資源簡介

教學設計
課程基本信息
學科 通用技術 年級 高二 學期 春季
課題 結構及其設計（第一課時）——任務一 感知豐富的結構
教學目標
1. 通過案例分析，歸納并解釋結構的含義。 2. 通過案例分析，感受結構的豐富性。 3. 通過案例分析，感受結構與功能的獨特關系。 4. 通過案例分析，意識到合理結構的重要性。
教學內容
教學重點： 1. 結構的含義。 2. 結構決定事物存在的性質 3. 合理結構的重要性。 教學難點： 1. 結構決定事物存在的性質。
教學過程
一、走進情境 走進情境：小張是倉鼠愛好者，他有一只倉鼠飼養箱。為了給倉鼠更好地家居體驗，他網購了一批不同尺寸的木板和木棍，以及麻繩、鐵絲、膠水、螺絲釘等輔助材料，打算自制一些造景用品裝飾飼養箱。 師：這些材料在小張的巧手之下，搭配排列成了不同的結構。讓我們來看看他都做了些什么吧？ 圖片展示：帳篷、爬梯、圍欄、 師：這些材料在有序的搭配和組合下構成了不同的事物。結構就是事物各個組成部分之間的有序搭配和排列。 二、技術領域的結構及合理結構的重要性 馬上行動：如何用9根筷子搭成拱橋的結構？ 視頻展示 師：這是由9根筷子縱橫相交形成的拱形結構。橋梁學家唐寰澄給它命名為貫木拱結構，并稱贊它是“世界橋梁史上唯中國有之”。 根據組成拱圈的節段不同，貫木拱橋有不同形式，下面是其中5種形式的力學結構模型示意圖。視頻中搭建的就是第1種3根橫梁式。 “貫木拱橋”首次發現是在北宋畫家張擇端的《清明上河圖》中。但這項精巧的技藝，卻一度被認為失傳。 可以看到南宋之后各版本的《清明上河圖》中的拱橋，基本都被石拱橋替代，幾乎再難看到貫木拱橋的身影。 直到20世紀70年代末，文物工作者在我國浙南和閩東北地區再次發現了這種類型的木拱橋。比如，福建壽寧下黨鄉鸞峰橋，它是單體跨度最大的古代木工廊橋。 木拱廊橋就是在木拱的基礎上搭建廊屋。同學們，你們知道為什么要搭建廊屋嗎？。減輕木拱結構在風吹日曬下的老化、腐蝕，且廊屋的壓重可以使縱橫木咬合得更緊密。 福建屏南萬安橋是全國最長的木拱廊橋。在原有技藝的基礎上，工匠巧妙地采用多墩多跨、上木下石的結構，解決了傳統貫木拱橋跨度有限，不能在較寬河床上應用的制約。 不幸的是，就在2022年8月6日，這座已有900多年歷史的古橋在一場大火中被焚燒殆盡。唯一值得安慰的是，貫木拱廊橋技術，在當地也一直有活態傳承。重建萬安橋，在技術上是可行的。然而有更多的木橋被大火、洪水、臺風等損壞，至今沒有重建或是被重建為水泥橋，這深刻地提醒著我們保護傳統古建筑，傳承傳統技藝，需要我們傾注更多的心血。 在加拿大勞倫斯河上也有一座命途多舛的大橋，名叫魁北克大橋。魁北克大橋由橋梁學家庫帕設計，是當時世界上最長的懸臂梁結構。經歷過兩次事故才最終建成。 1907年8月29日，投資修建這座大橋的人們已經開始考慮如何為大橋剪彩。86名建橋工人在橋面進行最后的收尾工程。誰料鋼梁發出撕裂的聲音，還沒等大家反應過來，轟隆一響，1.9萬噸鋼材和86名工人落入水中，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，擅自將原設計的500米橋長延長到了600m，造成大橋南端制動臂彎曲，從而導致整個結構傾塌。 1913年，加拿大仍舊沒有放棄對這座橋的建設，他們將新橋主要受壓構件的截面積比原來增加了一倍多點，可是悲劇依然沒有避免，施工時橋梁中間段再次落入圣勞倫斯河中，13名工人落水遇難。 1922年，在魁北克大橋竣工不久，加拿大的七大工程學院一起出錢將建橋過程中倒塌的殘骸全部買下，并決定把這些親臨過事故的這些鋼材打造成一枚枚戒指，發給每年從工程系畢業的學生。然而由于當時技術的限制，橋梁殘骸的鋼材無法被打造戒指。于是，這些學院只好用其它鋼材代替。不過為了體現是代表橋坍塌的殘骸，戒指被設計成被扭曲的鋼條形狀，用來紀念這起事故和在事故中被奪去的生命。這就是在工程界聞名的工程師之戒。這枚戒指戴在右手小拇指上，制作圖紙的時候咯著手指，時刻提醒著工程師們，要具有高度的責任感去設計安全、牢固和有用的結構。 三、自然領域的結構 師：同學們，技術領域的結構何其豐富，不能一一道盡。自然界中，大樹、蝸牛、袋鼠等等萬事萬物也都有其特定的結構。 馬上行動：這是蒼耳子和尼龍搭扣，請同學們觀察他們的結構，找出他們的異同點。 師：蒼耳子呈紡錘型上有勾刺。尼龍搭扣有兩個面，一是毛面二是勾面，將毛面與勾面復合起來略加輕壓，硬挺的鉤刺與柔軟的毛圈就會連接起來，產生較大的扣合力。兩者結構上都有鉤刺。其實尼龍搭扣的設計靈感正是來源于蒼耳子。有一次，瑞士發明家喬治帶狗散步回家后發現自己褲子和狗身上上沾滿了一種草籽，他仔細觀察這些草籽，發現草刺上有狗刺和狗毛交叉在了一起。通過多年的研究，最終發明了尼龍搭扣。自然界形形色色的結構給了人們設計靈感和啟示，通過對自然界中結構的分析和研究，人們將其研究成果應用到技術領域更好地為人類服務。 思考：同學們，你們還知道哪些技術產品的設計靈感來源于自然界呢？ 四、社會領域的結構 師：結構，在社會領域也普遍存在著，例如人口結構、家庭結構、區域結構、組織結構等。

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