1.2 稳固结构的探析（教学设计）通用技术苏教版2019必修2

课题 1.2稳固结构的探析 课时 1课时 教材版本 苏教版通用技术必修技术与设计2 年级 高二 教学目标 技术意识： 1.通过技术体验活动探究重心、支撑面等因素对结构稳定性的影响，并尝试解决相关技术问题。 2.通过技术体验活动探究形状、材料、连接方式等因素对结构强度的影响，并尝试解决相关技术问题。 工程思维： 能依据相关技术试验测试结构的稳定性和强度，并撰写试验报告。 教学重难点 重点： 影响结构稳定性和强度的主要因素。 难点： 影响结构稳定性和强度的因素在设计中的应用 学情分析 学生对稳定性和强度的概念是比较模糊的。哪些因素影响了结构的稳定性和强度，学生有一些常识，但不够精确。因此，先让学生在试验中通过控制变量法的方式体验影响结构稳定性和强度的因素，然后利用所学知识，分析日常生活中所接触实物的设计原理，从而让学生对于结构知识的认识从感性上升到理性。 本课时内容共分两部分。任务一主要探究什么是结构的稳定性，以及影响结构稳定性的因素。任务二主要探究结构的强度的定义，以及影响强度的主要因素。 本章第一节探讨了结构中的构件在结构受到外力时会发生的变形形式。本节则是在此基础上进一步探讨在结构受到外力时，是否会出现不稳定状态，以及结构受到外力过大后会破坏，这种情况如何保持结构的稳定性，并保持足够的强度抵抗外力。 这些内容通过“技术体验”“技术试验”“马上行动”等活动来引导学生不断体悟结构稳定性和强度的概念和意义，并最终能运用所学知识解决设计中碰到的问题。 课前准备 教学硬件环境：多媒体教室 教学资源：教学课件，一次性木筷子（或竹筷子）、塑料管、铝条、铝片、木条、热熔胶棒、若干细绳、502胶水等；剪刀、美工刀、钢锯、钢丝钳、热熔胶枪、若干钩码等。 教学环节 教学过程 一、 课堂导入 创设情境 说明本课时教学目标。 展示“大唐不夜城中真人不倒翁”、“倒下的树”等。 提问：为什么有的容易倒？有的很稳固？ 学生思考后回答。 展示“走进情境”，引入“结构的稳定性”的概念。 2、 任务一 探析结构稳定性 展示倒下空竹篓、自行车等说明这些是原有的平衡状态被刀片后的出现的不稳定现象。 展示并说明“结构的稳定性”的概念。 结构的稳定性：是指结构在荷载的作用下维持其原有平衡状态的能力。 教师：那么结构的稳定性是有哪些因素影响的呢？接下来让我们一起通过“技术体验——悬臂结构的稳定性体验”来寻找其中的奥妙。 （一）技术体验——悬臂结构的稳定性体验 展示课本第13页的“技术体验”内容，将2到3组材料交给学生，由学生实际操作并记录相关数据。（提醒学生使用热熔胶、刀具等时注意操作安全与规范） 点评学生完成的效果，指导学生完成试验报告。 展示“悬臂机构稳定性”的视频，并提问： 1、不同的悬臂结构倾倒时所挂钩码的质量是否不同？这些结构在形状上有什么区别？ 2、在步骤4中，所加重物的位置与其质量有什么关系？ 通过问题的引导，让学生感悟影响结构稳定性的因素。。 （2） 影响结构稳定性的因素 ①结构重心的位置 结合图片说明从悬臂结构的技术体验活动中我们可以看出，结构重心的位置影响着结构的稳定性。 学生列举生活中能找到的其他案例。 由此引出问题：有些产品重心很高，这些产品是怎样保持稳定的呢？ 课本第14页“马上行动”。 教师说明人字梯是怎样摆放的，人字梯加装了横梁、锁扣等结构。 学生结合生活实际思考并回答这样设计的原因。 教师总结。 ②结构与地面所接触形成的支撑面 结合图片（高脚桌、新栽种树木的加固等）说明，在其他条件不变的情况下，结构与地面接触所形成的支撑面越大，结构越稳定。 展示课本第15页“马上行动”，学生思考并回答哪些对站立式办公桌的稳定性产生影响，巩固刚刚学习的内容。 ③重心的垂足落在结构的支撑面内 结合图片（艺术建筑、迪拜眼等）说明，对于一个处于静止状态的结构而言，如果重心的垂足落在结构的支撑面内，这个结构就是稳定的，不会倾倒。 展示解说课本第16页至17页的“技术试验”，让学生了解影响课桌稳定性的因素。 ④结构的形状 结合图片（塔吊、木质凳子、鸟巢等）说明，结构的形状对于稳定性也有影响。 三角形作为稳定的几何结构，建筑上常用的衍架结构往往采用三角形作为基本结构单元。 播放“结构的稳定性”视频，提问：在产品设计中，结构越稳定越好吗？ 学生思考。（引导学生了解物体在静态和动态时稳定性的区别。） 3、 任务二 探析结构强度 展示图片“被压断的凳子”、“佳木斯被大雪压塌额体育馆”等。提问：为什么这些产品无法维持原有形态？ 引出“结构的强度”概念。 结构的强度：结构的强度是指结构具有的抵抗被外力破坏的能力。当结构构件受到外力作用时，内部各质点之间的相互作用发生改变，产生一种抵抗外力与形变的力，称为内力。构件单位横截面积上所产生的内力就是应力，可用如下关系式表示: 其中，FN为内力，A为受力面积，σ为应力。物体能够承受的最大应力可以作为表示其强度的基本指标。 教师：接下来我们同样一起通过“技术体验——体验悬臂结构模型的强度”来寻找影响结构强度的因素。 （一）技术体验——体验悬臂结构模型的强度 展示课本第17页的“技术体验”内容，将2到3组材料交给学生，由学生实际操作并记录相关数据，填写17至18页的表格。（提醒学生使用热熔胶、刀具等时注意操作安全与规范） 点评学生完成的效果，指导学生完成试验报告，并提问： 1、承重较大的结构形状具有什么特点？ 2、断裂点在哪个位置？你认为原因是什么？ 3、材料、连接方式对结构的承重能力有什么影响？ （二）影响结构强度的因素 展示课本第17页的“技术体验”内容，将2到3组材料交给学生，由学生实际操作并记录相关数据，填写17至18页的表格。 ①结构的形状 结合图片（塔吊、储物箱）说明结构的形状影响结构的强度。在结构设计中，一些结构只要形状稍加改变就可大大提高强度。例如，将平面薄板制成瓦楞板、蜂窝板等，在薄板制品中加入加强筋或凸缘、翻边结构等（可结合课本18页图1-27说明）。 展示课本第18页至19页“技术试验——悬臂梁强度与截面形状试验”内容，教师展示相应试验操作步骤，学生观看并分析：1、哪种截面形状的纸筒可以承受更大的力？在进行试验时应注意什么？2、设想用截面为凹槽形状的构件做横杆，凹槽侧向放置与向上放置所能承受的力是否相同？ 学生结合所学内容分析课本第19页“马上行动”内容，教师点评学生分析结果 ②结构的材料 说明从悬不同材料构成的结构，其强度各不相同。 一个坚固的梁必须具有良好的抗拉、抗压、抗剪切和抗扭转的性能，所以梁通常由不止一种材料制成。（播放视频“梁的结构强度与材料”） 结合图片（木质座椅、钢管座椅、艺术塑料座椅、天津“浪花”艺术馆等）说明材料的变化可能带来结构的变化，由此导致的产品设计空间更为广阔。 ③结构的连接方式 结构由若干个构件通过不同的连接方式组合而成。结构的连接方式直接影响结构的强度。 连接方式对结构强度的影响还体现在连接件的选择上。（说明铝制铆钉和不锈钢铆钉的应用场合区别。） 连接方式多种多样，若按构件之间能否转动来分类，可分为铰连接和刚连接。 展示课本21表格，说明铰连接和刚连接。 学生列举生活中能找到的其他案例。 课件展示21页“马上行动”，学生结合结构的连接方式分析站立式办公桌是是如何实现升降功能的？跟结构的连接方式有什么关系？（一是巩固所学知识，二是认识的结构的连接方式决定了产品的功能实现。） 提问：在设计时，为了提高结构的强度，可以加大构件的外形尺寸、增加材料厚度、选择高性能材料，但这又会带来什么样的问题？（开放式回答，学生综合本节所学知识回答。） 教师点评学生回答结果。 四、 课堂小结 设计意图：以思维导图的形式总结本节课的内容，帮助学生理顺本节课的知识点。 五、 拓展阅读 连接方式的分类 在不同的工程领域，对于连接有不同的分类和表述。在机械工程领域，连接分为动连接和静连接。动连接是机器工作时，被连接的零（部）件间可以有相对运动的连接，如滑块与导轨的连接。静连接是在机器工作时，被连接的零（部）件间不允许产生相对运动的连接。连接根据其可拆性又分为可拆连接和不可拆连接。可拆连接是不需要毁坏连接中的任一零件就可拆开的连接，如螺纹连接、键连接。不可拆连接是至少要毁坏连接中的某一部分才能拆开的连接，如铆钉连接、焊接。 六、 练习提升 1.如图所示是一款木制衣帽架。为了提高其稳定性，下列措施中不合理的是（ ） A．增大底座的支撑面积 B．缩小立柱的截面积 C．降低衣帽架的高度 D．缩短衣帽钩伸出的长度 答案：B 答案：C 科学与技术互为基础、互相联系、互相促进、互相制约、互相融合。 答案：B 4.《西京杂记》卷上记载:“卧褥香炉……为机环转运四周，而炉体常平，可置之被褥，故以为名。” 请分析，为什么无论卧褥香炉如何放置，香炉中的香料都不会倾倒呢？ 答案：香炉内部由几个轴心线互相垂直的金属环构成，最里面的金属环的轴上装着半圆形容器，内盛香料。由于互相垂直的各环转轴彼此制约及半圆形容器自身重心的影响，使香料不会倾倒。 设计意图：检测学生对本节知识的掌握情况。 板书设计 1.2稳固结构的探析 1、 探析结构的稳定性 结构的稳定性 ①结构重心的位置②结构与地面接触形成的支撑面③重心的垂足落在支撑面④结构的形状 二、探析结构的强度 结构的强度 ①结构的形状②结构的材料③结构的连接方式 教学反思 本节的难点有两个。 一是要理解结构稳定性的概念及其影响因素，当学生学习结构强度的知识后，会对稳定性和强度的概念混淆不清。因此在本节课中，需要通过技术体验进一步强化学生对稳定性概念的理解。 二是在于理解结构强度的含义，并能区分结构的稳定性和结构的强度。通过活动体验探究影响结构强度的主要因素，在活动中要把握好试验的规范性，对比试验要注意相同条件的设定，确保试验结果的科学性。 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$