資源簡介

“第三節結構設計”教學設計
一、學情分析
本章第一節中也從力學的角度對結構進行了全面了解，在此基礎上學習結構的設計應該比較容易入手。但學生在制訂結構設計 方案時，還不太會對方案進行分項表達，也不熟悉如何對設計方案和作品進行自評和互評。學生改進方案、完善方案的能力還較弱。
二、教材分析
1.本節主要內容及在本章中的地位
本節的主要內容有：明確設計目標及要求，形成初步設計方案，模型制作，檢測、優化和改進設計，作品評價。要求學生根據具體的設計要求，綜合運用所學知識進行設計和制作，體現出理論與實踐相結合，注重發展學生的核心素養。
2.教學重點、難點
重點：理解結構設計必須遵循的方法和過程。運用所學進行“抗壓橋梁模型”的結構設計，繪 制設計圖紙，并做出模型。難點：運用所學，盡可能地提高橋梁模型的抗壓性能，提高橋模的承重效益數值(即橋最大荷 載與橋自重的比值)。
三、學習目標
（1）能綜合運用所學知識進行結構設計，制訂設計方案，繪制設計圖紙，并做出模型或原型。
（2）以小組合作的方式完成橋梁模型的設計，學習過程中建構橋模設計的技術意識。
（3）學習從材料力學性能出發，應用已學知識對橋模結構各構件的受力及構件間連接的穩固性等進 行分析，最終推出橋模結構設計的思路和原則，弓I出抗壓橋模的縱向立面和整體結構的設計方案。
（4）在模型或原型結構的設計、制作中，培養學生運用技術基礎知識的能力(如選材、連接方式、 工藝、加工水平、測試方法、評價與優化)，提高綜合設計能力，提高解決實際問題的核心素養(技術 意識、工程思維、創新設計、圖樣表達及物化能力)。
（5）通過設計與制作活動，培養學生勇于實踐，不怕困難、不怕吃苦的精神，增強其合作意識。
四、教學理念與方法
木節教學是在學生了解結構設計應遵循的設計方法和過程的前提下，通過明確設計目標及要求，調査、收集與分析相關信息，然后確定將要設計制作的模型或原型（如橋梁模型）。以合作學習的方式產 生多個設計案例，讓學生經歷結構設計與制作的全過程，在學中做，在做中學，并體驗方案和作品的交 流與評價。
五、教學過程
教師在教學時，需引導學生從技術和人文的角度看待設計，體驗設計是為了滿足人們的需要而產生 的，設計與人們的生活緊密相關。
提問：什么叫作結構設計？
結構設計屬于設計的一種類型，它也遵循一 般的設計方法和 過程。
播放短視頻：①介紹趙州橋的結構設計；②介紹中國國家歌劇院的穹頂設計。
導學思考：趙州橋的結構設計增加了橋梁的穩固性，保證了 橋的安全性，方便了車輛、行人通行。趙州橋的結構設計給了 你哪些啟發？
引導學生閱讀與分析教材第28頁的“防燙鍋蓋扳手的發明”
在實際生活中，工程師在進行橋梁設計時必須考慮以下幾個因素
（1）橋梁的跨度。跨度就是指橋梁上兩相鄰支撐點（如兩 河岸、橋墩）之間的距離。
（2）橋梁上能承受的荷載。荷載就是橋將能承受的重物 質量。
（3）橋梁的負載類型。設計時一般要考慮動荷載和靜荷載 兩種類型的負載。動荷載是指在橋梁上預期承受的車輛和人的 質量；靜荷載即橋梁自身的質量。
（4）河岸、河流的地質和水文資料。
（5）可能影響橋梁的環境因素。比如橋需要承受的強風， 冰、雪、極熱、極寒的程度。
（6）新橋梁橋上（如需幾條車道、車的載重等）、橋下 （如計劃能讓多大的船通過）有什么通行要求，建橋的預算以 及橋的建造工期，橋的使用壽命等。
實踐：模型橋結構設計
1.制定設計方案
收集和整理信息：在設計模型之前，先收集一些橋梁的資料，分析這些橋梁的結構類型和再進行設計
發現問題：橋面受到壓力時會彎曲變形，如果把作用在橋面上的力傳遞到其他地方，就可以避免橋面過分彎曲變形。
2.制作模型橋
挑選材料（選擇合適的工藝手段：鋸割/打磨/切削）；制作各部分構件；裝配（將各部分構建組裝在一起）。
3.檢測、優化和改進設計
承重實驗、檢測結構；根據實驗結果進行優化和改進
4.交流與評價
實踐2：一個懸掛重物的結構設計（P32）
實踐3：自選內容的結構設計（P33）
六、教學思考
學生在進行橋梁模型設計時，首先要求他們能從技術的角度對所要設計的橋梁模型進行結構強度和 穩定性分析，結合自己可選擇的材料，完成2 4個既能符合結構設計要求，又能呈現一定的美觀性、有 特色或仿真度高的方案；然后從中優化精選岀一個進行實踐制作。如果每個設計小組只設計一個方案就直接制作，學習效果不夠好，而且學生易產生對技術設計輕率的態度。盡可能安排好學生對設計方案進 行相互交流評價，可以有效地改進和提高設計的水平。
一般各小組都能完成教師布置的任務，但由于學生動手能力的差異，再加上時間的限制，完成的質量會有所差異，這種現象是正常的。教師應注意檢查與教育，杜絕學生找人代做的情況發生，鼓勵學生 全員認真參與。設計與制作過程應循序漸進，不斷地加強訓練學生的動手能力，并關注指導動手能力較弱的學生。

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