资源简介

单元教学设计
《结构及其设计》
领 队：
授课教师：
粤教版高中通用技术必修《技术与设计 2》第一章
《结构及其设计》
单元教学设计
一、单元介绍
1.实施学科：通用技术
2.实施年级：高二
3.课程模块：通用技术必修 2“结构及其设计”
4.教材章节：粤教版必修《技术与设计 2》第一章
5.单元名称：《结构及其设计》
6.单元课时：10 课时
二、单元分析
1.单元概述
依据普通高中通用技术课程标准（2017 年版 2020 年修订）和安徽省《普通高中
通用技术学科教学指导意见》分析， “结构及其设计 ”单元属于《技术与设计 2》模块。
此单元内容要求主要包括以下 3 点：1.从力学的角度理解结构对技术产品及其功 能实现的独特价值， 了解结构的一般分类和简单的受力分析， 并从技术和文化的角度 赏析经典结构案例。2.通过技术试验或技术探究分析影响结构的强度和稳定性的因素， 并写出技术试验报告。3.结合生活中的实际需求进行简单的结构设计， 并绘制设计图 样，做出模型或原型。可以进一步细化为五大部分， 即认识结构、探究结构、结构设计、
典型结构的欣赏、综合学习活动。
2. 概念提取
本单元的大概念相对比较明确， 即“结构”， 单元始终围绕结构及其设计的相关概 念进行学习。
3. 项目选定
经过仔细研究并结合教材体系，本单元将选用的大项目为“桥梁模型的设计与制
作”。下为此大项目与“结构”大概念、教学内容联系分析图。
4.学情分析
经过高一学习， 学生已经了解了技术性质与技术发展历史， 认识了技术设计的一般 过程， 掌握了常用工具及其使用方法、常见材料及其加工方法、方案构思及其方法、图 样识读与绘制、模型制作及其工艺等方面的基本知识与基本技能， 形成了基本的学科核 心素养。高二学习主要围绕结构、流程、系统、控制等技术学科基本概念展开。此单元 为第一个基本概念——结构， 旨在帮助学生领悟与结构相对应的技术原理的内涵与应
用，进一步提高技术分析和解决实际技术问题的能力。
5.开放性学习环境
1.教学白板，智慧教育平台并配相关教学软件及课件。
2.通用技术专用实践室。
3.实践活动所需社会环境（黄山市屯溪桥梁资源）。
活动资源准备： 自承重桥模型若干套，自制壳体结构受力试验器材， 自制结构稳 定性试验器材， 自制结构强度试验器材， 美术纸， 长 50cm、截面边长 2.5mm 的松木
杆，剪刀，小刀，胶水，棉线等。
三、单元实施过程
1.单元教学目标
（1）通过生活案例分析，从力学角度理解结构，并理解结构对技术产品及其功能
实现的独特价值。
（2）通过生活案例分析，了解结构的一般分类和简单的受力分析方法。
（3）通过技术试验体验，学会分析影响结构稳定性和结构强度的因素，并写出试
验报告。
（4）通过桥梁模型制作，能进行简单的结构设计，学会绘制设计图样，并做出原
型或模型。
（5）通过多种古今中外建筑结构分析，能从文化和技术的角度欣赏并评价典型结
构。
（6）通过地域桥梁调研综合实践活动，综合运用本章学习内容。
2.单元教学设计理念
本单元教学坚持“做中学，学中做”理念进行设计
内容层面
认识结构
探究结构
结构设计
典型结构的欣赏
综合学习活动
做 什 么
(
为
什
么
) (
实践形式
) (
微任务（活动）
技术试验
设计制作
建筑鉴赏
综合实践活动
) 能力指向
基础知识
自主探究操作实践
综合运用 跨学科能力
3.学教评过程
课时 课 题 学习目标 学习内容 教学活动设计 持续性评价 培养素养
第 1 课时 感 知 结 构 1.案例分析，感悟分析自然 界动植特结构特点。 2.案例分析，感悟分析典型 人造结构特点。 3.通过动手操作，感悟自承 重桥梁结构特点。 感知不同的结构 活动 1：感知荷叶、蜻蜓、象鼻、蜂巢等自然界动植物结构特点 观点表达 技术意识 工程思维 物化能力
活动 2：感知双人摇椅、佛宫寺塔、赵州桥等人造结构特点 观点表达
活动 3：搭建达芬奇自承重桥 动手协作；分享展示
第 2 课时 结 构 与 力 1.案例分析，从力学角度理 解结构 2.简单的受力分析和了解结 构的分类 3.简单的结构设计分析 1.认识结构与力 2. 了解结构的分类 活动 1：分析椅子受力下可能出现的形变 活动 2：分析桥面受力下可能出现的形变 交流讨论；观点表达 技术意识 工程思维 创新设计 图样表达
活动 3.试验 通过对小纸条施力，感知结构形变 试验；记录；绘图
活动 4：请判断 按要求判断各张图片中指定构件所受的力 活动 5：综合运用 分析一款钣金剪指定构件的主要受力形式 活动 6：想一想能用哪些方法减轻桥面弯曲的形变 交流讨论；观点表达
活动 7：案例感知三种结构特点 活动 8：试验 壳体结构受力分析 活动 9：分析图片中物件是何种结构及其特点 观点表达；试验分析
第 3 课时 结 构 的 稳 定 性 通过试验方法，学会分析影 响结构稳定因素，并能够完 成试验报告 1 结构的稳定性 2.稳定性试验 活动 1：分析高架桥桥面侧翻和比萨斜塔不倒的原因 交流讨论；观点表达 技术意识 工程思维
活动 2：探究结构稳定性与几何形状的关系（定性试验） 活动 3：探究结构稳定性与重心位置的关系（定量试验） 活动 4：探究结构稳定性与质量的关系（定量试验） 活动 5：探究结构稳定性与支撑面面积大小的关系（定量试验） 活动 6：探究结构稳定性的依据和条件（定性试验） 动手协作； 试验分析； 交流分享；
活动 7：分析大坝的横截面一般是梯形 活动 8 以创新试验成功与未成功探究原理 交流讨论；观点表达
第 4 课时 强 度 与 应 力 1.认识强度与应力概念及彼 此关系 2.学习应力公式并能进行简 单计算 1.认识强度 2.认识应力 3.强度与应力的关 系 4.应力公式及计算 活动 1：阅读案例分析建筑物坍塌原因 活动 2：感知内力、固有内力、强度 交流讨论；观点表达 技术意识 工程思维
活动 3：试验 强度与内力及单位横截面积之间的关系 试验分析
活动 4：例题运用：应力公式计算 活动 5：许用应力介绍及计算 计算分析；观点表达
活动 6：分析应力与压强区别 活动 7：分析扭绞的绳子为什么不容易拉断 活动 8：不同类型桥梁受力分析 活动 9：桥梁模型制作强度要求分析 交流讨论；观点表达
第 5 课时 影 响 强 度 的 因 素 影 1.通过动手试验及视频试 验，认识强度与材料、形状 的关系 2.运用案例、视频，认识结 构的连接方式、分类及各自 特点 1.强度与材料 2.强度与形状 3.结构的连接 活动 1：试验 对不同材料施加拉力，探究强度与材料的关系 动手操作；试验分析； 交流分享； 技术意识 工程思维
活动 2：视频展示木材、混凝土、钢筋混凝土抗压试验并分析原理 活动 3.视频展示材质相同，纹理不同的木材受压试验并分析原理 试验分析；交流分享
活动 4：试验 比较不同形状构建的木条结构受力形变并分析原理 活动 5：分析构件的横截面形状与强度的关系 活动 6：试验 用美术纸折成不同形状，测试强度 动手操作；小组合作； 试验分析；交流分享；
活动 7：分析 P20 页立即行动案例 活动 8：分析桥梁模型连接方式 活动 9：分析连接方式的分类和特点 交流讨论；观点表达
第 6 课时 结 构 设 计 1.通过案例让学生认识到设 计制作需要考虑的问题，提 高综合统筹规划能力； 结 2.通过学习著名的桥梁类型 来构建桥模设计，小组形成 初步设计方案。 3.通过了解一些著名的桥梁 结构，思考各自的优点及缺 点并应用到桥梁模型设计方 案中去 1.桥梁设计考虑因 素 2.桥梁设计的一般 环节及要求 活动 1：展示视频，分析大桥建造可能发生的问题（港珠澳大桥片断） 活动 2：分析桥梁模型设计时需要考虑的因素 活动 3：分析桥梁模型设计报告环节 活动 4：分析桥梁模型设计目标与要求 活动 5：分析拱架桥、梁架桥、悬索桥、钢索斜拉桥等结构类型桥梁特点 活动 6：分析制作模型、检测优化、交流评价环节要求 交流讨论；观点表达 技术意识 工程思维 创新设计 图样表达
活动 7：桥梁模型方案设计 小组合作；动手实践
第 7 课时 桥 梁 模 型 制 作 通过方案、草图、三视图等 小组制作桥梁模型 1.制作桥梁模型 2.检测、优化和改 进设计 活动 1：桥梁模型的制作和方案的改进优化 小组合作，动手实践 技术意识 工程思维 创新设计 图样表达 物化能力
第 8 课时 桥 梁 模 型 的 交 流 与 评 价 通过评分量化、测试等方式 对桥梁模型进行评价并交流 展示 桥梁模型的评价 活动 1：分析桥梁模型评价量化规则 活动 2：分组展示交流其制作桥梁模型 观点表达；交流分享 技术意识 工程思维 创新设计 图样表达 物化能力
活动 3：分组进行桥梁模型试验测试 活动 4：分析桥梁模型测试结果 动手实践；交流讨论
第 9 课时 典 型 结 构 的 欣 赏 1.通过视频、图片理解技术 典对于历史，社会及环境的影 响。具有对技术文化评价和 选择的能力，树立牢固的社 会主义生态文明观。 2.通过视频、图片能对典型 结构进行赏析及分析，感知 不同结构蕴藏的文化和技 术，加深对结构基本特性的 理解，发展工程思维。 1.建筑结构与历 史、文化 2.建筑结构与技术 活动 1：从桥梁模型感知建筑结构 活动 2：案例探讨建筑结构的历史、文化的特点 活动 3：案例探讨建筑结构与技术的关系 活动 4：案例赏析中国现代建筑结构 活动 5：案例赏析国外建筑结构与技术的关系 活动 6：讨论分析小组最欣赏的建筑并说明原因 交流讨论；观点表达 技术意识 工程思维
第 10 课时 综 合 实 践 活 动 综 通过调查研究，实地探访等 方式综合探究黄山屯溪的桥 梁文化 屯溪桥梁历史、文 化、结构、技术等 综合研究 活动 1：分组展示屯溪桥梁历史、文化、结构、技术等研究成果 交流讨论；观点表达 技术意识 工程思维 图样表达
四、单元作业设计
本单元作业采用开放性作业为主，从课内向课外，从课堂向社会延伸，根据章节要求， 层次逐步递进，从基础性作业到提升性作业再到跨学科综合性作业。
要求 作业内容 对应内容 核心素养 水平
基础性 作业 1.思考：你觉得桥梁设计需要考虑哪些问题？ （具体见课时 1 活动记录表内容） 感知结构 技术意识 工程思维 1
2 思考：你能想到几种方法减少桥面的形变？ （具体见课时 2 活动记录表内容） 结构与力 技术意识 工程思维 1
提升性 作业 3.根据技术试验，写出《探究影响结构稳定性 的因素》技术试验报告（附参考模板，并注意 步骤、数据、结果分析、结论等关键要素） 结构的稳定性 技术意识 2
4.完成模型桥设计制作报告 结构设计 技术意识 工程思维 创新设计 图样表达 物化能力 2
跨学科 综合性 作业 5.分小组完成屯溪桥梁调研报告（从历史、文 化、结构、受力特点、技术特点等多方面阐述）， 并形成汇报 PPT 结构及其设计 技术意识 工程思维 创新设计 图样表达 3
五、单元教学反思
经过一学年的大单元教学研究和探索， 本次大单元教学设计比起上年度有了 更多的思考和改进， 通过大概念（结构） 与大项目（桥梁设计） 双向联系， 构建
了丰富的教学实践体验活动，拓宽了学生的技术视野，提高了他们的技术素养。
本大单元设计始终按课程标准要求， 采用基于“做中学、学中做 ”的理念设 计教学活动， 创新设计了多样的技术装备和体验过程， 同时强调学教评统一和跨
学科学习，实现了立德树人育人目标和课程核心素养的完美达成。
分课时教学设计
第一节 认识结构 第 1 课时（总第 1 课时）
黄山市屯溪第一中学 刘卉
一、教材分析
本节的内容是“感知不同的结构”。本节课的主要目的是让学生通过对自然结 构、人造结构的分析，让学生感知结构对于功能的影响，从力学的角度，带领学生
重新认识的涵义。
二、学情分析
虽然从学生对结构有一定的认识，但是大多停留在艺术鉴赏的表面，没有形成
一定的技术意识。
本节是本册教材的第一章第一节，是将《技术与设计 1》技术设计的一般方法 和过程的主题应用的第一次实践。本节内容需要充分激发学生对于结构设计的兴 趣，意识到结构设计的重要性和魅力，并通过课堂互动和一些实践活动加深学生对
知识的理解和应用。
三、教学目标
1、知识与技能：
（1）了解结构的含义。
2、过程与方法
（1）通过一些自然界的结构和人造结构案例，让学生对结构有进一步的了解。
（2）亲自动手操作感受自承重桥梁的受力特点
3、情感、态度与价值观
（1）通过观察自然界中精妙的结构，树立环境保护意识，学会把自然界的事
物原理应用于技术设计中。
（2）通过对长城、山西佛宫寺塔、赵州桥结构上的讲解来激发学生学习结构 的兴趣，强化学生的民族自豪感；通过介绍世界各地不同时期的建筑，让学生对世
界各地的历史、文化有所了解。
（3）通过动手操作，提高学生在技术试验中获取知识和解决问题的能力，培
养学生的技术素养。
4、核心素养
技术意识：由学生熟悉的物体引入结构的定义，学生在学习过程中能结合个人
成长经历和简单的技术体验活动，了解和感知结构极其技术与人、自然、社会的关
系，形成对人工世界的认识，增强环境保护意识。
工程思维：通过对典型结构进行分析，感知结构和工程应用的关系，理解结构
的基本特性。
创新设计：通过对结构的学习，了解为满足特定需求需要解决的技术问题。
四、教学课时：1 课时
五、资源准备：
学生自备：笔、橡皮，尺子等。
教师准备：自承重桥模型若干套（根据班级人数、每 2 人一套）、学生活动记
录表格。
六、教学过程（第 1 课时）
教学 环节 教师教学 学生活动 设计意图
新课 导入 今天我们就来学习《技术与设 计 2》的第一章《结构及其设 计》，第一节的内容是—— 《认识结构》。 展示图片：植物、动物、人造 的结构。 观察、欣赏 启发思考：结构可以说 是无处不在，形式多 样， 无论大小， 各有其 特点。
定义解释：结构是指事物各个组成部分的有序搭配和排列。组成部分的数量、 排列方式不一样，就会形成新的结构、具备新的特点。比如石墨和金刚石， 就具有较大差异的物理性质。
欣赏 探讨 结构 下面我来展示几张自然界中 的结构，请大家思考并说说 看，这些结构有什么优点？在 日常生活中， 有没有物品是仿 造这些结构设计的呢？ 1、荷叶（表面绒毛——防水） 2、蜻蜓（ ——直升直降） 3、象鼻（机械臂） 讨论，回答 用学生熟悉的结构， 引 导学生思考， 激发学生 观察结构、拓展应用。 了解结构上的仿生设 计。
4、蜂巢（结实隔热隔音—— 蜂巢板材）
归纳总结：人们从自然界中的很多结构，得到了很多启示，创造了出了不少 成功的技术设计产品，更好地为人类服务。
接下来， 我们再来一起观察几 个人造结构， 请同学们说说看 设计这些结构， 要考虑的主要 问题是什么呢？ 1、摇椅（能摇动、但不倾覆、 无明显变形） 2、长城（因地制宜、就地取材） 3、佛宫寺塔（防风雨防震） 讨论，回答 学生理解结构对于技 术设计的重要性。
归纳总结：建筑物的结构必须坚固、稳定性好，还要能够抵御强风、地震等 自然灾害。关键在于结构的设计。
结构 影响 功能 1、达芬奇手稿桥 2、赵州桥（从技术层面） 聆听、思考 以桥梁结构为例， 了解 结构对受力的影响
课堂 实践 达芬奇自承重桥 教师简介和说明方法 小组合作搭建 填写活动记录表 感受和结构与力之间 的关系
归纳总结：从力学角度看结构，结构是可以承受力的物体形态。结构设计的 重点就是根据物体会受到的力的种类和大小，想方设法保证物体不会变形、 不会被破坏。 下节课我们将带领大家来探讨物体会受到那些类型的力， 不同的结构类型之 所长。
通用技术教学活动学生记录表
班级 姓名
活动名称 达芬奇自承重桥
参考图
搭建历时约 分钟
搭建心得
你觉得桥梁设 计需要考虑哪 些问题？
第一节 认识结构 第 2 课时（总第 2 课时）
黄山市屯溪第一中学 刘卉
一、教材分析
本节由“感知不同的结构”“认识结构与力”“了解结构的分类”三部分内容 构成。本节的主要目的是让学生了解结构的基本分类及其受力特点，为学生学习结 构力学做铺垫。通过对自然结构、人造结构的分析，让学生感知结构对于功能的影 响，从力学的角度，带领学生重新认识的涵义，通过对结构三种基本类型的探究，
让学生学会从技术的角度与欣赏与分析结构设计。
二、学情分析
虽然从学生对结构有一定的认识，但是要求他们对所认识的结构进行力学分析
比较困难，也没有形成从技术角度去分析和评价的技术意识。
本节是本册教材的第一章第一节，是将《技术与设计 1》技术设计的一般方法 和过程的主题应用的第一次实践。本节内容需要充分激发学生对于结构设计的兴 趣，意识到结构设计的重要性和魅力，并通过课堂互动和一些实践活动加深学生对
知识的理解和应用，鼓励学生对案例进行受力的分析。
三、教学目标
1、知识与技能：
（1）了解结构的含义。
（2）了解结构的受力特点，理解拉力、压力、扭曲力、弯曲力、剪切力。
（3）理解结构的分类、各种结构的形态和受力特点。
2、过程与方法
（1）通过一些自然界的结构和人造结构案例，让学生对结构有进一步的了解。
（2）亲自动手操作，观察物体的受力变形情况，加深对结构含义的认识，为
设计一个能抵御外力的结构打好基础。
（3）通过受力分析和技术试验理解几种结构的受力特点。
3、情感、态度与价值观
（1）通过观察自然界中精妙的结构，树立环境保护意识，学会把自然界的事
物原理应用于技术设计中。
（2）通过对武汉长江大桥桥墩结构的讲解来激发学生学习结构的兴趣，强化 学生的民族自豪感；通过介绍国外建筑如埃菲尔铁塔，让学生对世界各地的历史、
文化有所了解。
（3）通过动手操作，提高学生在技术试验中获取知识和解决问题的能力，培
养学生的技术素养。
4、核心素养
技术意识：由学生熟悉的物体引入结构的定义，学生在学习过程中能结合个人 成长经历和简单的技术体验活动，了解和感知结构极其技术与人、自然、社会的关
系，形成对人工世界的认识，增强环境保护意识。
工程思维：通过对典型结构进行分析，感知结构和工程应用的关系，理解结构
的基本特性。
创新设计：通过对结构、结构与力、结构的分类的学习，了解为满足特定需求
需要解决的技术问题，并设计相应方案。
四、教学课时：1 课时
五、资源准备：
学生自备：笔、橡皮，尺子等。
教师准备：卡纸条若干，剪刀，自制教具（验证拱形结构受力特点）、学生活
动记录表格、学生课堂练习表格
六、教学过程（第 2 课时）
教学 环节 教师教学 学生活动 设计意图
新课 导入 在上节课中， 我们通过一些自 然结构和人造结构的案例了 解到了结构对于功能的巨大 作用。 在自承重桥搭建的实践环节 中，同学们体会到了榫卯结构 观看学生活动照片、 学生活动记录表截 图 启发思考：结构对功能 的影响
带来的神奇平衡、感叹建筑结 构的巧妙性和重要性，并认 为，桥的承重能力和结实程度 非常重要。
归纳：的确， 一个有实用价值的结构，得能在一定程度上抵御外力的破坏。 我们从力学的角度再去看待结构， 结构就不仅是不同组成部分的搭配和排列 了，而是能够承受一定力的物体形态。
认识 结构 与力 今天我们要来进一步认识结 构与力， 通过学习简单的受力 分析和结构的基本类型， 来认 识结构与力之间的关系。 我们要学的受力分析， 非物理 学的受力分析， 我们研究力的 角度是不同的。 聆听，思考 向学生解释技术设计 的受力分析与物理学 科受力分析的不同。 启发学生对技术设计 的向往。
归纳总结：物理学往往把物体当做一个质点，研究它受到的外力。而技术设 计则关注一个物体内部受力的情况，根据它的变形结果进行受力分析。
我们以一把椅子为例 例：椅子会有什么变形？ 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 关键部分是凳腿， 可能会在连 接处松动敞开、压弯 （横档 加固）。 我们把组成各类结构的部件 和零件称为构件， 即结构的某 个组成部件。 我们要保证每一个构件都要 讨论，回答 学生思考结构变形的 现象和原因
不容易被损坏。
归纳总结：技术设计需要研究整个结构的各个部分，都会为什么变形，然后 想办法去抵抗这些力，因为变形的下一步就是被破坏掉。
提问：对于桥面来说，容易有 什么样的变形？ 弯曲变形。 当桥面过度弯曲， 下表面就会 开始裂开。因此桥梁设计的关 键问题就是怎么样让桥面尽 可能减少弯曲。 思考，回答 切合本章主题——桥 梁设计， 引发学生思考
课堂 实践 和练 习 那结构都有哪些不同的变形 形式呢？我们不妨总结一下。 在练习纸上记录试验结果， 画 出力的方向 小组活动 用纸条实践不同变 形情形，记录，尝 试绘制施力方向 让学生在做中学， 自己 总结相关知识点
通过五个案例阐述产生五种 不同形变的力的施力特点 拉绳（拉力） 自动笔（压力） 螺丝刀（扭曲力） 钓鱼竿（弯曲力） 挂钩（剪切力） 讨论，回答， 核对答案，反思 学生学习如何区分不 同的受力特点， 重点理 解拉力、压力与物理学 科的定义区别
归纳总结： 在我们刚开始设计结构时，往往较难确定作用在每一个构件上 的力的形式。而对于一些简单的结构， 我们可是这利用学过的知识找出那些 力正在起作用。
了解 介绍结构三种基本类型并举 聆听、思考 通过讲解和练习让学
结构 的分 类 例说明外形特点和受力特点。 实体结构（实心， 纵向抗压性 能卓越，缺点：重、废材料） 框架结构（若干条状物连接而 成，可以支撑起一个空间却不 充满这个空间） 壳体结构（连续曲面， 局部尤 其是顶部受力时可将力沿曲 面均匀扩散） ；结合教具说明 拱形结构的受力特点。 课堂练习若干， 判断结构类型 回答习题 生知其然并知其所以 然
归纳：在欣赏结构设计的时候我们可以通过结构的类型、来对结构设计意图 有更深刻的认知和理解。在结构设计的实践中， 我们也要充分运用结构不同 类型的特点和优势，构建出更稳固的结构。
通用技术教学活动学生记录表内容
班级 姓名
活动 1 探究结构受力产生的形变
形变形式描述 请画出力的方向 力的名称
活动 2 你能想到几种方法减少桥面的形变？
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