探析结构的稳定性－－教学设计参考

第二节稳固结构的探析一、教学目标通过教学，能使学生达到以下目标：知识与技能1.理解结构稳定性和强度的含义。2.了解结构稳定性和强度在日常生活和工农业生产中的广泛应用。3.通过人字梯、桌子、不倒翁、四杆框架等实践活动，能分析影响结构稳定性和强度的主要因素，并写出试验报告。4.通过多变的梯子，理解结构与功能的关系。过程与方法1.通过人字梯、桌子、不倒翁、四杆框架等实践活动，经历简单的技术试验过程，学会简单的技术试验方法。2.通过设计与制作不倒翁，体验意念具体化和方案物化过程中的复杂性和创造性，发展动手实践能力。3.通过悬梁强度测试，初步学习技术探究的方法，提高参与技术活动的能力。情感、态度、价值观体验技术问题解决过程的艰辛与曲折，感受解决技术难题和获得劳动成果所带来的喜悦，具有良好的合作和交流的态度。二、教学重难点教学重点：1.能分析影响结构稳定性和强度的主要因素，并写出试验报告。2.理解结构与功能的关系。教学难点：1.理解结构的形状与稳定性的关系。2.理解结构的形状与强度的关系。三、教学分析教学思路：通过回顾上一节的知识，以及对唐山大地震造成的损失这个案例的分析和讨论，导入新课。第一部分：通过坐小板凳的活动，使学生亲身体验结构的稳定性；通过人字梯、桌子、不倒翁等实践活动，引导学生探究影响结构稳定性的因素；用“凡是不稳定的结构设计都应该放弃吗”这一问题，引导学生进行讨论和分析，帮助学生对所学知识进行横向拓展。第二部分：通过悬梁的强度测试试验、连接方式与强度的关系试验和四杆框架等实践活动，引导学生探究结构的强度与形状、连接方式等的关系。第三部分：通过多变的梯子，使学生理解结构与功能的关系。最后，通过不倒翁的设计与制作活动，使学生体验结构的稳定性、强度和功能的相关知识在实际生活中的应用。这一节涉及到两个重要概念：结构的稳定性和结构的强度。稳定性和强度都是结构的特性，都反映了结构承载能力达到极限的状态，但强度反映的是局部概念，而稳定性反映的是整体概念。结构的形状与稳定性的关系容易和结构的形状与强度的关系相混淆，教学中可以采取两个办法：a.将结构稳定性与结构形状的探究提前到最前面，把它与对结构强度的探究隔开；b.通过人字梯探究结构的稳定性与结构形状的关系，通过四杆框架探究结构的强度与结构形状的关系。前者强调整体，后者强调局部。四、教学案例（一）新课导入（引入课题）通过上一节的学习，我们知道，结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。从力学角度来说，结构是指可承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。案例分析：唐山大地震（使学生对结构的稳定性有个初步了解，同时，渗透安全教育。）七十年代，我国唐山地区发生了大地震，很多建筑物都被损毁了。如果我们能让建筑物更加稳定、更加坚固，就可以在很大程度上减少地震给人们的生活和生产带来的危害。（展示图片）（二）新课教学第一部分：结构的稳定性活动：（通过活动使学生对结构的稳定性有亲身体验，激发学生主动学习的意愿。）准备一条长凳，两端各坐一名同学，其中一名同学突然起身，此时凳子的稳定性就被破坏了。这里到底蕴涵着什么样的技术知识呢？通过这节课的学习，我们将会有所了解。【师】什么是结构的稳定性？（让学生对结构稳定性的概念有个初步认识）结构的稳定性是指结构在负载的作用下，维持其原有平衡状态的能力。它是结构的重要性质之一。【师】为什么有的结构比较稳定，而有的结构不稳定呢？影响结构稳定性的主要因素有哪些？图图人字梯活动目标：通过给人字梯增加拉杆前后的稳定性比较，让学生理解结构的形状对结构稳定性的影响。活动步骤：第一步：搭建无拉杆的人字梯。第二步：测试梯子的稳定性。第三步：在人字梯的中间安装拉杆，再将梯子竖立起来，测试梯子的稳定性。记录分析：将没有拉杆的人字梯竖立起来时，会发现其非常不稳定；增加拉杆后，梯子的结构发生了变化，稳定性比没有拉杆时有了很大的提高。活动总结：人字梯的稳定性与人字梯的形状有关。结论1：结构的稳定性与结构的形状有关。图桌子A图桌子ABC活动目标：通过对几种不同结构的桌子的稳定性的探究，理解结构和地面接触所形成的支撑面的大小对结构稳定性的影响。活动步骤：第一步：搭建桌子A，先后在其桌面的不同位置放置砝码，观察桌子的稳定性的变化。第二步：搭建桌子B，先后在其桌面的不同位置放置砝码，观察桌子的稳定性的变化。第三步：搭建桌子C，先后在其桌面的不同位置放置砝码，观察桌子的稳定性的变化。记录分析：对于桌子A，只有在桌腿形成的支撑面内放置砝码，桌子才可以稳定；对于桌子B，在保证桌子稳定的条件下，砝码可以放置的范围要比桌子A大，其稳定性较好；对于桌子C，当四个桌腿安装在四个角时，稳定性更好。活动总结：桌子的稳定性与桌子和地面接触所形成的支撑面的大小有关。结论2：结构的稳定性与结构和地面接触所形成的支撑面的大小有关。（注意：有的学生可能会认为桌腿越多，桌子就越稳定。这时，可继续第四步。）第四步：将桌子C的两条腿向内移动，观察其稳定性。通过分析可知，桌子的稳定性与桌腿数量的多少无关，进而可以得出结论3。（这种生成非常重要，老师备课时一定要充分考虑，想得越多越好。）结论3：结构的稳定性与重心在水平面上的位置有关。活动项目3：不倒翁活动目标：通过对不倒翁的稳定性的探究，理解结构的稳定性与重心位置的高低有关。活动步骤：图图不倒翁第二步：上下移动配重的位置，观察不倒翁的稳定性的变化。记录分析：配重越往上移，不倒翁就越容易发生倾斜；重物越往下移，不倒翁的稳定性就越好。活动总结：不倒翁的稳定性与不倒翁的重心在竖直方向上的位置有关。不倒翁的重心越低，它的稳定性越好。结论4：结构的稳定性和重心在竖直方向上的位置有关。重心越低，稳定性越好。拓展：【师】凡是不稳定的结构设计都应该放弃吗？（培养学生的观察、思维能力，主动参与意识）例：利用倒置的酒瓶的不稳定性预报地震（播放地震仪视频动画）小结：●影响结构稳定性的因素：结构的形状；结构与地面接触所形成的支撑面的大小；重心在水平面上和竖直方向的位置等。●影响结构稳定性的各个因素是相互关联的，对于具体的结构稳定性的分析要综合考虑各种因素。第二部分：结构的强度结合“唐山大地震”的案例分析，提出问题：在地震中几乎没有一个完好的建筑物存在，这给人们带来了巨大的经济损失。如何使建筑物更加坚固呢？【师】结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。【师】为什么有的结构强度大，而有的结构强度小呢？影响结构强度的主要因素有哪些？探究影响结构强度的因素：我们知道结构所使用的材料不同，强度就不同，比如不锈钢材质的餐具比陶瓷材质的餐具坚固，所以影响结构强度的第一个因素就是结构所使用的材料。结论1：结构的强度和材料有关。【师】那么，材料相同，结构的强度就相同吗？演示试验1：悬梁的强度测试试验试验目标：理解结构材料的形状对结构强度的影响。试验步骤：图悬梁的强度测试示意图第一步：使用相同大小和质地的三张纸，制作周长相同，截面图悬梁的强度测试示意图第二步：分别将三个纸筒的一端固定在桌子上，形成悬梁结构，纸筒另一端伸出的长度相同。第三步：分别在三个纸筒伸出端的相同位置悬挂相同质量的钩码，并依次不断增加相同质量的钩码，观察结果。记录分析：在增加钩码的过程中，圆形纸筒最先变形，三角形纸筒能承受的重物最多。试验总结：材料相同、但材料形状不同的结构，其强度不同。结论2：结构的强度和材料的形状有关。活动项目4：四杆框架活动目标：理解结构的形状对结构强度的影响。活动步骤：第一步：搭建四杆框架模型。第二步：推或者拉四杆框架A的任意两个相对的角，观察四杆框架的变化。第三步：给四杆框架增加一根横杆，然后再对四杆框架施力，观察四杆框架的变化。第四步：给四杆框架增加两根横杆，然后再对四杆框架施力，观察四杆框架的变化。图图1.2-图四杆框架B图1.2-5-c记录分析：四杆框架A极易变形，强度小；四杆框架B有些变形，强度较大；四杆框架C不易变形，强度大。活动总结：三角形是框架结构中最基本的形状之一，在框架中间，加上支撑构件，构成三角形，就可以大大增加其强度。结论3：结构的强度与结构的形状有关。演示试验2：连接方式与强度关系的试验试验目标：理解构件的连接方式对结构强度的影响。图连接方式与强度的关系示意图试验步骤：对三种不同连接方式的结构进行破坏性试验。观察、分析和讨论哪种结构的强度最大，哪种结构图连接方式与强度的关系示意图试验总结：不同连接方式的结构，其强度是不同的。结论4：结构的强度与构件的连接方式有关。小结：影响结构强度的因素：结构的形状；构件的材料；构件的连接方式等。拓展：演示试验3：梁的受力试验试验目标：通过对梁的受力分析,感受结构设计时强度分析的重要性。试验步骤:分别对甲乙两种梁施加压力，观察梁中标尺的变化，并做记录。图梁的受力示意图图梁的受力示意图试验总结：不同结构的梁，其受力特点是不同的。一个坚固的梁通常由不止一种材料制成，在设计时要根据结构的受力特点选择合适的材料和不同的结构形式。思考：对于不同结构的梁，受力钢筋应该放置在梁的什么位置？第三部分：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。对于许多结构来说，只要对其特点进行巧妙的利用或只对结构稍做改进，就能实现功能的扩展。通过“变化的梯子”，使学生理解结构与功能的关系。图变化的梯子活动项目5图变化的梯子活动目标：理解结构与功能的关系。活动步骤：第一步：搭建人字梯模型。第二步：观察人字梯的结构特点，并分析其功能。第三步：改变人字梯的拉杆的位置，将其改变成云梯，分析其功能。第四步：把拉杆放置在梯子的底端，并安装脚轮，观察其结构特点，并分析其功能。记录分析：人字梯的拉杆使梯子更加稳定；调整拉杆的位置，将人字梯改变成云梯，可以用于高空作业；把拉杆放置在梯子的底端，并安装脚轮，可以实现搬运功能。活动总结：通过改变梯子的结构，实现了其功能的扩展。拓展：我们还可以对人字梯的结构进行哪些改变，以实现其功能的拓展？（三）课堂小结1.结构的稳定性：是指结构在负载的作用下，维持其原有平衡状态的能力。2.影响结构稳定性的主要因素：有结构与地面接触所形成的支撑面的大小、重心在水平面上和竖直方向的位置、结构的形状等。影响结构稳定性的各个因素是相互关联的，对于具体结构的稳定性的分析要综合考虑各个因素。3.结构的强度：是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。4.影响结构强度的主要因素：有结构的形状、使用的材料；构件之间的连接方式等。5.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的影响。结构的改变可能导致功能的变化。（四）巩固活动设计制作一个不倒翁根据上面所学的相关知识，设计和制作一