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稳固结构的探析-参考教案


第二节
一、教学目标

稳固结构的探析

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? 活动项目 1: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。
图 1.2-1 人字梯

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。

活动项目 2:桌子 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。
A
图 1.2-2 桌子

B

C

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: 第一步:搭建不倒翁模型。 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。
图 1.2-3 不倒翁

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: 第一步:使用相同大小和质地的三张纸,制作 周长相同,截面分别为圆形、三角形、正方形的纸 筒各一个。 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。
图 1.2-4 悬梁的强度测试示意图

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 1.2-5-a 四杆框架 A

图 1.2-5-b

四杆框架 B

图 1.2-5-c 四杆框架 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。

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,哪种结构的强度最小。 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。
图 1.2-6 连接方式与强度的关系示意图

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。 记录分析:当对甲图中的简支梁施加压力时,会 发现标尺的上端相互靠近,下端相互分离,说明简支 梁上表面受到的是压力,下表面受到的是拉力;当对 乙图中的悬臂梁施加压力时,会发现标尺的上端相互
图 1.2-7




梁的受力示意图

分离,下端相互靠近,说明悬臂梁上表面受到的是拉力,下表面受到的是压力。 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。 活动项目 5: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。
图 1.2-8 变化的梯子

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, 设计和制作一个稳定性好、 强度高、 有实用功能、 外观独特的不倒翁。 (五)布置作业 1. 你认为在设计与制作个性相片架时要考虑哪些问题?你有什么想法?如 需要,可以与身边的同学进行交流。 2. 观察学校的篮球架,并思考:篮球架要有较高的稳定性,需具备哪些条 件? 3. 观察家庭或酒店的屏风,你认为它的结构形式有哪些?制作屏风一般选 用哪些材料? 4. 设计一个简易的壁挂式书架,综合考虑它的稳定性和强度,并选择合适 的材料加以制作。 5. 收集一些建筑物倒塌的案例,从结构稳定性和强度两方面分析问题所在。


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