資源簡介

普通高中課程標準實驗教科書 通用技術（必修2）
第一單元　結構與設計
第一節 常見結構的認識
一、教學目標
1. 知識與技能
(1) 了解結構的含義。能舉出不同領域結構的實例，知道結構無處不在。
(2) 能從力學的角度理解結構的概念。
(3) 能夠結合簡單結構，分析結構的受力。
(4) 了解結構的類型，并對簡單的結構實例進行分類。
2. 過程與方法
(1)通過對自然界、社會、技術三個領域的結構認識，培養學生的興趣。
(2) 培養學生形成用結構的框架來思考、認識問題的能力。
(3) 能對生活中常見的簡單結構的實例進行歸類。
3. 情感態度與價值觀
(1) 通過結構的組裝激發學生了解結構，研究結構的興趣與熱情。
(2) 體驗解決問題過程的艱辛和獲得成功的喜悅。
(3) 認識技術的創造性特征，培養勇于創造的個性。
二、教學重點
1.結構的含義。
2.結構決定事物存在的性質。
3.力的分析方法。
三、教學難點
1.力的分析方法。
2.殼體結構力的分析。
四、課時安排
1課時
五、教學方法
案例分析法、閱讀法、實驗法、小組合作法
六、設計思想
1. 教材分析
本課時內容是本單元的基礎性知識，對后面的章節起著提綱挈領的作用。
第一小節“無處不在的結構”通過對自然界、技術領域和社會領域三個層面的分析，說明了結構無處不在，給出了結構的一般含義。教材特別強調了結構的多種多樣決定了事物存在的性質，這個觀點作為結構思想方法的重要組成部分，貫穿于這一章的始終。在這一節中，用“魁北克大橋的坍塌”為例說明合理結構的重要性，給學生以心靈的震撼，引起他們對結構的重視，提醒學生進行結構設計時要有高度的責任感。
第二小節“結構與力”從力學的角度讓學生學習結構，并給出了結構的受力分析方法，由于受到學生的知識水平限制，教材只進行定性的分析，要求學生體驗和學習力的分析方法。力的分析方法是這一小節的重點。
第三小節介紹了三種基本結構類型，同時指出了生產生活實際中結構的復雜性，多數物體的結構是這三種基本結構形式的組合。教材通過學生熟悉的實例，展開技術視野中結構的基本分類的討論，通過有趣的小試驗，強化對不同類型結構的特點的理解，重點是把握不同類型的結構的受力特點及其具體應用。
2. 設計理念
這一節主要講為什么要學習結構，特別要強調的是，要向學生指出結構無處不在，我們學習的結構的思想方法可以遷移到其他領域。
本節的重點是結構與力、結構的類型。所以要把握好從夠簡單基本受力和變形形式來理解結構，要引導學生從力學角度理解結構的一般分類，理解不同結構類型在生產生活中的應用。
3. 教學策略設計
充分利用教科書中的案例，激發學生的學習激情和興趣。結合具體實例，采用提問、演示實驗、分組實驗等方式，使學生理解結構的重要性，同時拓寬學生的視野，提高學生觀察事物和分析問題的能力。
4. 學情分析
由于學生已經系統地學習了《技術與設計1》，對設計中的結構知識有了一定的感性認識，但學生對于結構的作用的認識還是比較模糊、零散的。因此，在學習人類如何利用自然界中的結構解決實際生活中的一些技術問題時存在一定的困難。
學生對結構類型的分類，往往只注意到一種結構形態，容易造成分類的混淆。這一節從力的角度對不同類型的結構進行分析，相對比較抽象，對于學生來說難度加大，所以最好采用實驗的方法，讓學生親自感受不同類型結構承受力的特點與不同。
七、教學準備
收集相關的教學實物、常見結構的圖片，準備廢舊紙盒的紙板，加壓的重物，生雞蛋3個，合適的瓶蓋6個，木板1塊，組合結構用的積木、拼插玩具若干，多媒體課件PPT.
八、教學過程
1.導入：無設計 不生活
【實物和圖片展示】實用又有美感的鐘表、鼠標墊和紙鎮，小型噴霧器和小巧按摩儀。
【教師介紹】鐘表、鼠標墊和紙鎮，實用中透著美感；小型噴霧器較之普通加濕器，攜帶方便，還可以充當移動電源；小巧按摩儀，按摩裝飾兩相宜。可見，設計就在我們的生活之中。要設計物品，首先要了解事物的結構。這節課我們來一起學習結構與設計之常見結構的認識。
2.結構無處不在
【教師講解】所謂結構，是指事物的各個組成部分之間的有序搭配和排列。大到宏觀天體，小到微觀粒子，世界上任何事物都存在結構,結構多種多樣且決定著事物存在的性質。
【投影展示】自然界蜂巢、蜻蜓和蜘蛛網；建筑領域埃菲爾鐵塔、凱旋門和趙州橋；技術領域汽車和自行車以及社會領域股東大會等結構的圖片。
【教師總結】以上案例說明，結構無處不在，結構多種多樣且決定著事物存在的性質。
【教師介紹】形形色色的結構帶給人們無限的靈感和啟發。
【圖片展示】
蒼耳子和尼龍搭扣。
鷹和“ 鷹眼”導彈系統。
蜂巢和泡沫蜂窩棉、足球。
蛛網和懸索結構
【教師總結】結構的合理運用帶給人們便利，但是結構方面存在的一個小問題也可能導致重大事故的發生。
【課堂活動】閱讀“魁北克大橋的坍塌”。大橋坍塌的原因是什么？
魁北克大橋興建于20世紀初期，它是由橋梁學家庫帕設計的當時世界上同類大橋中最長的一座。當時橋的建設速度很快，施工組織也很完善，正當投資修建這座大橋的人們開始考慮如何為大橋剪彩時，隨著一陣震耳欲聾的巨響，大橋的整個金屬結構垮了，19000t鋼材和86名建橋工人落入水中，只有11人生還。
大橋坍塌的原因是設計師在沒有對橋梁的關鍵部位做相應加固的情況下，擅自將原來的500m的橋長延長到了600m，造成了大橋南端制動臂上的壓力索發生彎曲，從而導致整個上層結構的傾塌。
為了記住這一教訓，所有畢業于加拿大各大學的工程師都有一個鐵指環，這些鐵指環是由那座坍塌的魁北克大橋上的金屬制成的（現在的指環由不銹鋼制造）。它們時刻提醒人們，進行結構設計要具有高度的責任感。
【師生互動】設計師沒有對橋梁的關鍵部位做相應的加固。合理的結構是設計的基礎，卓越的結構是設計者和制造者的最高目標。進行結構設計要具有高度的責任感。
【視頻】1940年普吉灣吊橋的坍塌事故。
3.結構與力
⑴【探究試驗】比較不同形狀的紙板能承受的壓力的大小。
①將一塊紙板用支架支撐起來，在紙板中間不斷增加重物，直到它塌下來，記錄此時重物的質量。
②將另一塊紙板彎成拱，兩端固定以防止延伸，在圓拱上端不斷增加重物，直到它塌下來，記錄此時重物的質量。
③將拱的跨度變小，重復上面的操作，記錄此時重物的質量。
結論：拱形跨度越小，抗壓能力越大。
啟示：建造橋梁
【教師介紹】從力學角度來說, 結構是指可承受一定力的架構形態, 它可以抵抗能引起形狀和大小改變的力。不同的結構所能承受的力是不同的。
【問題設置】用盡可能多的方式分開火腿腸。
【師生互動】拉、扭轉、彎曲、壓、剪等。
⑵力的基本形式
【投影展示】教材第5頁中的圖片，五種力的基本形式。
拉 力 物體所承受的拉拽力 起吊重物的鋼索、拔河時的繩子
壓 力 擠壓物體的力 千斤頂的活塞、橋墩
剪切力 兩個距離很近 ,大小相等,方向相反,且作用于同一物體上的平行力 鉚釘、機械中常用的連接件
扭轉力 反方向向物體兩端均勻施力 ,使物體發生扭轉形變的力 汽車的傳動軸、擰干中的衣服
彎曲力 作用于物體 ,使它產生彎曲的力 起重機的大梁、釣魚竿
【實例判斷】吊蘭支架、橋墩、方向盤轉軸、剪刀銷釘、單杠橫梁
【教師拓展】一般物體結構都比較復雜，往往不止一種受力形式。比如橋梁要求能同時抗拉、抗壓、抗彎曲和抗扭轉。這就需要不止一種建筑材料。混凝土的橋梁往往摻雜鋼筋，混凝土抗壓效果好，而鋼筋抗拉效果好，這樣的橋梁才更加堅固耐用。
4.結構的類型
（1）實體結構：實體結構通常是指結構體本身是實心的結構。它的受力特點是外力分布在整個體積中，如實心墻、大壩等。
（2）框架結構：框架結構是指結構體由細長的構件組成的結構，如鐵塔架、建筑用腳手架、廠房的框架等。它的受力特點是既能承受豎向重力荷載、也能承受水平方向的荷載。
（3）殼體結構：殼體結構通常是指層狀的結構。它的受力特點是，外力作用在結構體的表面上，如摩托車手的頭盔、飛機的外殼、貝殼等。
【投影展示】不同類型的結構圖片。
【教師演示】將3只瓶蓋以三角形狀擺放在桌面上，將雞蛋分別立于瓶蓋上，再在雞蛋上蓋上另外3只瓶蓋。取一塊木板放在上面，輕輕將磚頭或石板壓在木板上（磚頭或石板應放在雞蛋所組成的三角形的中部）。試驗過程中記錄雞蛋所能承受的磚頭或石板的塊數。
為什么雞蛋能夠承受如此大的壓力？
【師生互動】這跟結構的類型有關，雞蛋的承壓面呈現拱形，而拱形的承壓能力是比較好的。
物體結構 實體結構 框架結構 殼體結構 組合結構 受力特點
柵欄 √ 支撐空間卻不充滿空間
圓形陶瓷裝飾品 √ 結構體的表面
冰山 √ 外力分布在整個體積中
高層建筑的穹頂 √ 結構體的表面
鋼化玻璃鍋蓋 √ 結構體的表面
竹排 √ 支撐空間卻不充滿空間
汽車外殼 √ 結構體的表面
人的頭蓋骨 √ 結構體的表面
古羅馬斗獸場 √ 支撐部分空間，分布在部分體積中
【案例分析】分析世界上最大教堂——圣彼得大教堂等典型建筑物的結構類型。
分析要點：其結構整體往往是框架結構，而地基、支撐柱則是實體結構，屋頂通常采用殼體結構，這也是大多數結構體所采用的結構類型。
5.我學習，我設計
教師用準備好的積木、雪花片和拼插玩具分組讓學生拼出盡可能多的結構。
【作品展示】
6.首尾呼應
舉教師自己改造杯子的例子，再次激起學生在平時生活中留意物體結構，改造身邊物品讓其更加實用和美觀的激情和興趣。
7.作業
⑴.觀察身邊的結構，嘗試辨別其結構類型，并進行受力分析。
⑵.嘗試對身邊的物品進行改造，使其更加實用和美觀。
九、教學反思
這節課教學素材豐富，貼近學生生活實際，內容與物理學科聯系緊密，所以學生比較感興趣，但是教學素材豐富的課堂容易讓老師成為課堂的主角，忽略學生的主體地位，這樣教學效果可能會打折扣。
不足之處：
1. 所選的教學案例比較多的停留在淺層次，還是屬于就事論事的案例，并且沒有以一種遞進的方式呈現給學生，還沒有形成強烈的前后邏輯來說明結構。學生聽了，知道相關內容，但是多數也只是停留在表面上，理解不深刻。
2. 引導學生積極思考比較少，還是老師起主導作用。
3. 學生參與度仍待提高，在介紹結構的類型時，要時刻注意讓學生參與討論和探究。
有待改進：
1.要充分利用教材中的“馬上行動”、“探究”、“小試驗”等內容，留給學生思考探究的余地和空間。
2.力求對期中的個別例子進行重點的、深入淺出的講解。
3.加強和學生的溝通、互動，最好能使學生參與到整個教學活動中來。
4.除了自己收集素材展示以外，是否可以嘗試讓學生自己收集結構類型的圖片，然后互相交流，這樣學生的參與度會提高，教學效果會更理想。
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