資源簡介

第二節：探究結構教學設計
一、學情分析
學生通過第一節的學習和日常生活中的常識，對結構和結構的受力情況有了初步的認識，但對影響 結構的穩定性和強度的具體因素還不是很清楚，而這些知識正是學生今后設計結構時的重要理論基礎。 要認識結構的穩定性和強度就必須了解一些結構力學的知識，而結構力學是學生學習的難點。本節通過 一些技術試驗深入淺出地讓學生自主探究，分析影響結構的強度和穩定性的因素。
二、教材分析。
1.本節的主要內容及在本章中的地位
本節的主要內容有：結構的穩定性、強度、連接，以及結構的強度和穩定性試驗。本節承接了第一 節認識結構的內容，主要讓學生理解影響結構穩定性和強度的因素，初步應用應力的公式進行計算， 通過技術試驗分析影響結構強度和穩定性的因素。本節是本章的核心內容，為學生學習結構設計打下 基礎。
2.教學重點、難點
重點：理解結構的穩定性和強度的含義，能運用應力的公式進行簡單計算。難點：通過技術試驗分析影響結構強度和穩定性的因素，并寫岀試驗報告。
三、學習目標
(1)了解結構穩定性和強度的含義，理解應力、內力的含義與關系，了解連接方式對結構的影響。
(2)能運用應力的公式進行簡單的應力計算。
(3)培養應用技術試驗分析問題的能力，并撰寫試驗報告。
(4)學會利用應力與強度的關系，以及結構的連接與結構的強度、穩定性的關系來解釋一些日常 現象。
(5)通過A形鋁梯的實例，理解結構的穩定性。
(6)通過兩個技術試驗，分析影響結構強度和穩定性的主要因素，并寫出試驗報告。
(7)通過因結構不穩定而坍塌的廣告牌實例，讓學生樹立質量管理的觀念和對產品的安全性負責的 社會責任感。
(8)技術試驗的過程可以培養學生善于觀察、勇于實踐、認真分析的技術品質。
四、教學理念與方法
通過日常生活中的事例讓學生了解結構設計在技術設計中的重要性，并在技術試驗中融入斯金納的 程序教學法。
(1)把結構的穩定性和結構的強度問題，分解成幾個小問題，讓學生逐一解決，從而降低問題的 難度。
(2)教師與學生之間、學生與學生之間，在每個問題解決的過程中都進行及時地反饋，讓學生少走 彎路。
(3)教師在學生完成每步后都給予表揚和肯定，通過鼓勵提高學生學習的積極性。
(4)通過以上方法可以大大提高學生的學習效率，增強學生的學習自信心，提高教學質量，保證教 學目標的達成。讓學生在課堂實踐和技術試驗中，通過分析試驗結果，發現影響物體結構穩定性與強度 的因素，初步形成從試驗數據中分析歸納出理論的能力。
五、核心素養
技術意識：通過感知生活中的現象以及進行技術試驗，形成對結構穩定性和強度的基本概念， 學會從結構穩定性和強度的角度分析事物，了解探究結構穩定性和強度對人類技術發展的重要性。創新設計：探究結構的過程中，設置具有不同影響因素的試驗，使學生了解要解決某一特定問 題要解決的主要技術問題。工程思維：引導學生通過探究生活中常見物品的穩固性，由點及面，了解一般結構的穩定性和 強度，并進行多因素分析試驗，使學生形成初步的工程意識和思維。圖樣表達：在講解結構的相關知識時，配以豐富的結構草圖、立體圖等，引導學生結合日常生 活情境，識讀常見的技術圖樣，能用簡單的草圖表達與交流設計構想。
六、教學過程
新課引入：思考？怎樣才能使結構穩固？播放比薩斜塔的視頻。何比薩斜塔斜而不倒？
（一）驗證形狀對于結構穩定性的影響
1.實踐：教師將A形鋁梯帶到課堂上，讓學生根據A形鋁梯的特征，完成以下實踐活動：
(1)分析A形鋁梯兩個梯面和橫桿構件分別受到什么 力的影響，有什么特點。
(2)利用雪糕棒和圖釘等材料制作一個簡易的梯子模型，并設計技術試驗測試其穩定性，比較哪種幾何圖形 更加穩定，提出證明依據。
(3)根據受力分析的情況以及技術試驗的結果，討論 A形鋁梯如何承受人的壓力，以及幾何圖形對于結構穩定性的重要性。
2.跨學科證明。
引導學生利用所學的簡單幾何知識，證明三角形與其 他平面幾何圖形相比更加穩定。
影響結構穩定性的因素
結構的穩定性與其幾何形狀、支撐面面積的大小和重心位置密切相關。結構要達到穩定，首先,整體幾何形狀必須科學合理；其次，支撐面面積越大，重心越低，其穩定性越強。因此，在進行結構設計時，要盡可能使結構所受的重力集中在底部，降低重心，并使其重心垂線落在支撐面內,從而提高結構的穩定性。
（二）強度與應力
通過一些結構因強度不足而發生倒塌的素材，引出問題：為什么結構在滿足穩定性的前提下，受到外力時還是會被破壞，是什么導致了這樣的變化？從而引出結構 強度和應力的概念。
強度：在工程技術中，不允許任何構件在正常工作的情況下被破壞，這就要求構件必須具有抵抗破話的能力，這種能力稱作強度。
應力：構件單位截面積所受的內力稱為構件的應力。
應力=內力/截面面積
σ：應力 N：內力 A：橫截面面積
應力的單位是帕，符號是Pa。還有Mpa，面積的單位是平方米，內力的單位是牛。
應力的計算
2.強度與材料
用手擠壓紙杯，紙杯會變形，而用同樣的力擠壓不銹鋼杯，不銹鋼杯的外形則無明顯變化。
3.強度與形狀強度與材料的形狀：相同的材料，不同的形狀
4.結構的連接
我們通常說的連接就是通過一定的方式把兩件或兩件以上的物體連在一起。
鉸連接：被連接的構件在連接處不能相對移動，但可相對轉動。
剛連接：被連接的構件在連接處既不能相對移動，也不能相對轉動。接、鉚接、螺接等。
構件連接處的強度是影響整個結構強度和穩定性的重要因素，而構件連接處的強度取決于它的連接方式、連接技術和連接處的牢固程度。
（三）結構的強度及穩定性實驗。
技術試驗是解決技術問題的重要方法。技術試驗有多種作用，如通過對不同材料進行強度試驗，可選擇出符合設計要求的材料；對結構進行加載模擬試驗，可檢測或改進結構的強度。技術試驗有多種方式，如撞擊試驗、承載試驗和模擬試驗等。
七、課后反思
本節課通過一系列的技術試驗，使學生深入了解結構的穩定性和強度及相應的影響因素，學生在本 節課的學習中有較大的興趣，能夠在教師的引導下感知生活中的案例并進行技術試驗，認識結構的穩定 性和強度的重要性，提高相應的技術意識；能夠在探究結構的過程中，通過技術試驗提高創新設計和工 程思維；還能夠通過繪制結構草圖來提升圖樣表達能力。

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