資源簡介

常見結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)
教材：普通高中教書《通用技術(shù)》之《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》（蘇教版）
內(nèi)容：第一單元《結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)》的第1節(jié)
教學(xué)目標(biāo)：
能說出結(jié)構(gòu)的含義，辨析結(jié)構(gòu)的類型，理解結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。
了解結(jié)構(gòu)的基本受力變形形式，會(huì)分析簡單結(jié)構(gòu)的變形形式。
重點(diǎn)：結(jié)構(gòu)的含義、受力產(chǎn)生的形變基本形式、結(jié)構(gòu)類型及特點(diǎn)。
難點(diǎn)：結(jié)構(gòu)受力與形變分析。
教材分析：在必修一《設(shè)計(jì)的一般過程》中，涉及到便攜式小凳的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是用。。。（物質(zhì)）材料，加工成。。。樣式的部件，用。。。方法連接成。。。形狀。重在材料選擇和結(jié)構(gòu)形狀的設(shè)計(jì)。在本節(jié)內(nèi)容中，重在理解結(jié)構(gòu)的含義、在外力作用下的基本變形形式、辨識(shí)類型。結(jié)構(gòu)受外力作用時(shí)，應(yīng)力與形狀改變情況往往很復(fù)雜（難度超過高一物理，力學(xué)中物體的受力分析），此處宜簡，新版本在本節(jié)內(nèi)容中刪除了應(yīng)力概念，放在下一節(jié)內(nèi)容《探析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度》中提出，也不作過難的分析講解。這種處理符合學(xué)生學(xué)情（高一學(xué)生的認(rèn)知水平）。
設(shè)計(jì)思想：
滲透三大核心素養(yǎng)：技術(shù)意識(shí)、工程思維和創(chuàng)新能力。
依此組織若干教學(xué)材料。尤其是平時(shí)留意的一些事物。
動(dòng)物建筑物的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：小小的蜘蛛、燕子等動(dòng)物的形態(tài)、它們的建筑物，它們需要選址（環(huán)境科學(xué)）、測量（數(shù)學(xué)計(jì)算與測繪）、設(shè)計(jì)（胸有成竹、省略了繪圖軟件和尺規(guī)紙筆）、選用材料、制造材料（材料科學(xué)）、建造（物體能力，制造業(yè)技術(shù)工藝），它們結(jié)構(gòu)有區(qū)別、功能不同，都體現(xiàn)了其工程思維、創(chuàng)新意識(shí)，也表現(xiàn)出了它們的工匠精神。這些結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)體現(xiàn)了哪些設(shè)計(jì)原則？哪些性質(zhì)？這些動(dòng)物是怎樣學(xué)習(xí)、傳承技術(shù)的？值得我們學(xué)習(xí)嗎？
雞蛋的強(qiáng)度試驗(yàn)：許多生物產(chǎn)蛋，蛋為什么是殼體結(jié)構(gòu)？否則會(huì)怎樣？學(xué)生天天吃蛋而無視蛋的結(jié)構(gòu)及其重要的功能，通過試驗(yàn)（集體協(xié)作壓爆雞蛋，比定量測試產(chǎn)生的效應(yīng)更好）提高技術(shù)意識(shí)，體會(huì)到技術(shù)處處存在，那么重要而有趣。
水車結(jié)構(gòu)的觀察與研究：看似簡單，每個(gè)學(xué)生都能參與討論。其實(shí)可以步步深入：材料強(qiáng)度、性能處理、環(huán)境適應(yīng)、使用壽命、構(gòu)件尺寸、連接方式、如何傳力、如何運(yùn)轉(zhuǎn)、性價(jià)比、功能拓展需要怎樣的結(jié)構(gòu)補(bǔ)充，甚至于重新設(shè)計(jì)提水裝置。有興趣的同學(xué)可收獲更多。
器材準(zhǔn)備：圖片、視頻（課堂上可現(xiàn)場操作，不需要視頻）、薄板和桿件（不限材料）雞蛋、乒乓球、瓶蓋、木板（約20mmx20mmx10mm，錐形瓶（裝好有色液體和瓶塞導(dǎo)管）
教學(xué)過程：
一． 感知豐富的結(jié)構(gòu)
“結(jié)構(gòu)”一詞在許多語境中都有使用：
文章的結(jié)構(gòu)、漢字的結(jié)構(gòu)
學(xué)生會(huì)的組織結(jié)構(gòu)
深圳市的人口結(jié)構(gòu)、產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)
原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、細(xì)胞結(jié)構(gòu)
人體結(jié)構(gòu)
房屋結(jié)構(gòu)、橋梁結(jié)構(gòu)
……
以上語境包括社會(huì)領(lǐng)域、技術(shù)領(lǐng)域和自然界。
結(jié)構(gòu)：是指組成事物的組成部分的有序搭配與排列。由于搭配與排列方式千差萬別，所以世界上的事物多種多樣。事物的結(jié)構(gòu)決定著事物存在的性質(zhì)。
實(shí)例1：蜂房為整齊劃一的六邊形，工整、用料少、質(zhì)輕、堅(jiān)固、空間大。
實(shí)例2:燕子選址筑巢，巧用三角、利用空間。
實(shí)例3：動(dòng)物謎語:
南陽諸葛亮,
穩(wěn)坐中軍帳,
擺起八卦陣,
單捉飛來將。
(打一動(dòng)物)
謎底：蜘蛛
蜘蛛網(wǎng)是動(dòng)物世界極為了不起的創(chuàng)造發(fā)明。人類受到啟發(fā)，設(shè)計(jì)了許多網(wǎng)狀產(chǎn)品。
觀察與討論
觀察水車的結(jié)構(gòu)（構(gòu)件材料、形狀、尺寸、連接）。
判斷河水流向？能開發(fā)水車更多用途嗎？
如果磨房離得比較遠(yuǎn)怎么辦？
如果水的流速變小，水車就不能自動(dòng)提水灌溉了，怎么辦呢？
水車在豎直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，能否以此為動(dòng)力，得到其它方向的圓周運(yùn)動(dòng)或直線運(yùn)動(dòng)？
還可以研究哪些問題？
二． 認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)的受力
結(jié)構(gòu)：從力學(xué)角度看，結(jié)構(gòu)是指可承受一定力的架構(gòu)形態(tài)，它可以抵抗能引起形狀和大小改變的力。
1.構(gòu)件：通常將結(jié)構(gòu)的組成部分稱為構(gòu)件。
2.構(gòu)件受力與變形：一個(gè)設(shè)計(jì)合理的結(jié)構(gòu)應(yīng)該能承受正常使用時(shí)外界的各種作用力，抵抗各種形變。分析結(jié)構(gòu)受力，首先要清楚組成結(jié)構(gòu)的構(gòu)件受到哪些力的作用，其次要清楚在這些力的作用下，構(gòu)件能否安全、可靠地工作，也就是對構(gòu)件進(jìn)行承載能力的分析。（解說圖片，播放視頻（選自教材配套光盤《認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)的受力》）
試一試：
如果由你采摘荔枝、柑桔和椰子，你會(huì)選擇什么工具？
如果沒有工具呢？
用手拉拽？
搖晃？
扭轉(zhuǎn)？
用牙咬？
三． 辨析結(jié)構(gòu)的類型：有不同的分類方法。按形態(tài)，通常可分為以下三種。
1.實(shí)體結(jié)構(gòu):結(jié)構(gòu)體本身是實(shí)心。能承受大的壓力。
大壩、墻體、粗的柱、家具厚的板、粗的腿等。
2.框架結(jié)構(gòu):通常由細(xì)長的構(gòu)件組成。其構(gòu)件的幾何特征是截面比長度小得多。能用少量材料得到大的空間，能承受壓力和拉力。
生產(chǎn)生活中的絕大多數(shù)設(shè)備和用品采用了框架結(jié)構(gòu)。
3.殼形結(jié)構(gòu)：層狀的結(jié)構(gòu)，內(nèi)外曲面間厚度比其它尺寸小得多。殼體受力，可沿殼形方向傳遞分散。殼形結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢：使得結(jié)構(gòu)體（國家大劇院）強(qiáng)度高、跨度大、省材料、外形美觀。
許多植物的果實(shí)有堅(jiān)硬的外皮做保護(hù)層，花生、瓜子、板栗等堅(jiān)果都是殼形結(jié)構(gòu)，西瓜、椰子、龜、貝類都是殼形結(jié)構(gòu)。
國家大劇院依靠橢球形的殼形結(jié)構(gòu)支撐，得到巨大的內(nèi)部空間。
技術(shù)試驗(yàn)：
錐形瓶的微小形變實(shí)驗(yàn)(師生互動(dòng)探討）：曲面比平面的大，所以汽車的擋風(fēng)玻璃、車身設(shè)計(jì)成曲面的，有防爆防沖撞等強(qiáng)度優(yōu)勢。
雞蛋壓暴試驗(yàn)：
問：雞生蛋為什么要生成蛋的形狀而不是其它形狀？是經(jīng)過“設(shè)計(jì)”的嗎？
激：有人踩雞蛋或燈泡表演輕功，本節(jié)課后，你也可以練就神奇的“輕功”！
拋蛋、敲蛋試驗(yàn)：老師演示。
雞蛋壓爆試驗(yàn)：學(xué)生合作、定性試驗(yàn)。
試驗(yàn)后：
有信心表演“輕功”嗎？
能策劃一次“最強(qiáng)雞蛋”比賽嗎
如何選蛋？蛋的強(qiáng)度與哪些因素有關(guān)？
怎樣設(shè)計(jì)比賽裝置？
怎樣評(píng)分？
四．結(jié)語：
1.結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：通過理化生學(xué)科的學(xué)習(xí)，可知，物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)決定了宏觀物質(zhì)的性質(zhì)和功能。人類分析、研究自然界的各種結(jié)構(gòu)，在技術(shù)領(lǐng)域中設(shè)計(jì)出了許許多多精妙的、具有各種功能的產(chǎn)品。技術(shù)領(lǐng)域中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，可認(rèn)為是采用恰當(dāng)?shù)臉?gòu)件連接成某種形狀的架構(gòu)形態(tài)。
2.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)必須合理：各種產(chǎn)品設(shè)備有實(shí)實(shí)在在的結(jié)構(gòu)，在應(yīng)用中受到外力作用時(shí)，決不可以等同于物理學(xué)上的質(zhì)點(diǎn)，結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)一定要合理，使之正常使用時(shí)能抵抗外力產(chǎn)生的形變（形變范圍應(yīng)滿足設(shè)計(jì)要求）。
3.結(jié)構(gòu)分類及應(yīng)用：結(jié)構(gòu)有不同分類方法。實(shí)體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)和殼體結(jié)構(gòu)各有其特點(diǎn)，往往根據(jù)需求組合使用。

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