資源簡介

單元教學設計
《結構及其設計》
領 隊：
授課教師：
粵教版高中通用技術必修《技術與設計 2》第一章
《結構及其設計》
單元教學設計
一、單元介紹
1.實施學科：通用技術
2.實施年級：高二
3.課程模塊：通用技術必修 2“結構及其設計”
4.教材章節：粵教版必修《技術與設計 2》第一章
5.單元名稱：《結構及其設計》
6.單元課時：10 課時
二、單元分析
1.單元概述
依據普通高中通用技術課程標準（2017 年版 2020 年修訂）和安徽省《普通高中
通用技術學科教學指導意見》分析， “結構及其設計 ”單元屬于《技術與設計 2》模塊。
此單元內容要求主要包括以下 3 點：1.從力學的角度理解結構對技術產品及其功 能實現的獨特價值， 了解結構的一般分類和簡單的受力分析， 并從技術和文化的角度 賞析經典結構案例。2.通過技術試驗或技術探究分析影響結構的強度和穩定性的因素， 并寫出技術試驗報告。3.結合生活中的實際需求進行簡單的結構設計， 并繪制設計圖 樣，做出模型或原型。可以進一步細化為五大部分， 即認識結構、探究結構、結構設計、
典型結構的欣賞、綜合學習活動。
2. 概念提取
本單元的大概念相對比較明確， 即“結構”， 單元始終圍繞結構及其設計的相關概 念進行學習。
3. 項目選定
經過仔細研究并結合教材體系，本單元將選用的大項目為“橋梁模型的設計與制
作”。下為此大項目與“結構”大概念、教學內容聯系分析圖。
4.學情分析
經過高一學習， 學生已經了解了技術性質與技術發展歷史， 認識了技術設計的一般 過程， 掌握了常用工具及其使用方法、常見材料及其加工方法、方案構思及其方法、圖 樣識讀與繪制、模型制作及其工藝等方面的基本知識與基本技能， 形成了基本的學科核 心素養。高二學習主要圍繞結構、流程、系統、控制等技術學科基本概念展開。此單元 為第一個基本概念——結構， 旨在幫助學生領悟與結構相對應的技術原理的內涵與應
用，進一步提高技術分析和解決實際技術問題的能力。
5.開放性學習環境
1.教學白板，智慧教育平臺并配相關教學軟件及課件。
2.通用技術專用實踐室。
3.實踐活動所需社會環境（黃山市屯溪橋梁資源）。
活動資源準備： 自承重橋模型若干套，自制殼體結構受力試驗器材， 自制結構穩 定性試驗器材， 自制結構強度試驗器材， 美術紙， 長 50cm、截面邊長 2.5mm 的松木
桿，剪刀，小刀，膠水，棉線等。
三、單元實施過程
1.單元教學目標
（1）通過生活案例分析，從力學角度理解結構，并理解結構對技術產品及其功能
實現的獨特價值。
（2）通過生活案例分析，了解結構的一般分類和簡單的受力分析方法。
（3）通過技術試驗體驗，學會分析影響結構穩定性和結構強度的因素，并寫出試
驗報告。
（4）通過橋梁模型制作，能進行簡單的結構設計，學會繪制設計圖樣，并做出原
型或模型。
（5）通過多種古今中外建筑結構分析，能從文化和技術的角度欣賞并評價典型結
構。
（6）通過地域橋梁調研綜合實踐活動，綜合運用本章學習內容。
2.單元教學設計理念
本單元教學堅持“做中學，學中做”理念進行設計
內容層面
認識結構
探究結構
結構設計
典型結構的欣賞
綜合學習活動
做 什 么
(
為
什
么
) (
實踐形式
) (
微任務（活動）
技術試驗
設計制作
建筑鑒賞
綜合實踐活動
) 能力指向
基礎知識
自主探究操作實踐
綜合運用 跨學科能力
3.學教評過程
課時 課 題 學習目標 學習內容 教學活動設計 持續性評價 培養素養
第 1 課時 感 知 結 構 1.案例分析，感悟分析自然 界動植特結構特點。 2.案例分析，感悟分析典型 人造結構特點。 3.通過動手操作，感悟自承 重橋梁結構特點。 感知不同的結構 活動 1：感知荷葉、蜻蜓、象鼻、蜂巢等自然界動植物結構特點 觀點表達 技術意識 工程思維 物化能力
活動 2：感知雙人搖椅、佛宮寺塔、趙州橋等人造結構特點 觀點表達
活動 3：搭建達芬奇自承重橋 動手協作；分享展示
第 2 課時 結 構 與 力 1.案例分析，從力學角度理 解結構 2.簡單的受力分析和了解結 構的分類 3.簡單的結構設計分析 1.認識結構與力 2. 了解結構的分類 活動 1：分析椅子受力下可能出現的形變 活動 2：分析橋面受力下可能出現的形變 交流討論；觀點表達 技術意識 工程思維 創新設計 圖樣表達
活動 3.試驗 通過對小紙條施力，感知結構形變 試驗；記錄；繪圖
活動 4：請判斷 按要求判斷各張圖片中指定構件所受的力 活動 5：綜合運用 分析一款鈑金剪指定構件的主要受力形式 活動 6：想一想能用哪些方法減輕橋面彎曲的形變 交流討論；觀點表達
活動 7：案例感知三種結構特點 活動 8：試驗 殼體結構受力分析 活動 9：分析圖片中物件是何種結構及其特點 觀點表達；試驗分析
第 3 課時 結 構 的 穩 定 性 通過試驗方法，學會分析影 響結構穩定因素，并能夠完 成試驗報告 1 結構的穩定性 2.穩定性試驗 活動 1：分析高架橋橋面側翻和比薩斜塔不倒的原因 交流討論；觀點表達 技術意識 工程思維
活動 2：探究結構穩定性與幾何形狀的關系（定性試驗） 活動 3：探究結構穩定性與重心位置的關系（定量試驗） 活動 4：探究結構穩定性與質量的關系（定量試驗） 活動 5：探究結構穩定性與支撐面面積大小的關系（定量試驗） 活動 6：探究結構穩定性的依據和條件（定性試驗） 動手協作； 試驗分析； 交流分享；
活動 7：分析大壩的橫截面一般是梯形 活動 8 以創新試驗成功與未成功探究原理 交流討論；觀點表達
第 4 課時 強 度 與 應 力 1.認識強度與應力概念及彼 此關系 2.學習應力公式并能進行簡 單計算 1.認識強度 2.認識應力 3.強度與應力的關 系 4.應力公式及計算 活動 1：閱讀案例分析建筑物坍塌原因 活動 2：感知內力、固有內力、強度 交流討論；觀點表達 技術意識 工程思維
活動 3：試驗 強度與內力及單位橫截面積之間的關系 試驗分析
活動 4：例題運用：應力公式計算 活動 5：許用應力介紹及計算 計算分析；觀點表達
活動 6：分析應力與壓強區別 活動 7：分析扭絞的繩子為什么不容易拉斷 活動 8：不同類型橋梁受力分析 活動 9：橋梁模型制作強度要求分析 交流討論；觀點表達
第 5 課時 影 響 強 度 的 因 素 影 1.通過動手試驗及視頻試 驗，認識強度與材料、形狀 的關系 2.運用案例、視頻，認識結 構的連接方式、分類及各自 特點 1.強度與材料 2.強度與形狀 3.結構的連接 活動 1：試驗 對不同材料施加拉力，探究強度與材料的關系 動手操作；試驗分析； 交流分享； 技術意識 工程思維
活動 2：視頻展示木材、混凝土、鋼筋混凝土抗壓試驗并分析原理 活動 3.視頻展示材質相同，紋理不同的木材受壓試驗并分析原理 試驗分析；交流分享
活動 4：試驗 比較不同形狀構建的木條結構受力形變并分析原理 活動 5：分析構件的橫截面形狀與強度的關系 活動 6：試驗 用美術紙折成不同形狀，測試強度 動手操作；小組合作； 試驗分析；交流分享；
活動 7：分析 P20 頁立即行動案例 活動 8：分析橋梁模型連接方式 活動 9：分析連接方式的分類和特點 交流討論；觀點表達
第 6 課時 結 構 設 計 1.通過案例讓學生認識到設 計制作需要考慮的問題，提 高綜合統籌規劃能力； 結 2.通過學習著名的橋梁類型 來構建橋模設計，小組形成 初步設計方案。 3.通過了解一些著名的橋梁 結構，思考各自的優點及缺 點并應用到橋梁模型設計方 案中去 1.橋梁設計考慮因 素 2.橋梁設計的一般 環節及要求 活動 1：展示視頻，分析大橋建造可能發生的問題（港珠澳大橋片斷） 活動 2：分析橋梁模型設計時需要考慮的因素 活動 3：分析橋梁模型設計報告環節 活動 4：分析橋梁模型設計目標與要求 活動 5：分析拱架橋、梁架橋、懸索橋、鋼索斜拉橋等結構類型橋梁特點 活動 6：分析制作模型、檢測優化、交流評價環節要求 交流討論；觀點表達 技術意識 工程思維 創新設計 圖樣表達
活動 7：橋梁模型方案設計 小組合作；動手實踐
第 7 課時 橋 梁 模 型 制 作 通過方案、草圖、三視圖等 小組制作橋梁模型 1.制作橋梁模型 2.檢測、優化和改 進設計 活動 1：橋梁模型的制作和方案的改進優化 小組合作，動手實踐 技術意識 工程思維 創新設計 圖樣表達 物化能力
第 8 課時 橋 梁 模 型 的 交 流 與 評 價 通過評分量化、測試等方式 對橋梁模型進行評價并交流 展示 橋梁模型的評價 活動 1：分析橋梁模型評價量化規則 活動 2：分組展示交流其制作橋梁模型 觀點表達；交流分享 技術意識 工程思維 創新設計 圖樣表達 物化能力
活動 3：分組進行橋梁模型試驗測試 活動 4：分析橋梁模型測試結果 動手實踐；交流討論
第 9 課時 典 型 結 構 的 欣 賞 1.通過視頻、圖片理解技術 典對于歷史，社會及環境的影 響。具有對技術文化評價和 選擇的能力，樹立牢固的社 會主義生態文明觀。 2.通過視頻、圖片能對典型 結構進行賞析及分析，感知 不同結構蘊藏的文化和技 術，加深對結構基本特性的 理解，發展工程思維。 1.建筑結構與歷 史、文化 2.建筑結構與技術 活動 1：從橋梁模型感知建筑結構 活動 2：案例探討建筑結構的歷史、文化的特點 活動 3：案例探討建筑結構與技術的關系 活動 4：案例賞析中國現代建筑結構 活動 5：案例賞析國外建筑結構與技術的關系 活動 6：討論分析小組最欣賞的建筑并說明原因 交流討論；觀點表達 技術意識 工程思維
第 10 課時 綜 合 實 踐 活 動 綜 通過調查研究，實地探訪等 方式綜合探究黃山屯溪的橋 梁文化 屯溪橋梁歷史、文 化、結構、技術等 綜合研究 活動 1：分組展示屯溪橋梁歷史、文化、結構、技術等研究成果 交流討論；觀點表達 技術意識 工程思維 圖樣表達
四、單元作業設計
本單元作業采用開放性作業為主，從課內向課外，從課堂向社會延伸，根據章節要求， 層次逐步遞進，從基礎性作業到提升性作業再到跨學科綜合性作業。
要求 作業內容 對應內容 核心素養 水平
基礎性 作業 1.思考：你覺得橋梁設計需要考慮哪些問題？ （具體見課時 1 活動記錄表內容） 感知結構 技術意識 工程思維 1
2 思考：你能想到幾種方法減少橋面的形變？ （具體見課時 2 活動記錄表內容） 結構與力 技術意識 工程思維 1
提升性 作業 3.根據技術試驗，寫出《探究影響結構穩定性 的因素》技術試驗報告（附參考模板，并注意 步驟、數據、結果分析、結論等關鍵要素） 結構的穩定性 技術意識 2
4.完成模型橋設計制作報告 結構設計 技術意識 工程思維 創新設計 圖樣表達 物化能力 2
跨學科 綜合性 作業 5.分小組完成屯溪橋梁調研報告（從歷史、文 化、結構、受力特點、技術特點等多方面闡述）， 并形成匯報 PPT 結構及其設計 技術意識 工程思維 創新設計 圖樣表達 3
五、單元教學反思
經過一學年的大單元教學研究和探索， 本次大單元教學設計比起上年度有了 更多的思考和改進， 通過大概念（結構） 與大項目（橋梁設計） 雙向聯系， 構建
了豐富的教學實踐體驗活動，拓寬了學生的技術視野，提高了他們的技術素養。
本大單元設計始終按課程標準要求， 采用基于“做中學、學中做 ”的理念設 計教學活動， 創新設計了多樣的技術裝備和體驗過程， 同時強調學教評統一和跨
學科學習，實現了立德樹人育人目標和課程核心素養的完美達成。
分課時教學設計
第一節 認識結構 第 1 課時（總第 1 課時）
黃山市屯溪第一中學 劉卉
一、教材分析
本節的內容是“感知不同的結構”。本節課的主要目的是讓學生通過對自然結 構、人造結構的分析，讓學生感知結構對于功能的影響，從力學的角度，帶領學生
重新認識的涵義。
二、學情分析
雖然從學生對結構有一定的認識，但是大多停留在藝術鑒賞的表面，沒有形成
一定的技術意識。
本節是本冊教材的第一章第一節，是將《技術與設計 1》技術設計的一般方法 和過程的主題應用的第一次實踐。本節內容需要充分激發學生對于結構設計的興 趣，意識到結構設計的重要性和魅力，并通過課堂互動和一些實踐活動加深學生對
知識的理解和應用。
三、教學目標
1、知識與技能：
（1）了解結構的含義。
2、過程與方法
（1）通過一些自然界的結構和人造結構案例，讓學生對結構有進一步的了解。
（2）親自動手操作感受自承重橋梁的受力特點
3、情感、態度與價值觀
（1）通過觀察自然界中精妙的結構，樹立環境保護意識，學會把自然界的事
物原理應用于技術設計中。
（2）通過對長城、山西佛宮寺塔、趙州橋結構上的講解來激發學生學習結構 的興趣，強化學生的民族自豪感；通過介紹世界各地不同時期的建筑，讓學生對世
界各地的歷史、文化有所了解。
（3）通過動手操作，提高學生在技術試驗中獲取知識和解決問題的能力，培
養學生的技術素養。
4、核心素養
技術意識：由學生熟悉的物體引入結構的定義，學生在學習過程中能結合個人
成長經歷和簡單的技術體驗活動，了解和感知結構極其技術與人、自然、社會的關
系，形成對人工世界的認識，增強環境保護意識。
工程思維：通過對典型結構進行分析，感知結構和工程應用的關系，理解結構
的基本特性。
創新設計：通過對結構的學習，了解為滿足特定需求需要解決的技術問題。
四、教學課時：1 課時
五、資源準備：
學生自備：筆、橡皮，尺子等。
教師準備：自承重橋模型若干套（根據班級人數、每 2 人一套）、學生活動記
錄表格。
六、教學過程（第 1 課時）
教學 環節 教師教學 學生活動 設計意圖
新課 導入 今天我們就來學習《技術與設 計 2》的第一章《結構及其設 計》，第一節的內容是—— 《認識結構》。 展示圖片：植物、動物、人造 的結構。 觀察、欣賞 啟發思考：結構可以說 是無處不在，形式多 樣， 無論大小， 各有其 特點。
定義解釋：結構是指事物各個組成部分的有序搭配和排列。組成部分的數量、 排列方式不一樣，就會形成新的結構、具備新的特點。比如石墨和金剛石， 就具有較大差異的物理性質。
欣賞 探討 結構 下面我來展示幾張自然界中 的結構，請大家思考并說說 看，這些結構有什么優點？在 日常生活中， 有沒有物品是仿 造這些結構設計的呢？ 1、荷葉（表面絨毛——防水） 2、蜻蜓（ ——直升直降） 3、象鼻（機械臂） 討論，回答 用學生熟悉的結構， 引 導學生思考， 激發學生 觀察結構、拓展應用。 了解結構上的仿生設 計。
4、蜂巢（結實隔熱隔音—— 蜂巢板材）
歸納總結：人們從自然界中的很多結構，得到了很多啟示，創造了出了不少 成功的技術設計產品，更好地為人類服務。
接下來， 我們再來一起觀察幾 個人造結構， 請同學們說說看 設計這些結構， 要考慮的主要 問題是什么呢？ 1、搖椅（能搖動、但不傾覆、 無明顯變形） 2、長城（因地制宜、就地取材） 3、佛宮寺塔（防風雨防震） 討論，回答 學生理解結構對于技 術設計的重要性。
歸納總結：建筑物的結構必須堅固、穩定性好，還要能夠抵御強風、地震等 自然災害。關鍵在于結構的設計。
結構 影響 功能 1、達芬奇手稿橋 2、趙州橋（從技術層面） 聆聽、思考 以橋梁結構為例， 了解 結構對受力的影響
課堂 實踐 達芬奇自承重橋 教師簡介和說明方法 小組合作搭建 填寫活動記錄表 感受和結構與力之間 的關系
歸納總結：從力學角度看結構，結構是可以承受力的物體形態。結構設計的 重點就是根據物體會受到的力的種類和大小，想方設法保證物體不會變形、 不會被破壞。 下節課我們將帶領大家來探討物體會受到那些類型的力， 不同的結構類型之 所長。
通用技術教學活動學生記錄表
班級 姓名
活動名稱 達芬奇自承重橋
參考圖
搭建歷時約 分鐘
搭建心得
你覺得橋梁設 計需要考慮哪 些問題？
第一節 認識結構 第 2 課時（總第 2 課時）
黃山市屯溪第一中學 劉卉
一、教材分析
本節由“感知不同的結構”“認識結構與力”“了解結構的分類”三部分內容 構成。本節的主要目的是讓學生了解結構的基本分類及其受力特點，為學生學習結 構力學做鋪墊。通過對自然結構、人造結構的分析，讓學生感知結構對于功能的影 響，從力學的角度，帶領學生重新認識的涵義，通過對結構三種基本類型的探究，
讓學生學會從技術的角度與欣賞與分析結構設計。
二、學情分析
雖然從學生對結構有一定的認識，但是要求他們對所認識的結構進行力學分析
比較困難，也沒有形成從技術角度去分析和評價的技術意識。
本節是本冊教材的第一章第一節，是將《技術與設計 1》技術設計的一般方法 和過程的主題應用的第一次實踐。本節內容需要充分激發學生對于結構設計的興 趣，意識到結構設計的重要性和魅力，并通過課堂互動和一些實踐活動加深學生對
知識的理解和應用，鼓勵學生對案例進行受力的分析。
三、教學目標
1、知識與技能：
（1）了解結構的含義。
（2）了解結構的受力特點，理解拉力、壓力、扭曲力、彎曲力、剪切力。
（3）理解結構的分類、各種結構的形態和受力特點。
2、過程與方法
（1）通過一些自然界的結構和人造結構案例，讓學生對結構有進一步的了解。
（2）親自動手操作，觀察物體的受力變形情況，加深對結構含義的認識，為
設計一個能抵御外力的結構打好基礎。
（3）通過受力分析和技術試驗理解幾種結構的受力特點。
3、情感、態度與價值觀
（1）通過觀察自然界中精妙的結構，樹立環境保護意識，學會把自然界的事
物原理應用于技術設計中。
（2）通過對武漢長江大橋橋墩結構的講解來激發學生學習結構的興趣，強化 學生的民族自豪感；通過介紹國外建筑如埃菲爾鐵塔，讓學生對世界各地的歷史、
文化有所了解。
（3）通過動手操作，提高學生在技術試驗中獲取知識和解決問題的能力，培
養學生的技術素養。
4、核心素養
技術意識：由學生熟悉的物體引入結構的定義，學生在學習過程中能結合個人 成長經歷和簡單的技術體驗活動，了解和感知結構極其技術與人、自然、社會的關
系，形成對人工世界的認識，增強環境保護意識。
工程思維：通過對典型結構進行分析，感知結構和工程應用的關系，理解結構
的基本特性。
創新設計：通過對結構、結構與力、結構的分類的學習，了解為滿足特定需求
需要解決的技術問題，并設計相應方案。
四、教學課時：1 課時
五、資源準備：
學生自備：筆、橡皮，尺子等。
教師準備：卡紙條若干，剪刀，自制教具（驗證拱形結構受力特點）、學生活
動記錄表格、學生課堂練習表格
六、教學過程（第 2 課時）
教學 環節 教師教學 學生活動 設計意圖
新課 導入 在上節課中， 我們通過一些自 然結構和人造結構的案例了 解到了結構對于功能的巨大 作用。 在自承重橋搭建的實踐環節 中，同學們體會到了榫卯結構 觀看學生活動照片、 學生活動記錄表截 圖 啟發思考：結構對功能 的影響
帶來的神奇平衡、感嘆建筑結 構的巧妙性和重要性，并認 為，橋的承重能力和結實程度 非常重要。
歸納：的確， 一個有實用價值的結構，得能在一定程度上抵御外力的破壞。 我們從力學的角度再去看待結構， 結構就不僅是不同組成部分的搭配和排列 了，而是能夠承受一定力的物體形態。
認識 結構 與力 今天我們要來進一步認識結 構與力， 通過學習簡單的受力 分析和結構的基本類型， 來認 識結構與力之間的關系。 我們要學的受力分析， 非物理 學的受力分析， 我們研究力的 角度是不同的。 聆聽，思考 向學生解釋技術設計 的受力分析與物理學 科受力分析的不同。 啟發學生對技術設計 的向往。
歸納總結：物理學往往把物體當做一個質點，研究它受到的外力。而技術設 計則關注一個物體內部受力的情況，根據它的變形結果進行受力分析。
我們以一把椅子為例 例：椅子會有什么變形？ 凳面：承受自重、人的重量 靠背：承受人的依靠 凳腿：承受椅子自重、人的重 量 關鍵部分是凳腿， 可能會在連 接處松動敞開、壓彎 （橫檔 加固）。 我們把組成各類結構的部件 和零件稱為構件， 即結構的某 個組成部件。 我們要保證每一個構件都要 討論，回答 學生思考結構變形的 現象和原因
不容易被損壞。
歸納總結：技術設計需要研究整個結構的各個部分，都會為什么變形，然后 想辦法去抵抗這些力，因為變形的下一步就是被破壞掉。
提問：對于橋面來說，容易有 什么樣的變形？ 彎曲變形。 當橋面過度彎曲， 下表面就會 開始裂開。因此橋梁設計的關 鍵問題就是怎么樣讓橋面盡 可能減少彎曲。 思考，回答 切合本章主題——橋 梁設計， 引發學生思考
課堂 實踐 和練 習 那結構都有哪些不同的變形 形式呢？我們不妨總結一下。 在練習紙上記錄試驗結果， 畫 出力的方向 小組活動 用紙條實踐不同變 形情形，記錄，嘗 試繪制施力方向 讓學生在做中學， 自己 總結相關知識點
通過五個案例闡述產生五種 不同形變的力的施力特點 拉繩（拉力） 自動筆（壓力） 螺絲刀（扭曲力） 釣魚竿（彎曲力） 掛鉤（剪切力） 討論，回答， 核對答案，反思 學生學習如何區分不 同的受力特點， 重點理 解拉力、壓力與物理學 科的定義區別
歸納總結： 在我們剛開始設計結構時，往往較難確定作用在每一個構件上 的力的形式。而對于一些簡單的結構， 我們可是這利用學過的知識找出那些 力正在起作用。
了解 介紹結構三種基本類型并舉 聆聽、思考 通過講解和練習讓學
結構 的分 類 例說明外形特點和受力特點。 實體結構（實心， 縱向抗壓性 能卓越，缺點：重、廢材料） 框架結構（若干條狀物連接而 成，可以支撐起一個空間卻不 充滿這個空間） 殼體結構（連續曲面， 局部尤 其是頂部受力時可將力沿曲 面均勻擴散） ；結合教具說明 拱形結構的受力特點。 課堂練習若干， 判斷結構類型 回答習題 生知其然并知其所以 然
歸納：在欣賞結構設計的時候我們可以通過結構的類型、來對結構設計意圖 有更深刻的認知和理解。在結構設計的實踐中， 我們也要充分運用結構不同 類型的特點和優勢，構建出更穩固的結構。
通用技術教學活動學生記錄表內容
班級 姓名
活動 1 探究結構受力產生的形變
形變形式描述 請畫出力的方向 力的名稱
活動 2 你能想到幾種方法減少橋面的形變？
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