资源简介

结构的力量
基于Inventor设计中的应力分析
教学设计思路
Inventor是2016年纳入我校劳技教学体系，成为替代CAXA实体设计，以完成上海《劳动技术》学科教材（上科版）计算机辅助设计部分的教学内容。从三维实体设计来说，Inventor具有一些CAXA实体设计所不具备的功能以及特点：草图功能、特征功能等；也有一些逊色于CAXA实体设计的地方：三维球的功能等。此外，Inventor具有非常实用的应力分析功能，这是CAXA实体设计没有的。应力分析能够帮助设计者查看设计结构在受到外力作用时，其内部的应力分布情况，从而确定结构的脆弱部分，优化结构。因此应力分析功能广泛应用于设计制作行业。21世纪教育网版权所有
桥梁结构影响桥梁的承重能力，承重是桥梁的重要工作指标。在桥梁设计过程中，可以利用Inventor仿真设计桥梁，利用应力分析，可以对比不同结构桥梁的承重能力，而不需要制作桥梁实物。这样的设计思路也可以应用在桥梁承重比赛中。21·cn·jy·com
本节课，既要求学生能够利用Inventor精确制作满足规定跨度、规定高度的不同桥梁结构，也要求学生能够利用应力分析，对比不同结构的承重能力。这一过程契合“设计->分析->再设计”的理念。在实践过程中，利用控制变量法合理控制变量，通过中环断桥等事件提升安全意识等，是三维教学目标的合适教学载体。www.21-cn-jy.com
学情分析
本节课是应力分析的第二课，高一学生在之前学习过Inventor的拉伸、旋转等特征，具备制作一般结构的基础，但使用二维草图绘制工具不够熟练，因此在精确制作能力上有很多不足。科学思想、科学方法上虽然有一定的涉猎，但也具有实践少、应用欠缺的弱点。我希望能够通过桥梁结构分析，能够加强学生对精确制作的理解，合理的使用科学方法，提升个人的思想认识。2·1·c·n·j·y
教材分析
目前尚无Inventor高中劳技的正式教材，从现有的CAXA实体设计教材来看，教材内容极其陈旧，所教内容过于简单，无法跟上当下的学生需求。【来源：21·世纪·教育·网】
教学环节
桥梁导入→分析桥的作用及特性→猜测影响桥梁承重的可能因素→控制变量法的合理详细分析承重能力与结构之间的关系→学生利用Inventor设计制作符合控制变量的桥梁→利用应力分析对比不同结构的承重能力→课堂小结21·世纪*教育网
教学目标
知识与能力：
1、设计并精确（高度、跨度等尺寸）制作不同结构（如圆、椭圆等几何形状）的桥梁模型；
2、使用Inventor应力分析功能分析不同结构桥梁的应力分布；
3、利用应力分析的结果，分析桥梁的不同结构和桥梁承重能力之间关系的能力；
过程与方法：
1、利用控制变量法，合理的将多个变量事件转化为只研究两个变量（承重与结构）；
2、使用对照法分析桥梁不同结构的承重能力；
3、通过本节课的学习，体验探究桥梁的承重能力与桥梁结构之间关系的过程；
情感态度与价值观：
1、通过桥的学习以及设计制作桥梁，树立设计是源于需求的理念；
2、通过赵州桥、北盘江大桥等的学习，树立民族自豪感，激发爱国热忱；
3、通过上海中环断桥事件，以及桥梁的承重能力的学习，提高安全意识；
4、通过控制变量法的应用设置，树立严谨求实的科学态度；
教学重点
使用Inventor仿真设计不同结构桥梁，利用应力分析探究桥梁结构和其称重之间的关系；
教学难点
利用控制变量法，找到影响桥梁承重的影响因素，探究结构与承重之间的关系。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
课堂
引入
投影赵州桥图片，提问该桥名称，并介绍该桥历史地位；
观看投影，一起或单独回答；
激发爱国热忱；
引
出
课
题
提问：桥的作用？
根据学生回答，板书；
思考，准确给出桥的作用；关注需求；
深化设计源于需求的设计理念；
投影北盘江大桥以及上海的标志性桥梁，提问：我们希望造出的桥具有什么特性？如果受重超过桥梁的极限会如何？投影上海中环断桥图片。
板书；
观看投影，
一般从技术、艺术角度准确给出桥梁应用的特性；
对断桥能有共鸣；
树立民族自豪感，激发爱国热忱；
强化安全意识，尊重生命意识；
提问：桥梁的承重与哪些因素会有关联？引导学生进行回答。
汇总学生的回答：材料；结构（形状）；跨度；高度；。。。。。并板书；
合理猜测影响承重的因素，并回答老师的提问；
猜测影响承重的因素，提出假设的能力；
提问：桥梁的承重与这些因素之间的关系应该使用什么方法进行探究？教师根据学生回答板书“控制变量法”；
想到使用控制变量法探究承重与影响因素之间关系；合理使用控制变量法；
控制变量法的使用；
课
堂
实
践
提问：如果要找到不同结构和桥梁称重之间的关系，是否要制作出相应的模型或者实物进行研究？
可以利用inventor软件设计不同结构的桥，分析其应力分布情况，并总结初步的结论；
巡视学生制作过程，根据学生出现问题的情况，共性的问题统一广播解决，个别问题个别辅导；
使用inventor软件，进行仿真设计，并使用应力分析按钮，分析不同结构和桥梁称重的之间的关系；
动手实践，精确制图，合理控制变量，体验探究的实践过程；
结
论
分
析
请完成情况较好的同学介绍自己的初步结论，引导学生分析，找出研究过程中的不足；
给出在控制变量较好情况下，不同结构和桥梁承重之间的关系，并指出，在桥梁承重比赛中，是以桥梁的质量作为限制，进行结构的竞赛；
通过同学和老师的介绍能找到自己的不足之处，提升对控制变量法的理解；
激发严谨求实的科学研究态度；
小
结
1、总结方法、工具；
2、提出勉励、希望。
呼应老师的总结以及期望。
提升理念。
教学反思
2008年，我所带学生参加上海未来工程师大赛桥梁承重时，当时就迫切想拥有一个具有分析结构受力时其内部应力分布情况的软件；而2011年，我校学生参加加拿大桥梁承重比赛，应力分析的需求则更为强烈，当时没有这样的软件作为后盾，以致于只能在完全没有方向的情况下，胡乱制作了一个承重的桥梁。一直到2016年，Inventor的出现，让我多年对应力分析的追求终于找到了结果。21教育网
本节课，就是实现了我多年一直追求的应力分析梦想。从课程设计到教学过程，存在很多的不足：
一是整个过程粗线条。无论是教案的撰写，还是课堂问题的设置，在设计过程中，考虑的非常不够周全，比如使用控制变量法时，是一带而过的叙述，并没有深挖，也没有将控制变量法作为教学的重点或者难点；比如教学目标的撰写，多为上位的叙述，没有详细化、具体化。这是我存在的非常重大的缺点，但又不是短时间能够克服解决的。
二是Inventor教学的铺垫不够。Inventor的功能虽然有很多类似于CAXA实体设计，但又有众多的按钮使用、特征使用不同于CAXA实体设计，在教学过程中，不断的摸索、改进，有些教学内容过了之后，才发现当初的教学并不是很合理、简捷。这是没有坚实的Inventor技能作为教学基础的结果。21cnjy.com
板书设计

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