橫向和斜拉橋結構的抗風穩定性，規定橋梁高跨比標準和主梁高度與主跨徑、主梁全寬與高度比、主梁全寬與主跨徑比的適宜范圍。
４.橋梁模型制作
依據橋梁模型草圖、ＣＡＤ圖像以及各結構連接方式等，確定材料的數字特性，如圖7～11所示。橋梁模型索塔高度與主跨徑比值約為0.19，主梁高度與主跨徑的比值約為0.01，主梁寬與主梁高的比值約為8.33，主梁寬與主跨徑比值約為0.11，懸索傾角在21～30°范圍內，均符合項目驗收標準。按照各項標準，完成橋梁模型制作，實物圖如圖12所示。
５.尋找證據論證
圖１中，驅動性子問題8～11設計的目的是使學生深入理解橋梁模型中用到的物理學原理，讓學生經歷從物理學原理的定量探究過程到論證“為何這樣設計橋梁結構”的過程，提升學生科學論證能力。例如子問題８：哪根懸索的拉力更大，為什么這根懸索的拉力更大？學生使用彈簧測力計完成每根懸索拉力的測量，發現跨度最小的懸索拉力更大，然后思考為何這根懸索的拉力更大，這個問題勢必會推動學生對懸索作用于索塔的力進行受力分析，再依據合力大小與分力夾角的關系推導得到該懸索拉力更大，因而在理論推導與實驗探究中生成結論，感受科學家科學探究的一般步驟。
子問題10：將壓力傳感器置于橋墩下，減小主梁的重量，觀察壓力傳感器變化的示數是否等于主梁所減小的重力？該問題是為引導學生主動去探究懸索作用于索塔的合力是否是沿著索塔豎直向下并作用于橋墩。
具體操作步驟：將壓力傳感器置于橋墩下，并進行歸零操作，然后在主梁上方放置一個500ｇ重物，如圖13所示，待壓力傳感器示數穩定后，記錄此時壓力傳感器的示數；再將重物取下，仍然待壓力傳感器示數穩定后，記錄此時壓力傳感器的示數；比較兩次壓力傳感器示數的差值與重物重力大小的關系，可以發現兩者在誤差范圍內數值大小相近，由此說明懸索合力豎直向下作用于橋墩。
子問題11：選擇什么材料作為防撞材料？結合真實情境：當通航船只意外撞擊橋墩時，橋墩外圍包裹的充水膠囊會吸收部分由于撞擊產生的能量。由于撞擊過程是在短時間內發生的劇烈碰撞，內力遠遠大于外力，所以整個過程滿足動量定理，其表達式為
從式（３）可以看出，平均沖力等于動量的改變量和作用時間的比值，想要減小平均沖力的大小，即減小碰撞對船只和橋墩帶來的損害，就需要增大作用時間，或使力的作用趨于穩定。作用時間越長，平均沖力就越小，再結合牛頓第二定律，知道通過繪制ａ－ｔ圖像，同樣可以判斷哪種防撞材料的防撞效果更好。學生完成理論的推導學習后，將依據教師提供的學習支架設計實驗方案。教師為學生提供生活中常見的防撞材料以供參考，例如，水果發泡網套、物流氣泡膜、橡膠等，以及加速度傳感器，數據采集器、朗威實驗系統等數據采集設備。當固定在小車上的加速度傳感器與小車一起加速運動時，數據采集器就可以將數據通過計算機軟件處理后直接得出加速度的值，具體按照下列步驟實施。
①采用朗威實驗系統的加速度傳感器，使數據采集器連接加速度傳感器和實驗系統，將加速度傳感器插入ＵＳＢ連接器；
②使用橡皮筋將加速度傳感器固定在小車上；
③將小車放置在軌道上，距離橋墩前一段距離，在朗威實驗系統中先點擊“調零”按鈕，再點擊“開始”按鈕，待數據采集器工作穩定后，以同樣的力（采用同一根彈簧，壓縮相同的長度）推動小車，使小車以一定的初速度去撞擊防撞材料，如圖14和15所示，小車撞擊“物流氣泡膜”和“水果發泡網套”的實驗圖景；
④在計算機上可以得到加速度變化曲線，根據ａ－ｔ圖像，比較平均沖力作用時間，選擇更優的防撞材料，再將選擇好的防撞材料安裝到橋墩上。
分別采集小車撞擊“未加防撞材料”“加物流氣泡膜”和“加水果發泡網套”情況下的ａ－ｔ圖像，如圖16所示，每組實驗分別完成３次及以上。
然后統計３組實驗中平均沖力作用時間Δｔ，即加速度峰值減小至０的時間間隔，如表３所示，可以明顯地看出，加防撞材料后的防撞效果優于未加防撞材料時，而“物流氣泡膜”的防撞效果優于“水果發泡網套”。