资源简介

稳固结构的探析
嘉积中学海桂学校 翁瑜
一、教学分析
（一）教材分析
本节选自苏教版高中通用技术《技术与设计2》第一章第二节的内容。本节内容在本章中有承上启下的作用，不仅使学生对结构的基本知识有更深的认识与巩固，而且也为以后结构的设计奠定良好的基础。
（二）学情分析
学生通过第一节“常见结构的认识”的学习，对结构的概念，结构的受力及结构的类型有了初步的认识，对影响结构稳定性和强度的主要因素产生兴趣，也有了一定的探究欲望。因此采用激趣法，合理引导，通过具体的案例分析、小试验、马上行动、探究、多媒体手段等方法，使学生能够达到本节内容的学习目标。
二、教学目标
（一）知识与技能：
1、理解稳定性的概念；
2、能通过技术实验分析影响结构的稳定性和强度的因素；
3、理解结构与功能的关系；
（二） 过程与方法：
1、通过案例分析、小试验等方法使学生懂得应用相关的理论知识完成对学习重难点的理解。
2、通过小组合作探究、动手实践，加深对教学重难点的把握。
（三）情感态度与价值观：
通过试验、探究等方法得出结论，激发学生的学习兴趣，培养学生探究的思想和意识，增进良好的合作交流能力，提高观察能力和技术素养。
三、重点与难点
（一）教学重点：
通过技术试验分析影响结构的稳定性和强度的主要因素。
（二）教学难点：
1、影响结构的稳定性和强度的因素；
2、利用所学知识解释生活中相关的现象。
四、教学策略
（一）教法：
在教学过程中，采用讲授法、案例分析、马上行动和课堂提问等方法与学生共同讨论、分析、交流等教学形式交叉进行并灵活运用。本课时要求学生亲自探究不倒翁的重心与稳定性的关系，让学生在实际操作活动中发现并解决问题，感受探究成功后的喜悦。
（二）学法：
鼓励学生自主探究和合作交流，引导学生自主观察、总结，在与他人的交流中丰富自己的思维方式，获得不同的体验，从而引导学生养成自主探究的习惯。
五、教学过程：
（一）结构与稳定性
导入新课：
出示不倒翁，用手扳倒它但它又会自动立起来，为什么会不倒呢？
紧接着用PPT放映几幅台风过后的图片，让学生亲身感受结构被破坏的情景，引出结构的稳定性。
结构的稳定性是指结构在负载的作用下维持其原有的平衡状态的能力。
影响结构稳定性的主要因素：
1、结构的稳定性与重心位置的高低
提问：
不倒翁为什么会不倒？如果在它脖子上挂上一定数量的铁环，它还会不倒吗？
不倒翁的重心很低，所以不倒。如果往它的脖子挂上铁环，它的重心位置升高了，当铁环达到一定数量时，不倒翁就不在是不倒翁了。
屏幕显示比萨斜塔的图片，比萨斜塔为什么不倒塌？
通过分析长方体重心的垂线位置与稳定性示意图，让学生容易理解，比萨斜塔不倒的原因是它的重心所在点的垂线落在塔的底面的范围内。当塔倾斜到一定程度，重心的垂线不再落在塔的底面时，塔就会倾倒。
引导学生得出结论：结构的稳定性与重心位置有关。
对于一个结构体而言，如果重心所在点的垂线落在结构底面的范围内，就是稳定的，不会出现倾倒。

教师举例：
展示独脚茶几、落地风扇的图片，让学生知道独脚茶几的脚和落地风扇的底座是用密度较大材料制作的，目的都是为了降低重心。
引导学生得出结论：重心位置越低，结构越稳定。
2、结构的稳定性与支撑面积的大小
屏幕显示大坝的图片
提问：为什么大坝的横截面总是建成梯形？
大坝需要承受很大的力，如自身的重力，水的冲击力、压力等等，要起到防洪的作用，大坝必须非常稳固。大坝建成梯形，增大了与地面接触所形成的支撑面，支撑面越大越坚实，稳定性就越好。
接下来，让学生联系身边的实物进行讨论分析,例如：课桌椅
分析：课桌椅的支撑脚做成往外倾斜是为了进一步增大与地面接触所形成的支撑面积，增加稳定性。
小试验：
动手做一做，如何将一本书直立起来？把课本分别直立或展开立在桌子上，看哪种情况能成功。
从一个有趣的小试验入手，引导学生主动地去思考和讨论，得出结论：结构的稳定性与支撑面的面积大小有关。
注意：支撑面≠接触面。
结构与地面接触所形成的支撑面越大，稳定性越好。解释：因为面积越大，重心的投影就越容易落在里面，从而可以达到稳定。如：高塔的共同特点都是上端小而下端大。
3、结构的稳定性与结构的形状有关。
（1）屏幕显示A字形梯的图片
提问：A字形梯为什么载人时能够保持稳定？如果没有梯子中间的拉杆将会怎么样？
一般情况下，梯子打开的时候，梯面与地面组成三角形，梯子本身就能站得稳。当连接两个梯面的横杆拉直时，两个梯面的上半部分就与横杆构成了稳定的三角形，这就进一步加强了梯子的稳定性，保证梯子能承受人体的压力。如果没有梯子中间的拉杆，梯子的支撑脚与地面的位置不能固定，当人站上梯子时，A字形结构被破坏，失去平衡。
（2）屏幕显示照相机三脚架的图片。
提问：照相机的支撑架为什么常使用三脚架而不用其他形状？
因为三角支架与地面有三个接触点，形成的三角形结构使照相机的支撑架更容易稳定。
得出结论：结构的稳定性与结构的形状有关。
通过以上分析，总结出：
影响结构稳定性的主要因素：重心位置的高低、结构与地面接触所形成的支撑面的大小和结构的形状。
4、运动状态下与静止状态下物体的稳定条件有所不同。
教师：播放陀螺旋转的动画。
案例分析：静态的自行车是如何保持稳定的。
在双脚支撑的情况下，支撑架与地面的两个接触点和前轮子构成三点支撑形式，当重心落在前轮与支撑架构成的支撑面内，就是稳定的。
在单脚支撑的情况下，支撑架也是和前后两个车轮构成一个三角形，当重心的投影落在其支撑面内，是稳定的。
小试验：硬币旋转能够立在桌面上。

5、结构的稳定性在日常生活中的应用
结构的稳定性在日常生活中有着广泛的应用，一方面人们利用稳定的结构抵抗外力、承受负载，另一方面又利用不稳定的结构实现某些功能。如：倒置的啤酒瓶可以预报地震。
马上行动：请列举生活中利用不稳定的结构实现一定功能的事例。
例如：在打水的桶口边挂一重物，桶在水面时能自动翻倒打水。

（二）结构与强度

1、通过下列两个实例来引出结构的强度的概念.
（1）展示奥运会主会场鸟巢的图片
“鸟巢”的结构设计奇特新颖，是一个大跨度的曲线结构, 形态如同孕育生命的“巢”，采用了当今先进的建筑科技，其中钢结构是世界上独一无二的,它的强度很大。
（2）展示四川汶川大地震中房屋倒塌的图片
在5.12四川汶川大地震中，房屋倒塌了，说明这些房屋不具有抵抗8.0级地震的能力。
引导学生归纳:
结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。

马上行动：
事件 结果 原因
分别在一根竹竿和一根同样尺寸的脆性塑料杆上不断加挂相同质量的重物。 竹竿比脆性塑料杆能挂更多的重物而不会断裂。 不同材料的抗拉性能不同。
沿着垂直于中心线的方向撞击一根完整的钢管与用同样的方法撞击一根中间有焊接缝的钢管。 中间有焊接缝的钢管受到撞击时容易损坏。 因为有连接点。
2、影响结构强度的主要因素
结构的强度与结构的形状、使用的材料、构件之间的连接方式等因素有着密切的关系。
（1）结构的形状
通过介绍金刚石的结构，分析结构的形状对结构的强度有很大的影响。即使是相同材料，如果横截面积不一样，结构的强度也不一样。
（2）使用的材料
探究：用手挤压纸杯，纸杯就会变形；而用同样的力挤压不锈钢杯，不锈钢杯的外形则无明显改变。这说明了结构强度与材料有关。
拓展：使用钢筋混凝土结构的好处是什么？
混凝土擅长抗压力，而钢筋擅长抗拉力，它们共同形成了非常牢固的结构。
（3）结构的连接
结构构件的连接通常有以下两类：
★铰连接：被连接的构件在连接处不能相对移动，但可以相对转动，具体有松螺栓、松铆等。比如：门与门框的连接。
★刚连接：被连接的构件在连接处既不能相对移动，也不能相对转动，具体有榫接、胶接、焊接等。比如：固定铁床架的连接。
[师]：从影响结构的强度的三个主要因素来分析吊兰支撑架，加深学生对这部分知识的理解。
案例分析：吊兰支撑架的强度
从形状方面考虑，使用三角形支架结构，而不使用由一根直杆挑起的结构。从材料方面考虑，吊兰的三角形支架使用的是钢管而不是木条或塑料，因为钢管的抗拉力性能较好。从连接方式考虑，吊兰的三角形支架的构件是焊接而不是捆绑，因为这种连接方式更牢固。
（三）结构与功能
结构不仅是事物存在的一种形式，而且对事物的功能和作用产生着直接影响。结构的改变可能导致功能的变化。以自行车为例，起初的自行车称为单车，只具有单人代步的功能，随着人们需求的变化，出现了双人自行车、斜梁女式轻便自行车、可折叠的自行车、有两个附加后轮的童车等。它们的功能不同，是因为人们对其结构进行了局部调整。
分组讨论:对于自行车还有什么改进？
案例分析：伞与拐杖、多用起子
一把撑开的雨伞，是通过伞的骨架和伞面的受力以实现遮风挡雨的功能，而收起的伞则可以通过伞的主骨干受力实现拐杖的功能。
一把固定结构的起子，它的功能往往是单一的，如果把固定结构改为组装结构，则可以实现多功能。
六、思考与练习：
1、 除了重心位置的高低、结构与地面接触所形成的支撑面的大小和结构的形状外，你认为还有哪些因素影响结构的稳定性？在汽车制造业中，利用壳体结构和薄钢板材制造汽车的车体，而不用框架结构或较厚的钢板，原因是什么？

2、 有的矿泉水瓶上有若干凸起的横向纹路，它的作用是什么？

七、板书设计
1、结构与稳定性
重心位置的高低
影响结构稳定性的主要因素： 结构与地面接触所形成的支撑面的大小
结构的形状
2、结构与强度
结构的形状
影响结构强度的主要因素： 使用的材料
构件之间的连接方式
3、结构与功能

八、课堂小结
我们主要通过案例分析，试验，讨论，探究等方法，加深对结构稳定性概念的理解，知道影响结构稳定性和强度的主要因素，以及结构与功能的关系。

作业：P23第三题

九、教学反思
本节课内容通过做一个能给学生留下深刻印象的演示试验来导入，并举了许多学生熟悉的事例，贴近学生生活。生动有趣的课堂活动取代了枯燥的理论学习，学生容易融入到活跃的气氛中来，通过试验和观察生活，学生基本了解了影响结构稳定性与强度的主要因素，并能够运用所学知识解释生活中的现象并解决问题。学生变被动的听为主动的探究、归纳总结，充分发挥了教师的引导作用，激发学生的主动性和积极性。试验的设计在保证科学性的前提下，充分考虑了学生的认知特点，会做，愿做，很好地实现了教学目标。
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