1.2稳固结构的探析教学设计-2024-2025学年苏教版高中通用技术必修二

2.1任务一：探析结构稳定性教学设计-2024-2025学年苏教版（2019）高中通用技术必修二 一、教材定位与学情分析 本课位于《技术与设计2》模块“结构及其设计”单元，是“结构稳定性”主题的首个任务。学生已完成“常见结构类型”学习，能识别杆、板、壳、索等基本结构，但对“稳定”与“不稳”的判断仍停留在生活直觉层面，缺乏量化视角。高一学生抽象思维初成，动手欲望强，对“为什么倒”“怎样不倒”有强烈探究兴趣，但数学工具储备有限，对“重心”“支撑面”等概念仅停留在物理必修一“力的平衡”粗浅印象。因此，本课以“体验—建模—归纳—应用”为逻辑链，依托纸质、木质、金属丝等易取材料，让学生在40分钟内完成“从现象到数据再到规律”的完整认知闭环，既不过度拔高，也不简单重复生活常识。 二、核心素养目标 1.技术意识： 能说出结构稳定性对技术产品安全与功能的双重意义，形成“稳定优先”的设计自觉。 2.工程思维： 经历“假设—实验—采集—分析—修正”的工程流程，能用“重心高低、支撑面大小、连接方式”三要素解释简单结构的稳定现象。 3.创新设计： 针对“易倒书架”真实情境，能提出至少两种可操作的稳定改进方案，并用草图加数据标注的方式表达。 4.图样表达： 能规范绘制俯视图、侧视图，并在图中用“△”符号标出重心投影位置，用阴影线画出支撑面边界。 5.物化能力： 在20分钟内完成指定材料的搭接、粘贴、捆绑，使模型承受横向推力时位移不超过。 三、教学重难点 重点： 重心投影落在支撑面内是结构稳定的充分必要条件。 难点： 用“重心投影—支撑面”模型解释“为什么加宽底座”“为什么降低重心”都能提高稳定性，并能进行定量比较。 四、环境与材料 学生4人一组： 1.A4卡纸2张、木质冰棍棒5根、金属丝1根($\phi=1\,\text{mm}$，长200mm)、热熔胶枪1把、量角器1把、刻度尺1把、记号笔1支、50g钩码若干、弹簧测力计1只、水平推拉仪(教师自制： 滑轮+细绳+砝码盘)。 2.教师演示用： 同规格材料一套，外加透明亚克力板(300mm×300mm×5mm)1块，用于投影实验。 五、教学过程(总时长40分钟，单位： min:s) 00: 00—01:00 情境导入 教师活动： 出示一纸质“高塔”模型(高300mm，底座60mm×60mm)，轻推即倒；再出示另一外形相同但底座内灌有橡皮泥的“高塔”，同样推力不倒。 学生活动： 观察、对比、低声议论，产生认知冲突。 教师追问： “外形几乎一样，为何命运不同？” 学生猜想： 重量、重心、底座…… 教师板书关键词： 稳定？重心？支撑面？——引出本课主题。 01: 00—02:30 明确任务与评价 教师用1分钟口述任务链： ①探“倒”因——测重心投影； ②寻“稳”策——改支撑面； ③比“稳”值——测临界推力； ④评“稳”果——谁最稳并说出理由。 评价标准同步发布： a.能正确标出重心投影得20分； b.改进后临界推力提升≥30%得30分； c.能用“重心—支撑面”语言解释得30分； d.团队分工合理、安全规范得20分； e.总分100分，计入模块过程性评价。 02: 30—05:00 概念唤醒与示范 教师活动： 1.用刻度尺和几何作图法现场演示“如何找均匀规则纸板的重心”——两条对角线交点即重心。 2.将纸板放在透明亚克力板上，下方用激光笔（不提及多媒体，仅描述“一束红光”）垂直照射，让学生观察重心投影点。 学生活动： 1.在卡纸上重复作图，用“△”标出重心。 2.将纸板水平悬空，用记号笔在桌面描出支撑面边界。 师生共同归纳： 重心投影若落在支撑面内，结构稳定；若越界，则翻倒。 教师板书模型： 稳定条件——重心投影∈支撑面。 05: 00—12:00 探究1：重心高低对稳定性的影响 教师布置： “用2根冰棍棒+卡纸做‘墙’，高度分别100mm与200mm，底座宽度相同60mm，比较谁的临界推力大。” 学生分组： 1.先预测： 高的稳还是矮的稳？ 2.用弹簧测力计水平推墙顶部，记录刚出现可见倾斜时的最大读数、。 3.重复3次取平均，填入记录表。 教师巡视： 1.提醒“慢推、水平、眼平视指针”。 2.发现某组数据异常(如高墙反而更稳)，即时追问： “底座是否翘曲？推力方向是否偏上？”引导学生自查操作。 7分钟后，全班汇总： 平均值约，平均值约。 教师引导用“力矩”粗浅解释： 倾覆力矩； 稳定力矩； 临界时，得。 由此式可见： 越小，越大，越稳。 学生顿悟： 降低重心(或减小高度)可提高稳定性。 12: 00—19:00 探究2：支撑面大小对稳定性的影响 教师提出新任务： “保持墙高150mm、质量不变，只改变底座宽度（40mm、60mm、80mm），测临界推力。” 学生动手： 1.用金属丝箍住底座，形成可伸缩“边框”，实现同质量下不同宽度。 2.每宽度测3次取平均。 数据出炉： 时； 时； 时。 教师板书： ，与刚才的公式一致。 追问： “若支撑面不是矩形，而是三角形、圆形，公式还成立吗？” 学生讨论后得出： 只要用“重心投影到支撑面边缘的最短水平距离”代替即可，体现模型迁移。 19: 00—26:00 探究3：连接方式对稳定性的影响 教师创设情境： “书架层板与侧板若仅用胶水点粘，侧向推力下易‘散架’，如何改进？” 提供材料： 冰棍棒、热熔胶、金属丝。 学生提出并测试三种方案： ①胶接+双面交叉棒； ②胶接+背面三角木片； ③胶接+金属丝斜拉。 用测力计水平推层板前沿，记录最大不失效推力。 结果： ①；②；③。 教师点拨： 连接方式通过“减小几何可变度”间接扩大有效支撑面，使重心投影更难越界，稳定性提高。 学生总结： 结构稳定三要素——重心低、支撑面大、连接牢。 26: 00—30:00 综合挑战：设计“最稳塔” 任务： 用给定材料在8分钟内搭一座高度≥250mm的塔，承受横向推力时顶部水平位移。 规则： 1.材料不限，但须现场完成； 2.塔底不得使用任何黏贴固定于桌面； 3.测位移方法： 在塔顶立一指针，用刻度尺读数。 学生快速进入工程模式： 有的把塔做成“金字塔”形，重心逐层内收；有的用金属丝做“拉索”将塔顶与桌面外沿相连，形成虚拟支撑面；有的把底座做成“十字”外伸。 教师观察并记录各组策略，为后续点评积累素材。 30: 00—33:00 测评与论证 教师按组测试： 缓慢加力至，用游标卡尺测。 结果公布： A组；B组；C组；D组（失败）。 请C组代表上台画草图： “塔身采用梯形，重心投影落在底面中心；底座四根冰棍棒外伸80mm，形成大支撑面；层间三角片加固，连接可靠。” 全班用“重心—支撑面”语言论证其成功原因，教师即时补充修正表述。 33: 00—35:00 知识结构化 教师用1分钟板书思维导图： 结构稳定性 ├─重心投影∈支撑面（充要条件） ├─降低重心： ├─扩大支撑面： └─优化连接： 等效扩大支撑面 学生1分钟拍照（允许课后整理笔记，课堂内不提及任何电子设备用途）。 35: 00—37:00 当堂检测(纸笔，2分钟) 1.（选择）下列做法能提高台灯稳定性的是（ ） A.将金属底座换成塑料底座 B.将灯泡换成LED灯泡 C.在底座边缘加一圈铁环 D.将灯杆缩短 2.（填空）某 Uniform 矩形板质量，长，宽，其重心到短边的水平距离为________mm。 3.（简答）用“重心投影—支撑面”模型解释“为什么卡车装货不能超高”。 教师公布答案： 1.CD；2.；3.重心升高，投影易越界。学生互评，教师随机抽查2人回答，即时纠偏。 37: 00—38:00 作业布置(分层) A层(基础)： ①完成教材P38“练习1、2”； ②观察家中3件易倒物品，用20字以内写出其重心特点。 B层(提升)： ①推导公式，说明各量物理意义； ②设计一个“防倒水杯”草图，标出重心投影与支撑面，并计算临界推力（假设杯满水总质量，杯高，底座直径）。 C层(拓展)： ①用废旧纸板制作“不倒翁”书架模型，高度≥300mm，承受时不翻倒，下节课带来实测； ②拍摄制作过程日志（允许课后用家庭设备，课堂不提及）。 要求： A层全部完成，B层选1题，C层自愿。总完成时间控制在20分钟以内，符合“双减”精神。 38: 00—40:00 课堂小结与延伸 教师用1分钟回顾： “今天我们用公式、用数据、用模型回答了‘为什么倒’‘怎样不倒’，这是技术人最基本的素养。” 学生用1分钟写“电梯演讲”： 用一句话向家长解释“结构稳定性”。 随机点3人分享，教师用最后20秒寄语： “希望你们以后看到任何塔、架、灯、车，都能下意识去找它的重心投影——那将是你们技术眼光的萌芽。” 六、教学反思（供教师参考） 1.时间控制： 探究2中因金属丝箍座创新，学生热情高，部分组反复尝试，导致超时30秒，后续挑战环节被迫压缩。改进：提前将金属丝预弯成“U”形，减少现场操作。 2.公式深度： 学生数学水平差异大，部分学生对力矩推导“似懂非懂”。考虑下节课前发“推导提示卡”，用图形分解降低台阶，而非课堂内全程推导。 3.安全提示： 热熔胶枪烫伤风险始终存在，虽课前强调，仍有一人轻微触胶。后续可改用低温胶或分配“胶长”角色，专人操作，其他人不碰枪。 4.评价反馈： 当堂检测第3题简答，学生答案多停留在“重心高容易倒”，未能点出“投影越界”。后续应增加“投影”关键词示例，让学生模仿表述。 5.分层作业： B层计算题出现“直径转半径”错误，预计下节课前用3分钟集中讲评，避免错误图式固化。 学科网（北京）股份有限公司 $