資源簡介

穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析
嘉積中學海桂學校 翁瑜
一、教學分析
（一）教材分析
本節(jié)選自蘇教版高中通用技術(shù)《技術(shù)與設(shè)計2》第一章第二節(jié)的內(nèi)容。本節(jié)內(nèi)容在本章中有承上啟下的作用，不僅使學生對結(jié)構(gòu)的基本知識有更深的認識與鞏固，而且也為以后結(jié)構(gòu)的設(shè)計奠定良好的基礎(chǔ)。
（二）學情分析
學生通過第一節(jié)“常見結(jié)構(gòu)的認識”的學習，對結(jié)構(gòu)的概念，結(jié)構(gòu)的受力及結(jié)構(gòu)的類型有了初步的認識，對影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強度的主要因素產(chǎn)生興趣，也有了一定的探究欲望。因此采用激趣法，合理引導，通過具體的案例分析、小試驗、馬上行動、探究、多媒體手段等方法，使學生能夠達到本節(jié)內(nèi)容的學習目標。
二、教學目標
（一）知識與技能：
1、理解穩(wěn)定性的概念；
2、能通過技術(shù)實驗分析影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強度的因素；
3、理解結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系；
（二） 過程與方法：
1、通過案例分析、小試驗等方法使學生懂得應(yīng)用相關(guān)的理論知識完成對學習重難點的理解。
2、通過小組合作探究、動手實踐，加深對教學重難點的把握。
（三）情感態(tài)度與價值觀：
通過試驗、探究等方法得出結(jié)論，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生探究的思想和意識，增進良好的合作交流能力，提高觀察能力和技術(shù)素養(yǎng)。
三、重點與難點
（一）教學重點：
通過技術(shù)試驗分析影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強度的主要因素。
（二）教學難點：
1、影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強度的因素；
2、利用所學知識解釋生活中相關(guān)的現(xiàn)象。
四、教學策略
（一）教法：
在教學過程中，采用講授法、案例分析、馬上行動和課堂提問等方法與學生共同討論、分析、交流等教學形式交叉進行并靈活運用。本課時要求學生親自探究不倒翁的重心與穩(wěn)定性的關(guān)系，讓學生在實際操作活動中發(fā)現(xiàn)并解決問題，感受探究成功后的喜悅。
（二）學法：
鼓勵學生自主探究和合作交流，引導學生自主觀察、總結(jié)，在與他人的交流中豐富自己的思維方式，獲得不同的體驗，從而引導學生養(yǎng)成自主探究的習慣。
五、教學過程：
（一）結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性
導入新課：
出示不倒翁，用手扳倒它但它又會自動立起來，為什么會不倒呢？
緊接著用PPT放映幾幅臺風過后的圖片，讓學生親身感受結(jié)構(gòu)被破壞的情景，引出結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。
結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在負載的作用下維持其原有的平衡狀態(tài)的能力。
影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素：
1、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與重心位置的高低
提問：
不倒翁為什么會不倒？如果在它脖子上掛上一定數(shù)量的鐵環(huán)，它還會不倒嗎？
不倒翁的重心很低，所以不倒。如果往它的脖子掛上鐵環(huán)，它的重心位置升高了，當鐵環(huán)達到一定數(shù)量時，不倒翁就不在是不倒翁了。
屏幕顯示比薩斜塔的圖片，比薩斜塔為什么不倒塌？
通過分析長方體重心的垂線位置與穩(wěn)定性示意圖，讓學生容易理解，比薩斜塔不倒的原因是它的重心所在點的垂線落在塔的底面的范圍內(nèi)。當塔傾斜到一定程度，重心的垂線不再落在塔的底面時，塔就會傾倒。
引導學生得出結(jié)論：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與重心位置有關(guān)。
對于一個結(jié)構(gòu)體而言，如果重心所在點的垂線落在結(jié)構(gòu)底面的范圍內(nèi)，就是穩(wěn)定的，不會出現(xiàn)傾倒。

教師舉例：
展示獨腳茶幾、落地風扇的圖片，讓學生知道獨腳茶幾的腳和落地風扇的底座是用密度較大材料制作的，目的都是為了降低重心。
引導學生得出結(jié)論：重心位置越低，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。
2、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與支撐面積的大小
屏幕顯示大壩的圖片
提問：為什么大壩的橫截面總是建成梯形？
大壩需要承受很大的力，如自身的重力，水的沖擊力、壓力等等，要起到防洪的作用，大壩必須非常穩(wěn)固。大壩建成梯形，增大了與地面接觸所形成的支撐面，支撐面越大越堅實，穩(wěn)定性就越好。
接下來，讓學生聯(lián)系身邊的實物進行討論分析,例如：課桌椅
分析：課桌椅的支撐腳做成往外傾斜是為了進一步增大與地面接觸所形成的支撐面積，增加穩(wěn)定性。
小試驗：
動手做一做，如何將一本書直立起來？把課本分別直立或展開立在桌子上，看哪種情況能成功。
從一個有趣的小試驗入手，引導學生主動地去思考和討論，得出結(jié)論：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與支撐面的面積大小有關(guān)。
注意：支撐面≠接觸面。
結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面越大，穩(wěn)定性越好。解釋：因為面積越大，重心的投影就越容易落在里面，從而可以達到穩(wěn)定。如：高塔的共同特點都是上端小而下端大。
3、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)的形狀有關(guān)。
（1）屏幕顯示A字形梯的圖片
提問：A字形梯為什么載人時能夠保持穩(wěn)定？如果沒有梯子中間的拉桿將會怎么樣？
一般情況下，梯子打開的時候，梯面與地面組成三角形，梯子本身就能站得穩(wěn)。當連接兩個梯面的橫桿拉直時，兩個梯面的上半部分就與橫桿構(gòu)成了穩(wěn)定的三角形，這就進一步加強了梯子的穩(wěn)定性，保證梯子能承受人體的壓力。如果沒有梯子中間的拉桿，梯子的支撐腳與地面的位置不能固定，當人站上梯子時，A字形結(jié)構(gòu)被破壞，失去平衡。
（2）屏幕顯示照相機三腳架的圖片。
提問：照相機的支撐架為什么常使用三腳架而不用其他形狀？
因為三角支架與地面有三個接觸點，形成的三角形結(jié)構(gòu)使照相機的支撐架更容易穩(wěn)定。
得出結(jié)論：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)的形狀有關(guān)。
通過以上分析，總結(jié)出：
影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素：重心位置的高低、結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面的大小和結(jié)構(gòu)的形狀。
4、運動狀態(tài)下與靜止狀態(tài)下物體的穩(wěn)定條件有所不同。
教師：播放陀螺旋轉(zhuǎn)的動畫。
案例分析：靜態(tài)的自行車是如何保持穩(wěn)定的。
在雙腳支撐的情況下，支撐架與地面的兩個接觸點和前輪子構(gòu)成三點支撐形式，當重心落在前輪與支撐架構(gòu)成的支撐面內(nèi)，就是穩(wěn)定的。
在單腳支撐的情況下，支撐架也是和前后兩個車輪構(gòu)成一個三角形，當重心的投影落在其支撐面內(nèi)，是穩(wěn)定的。
小試驗：硬幣旋轉(zhuǎn)能夠立在桌面上。

5、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性在日常生活中的應(yīng)用
結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性在日常生活中有著廣泛的應(yīng)用，一方面人們利用穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)抵抗外力、承受負載，另一方面又利用不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)某些功能。如：倒置的啤酒瓶可以預報地震。
馬上行動：請列舉生活中利用不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)實現(xiàn)一定功能的事例。
例如：在打水的桶口邊掛一重物，桶在水面時能自動翻倒打水。

（二）結(jié)構(gòu)與強度

1、通過下列兩個實例來引出結(jié)構(gòu)的強度的概念.
（1）展示奧運會主會場鳥巢的圖片
“鳥巢”的結(jié)構(gòu)設(shè)計奇特新穎，是一個大跨度的曲線結(jié)構(gòu), 形態(tài)如同孕育生命的“巢”，采用了當今先進的建筑科技，其中鋼結(jié)構(gòu)是世界上獨一無二的,它的強度很大。
（2）展示四川汶川大地震中房屋倒塌的圖片
在5.12四川汶川大地震中，房屋倒塌了，說明這些房屋不具有抵抗8.0級地震的能力。
引導學生歸納:
結(jié)構(gòu)的強度是指結(jié)構(gòu)具有的抵抗被外力破壞的能力。

馬上行動：
事件 結(jié)果 原因
分別在一根竹竿和一根同樣尺寸的脆性塑料桿上不斷加掛相同質(zhì)量的重物。 竹竿比脆性塑料桿能掛更多的重物而不會斷裂。 不同材料的抗拉性能不同。
沿著垂直于中心線的方向撞擊一根完整的鋼管與用同樣的方法撞擊一根中間有焊接縫的鋼管。 中間有焊接縫的鋼管受到撞擊時容易損壞。 因為有連接點。
2、影響結(jié)構(gòu)強度的主要因素
結(jié)構(gòu)的強度與結(jié)構(gòu)的形狀、使用的材料、構(gòu)件之間的連接方式等因素有著密切的關(guān)系。
（1）結(jié)構(gòu)的形狀
通過介紹金剛石的結(jié)構(gòu)，分析結(jié)構(gòu)的形狀對結(jié)構(gòu)的強度有很大的影響。即使是相同材料，如果橫截面積不一樣，結(jié)構(gòu)的強度也不一樣。
（2）使用的材料
探究：用手擠壓紙杯，紙杯就會變形；而用同樣的力擠壓不銹鋼杯，不銹鋼杯的外形則無明顯改變。這說明了結(jié)構(gòu)強度與材料有關(guān)。
拓展：使用鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的好處是什么？
混凝土擅長抗壓力，而鋼筋擅長抗拉力，它們共同形成了非常牢固的結(jié)構(gòu)。
（3）結(jié)構(gòu)的連接
結(jié)構(gòu)構(gòu)件的連接通常有以下兩類：
★鉸連接：被連接的構(gòu)件在連接處不能相對移動，但可以相對轉(zhuǎn)動，具體有松螺栓、松鉚等。比如：門與門框的連接。
★剛連接：被連接的構(gòu)件在連接處既不能相對移動，也不能相對轉(zhuǎn)動，具體有榫接、膠接、焊接等。比如：固定鐵床架的連接。
[師]：從影響結(jié)構(gòu)的強度的三個主要因素來分析吊蘭支撐架，加深學生對這部分知識的理解。
案例分析：吊蘭支撐架的強度
從形狀方面考慮，使用三角形支架結(jié)構(gòu)，而不使用由一根直桿挑起的結(jié)構(gòu)。從材料方面考慮，吊蘭的三角形支架使用的是鋼管而不是木條或塑料，因為鋼管的抗拉力性能較好。從連接方式考慮，吊蘭的三角形支架的構(gòu)件是焊接而不是捆綁，因為這種連接方式更牢固。
（三）結(jié)構(gòu)與功能
結(jié)構(gòu)不僅是事物存在的一種形式，而且對事物的功能和作用產(chǎn)生著直接影響。結(jié)構(gòu)的改變可能導致功能的變化。以自行車為例，起初的自行車稱為單車，只具有單人代步的功能，隨著人們需求的變化，出現(xiàn)了雙人自行車、斜梁女式輕便自行車、可折疊的自行車、有兩個附加后輪的童車等。它們的功能不同，是因為人們對其結(jié)構(gòu)進行了局部調(diào)整。
分組討論:對于自行車還有什么改進？
案例分析：傘與拐杖、多用起子
一把撐開的雨傘，是通過傘的骨架和傘面的受力以實現(xiàn)遮風擋雨的功能，而收起的傘則可以通過傘的主骨干受力實現(xiàn)拐杖的功能。
一把固定結(jié)構(gòu)的起子，它的功能往往是單一的，如果把固定結(jié)構(gòu)改為組裝結(jié)構(gòu)，則可以實現(xiàn)多功能。
六、思考與練習：
1、 除了重心位置的高低、結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面的大小和結(jié)構(gòu)的形狀外，你認為還有哪些因素影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性？在汽車制造業(yè)中，利用殼體結(jié)構(gòu)和薄鋼板材制造汽車的車體，而不用框架結(jié)構(gòu)或較厚的鋼板，原因是什么？

2、 有的礦泉水瓶上有若干凸起的橫向紋路，它的作用是什么？

七、板書設(shè)計
1、結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性
重心位置的高低
影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素： 結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面的大小
結(jié)構(gòu)的形狀
2、結(jié)構(gòu)與強度
結(jié)構(gòu)的形狀
影響結(jié)構(gòu)強度的主要因素： 使用的材料
構(gòu)件之間的連接方式
3、結(jié)構(gòu)與功能

八、課堂小結(jié)
我們主要通過案例分析，試驗，討論，探究等方法，加深對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性概念的理解，知道影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強度的主要因素，以及結(jié)構(gòu)與功能的關(guān)系。

作業(yè)：P23第三題

九、教學反思
本節(jié)課內(nèi)容通過做一個能給學生留下深刻印象的演示試驗來導入，并舉了許多學生熟悉的事例，貼近學生生活。生動有趣的課堂活動取代了枯燥的理論學習，學生容易融入到活躍的氣氛中來，通過試驗和觀察生活，學生基本了解了影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與強度的主要因素，并能夠運用所學知識解釋生活中的現(xiàn)象并解決問題。學生變被動的聽為主動的探究、歸納總結(jié)，充分發(fā)揮了教師的引導作用，激發(fā)學生的主動性和積極性。試驗的設(shè)計在保證科學性的前提下，充分考慮了學生的認知特點，會做，愿做，很好地實現(xiàn)了教學目標。
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