본 연구는 교량에 대한 초등과학 영재교육 프로그램을 개발하기 위하여 교사가 미리 습득해야 할 배경지식을 제공하기 위한 총설 논문으로서 다음과 같은 3가지 주제를 선정하였다. 첫째, 트러스교에 작용하는 힘을 분석하기 위하여 힘의 평형 조건을 사용하는 절점법과 모멘트의 평형 조건을 사용하는 단면법을 적용하였다. 절점법은 교량의 한쪽 끝부터 순차적으로 절점에 작용하는 힘을 구할 수 있는 반면, 단면법은 순차적인 절차 없이 필요한 부재의 힘만 구할 수 있다. 예제로서 하우 트러스교를 사용하였다. 둘째, 파스코 트러스 교량세트(Pasco Truss Bridges Set)를 활용하여 와렌 트러스교를 제작한 후 트러스교에 작용하는 힘을 구조역학적 방법으로 구하고 이를 실험적으로 검증하였다. 셋째, 2007년에 붕괴된 미국 미네소타주 Minneapolis 미시시피강 위의 I-35W교량(수직재가 있는 와렌 트러스교)에 작용하는 힘을 단면법을 사용하여 분석하였다. 그리고 NTSB의 보고서와 구조역학 국제 학술지를 통하여 교량에 작용하는 사하중, ...
본 연구는 교량에 대한 초등과학 영재교육 프로그램을 개발하기 위하여 교사가 미리 습득해야 할 배경지식을 제공하기 위한 총설 논문으로서 다음과 같은 3가지 주제를 선정하였다. 첫째, 트러스교에 작용하는 힘을 분석하기 위하여 힘의 평형 조건을 사용하는 절점법과 모멘트의 평형 조건을 사용하는 단면법을 적용하였다. 절점법은 교량의 한쪽 끝부터 순차적으로 절점에 작용하는 힘을 구할 수 있는 반면, 단면법은 순차적인 절차 없이 필요한 부재의 힘만 구할 수 있다. 예제로서 하우 트러스교를 사용하였다. 둘째, 파스코 트러스 교량세트(Pasco Truss Bridges Set)를 활용하여 와렌 트러스교를 제작한 후 트러스교에 작용하는 힘을 구조역학적 방법으로 구하고 이를 실험적으로 검증하였다. 셋째, 2007년에 붕괴된 미국 미네소타주 Minneapolis 미시시피강 위의 I-35W교량(수직재가 있는 와렌 트러스교)에 작용하는 힘을 단면법을 사용하여 분석하였다. 그리고 NTSB의 보고서와 구조역학 국제 학술지를 통하여 교량에 작용하는 사하중, 활하중, 건설하중과 같은 다양한 요인들이 작용하여 그 교량이 붕괴되었음을 알 수 있었다. 제언으로서, 본 연구를 기반으로 초등과학 교량관련 영재교육프로그램을 제작한다면 초등학생들이 힘에 대한 개념에 쉽게 접근할 수 있으므로 중학교 과학교육과정과 자연스럽게 연계될 수 있을 것으로 기대한다.
본 연구는 교량에 대한 초등과학 영재교육 프로그램을 개발하기 위하여 교사가 미리 습득해야 할 배경지식을 제공하기 위한 총설 논문으로서 다음과 같은 3가지 주제를 선정하였다. 첫째, 트러스교에 작용하는 힘을 분석하기 위하여 힘의 평형 조건을 사용하는 절점법과 모멘트의 평형 조건을 사용하는 단면법을 적용하였다. 절점법은 교량의 한쪽 끝부터 순차적으로 절점에 작용하는 힘을 구할 수 있는 반면, 단면법은 순차적인 절차 없이 필요한 부재의 힘만 구할 수 있다. 예제로서 하우 트러스교를 사용하였다. 둘째, 파스코 트러스 교량세트(Pasco Truss Bridges Set)를 활용하여 와렌 트러스교를 제작한 후 트러스교에 작용하는 힘을 구조역학적 방법으로 구하고 이를 실험적으로 검증하였다. 셋째, 2007년에 붕괴된 미국 미네소타주 Minneapolis 미시시피강 위의 I-35W교량(수직재가 있는 와렌 트러스교)에 작용하는 힘을 단면법을 사용하여 분석하였다. 그리고 NTSB의 보고서와 구조역학 국제 학술지를 통하여 교량에 작용하는 사하중, 활하중, 건설하중과 같은 다양한 요인들이 작용하여 그 교량이 붕괴되었음을 알 수 있었다. 제언으로서, 본 연구를 기반으로 초등과학 교량관련 영재교육프로그램을 제작한다면 초등학생들이 힘에 대한 개념에 쉽게 접근할 수 있으므로 중학교 과학교육과정과 자연스럽게 연계될 수 있을 것으로 기대한다.
In this thesis, we developed a science education program to understand mechanics of bridges. This program, which should be useful to teachers as a teaching material, aims at helping (gifted) elementary school students acquire the pre-knowledge to comprehend the underlying mechanical principle of bri...
In this thesis, we developed a science education program to understand mechanics of bridges. This program, which should be useful to teachers as a teaching material, aims at helping (gifted) elementary school students acquire the pre-knowledge to comprehend the underlying mechanical principle of bridges. For this goal, we took the following three, mutually related, approaches. First, in order to analyze forces acting on a truss bridge, we employed two methods: the method of panel point, which basically uses equilibrium conditions of force, and the method of section, which basically uses equilibrium conditions of moment. Using the method of panel point, we can calculate the force acting on each panel point from one end of the bridge step by step. Using the method of section, we can calculate the force acting on a particular panel point directly. We applied the aforementioned methods to understand a Howe truss bridge. Second, in order to verify the approach, we employed the following scheme. We first calculated the force acting on a Warren truss bridge and verified this experimentally by constructing such a bridge with the Truss Bridges Set from Pasco. Third, we analyzed forces acting on the I-35W bridge, a Warren truss bridge with vertical beams, which was located over the Mississippi river in Minneapolis, USA and collapsed in 2007, by the method of section. We were able to understand why the bridge collapsed based on various factors acting on the bridge such as dead loads, live loads, and construction loads, which were available from NTSB (National Transportation Safety Board) reports and research journals about structural mechanics. From this study, we imagine that if this program is successfully developed for (gifted) elementary school students, they would have a better grasp on the concept of force and consequently have better chance to understand the middle-school physics.
In this thesis, we developed a science education program to understand mechanics of bridges. This program, which should be useful to teachers as a teaching material, aims at helping (gifted) elementary school students acquire the pre-knowledge to comprehend the underlying mechanical principle of bridges. For this goal, we took the following three, mutually related, approaches. First, in order to analyze forces acting on a truss bridge, we employed two methods: the method of panel point, which basically uses equilibrium conditions of force, and the method of section, which basically uses equilibrium conditions of moment. Using the method of panel point, we can calculate the force acting on each panel point from one end of the bridge step by step. Using the method of section, we can calculate the force acting on a particular panel point directly. We applied the aforementioned methods to understand a Howe truss bridge. Second, in order to verify the approach, we employed the following scheme. We first calculated the force acting on a Warren truss bridge and verified this experimentally by constructing such a bridge with the Truss Bridges Set from Pasco. Third, we analyzed forces acting on the I-35W bridge, a Warren truss bridge with vertical beams, which was located over the Mississippi river in Minneapolis, USA and collapsed in 2007, by the method of section. We were able to understand why the bridge collapsed based on various factors acting on the bridge such as dead loads, live loads, and construction loads, which were available from NTSB (National Transportation Safety Board) reports and research journals about structural mechanics. From this study, we imagine that if this program is successfully developed for (gifted) elementary school students, they would have a better grasp on the concept of force and consequently have better chance to understand the middle-school physics.
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