資源簡介

結(jié)構(gòu)的力量
基于Inventor設(shè)計中的應(yīng)力分析
教學(xué)設(shè)計思路
Inventor是2016年納入我校勞技教學(xué)體系，成為替代CAXA實體設(shè)計，以完成上?！秳趧蛹夹g(shù)》學(xué)科教材（上科版）計算機輔助設(shè)計部分的教學(xué)內(nèi)容。從三維實體設(shè)計來說，Inventor具有一些CAXA實體設(shè)計所不具備的功能以及特點：草圖功能、特征功能等；也有一些遜色于CAXA實體設(shè)計的地方：三維球的功能等。此外，Inventor具有非常實用的應(yīng)力分析功能，這是CAXA實體設(shè)計沒有的。應(yīng)力分析能夠幫助設(shè)計者查看設(shè)計結(jié)構(gòu)在受到外力作用時，其內(nèi)部的應(yīng)力分布情況，從而確定結(jié)構(gòu)的脆弱部分，優(yōu)化結(jié)構(gòu)。因此應(yīng)力分析功能廣泛應(yīng)用于設(shè)計制作行業(yè)。21世紀教育網(wǎng)版權(quán)所有
橋梁結(jié)構(gòu)影響橋梁的承重能力，承重是橋梁的重要工作指標。在橋梁設(shè)計過程中，可以利用Inventor仿真設(shè)計橋梁，利用應(yīng)力分析，可以對比不同結(jié)構(gòu)橋梁的承重能力，而不需要制作橋梁實物。這樣的設(shè)計思路也可以應(yīng)用在橋梁承重比賽中。21·cn·jy·com
本節(jié)課，既要求學(xué)生能夠利用Inventor精確制作滿足規(guī)定跨度、規(guī)定高度的不同橋梁結(jié)構(gòu)，也要求學(xué)生能夠利用應(yīng)力分析，對比不同結(jié)構(gòu)的承重能力。這一過程契合“設(shè)計->分析->再設(shè)計”的理念。在實踐過程中，利用控制變量法合理控制變量，通過中環(huán)斷橋等事件提升安全意識等，是三維教學(xué)目標的合適教學(xué)載體。www.21-cn-jy.com
學(xué)情分析
本節(jié)課是應(yīng)力分析的第二課，高一學(xué)生在之前學(xué)習(xí)過Inventor的拉伸、旋轉(zhuǎn)等特征，具備制作一般結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)，但使用二維草圖繪制工具不夠熟練，因此在精確制作能力上有很多不足。科學(xué)思想、科學(xué)方法上雖然有一定的涉獵，但也具有實踐少、應(yīng)用欠缺的弱點。我希望能夠通過橋梁結(jié)構(gòu)分析，能夠加強學(xué)生對精確制作的理解，合理的使用科學(xué)方法，提升個人的思想認識。2·1·c·n·j·y
教材分析
目前尚無Inventor高中勞技的正式教材，從現(xiàn)有的CAXA實體設(shè)計教材來看，教材內(nèi)容極其陳舊，所教內(nèi)容過于簡單，無法跟上當下的學(xué)生需求。【來源：21·世紀·教育·網(wǎng)】
教學(xué)環(huán)節(jié)
橋梁導(dǎo)入→分析橋的作用及特性→猜測影響橋梁承重的可能因素→控制變量法的合理詳細分析承重能力與結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系→學(xué)生利用Inventor設(shè)計制作符合控制變量的橋梁→利用應(yīng)力分析對比不同結(jié)構(gòu)的承重能力→課堂小結(jié)21·世紀*教育網(wǎng)
教學(xué)目標
知識與能力：
1、設(shè)計并精確（高度、跨度等尺寸）制作不同結(jié)構(gòu)（如圓、橢圓等幾何形狀）的橋梁模型；
2、使用Inventor應(yīng)力分析功能分析不同結(jié)構(gòu)橋梁的應(yīng)力分布；
3、利用應(yīng)力分析的結(jié)果，分析橋梁的不同結(jié)構(gòu)和橋梁承重能力之間關(guān)系的能力；
過程與方法：
1、利用控制變量法，合理的將多個變量事件轉(zhuǎn)化為只研究兩個變量（承重與結(jié)構(gòu)）；
2、使用對照法分析橋梁不同結(jié)構(gòu)的承重能力；
3、通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，體驗探究橋梁的承重能力與橋梁結(jié)構(gòu)之間關(guān)系的過程；
情感態(tài)度與價值觀：
1、通過橋的學(xué)習(xí)以及設(shè)計制作橋梁，樹立設(shè)計是源于需求的理念；
2、通過趙州橋、北盤江大橋等的學(xué)習(xí)，樹立民族自豪感，激發(fā)愛國熱忱；
3、通過上海中環(huán)斷橋事件，以及橋梁的承重能力的學(xué)習(xí)，提高安全意識；
4、通過控制變量法的應(yīng)用設(shè)置，樹立嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度；
教學(xué)重點
使用Inventor仿真設(shè)計不同結(jié)構(gòu)橋梁，利用應(yīng)力分析探究橋梁結(jié)構(gòu)和其稱重之間的關(guān)系；
教學(xué)難點
利用控制變量法，找到影響橋梁承重的影響因素，探究結(jié)構(gòu)與承重之間的關(guān)系。
教學(xué)過程
教學(xué)環(huán)節(jié)
教師活動
學(xué)生活動
設(shè)計意圖
課堂
引入
投影趙州橋圖片，提問該橋名稱，并介紹該橋歷史地位；
觀看投影，一起或單獨回答；
激發(fā)愛國熱忱；
引
出
課
題
提問：橋的作用？
根據(jù)學(xué)生回答，板書；
思考，準確給出橋的作用；關(guān)注需求；
深化設(shè)計源于需求的設(shè)計理念；
投影北盤江大橋以及上海的標志性橋梁，提問：我們希望造出的橋具有什么特性？如果受重超過橋梁的極限會如何？投影上海中環(huán)斷橋圖片。
板書；
觀看投影，
一般從技術(shù)、藝術(shù)角度準確給出橋梁應(yīng)用的特性；
對斷橋能有共鳴；
樹立民族自豪感，激發(fā)愛國熱忱；
強化安全意識，尊重生命意識；
提問：橋梁的承重與哪些因素會有關(guān)聯(lián)？引導(dǎo)學(xué)生進行回答。
匯總學(xué)生的回答：材料；結(jié)構(gòu)（形狀）；跨度；高度；。。。。。并板書；
合理猜測影響承重的因素，并回答老師的提問；
猜測影響承重的因素，提出假設(shè)的能力；
提問：橋梁的承重與這些因素之間的關(guān)系應(yīng)該使用什么方法進行探究？教師根據(jù)學(xué)生回答板書“控制變量法”；
想到使用控制變量法探究承重與影響因素之間關(guān)系；合理使用控制變量法；
控制變量法的使用；
課
堂
實
踐
提問：如果要找到不同結(jié)構(gòu)和橋梁稱重之間的關(guān)系，是否要制作出相應(yīng)的模型或者實物進行研究？
可以利用inventor軟件設(shè)計不同結(jié)構(gòu)的橋，分析其應(yīng)力分布情況，并總結(jié)初步的結(jié)論；
巡視學(xué)生制作過程，根據(jù)學(xué)生出現(xiàn)問題的情況，共性的問題統(tǒng)一廣播解決，個別問題個別輔導(dǎo)；
使用inventor軟件，進行仿真設(shè)計，并使用應(yīng)力分析按鈕，分析不同結(jié)構(gòu)和橋梁稱重的之間的關(guān)系；
動手實踐，精確制圖，合理控制變量，體驗探究的實踐過程；
結(jié)
論
分
析
請完成情況較好的同學(xué)介紹自己的初步結(jié)論，引導(dǎo)學(xué)生分析，找出研究過程中的不足；
給出在控制變量較好情況下，不同結(jié)構(gòu)和橋梁承重之間的關(guān)系，并指出，在橋梁承重比賽中，是以橋梁的質(zhì)量作為限制，進行結(jié)構(gòu)的競賽；
通過同學(xué)和老師的介紹能找到自己的不足之處，提升對控制變量法的理解；
激發(fā)嚴謹求實的科學(xué)研究態(tài)度；
小
結(jié)
1、總結(jié)方法、工具；
2、提出勉勵、希望。
呼應(yīng)老師的總結(jié)以及期望。
提升理念。
教學(xué)反思
2008年，我所帶學(xué)生參加上海未來工程師大賽橋梁承重時，當時就迫切想擁有一個具有分析結(jié)構(gòu)受力時其內(nèi)部應(yīng)力分布情況的軟件；而2011年，我校學(xué)生參加加拿大橋梁承重比賽，應(yīng)力分析的需求則更為強烈，當時沒有這樣的軟件作為后盾，以致于只能在完全沒有方向的情況下，胡亂制作了一個承重的橋梁。一直到2016年，Inventor的出現(xiàn)，讓我多年對應(yīng)力分析的追求終于找到了結(jié)果。21教育網(wǎng)
本節(jié)課，就是實現(xiàn)了我多年一直追求的應(yīng)力分析夢想。從課程設(shè)計到教學(xué)過程，存在很多的不足：
一是整個過程粗線條。無論是教案的撰寫，還是課堂問題的設(shè)置，在設(shè)計過程中，考慮的非常不夠周全，比如使用控制變量法時，是一帶而過的敘述，并沒有深挖，也沒有將控制變量法作為教學(xué)的重點或者難點；比如教學(xué)目標的撰寫，多為上位的敘述，沒有詳細化、具體化。這是我存在的非常重大的缺點，但又不是短時間能夠克服解決的。
二是Inventor教學(xué)的鋪墊不夠。Inventor的功能雖然有很多類似于CAXA實體設(shè)計，但又有眾多的按鈕使用、特征使用不同于CAXA實體設(shè)計，在教學(xué)過程中，不斷的摸索、改進，有些教學(xué)內(nèi)容過了之后，才發(fā)現(xiàn)當初的教學(xué)并不是很合理、簡捷。這是沒有堅實的Inventor技能作為教學(xué)基礎(chǔ)的結(jié)果。21cnjy.com
板書設(shè)計

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