資源簡介

第二節 穩固結構的探析
第一課時 結構與穩定性
一、教學目標
知識與技能
1. 通過案例分析和實踐活動，理解結構穩定性的含義。
2. 了解結構穩定性在日常生活和工農業生產中的廣泛應用。
3. 通過不倒翁、人字梯、桌子等探究活動，分析影響結構穩定性的主要因素。
過程與方法
1. 通過不倒翁、人字梯、桌子等探究活動，使學生經歷觀察、分析、設想、搭建、測試等簡單的技術實踐過程，學會簡單的技術試驗方法
2. 通過觀察并提出假設，構建驗證假設的方案，煅煉學生實踐動手能力。
情感、態度、價值觀
1. 通過探究活動的開放性，使學生熟悉從事技術活動必須具備的嚴謹、負責、進取的良好品質。
二、教學分析
1、教材分析 本單元內容屬于《技術與設計2 》的第一個主題，該單元總的設計思路是：認識結構——探析結構——設計結構——欣賞結構，“結構”和“設計”共同構成本單元兩個核心概念。結構體現了“空間”的概念，而結構的穩定性又是結構的重要性質之一，因此，本節內容在《結構與設計》中起到舉足輕重的作用，所以教材通過馬上行動、案例分析、探究、小試驗及閱讀等手段引導學生理解結構的穩定性、探究影響結構穩定性的主要因素，這樣不僅可以使學生對結構的基本概念有更深的認識，而且也為以后結構的強度、結構的設計等奠定了良好基礎。
2、學情分析 學生通過第一節“常見結構的認識”的學習，對結構的概念，結構的受力、及結構的一般分類有了初步的認識，這部分內容對于他們來說難度不大，因此對哪些主要因素影響結構的穩定性會產生濃厚的興趣，也有了一定探究的欲望。因此采用激趣法，合理引導，通過典型案例、探究試驗、多媒體手段等方法 ，學生完全能夠達到本節內容的學習目標。
3、教學重難點
（1）教學重點：
能分析影響結構穩定性的主要因素。
（2）教學難點：
理解結構與地面接觸所形成支撐面大小與結構穩定性的關系。
三、教學思路
1、導入結構的穩定性的定義。
介紹遭受臺風襲擊后廣告牌發生傾倒，不堪重負的拖拉機發生翻倒，讓學生親身感受到結構被破壞的情景，當結構受到外力作用時，原有的平衡狀態被打破而出現不穩定現象，引出結構穩定性的定義。
2、分析出結構的穩定性與重心在豎直方向上的位置有關。
進行不倒翁的探究活動并得出結論1。
3、分析出結構的穩定性與結構形狀有關。
進行人字梯的探究活動并得出結論2。
4、分析出結構的穩定性與結構與地面接觸所圍成的面積有關。
進行對桌子的探究活動并得出結論3。
5、分析出結構的穩定性與重心在水平方向上的位置有關。
進行砝碼位置移動的探究活動并得出結論4。
6、影響結構穩定性主要因素的小結。
7、拓展。
通過地震儀資料的拓展引導學生理解不穩定的結構的應用。
8、作業布置
四、教學案例
（一）新課導入（引入課題）
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師：大家可能有這樣的經歷，我們一只腳站著時身體就會搖晃起來，而兩只腳站著時就會穩定多了。這是什么原因呢？相信學習完今天這節課，大家就會明白其中的原由了。
板書：穩固結構的探析
（二）新課教學
第一部分：結構的穩定性
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【師】高聳的廣告牌外力臺風的作用下發生傾倒，不勘重負的拖拉機因重心不穩誘發了翻倒，這些原本穩固的結構因受到外力的作用，原有的平衡狀態被打破而變成了不穩定。那么什么是結構的穩定性呢？
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1. 什么是結構的穩定性？（讓學生對結構的穩定性的概念有個初步的認識）
【師】結構的穩定性是指結構在負載的作用下，維持其原有平衡狀態的能力。
【師】它是結構的重要性質之一。如果一個結構不能有效的抵御常見外力的作用，那么該結構是很難承受負載而保持其原有平衡狀態的。
【師】日常生活中我們發現有些結構看起來不穩定，但是它卻是穩定的。
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【師】比如：不倒翁搖而不倒，比薩斜塔斜而不倒。然而有些結構看起來是穩定的，但卻暗藏不穩定的隱患。
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【師】比如：獨柱支撐的廣告牌、高高支架的臺燈、口大底小的垃圾簍。它們都暗藏不穩定的隱患。為什么有的結構比較穩定，而有的結構不穩定呢？影響結構穩定性的因素主要有哪些呢？下面讓我們一起來探究。
第二部分：影響結構穩定性的主要因素
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探究活動1 不倒翁
活動步驟：
第一步：觀察不倒翁并思考為什么它不會倒地？
【學生】重心較低
第二步：思考通過改變什么可以使不倒翁倒地？
【學生】將不倒翁頭變重一些
【師生】將不倒翁頭變重一些實質上就是將重心上遷，當重心上移后，不倒翁就容易發生傾斜。由此看以看出重心在豎直方向上的位置會影響結構的穩定性。
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【師】結論1：結構的穩定性與重心在豎直方向上的位置有關。重心越高，結構越不穩定；重心越低，結構越穩定。通過降低重心來增加結構的穩定性在生活中有很多應用實例。
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【師】如低矮的茶幾、肚大口小的花瓶等
【師】除了重心會影響結構的穩定性，還會有什么因素會影響結構的穩定性呢？下面我們再來進行一個探究活動——人字梯（通過探究活動提高學生的探究欲望和觀察、分析能力）
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探究活動2：人字梯
活動步驟：
第一步：觀看人字梯結構，并測試其穩定性。
【師】請大家將桌上的盒子打開，拿出里面的人有梯，觀看人字梯結構，并測試其穩定性。這們的人字梯是穩定性如何呢？
【師生】穩定性較差（不穩定）
【師】請大家回想一下生活中見過的人家梯，再和我們的人字梯比較下有什么區別？
【學生】少東西（少拉桿）
【師】怎么樣讓我們的人字梯穩定性增強一些呢？大家是不是覺得少了什么東西？大家少的東西在老師這呢。下面請組長上來領取。
第二步：在人字梯的上安裝拉桿，再將梯子豎立起來，測試梯子的穩定性。
【師】現在請大再來觀察人字梯的結構有沒有什么變化，穩定性和之前相比有何變化？
【師生】加拉桿后形關變成了三角形，穩定性比之前增強。
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【師】將沒有拉桿的人字梯豎立起來時，會發現其非常不穩定，加拉桿后其穩定性增強了很多；加上拉桿后人字梯形狀發生了改變，穩定性也發生了改變。正是因為人字梯形狀的改變影響了人字梯的穩定性。
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【師】結論2：結構的穩定性與結構的形狀有關。
【師】在生活中我們常通過改變結構的形狀來增加結構的穩定性。
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【師】如空調的支撐架、陽臺涼衣架的支架。除重心位置、結構形狀影響結構的穩定性，結構穩性還會受到哪些因素影響呢？下面我們再來進行一個探究活動。
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探究活動3 搭桌子
【師】請大家參照A、B、C桌子圖片，分別搭建A、B、C桌子，并分別用砝碼測試桌子的穩定性，并作簡要記錄。
【師】巡視學生搭建桌子、測試其穩定性的過程
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【師】現在我們來對A、B、C桌子進分析：
通過提問學生來完成下列表格
板書：
穩定性 桌腿數 支撐面積
A 差 2
B 較好 3
C 好 4
變化1：穩定性 A：差 B：較好 C：好
變化2：桌腿數由2條增加為3條到4條
猜想1：
桌腿越多 (與地面的接觸面積越大),結構越穩定？
【師】這個猜想是否正確呢？（如果不正確能否舉出反例？）請搭建桌子結構進行驗證試驗
【師】巡視發現有同學為了說明猜想是錯誤的，采用將桌子的四條腿集中在桌子和某個邊角，從而說明猜想是不成立的。這個地方要特別注意引導！
【師】我們來看看這組同學的搭建的桌子對不對？我們這樣搭建的桌子穩定性還受到了什么因素的干擾？這樣搭建的桌子和之前我們搭建的三條腿桌子的前提條件是否還一致了？（重心問題）
【學生】改變搭方案，重新搭，四條腿集中在桌面的中心位置附近，并且能驗證其穩定性不如三條腿分在桌面邊緣的桌子。
【師】剛才通過試驗發現，四邊腿的桌子不一定比三條腿的桌子穩定性好。
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比如這樣的桌子，雖然增加了桌腿（增大與地面接觸面積），但是其穩定性并沒有什么改變，說明了接觸面積不是影響穩定性的主要因素。那么會與什么因素有關呢？下面我們接著來分析。
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變化2 支撐面積（支撐點所形成的面積）
【師生】觀察A、B、C支撐面大小的變化
板書：在上表中大致畫出A、B、C支撐面積
猜想2：桌腿與地面所構成的支撐面積越大，結構越穩定
【師】這個猜想是否正確呢？請搭建桌子結構進行驗證試驗
巡視學生搭建桌子
【師】有沒有同學搭建出支撐面積小其穩定性更好的桌子？我們無法搭建出支撐面積小而其穩定性好的桌子來。支撐面積的大小影響了結構的穩定性。
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【師】結論3： 結構的穩定性與結構和地面接觸所形成的支撐面的大小有關
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【師】然而再不穩定的桌子只要我們移動砝碼到合適的位置也能穩定，再穩定的桌子，在移動砝碼時也會出現不穩定現象，難道桌子的穩定與砝碼移動的位置也有關系？現在我們再來做個探究
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探究活動4 砝碼的位置與穩定性關系
【學生】搭建如圖所示的三條腿桌子并在上移動砝碼測試其穩性，注意觀察移動的范圍。
【師】展示桌子穩定時砝碼可以移動的大致范圍。這是一個不精確的試驗，下面我們來看一個更精確的驗證試驗。播放重心與支撐面關系的視頻片段。重心在水平方向的位置也會影響結構的穩定性。
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【師】結論4：對于一個結構而言，如果重心所在的垂線落在結構底面范圍內，就是穩定的。
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第三部分：小結
結構穩定的基本條件：重心所在點的垂線落在結構底面的范圍內
影響結構穩定性的主要因素：
重心位置的高低
結構的形狀
結構與地面接觸所形成的支撐面的大小
【師】我們在設計中盡可能增加結構的穩定性，那么凡是不穩定的結構設計都沒有價值嗎？（培養學生的觀察、思維能力，主動參與意識、一分為二的看待問題）
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第四部分：拓展
討論與分析：凡是不穩定的結構設計都應該放棄嗎？
案例：利用倒置的酒瓶的不穩定性預報地震（播放地震儀視頻動畫）
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第五部分：布置作業
1、收集一些建筑物倒塌的案例，從結構的穩定性角度分析其問題所在。
2、探究：靜止停放的自行車要有三個支撐點才能穩定，而不會倒下；但是，自行車在騎起來時，卻只有兩個支撐點，為什么卻不會倒下？
五、教學反思
課前反思：內容量較大，可能很難完成。教學地點在實驗室，可能在教學管理上會增大難度。

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