第二節穩固結構的探析一、教學目標通過教學，能使學生達到以下目標：知識與技能1.理解結構穩定性和強度的含義。2.了解結構穩定性和強度在日常生活和工農業生產中的廣泛應用。3.通過人字梯、桌子、不倒翁、四桿框架等實踐活動，能分析影響結構穩定性和強度的主要因素，并寫出試驗報告。4.通過多變的梯子，理解結構與功能的關系。過程與方法1.通過人字梯、桌子、不倒翁、四桿框架等實踐活動，經歷簡單的技術試驗過程，學會簡單的技術試驗方法。2.通過設計與制作不倒翁，體驗意念具體化和方案物化過程中的復雜性和創造性，發展動手實踐能力。3.通過懸梁強度測試，初步學習技術探究的方法，提高參與技術活動的能力。情感、態度、價值觀體驗技術問題解決過程的艱辛與曲折，感受解決技術難題和獲得勞動成果所帶來的喜悅，具有良好的合作和交流的態度。二、教學重難點教學重點：1.能分析影響結構穩定性和強度的主要因素，并寫出試驗報告。2.理解結構與功能的關系。教學難點：1.理解結構的形狀與穩定性的關系。2.理解結構的形狀與強度的關系。三、教學分析教學思路：通過回顧上一節的知識，以及對唐山大地震造成的損失這個案例的分析和討論，導入新課。第一部分：通過坐小板凳的活動，使學生親身體驗結構的穩定性；通過人字梯、桌子、不倒翁等實踐活動，引導學生探究影響結構穩定性的因素；用“凡是不穩定的結構設計都應該放棄嗎”這一問題，引導學生進行討論和分析，幫助學生對所學知識進行橫向拓展。第二部分：通過懸梁的強度測試試驗、連接方式與強度的關系試驗和四桿框架等實踐活動，引導學生探究結構的強度與形狀、連接方式等的關系。第三部分：通過多變的梯子，使學生理解結構與功能的關系。最后，通過不倒翁的設計與制作活動，使學生體驗結構的穩定性、強度和功能的相關知識在實際生活中的應用。這一節涉及到兩個重要概念：結構的穩定性和結構的強度。穩定性和強度都是結構的特性，都反映了結構承載能力達到極限的狀態，但強度反映的是局部概念，而穩定性反映的是整體概念。結構的形狀與穩定性的關系容易和結構的形狀與強度的關系相混淆，教學中可以采取兩個辦法：a.將結構穩定性與結構形狀的探究提前到最前面，把它與對結構強度的探究隔開；b.通過人字梯探究結構的穩定性與結構形狀的關系，通過四桿框架探究結構的強度與結構形狀的關系。前者強調整體，后者強調局部。四、教學案例（一）新課導入（引入課題）通過上一節的學習，我們知道，結構是指事物的各個組成部分之間的有序搭配和排列。從力學角度來說，結構是指可承受一定力的架構形態，它可以抵抗能引起形狀和大小改變的力。案例分析：唐山大地震（使學生對結構的穩定性有個初步了解，同時，滲透安全教育。）七十年代，我國唐山地區發生了大地震，很多建筑物都被損毀了。如果我們能讓建筑物更加穩定、更加堅固，就可以在很大程度上減少地震給人們的生活和生產帶來的危害。（展示圖片）（二）新課教學第一部分：結構的穩定性活動：（通過活動使學生對結構的穩定性有親身體驗，激發學生主動學習的意愿。）準備一條長凳，兩端各坐一名同學，其中一名同學突然起身，此時凳子的穩定性就被破壞了。這里到底蘊涵著什么樣的技術知識呢？通過這節課的學習，我們將會有所了解。【師】什么是結構的穩定性？（讓學生對結構穩定性的概念有個初步認識）結構的穩定性是指結構在負載的作用下，維持其原有平衡狀態的能力。它是結構的重要性質之一。【師】為什么有的結構比較穩定，而有的結構不穩定呢？影響結構穩定性的主要因素有哪些？圖圖人字梯活動目標：通過給人字梯增加拉桿前后的穩定性比較，讓學生理解結構的形狀對結構穩定性的影響。活動步驟：第一步：搭建無拉桿的人字梯。第二步：測試梯子的穩定性。第三步：在人字梯的中間安裝拉桿，再將梯子豎立起來，測試梯子的穩定性。記錄分析：將沒有拉桿的人字梯豎立起來時，會發現其非常不穩定；增加拉桿后，梯子的結構發生了變化，穩定性比沒有拉桿時有了很大的提高。活動總結：人字梯的穩定性與人字梯的形狀有關。結論1：結構的穩定性與結構的形狀有關。圖桌子A圖桌子ABC活動目標：通過對幾種不同結構的桌子的穩定性的探究，理解結構和地面接觸所形成的支撐面的大小對結構穩定性的影響。活動步驟：第一步：搭建桌子A，先后在其桌面的不同位置放置砝碼，觀察桌子的穩定性的變化。第二步：搭建桌子B，先后在其桌面的不同位置放置砝碼，觀察桌子的穩定性的變化。第三步：搭建桌子C，先后在其桌面的不同位置放置砝碼，觀察桌子的穩定性的變化。記錄分析：對于桌子A，只有在桌腿形成的支撐面內放置砝碼，桌子才可以穩定；對于桌子B，在保證桌子穩定的條件下，砝碼可以放置的范圍要比桌子A大，其穩定性較好；對于桌子C，當四個桌腿安裝在四個角時，穩定性更好。活動總結：桌子的穩定性與桌子和地面接觸所形成的支撐面的大小有關。結論2：結構的穩定性與結構和地面接觸所形成的支撐面的大小有關。（注意：有的學生可能會認為桌腿越多，桌子就越穩定。這時，可繼續第四步。）第四步：將桌子C的兩條腿向內移動，觀察其穩定性。通過分析可知，桌子的穩定性與桌腿數量的多少無關，進而可以得出結論3。（這種生成非常重要，老師備課時一定要充分考慮，想得越多越好。）結論3：結構的穩定性與重心在水平面上的位置有關。活動項目3：不倒翁活動目標：通過對不倒翁的穩定性的探究，理解結構的穩定性與重心位置的高低有關。活動步驟：圖圖不倒翁第二步：上下移動配重的位置，觀察不倒翁的穩定性的變化。記錄分析：配重越往上移，不倒翁就越容易發生傾斜；重物越往下移，不倒翁的穩定性就越好。活動總結：不倒翁的穩定性與不倒翁的重心在豎直方向上的位置有關。不倒翁的重心越低，它的穩定性越好。結論4：結構的穩定性和重心在豎直方向上的位置有關。重心越低，穩定性越好。拓展：【師】凡是不穩定的結構設計都應該放棄嗎？（培養學生的觀察、思維能力，主動參與意識）例：利用倒置的酒瓶的不穩定性預報地震（播放地震儀視頻動畫）小結：●影響結構穩定性的因素：結構的形狀；結構與地面接觸所形成的支撐面的大小；重心在水平面上和豎直方向的位置等。●影響結構穩定性的各個因素是相互關聯的，對于具體的結構穩定性的分析要綜合考慮各種因素。第二部分：結構的強度結合“唐山大地震”的案例分析，提出問題：在地震中幾乎沒有一個完好的建筑物存在，這給人們帶來了巨大的經濟損失。如何使建筑物更加堅固呢？【師】結構的強度是指結構具有的抵抗被外力破壞的能力。【師】為什么有的結構強度大，而有的結構強度小呢？影響結構強度的主要因素有哪些？探究影響結構強度的因素：我們知道結構所使用的材料不同，強度就不同，比如不銹鋼材質的餐具比陶瓷材質的餐具堅固，所以影響結構強度的第一個因素就是結構所使用的材料。結論1：結構的強度和材料有關。【師】那么，材料相同，結構的強度就相同嗎？演示試驗1：懸梁的強度測試試驗試驗目標：理解結構材料的形狀對結構強度的影響。試驗步驟：圖懸梁的強度測試示意圖第一步：使用相同大小和質地的三張紙，制作周長相同，截面圖懸梁的強度測試示意圖第二步：分別將三個紙筒的一端固定在桌子上，形成懸梁結構，紙筒另一端伸出的長度相同。第三步：分別在三個紙筒伸出端的相同位置懸掛相同質量的鉤碼，并依次不斷增加相同質量的鉤碼，觀察結果。記錄分析：在增加鉤碼的過程中，圓形紙筒最先變形，三角形紙筒能承受的重物最多。試驗總結：材料相同、但材料形狀不同的結構，其強度不同。結論2：結構的強度和材料的形狀有關。活動項目4：四桿框架活動目標：理解結構的形狀對結構強度的影響。活動步驟：第一步：搭建四桿框架模型。第二步：推或者拉四桿框架A的任意兩個相對的角，觀察四桿框架的變化。第三步：給四桿框架增加一根橫桿，然后再對四桿框架施力，觀察四桿框架的變化。第四步：給四桿框架增加兩根橫桿，然后再對四桿框架施力，觀察四桿框架的變化。圖圖1.2-圖四桿框架B圖1.2-5-c記錄分析：四桿框架A極易變形，強度小；四桿框架B有些變形，強度較大；四桿框架C不易變形，強度大。活動總結：三角形是框架結構中最基本的形狀之一，在框架中間，加上支撐構件，構成三角形，就可以大大增加其強度。結論3：結構的強度與結構的形狀有關。演示試驗2：連接方式與強度關系的試驗試驗目標：理解構件的連接方式對結構強度的影響。圖連接方式與強度的關系示意圖試驗步驟：對三種不同連接方式的結構進行破壞性試驗。觀察、分析和討論哪種結構的強度最大，哪種結構圖連接方式與強度的關系示意圖試驗總結：不同連接方式的結構，其強度是不同的。結論4：結構的強度與構件的連接方式有關。小結：影響結構強度的因素：結構的形狀；構件的材料；構件的連接方式等。拓展：演示試驗3：梁的受力試驗試驗目標：通過對梁的受力分析,感受結構設計時強度分析的重要性。試驗步驟:分別對甲乙兩種梁施加壓力，觀察梁中標尺的變化，并做記錄。圖梁的受力示意圖圖梁的受力示意圖試驗總結：不同結構的梁，其受力特點是不同的。一個堅固的梁通常由不止一種材料制成，在設計時要根據結構的受力特點選擇合適的材料和不同的結構形式。思考：對于不同結構的梁，受力鋼筋應該放置在梁的什么位置？第三部分：結構與功能結構不僅是事物存在的一種形式，而且對事物的功能和作用產生著直接影響。結構的改變可能導致功能的變化。對于許多結構來說，只要對其特點進行巧妙的利用或只對結構稍做改進，就能實現功能的擴展。通過“變化的梯子”，使學生理解結構與功能的關系。圖變化的梯子活動項目5圖變化的梯子活動目標：理解結構與功能的關系。活動步驟：第一步：搭建人字梯模型。第二步：觀察人字梯的結構特點，并分析其功能。第三步：改變人字梯的拉桿的位置，將其改變成云梯，分析其功能。第四步：把拉桿放置在梯子的底端，并安裝腳輪，觀察其結構特點，并分析其功能。記錄分析：人字梯的拉桿使梯子更加穩定；調整拉桿的位置，將人字梯改變成云梯，可以用于高空作業；把拉桿放置在梯子的底端，并安裝腳輪，可以實現搬運功能。活動總結：通過改變梯子的結構，實現了其功能的擴展。拓展：我們還可以對人字梯的結構進行哪些改變，以實現其功能的拓展？（三）課堂小結1.結構的穩定性：是指結構在負載的作用下，維持其原有平衡狀態的能力。2.影響結構穩定性的主要因素：有結構與地面接觸所形成的支撐面的大小、重心在水平面上和豎直方向的位置、結構的形狀等。影響結構穩定性的各個因素是相互關聯的，對于具體結構的穩定性的分析要綜合考慮各個因素。3.結構的強度：是指結構具有的抵抗被外力破壞的能力。4.影響結構強度的主要因素：有結構的形狀、使用的材料；構件之間的連接方式等。5.結構與功能：結構不僅是事物存在的一種形式，而且對事物的功能和作用產生著直接的影響。結構的改變可能導致功能的變化。（四）鞏固活動設計制作一個不倒翁根據上面所學的相關知識，設計和制作一