6.1 平面结构的几何组成分析（教案）《土木工程力学基础》同步精品课堂（机工版·第2版）

《土木工程力学基础》教案 详细教案 一、设计摘要 课程课题 任务6.1 平面结构的几何组成分析 授课教师 1 学时数 1 授课班级 人数 授课时间 教学地点 理实一体化教室 二、设计意图 学情分析 在平面结构的几何组成分析教学中，学生普遍能够理解三角形的稳定性和二元体的概念，但对于如何综合应用几何组成规则来判断更复杂结构的稳定性仍存在困难。教学中需加强实例演练，帮助学生掌握分析方法，提高解决实际工程问题的能力。 背景分析 土木工程背景分析指出，该领域历史悠久，与人类社会发展紧密相关。随着城市化进程加快和基础设施需求增长，土木工程在技术、材料和设计理念上不断创新。同时，面临人口增长、资源限制和环境挑战，土木工程正向智能化、绿色化发展，以实现可持续发展。 学习目标 设定 素质目标 知识目标 能力（技能）目标 激发学生对土木工程和力学的兴趣和热情，鼓励他们探索这个领域的奥秘。在复杂的工程问题解决过程中，培养学生的耐心和对细节的关注。帮助学生适应不断变化的技术环境和工作要求。 掌握几何不变体系 学会平面体系的几何组成分析 学习任务 描述 掌握几何不变体系 学会平面体系的几何组成分析 教学资源 准备 教师准备：讨论主题、学生任务书； 学生准备：在线讨论、完成任务书。 教学重点 掌握几何不变体系 教学难点 学会平面体系的几何组成分析 教学难点突破方法 一是配套使用微课资源；二是配套使用考试题库；三是配套开展在线考试。建议的教学方法为“五环四步”,即每个模块按照“能力发展动员、基础能力诊断、能力发展训练、能力水平鉴定和能力教学反思”五个环节设计；每个任务按照“任务布置、协作行动、成果展示、学习评价”四个步骤进行。 三、教学策略 教法 讲授法、演示法、讨论法； 学法 小组讨论法、自主阅读法。 四、教学资源 教材工具材料 《土木工程力学基础》，主编：卢光斌，2021年9月第2版；机械工业出版社出版。 教学情景 创设 五、教学过程 教学环节 教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 知识复习与回顾（2分钟） [引入主题]（2分钟） 桥梁的平面桁架结构 结构描述： 一座桥梁采用平面桁架结构，由多个三角形单元组成，每个三角形单元由三个刚片通过铰连接。几何组成分析： 三角形的稳定性：每个三角形单元是几何不变的，因为三角形是最基本的几何稳定单元。 整体结构的稳定性：如果整个桁架结构由这些三角形单元组成，且没有额外的链杆或铰，那么整个结构也是几何不变的。 多余约束的检查：如果桁架中存在不参与构成三角形单元的额外链杆或铰，那么这些可能是多余约束，需要进一步分析其对结构稳定性的影响。 提出问题，认真回答问题。 接收并查看本节课堂任务书。查看并记住本节任务的学习目标。 1、组织学生回答问题，使同学们提起兴趣，对学习内容参与度更深。 2.下发和展示任务，让学生明确课堂任务，学习课堂知识。 新 课 导 入 （3分钟） [新课引入]（3分钟） 引导学生分析任务书，明确本节课的学习内容。 通过任务书，采用提问方式引出今天的内容。 1.跟上老师思路。 2.学生分小组交流讨论，总结出小组答案。 激发学生探索学习的欲望与兴趣，还可以把本次课程的内容快速引入课堂。 探索 新知（2分钟） 几何不变体系 杆件用结点连接组成体系，或者用结点连接并用支座与基础相连组成体系。位于同一平 面的体系称为平面体系。对应图6-1所示平面体系的理论分析模型，可用锯条、木条、塑料 条拼装实验模型。 上课前老师收集相关的新专业、职业、技能等知识。 学生对新专业了解后，再上网查一下新专业所涉及的知识点。 使用学生对新专业有个大概了解，自己再去收集相关资料补充自己的知识面。 学 习 新 知（14分钟） 不考虑杆件的变形，在任意方向的荷载作用下，几何不变的体系称为几何不变体系，几 何可变的体系称为几何可变体系。 不是所有体系都能成为承担荷载的骨架，只有按照一定规律组成的几何不变的体系才能 成为结构。因此，有必要对体系进行几何组成分析。分析体系的几何组成，还可以判断结构 是静定的还是超静定的。 主要讲解几何不变体系。 学生在书本上找出对应的内容并勾画出重点内容。 通过直观教学法，使用电教媒体PPT的形式，不仅能进一步激发学生的兴趣，也有利于加深学生对知识的理解和对内容的掌握。 平面体系的几何组成分析 为了便于分析，将体系看成是一些元件用一些连接件(表6-1)拼装而成。 1.几何不变体系的基本组成规则 如图6-2a 所示，由三根链杆拼成的铰接三角形，是几何不变且无多余联系的体系。分 别将铰接三角形的一根杆件看作刚片、两根杆件看作刚片、三根杆件看做刚片，则得平面体 系几何不变的三个基本组成规则。 (1)二元体规则在一个刚片上增加一个二元体，所组成的体系几何不变，且无多余 联系 (图6-2b)。 (2)两刚片规则两刚片用一个铰和一根不与铰共线的链杆连接，所组成的体系几何 不变，且无多余联系(图6-2c)。 (3)三刚片规则三刚片用不共直线的三个铰两两相连，所组成的体系几何不变，且 无多余联系(图6-2d)。 教师根据平面体系的几何组成分析讲解。 学生跟上老师的思路； 抽取学生回答老师的提问； 让学生能够快速的掌握工序等主要流程的内容 突破了课程内容难点。 2. 平面体系的几何组成分析方法 对体系进行几何组成分析，目标是组成几何不变体系。方法如下： 1)将刚片、二元体看作元件，按几何不变体系的基本组成规则拼装。从认定的刚片开 始，逐步扩大几何不变部分。每一步拼装，宜先试用二元体规则，再试两刚片规则，后试三 刚片规则。全部拼装完毕，应下结论“体系几何不变，无多余联系”,或“体系几何不变， 多 个联系”,或“体系几何可变，少 个联系”。 2)为了避免漏算联系，初次认做刚片的体系应当是无多余联系的几何不变部分。 静定结构与超静定结构 1.结构的几何组成与其静定性 结构是几何不变的体系。图6-5a 所示结构无多余联系，在荷载作用下，平面一般力 系三个独立的静力平衡方程就能完全确定三个独立的未知力。无多余联系的结构是静定 结构。 图6-5b 所示结构有一个多余联系，图6-5c 所示结构有两个多余联系，在荷载作用下， 仅凭静力平衡方程不能确定全部未知力。有多余联系的结构是超静定结构。 2.超静定次数 一个联系对应一个力。多余联系对应的未知力称为多余未知力。超静定结构多余未知力 的个数称为超静定次数。超静定次数等于多余联系数(图6-5b、c)。 教师讲解平面体系的几何组成分析方法，通过展示图片和理论相结合的形式，更形象的记忆 学生跟上老师的思路； 图片展示更加直观 学生再练习（6分钟） 4、分配任务：（6分钟）（思政导入：团队合作，培养学生学会思考，解决问题能力） 1）、以小组为单位回答问题：总结平面体系的几何组成分析。 2）、每组派出代表回答老师提问 4）、学生分组相互评价 5）、老师点评，哪个组最好，回答最准确。评出优胜小组。 1、教师分配任务小组任务，随堂进行观察和指导。 2.讨论完成后，教师以提问形式选择学生进行问题的回答。 3.各组互评后，教师进行总结评价。 学生小组讨论后每个组派一人或者两人回答。学生之间互评打分。 学生对知识的一个巩固过程，调动学生的学习积极性。 课堂 总结（2分钟） 教师总结（2分钟） 本课程深入讲解了平面结构的几何组成分析，包括基本概念、三刚片规则、二元体规则等，通过理论讲解和实例分析，使学生掌握判断结构几何不变性的方法，培养了学生的空间想象能力和结构分析技能，为后续的工程实践打下了坚实的基础。 布置下节课任务（40分钟） 布置下节课任务（40分钟） 预习下节课内容 布 置 作业（13分钟） [完成作业]（13分钟） 1.什么是平面结构的几何组成分析？ 2.为什么三角形是最基本的稳定单元？ 3.什么是几何不变体系？ 板书 设计 六、教学评价 教学评价 七、教学反思 教学反思 在教授平面结构的几何组成分析课程后，我认识到需要更多结合实际工程案例来提高学生的实践应用能力。同时，我计划增加互动式教学和图形辅助工具，以增强学生对抽象概念的理解，确保他们能够灵活运用几何组成原理解决复杂的结构问题。 教师分配任务 学分组讨论 学生问题提问 学生分组回答 教师总结 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 $$