資源簡介

《技術(shù)與設(shè)計 2》第一章第二節(jié)課時 2 結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度
一、學(xué)情分析
學(xué)生通過第一節(jié)的學(xué)習(xí)和日常生活中的常識，對結(jié)構(gòu)和結(jié)構(gòu)的受力情況有了初步的認(rèn) 識， 也探討了影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的因素， 但對于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的具體影響因素還不是很清楚， 而 這些知識正是學(xué)生今后設(shè)計結(jié)構(gòu)時的重要理論基礎(chǔ)， 要認(rèn)識結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度就必須了解 一些結(jié)構(gòu)力學(xué)的知識， 而結(jié)構(gòu)力學(xué)是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)。本節(jié)通過一些技術(shù)試驗(yàn)和討論探究深 入淺出地讓學(xué)生自主探究，分析影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的因素。
二、教材分析
本節(jié)的主要內(nèi)容有：結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)與材料、結(jié)構(gòu)與形狀、結(jié)構(gòu)與連接方式。本節(jié)承 接了第一節(jié)認(rèn)識結(jié)構(gòu)的內(nèi)容， 主要讓學(xué)生理解影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度的因素， 初步應(yīng)用應(yīng)力 的公式進(jìn)行計算， 通過技術(shù)試驗(yàn)分析影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性的因素。本節(jié)是本章的核心內(nèi)容， 為學(xué)生學(xué)習(xí)結(jié)構(gòu)設(shè)計打下基礎(chǔ)。
教學(xué)重點(diǎn)：理解結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和應(yīng)力的定義，能運(yùn)用應(yīng)力的公式進(jìn)行簡單計算。 教學(xué)難點(diǎn) ：通過技術(shù)試驗(yàn)分析影響結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的因素。
三、教學(xué)目標(biāo)
1 ．技術(shù)意識：通過感知生活中的現(xiàn)象以及進(jìn)行技術(shù)試驗(yàn)， 形成對結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的基本概念， 學(xué)會從結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度的角度分析事物， 了解探究結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度對人類技術(shù)發(fā)展的重 要性。
2 ．創(chuàng)新設(shè)計：探究結(jié)構(gòu)的過程中，設(shè)置具有不同影響因素的試驗(yàn)，使學(xué)生了解要解決
某一特定問題要解決的主要技術(shù)問題。
3 ．工程思維：引導(dǎo)學(xué)生通過探究生活中常見物品的穩(wěn)固性，由點(diǎn)及面，了解一般結(jié)構(gòu)
的強(qiáng)度，并進(jìn)行多因素分析試驗(yàn)，使學(xué)生形成初步的工程意識和思維。
4 ．圖樣表達(dá)：在講解結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識時，配以豐富的結(jié)構(gòu)圖、立體圖等，引導(dǎo)學(xué)生結(jié)
合日常生活情境，識讀常見的技術(shù)圖樣，能用簡單的草圖表達(dá)與交流設(shè)計構(gòu)想。
四、教學(xué)理念和方法
1 ．本課的教學(xué)模式： “教師為主導(dǎo)，學(xué)生為主體”，引導(dǎo)學(xué)生思考，動手試驗(yàn)。“自
主、合作探究”讓學(xué)生自主探究、主動建構(gòu)知識。
2 ．教師與學(xué)生間、學(xué)生與學(xué)生間在每個問題解決的過程中都進(jìn)行地及時地反饋， 讓學(xué)
生少走彎路，提高學(xué)習(xí)效率。
五、教學(xué)器材、資料
試驗(yàn)教具， 演示教具、A4 紙和膠若干， 教學(xué)活動記錄表， 查找本節(jié)內(nèi)容相關(guān)視頻、數(shù)
據(jù)等。
六、教學(xué)課時
1 課時
六、教學(xué)過程
教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動 學(xué)生活動 設(shè)計目的
新課導(dǎo)入 “世界上最昂貴的戒指”背后的故事 播放魁北克大橋坍塌視頻資料 提出問題：坍塌原因 帶領(lǐng)思考：技術(shù)設(shè)計的責(zé)任感 對于技術(shù)設(shè)計而言，結(jié)構(gòu)的可靠性是非常重要 的，現(xiàn)在我們就來探究相關(guān)的知識。 觀看視頻、 思考事故原 因 激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí) 興趣， 通過效果強(qiáng) 烈的素材給學(xué)生 帶去感官上的認(rèn) 識：結(jié)構(gòu)承受外力 的能力對于結(jié)構(gòu) 的強(qiáng)度非常重要； 以及技術(shù)設(shè)計的 責(zé)任感和使命感。
結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 與應(yīng)力 1、強(qiáng)度的概念 通過捏捏樂玩具球來模仿：當(dāng)結(jié)構(gòu)構(gòu)件受力時， 內(nèi)部各個質(zhì)點(diǎn)之間的變化， 以及為了抵御這些變 化，質(zhì)點(diǎn)之間所產(chǎn)生內(nèi)力的特點(diǎn)。 內(nèi)力是由外力引起的， 是對變形的一種抵抗。 一 般來說， 外力越大， 則構(gòu)件的內(nèi)力越大。當(dāng)內(nèi)力 達(dá)到一定數(shù)值時， 構(gòu)件就會被破壞。在工程技術(shù) 中，不允許任何構(gòu)件在正常工作情況下被破壞， 這就要求構(gòu)件必須具有抵抗被破壞的能力， 這種 能力就叫做強(qiáng)度。 觀看演示并 思考問題 幫助學(xué)生從微觀 的層面初步理解 結(jié)構(gòu)內(nèi)力以及結(jié) 構(gòu)強(qiáng)度的概念
2、應(yīng)力的概念 結(jié)合學(xué)生生活經(jīng)歷提出問題：強(qiáng)度和橫截面大小 的關(guān)系 【學(xué)生試驗(yàn) 1】 準(zhǔn)備三根材料、長度相同、粗細(xì)不同的泡沫直桿， 請學(xué)生上臺嘗試在直桿兩端施加拉力， 觀察被破 壞的情況。 提出問題：三根直桿在相同拉力的作用下，被破 壞的程度一樣嗎？ 造成這種現(xiàn)象的原因是什 么？ 總結(jié)：在外力和材料不變的情況下，構(gòu)件被破 壞的程度還與它的橫截面積有關(guān)。 我們把構(gòu)件單位橫截面積所受的內(nèi)力稱為構(gòu)件 的應(yīng)力。關(guān)系式為： σ=N/A 這個公式跟物理學(xué)上的壓強(qiáng)的概念有點(diǎn)類似， 但 壓強(qiáng)指的是單位橫截面積上受到的外力大小， 而 應(yīng)力指的是單位橫截面積上受到的內(nèi)力大小。而 內(nèi)力是破壞結(jié)構(gòu)的根本原因。 應(yīng)力的單位一般用 MPa 表示，因?yàn)樗嬎?出來的數(shù)值比較大。 在相同外力的作用下， 橫截面積越小， 應(yīng)力就越 大，構(gòu)件就越危險。 同截面垂直的應(yīng)力， 我們稱其為正應(yīng)力， 如柱體 受壓時，橫截面上的應(yīng)力就是正應(yīng)力；同截面相 切的應(yīng)力稱為剪應(yīng)力， 如物體被剪切時， 橫截面 上就有剪應(yīng)力；而梁彎曲變形時，橫截面上除了 具有正應(yīng)力外， 還有剪應(yīng)力。我們通過大量的試 驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同材料的性能是不一樣的。 結(jié)合生活經(jīng) 歷，思考問 題 學(xué)生上臺試 驗(yàn) “強(qiáng)度與應(yīng)力 ”是 本章的重點(diǎn)和難 點(diǎn)，概念要理解。 從根本原因上說 明應(yīng)力與壓強(qiáng)概 念的區(qū)別以及學(xué) 習(xí)應(yīng)力的原因
3、拓展與應(yīng)用： 人們通過測試統(tǒng)計出不同材料的許用應(yīng)力， 也就 是構(gòu)件工作應(yīng)力的最大值， 如果工作應(yīng)力超過許 用值，構(gòu)件就會有被破壞的危險。 許用應(yīng)力——當(dāng)應(yīng)力達(dá)到某一極限值時材料便 遭到破壞， 因而設(shè)計中必須使構(gòu)件的強(qiáng)度留有余 量，作為設(shè)計時應(yīng)力的最高限度， 這個最高限度 值稱為許用應(yīng)力。 在技術(shù)設(shè)計中， 我們通過查看許用應(yīng)力表， 可以 預(yù)判構(gòu)件的安全程度。 【課堂練習(xí)】 同學(xué)們不妨來嘗試計算驗(yàn)證一下，某根支柱的設(shè) 計是否合理。 題： 如圖是一混凝土方柱的示意圖， 支柱的橫截面為 邊長L=400mm 的正方形，支柱頂受軸向壓力 (
N
)P=45kN，支柱重力G=22kN，求支柱的底截面 L-L 上的應(yīng)力。 (
G
)L P 通過計算，支柱底部收到的正應(yīng)力小于許用應(yīng) 力，所以它的設(shè)計是安全的， 這個支柱有足夠的 強(qiáng)度，但如果計算出來的許用應(yīng)力遠(yuǎn)小于許用應(yīng) 力值呢？說明有一定的材料浪費(fèi)。 請同學(xué)們在活動記錄表上， 歸納一下，許用應(yīng)力 值在技術(shù)設(shè)計中，有什么樣的用途呢？ 預(yù)判構(gòu)件是否會被破壞 聆聽，思考
判斷橫截面積是否過大，有材料的浪費(fèi) 選擇合適的材料 除了構(gòu)件的橫截面大小會影響強(qiáng)度以外， 我們還 能想到什么影響因素嗎？ （板書學(xué)生的猜測） 分析做題 思考如何通 過計算應(yīng)力 來預(yù)判結(jié)構(gòu) 的安全性 小組探討許 用應(yīng)力值的 作用，記錄 注重培養(yǎng)學(xué)生的 技術(shù)意識、工程思 維等學(xué)科核心素 養(yǎng)。嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)計 算能力和態(tài)度是 基礎(chǔ)。 也讓同學(xué)們明白 建筑物的安全、穩(wěn) 固永遠(yuǎn)擺在第一 位。 教師引導(dǎo)：內(nèi)力的 分析 帶領(lǐng)學(xué)生分析計 算結(jié)果， 判斷柱子 的設(shè)計是否合理。 用驗(yàn)證學(xué)生猜測 的方式， 講解知識 點(diǎn)， 讓學(xué)生能更好 地發(fā)揮學(xué)習(xí)的主 觀能動性
結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 與材料 【演示試驗(yàn) 1】 播放視頻：木條、混凝土、鋼筋混凝土抗彎對比 試驗(yàn) 結(jié)論：抗彎性能混凝土<木<鋼筋混凝土。混凝 土在基建中， 便宜、易獲得、耐用、耐壓、耐水、 耐火、可塑等多種優(yōu)點(diǎn)， 被廣泛應(yīng)用， 但是， 混 觀看試驗(yàn)視 頻 嚴(yán)謹(jǐn)客觀的專業(yè) 測試視頻直觀生 動， 能有效彌補(bǔ)不 能做實(shí)物試驗(yàn)的
凝土的抗彎能力差、容易斷裂。 梁式結(jié)構(gòu)在承受荷載的時候，上表面是受壓的， 但下表面是受拉的，如果用混凝土來做梁式結(jié) 構(gòu)， 下表面會率先斷裂， 所以人們制造了鋼筋混 凝土， 用抗拉性能比較好的鋼制成鋼筋， 布于混 凝土內(nèi)，來彌補(bǔ)混凝土的不足。 【演示試驗(yàn) 2】 播放視頻：同種木材，不同紋理方向承壓試驗(yàn) 木材順紋方向的抗拉強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度最大， 橫紋 方向則最小；順紋的抗剪強(qiáng)度最小， 而橫紋最大。 小結(jié)歸納： 結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與材料有關(guān) 1、材料不同而其他條件相同的構(gòu)件，其強(qiáng)度不 同。 2、相同材料、紋路分布方向不同的構(gòu)件，強(qiáng)度 也不同。 小組討論、 分析試驗(yàn)及 視頻現(xiàn)象， 得出結(jié)論 觀看試驗(yàn)， 了解規(guī)律 不足 結(jié)合第一節(jié)結(jié)構(gòu) 的受力特點(diǎn)說明 混凝土的優(yōu)缺點(diǎn)， 以及復(fù)合鋼筋材 料的原因 拓展知識 小結(jié)歸納材料對 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響
思考，記錄
結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 與形狀 1、探究結(jié)構(gòu)形狀對強(qiáng)度的影響 【學(xué)生試驗(yàn) 2】 每組挑戰(zhàn)只用一張 A4 紙，構(gòu)建一段梁式結(jié)構(gòu)（3 分鐘） 成品拿到講臺上， 統(tǒng)一通過砝碼施壓測試其承重 能力。 測試表明： 拱形和三角形的造型，承重能力較好。 結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與構(gòu)件的外形有關(guān) 三角形、拱形結(jié)構(gòu)的應(yīng)用：自然界、建筑結(jié)構(gòu)的 實(shí)例 【立即行動】 課本習(xí)題 p20 示范：通過演示學(xué)生作品和教具，用一根鐵絲固 定一個對角，來分析其強(qiáng)度。 結(jié)論：結(jié)構(gòu)設(shè)計中，三角形的數(shù)量要根據(jù)連接材 料和受力情況來定。 小組探討、 分析、制作 通過觀看現(xiàn) 場測試，認(rèn) 可強(qiáng)度較好 的結(jié)構(gòu)外形 類別 觀察，思考 為第三節(jié)的橋梁 結(jié)構(gòu)設(shè)計做知識 學(xué)習(xí)和實(shí)踐的鋪 墊 講解三角形結(jié)構(gòu) 在生活中的合理 運(yùn)用（不用過多， 也不能過少）
2、了解不同橫截面形狀的構(gòu)件強(qiáng)度的區(qū)別 結(jié)構(gòu)外部的造型形狀影響強(qiáng)度， 那對于每個單獨(dú) 的構(gòu)件而言， 我們還發(fā)現(xiàn)橫截面形狀也會影響強(qiáng) 度，有這樣的一個試驗(yàn)結(jié)果：相同橫截面積、不 同截面形狀的同種材料強(qiáng)度由強(qiáng)到弱是這樣排 列的，強(qiáng)度最好的是工字梁，然后是 C 型、空 心方管和圓管 … (強(qiáng)度由強(qiáng)到弱) 所以在生產(chǎn)建設(shè)中， 我們最常用的金屬建材就是 這樣的形狀， 它們分別是：工字梁、角鋼、管材， 它們的強(qiáng)度更好。從另一個角度來看， 相同結(jié)構(gòu) 強(qiáng)度的情況下， 它們具有用料少、質(zhì)量小的優(yōu)點(diǎn)。 3、有些同學(xué)的作品還用到了折疊的方式，證明 了薄板材料可通過彎折增強(qiáng)強(qiáng)度 案例：礦泉水瓶、發(fā)動機(jī)保護(hù)罩、汽車外殼 小結(jié)歸納： 1、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度與結(jié)構(gòu)的外部形狀有關(guān) 2、構(gòu)件的橫截面形狀亦極大地影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng) 度。 討論，回答 了解不同橫 截面形狀的 構(gòu)件強(qiáng)度試 驗(yàn)結(jié)論 結(jié)合生活生產(chǎn)實(shí) 例， 進(jìn)一步帶學(xué)生 了解構(gòu)件橫截面 形狀對強(qiáng)度的影 響 小結(jié)歸納形狀對 結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的影響
聆聽，思考， 記錄
結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 與連接方 式 還有什么影響因素會影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度呢？ 展示兩個學(xué)生作品（用熱熔膠連接的電源插座收 納架和用釘子連接的折疊凳） 看來， 連接方式也會影響結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。那么我們 通常都有哪些連接方式呢？ 繼續(xù)展示兩組學(xué)生作品 連接特點(diǎn)：連接處構(gòu)件之間既不能相對的移動， 也不能相對的轉(zhuǎn)動——剛連接 連接特點(diǎn)：連接處構(gòu)件之間既不能相對的移動， 但可以相對的轉(zhuǎn)動——鉸連接 【討論思考】 對于木質(zhì)結(jié)構(gòu)而言，哪種連接方式強(qiáng)度最好？ 展示學(xué)生作品圖片（膠接、光桿釘連接、木紋釘 連接）及榫卯結(jié)構(gòu)的動圖 觀察，討論， 回答 觀察，思考 對于較難的影響 因素， 老師通過展 示一些結(jié)構(gòu)， 讓學(xué) 生進(jìn)行觀察和對 比 ， 從而得出推 斷， 突破傳統(tǒng)灌輸 式教學(xué)模式。 用學(xué)生作品來演 示習(xí)題， 更有親和 力， 極大地激發(fā)了 學(xué)生的興趣
木質(zhì)材料有一定的彈性， 榫卯結(jié)構(gòu)的榫頭、榫眼 之間也允許有一定的形變空間， 可以將力進(jìn)行一 定的緩沖。故宮某宮殿 1:5 木質(zhì)結(jié)構(gòu)模型， 可抗 十級地震。 小結(jié)歸納： 1、結(jié)構(gòu)的連接方式?jīng)Q定了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性 2、連接的牢固程度和連接技術(shù)也影響著結(jié)構(gòu)的 強(qiáng)度 討論，回答 觀看抗震試 驗(yàn)動圖 榫卯結(jié)構(gòu)是我國 傳統(tǒng)建筑的經(jīng)典 結(jié)構(gòu)， 試驗(yàn)動圖生 動直觀， 可以增添 學(xué)生的文化自信。 小結(jié)歸納結(jié)構(gòu)的 強(qiáng)度與連接方式 的關(guān)系
總結(jié)歸納 1、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的含義 2、結(jié)構(gòu)的應(yīng)力 3、結(jié)構(gòu)的三大影響因素 思考，消化 及時總結(jié)新的學(xué) 習(xí)內(nèi)容， 幫助學(xué)生 全面地吸收新知 識

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