《结构的强度和稳定性》教学设计解析.docx
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《结构的强度和稳定性》教学设计解析
《技术与设计2》第一章第三节《结构的强度和稳定性》教学设计
《结构的强度和稳定性》教学设计
一、教材分析：
本节是“地质出版社”出版的教材《技术与设计2》中第一章第三节《结构的强度和稳定性》。
共需2课时完成。
本课为第1课时的学习。
该章的总体设计思路是：
认识结构——探析结构——设计结构——欣赏结构。
“结构”与“设计”是该章的两个核心概念，结构的强度和稳定性则是结构设计中需要考虑的重要因素之一，是对结构及受力认识的基础上作进一步深入的学习。
二、教学目标：
知识与技能：
1、理解内力、强度、应力的概念，能进行简单的应力计算，掌握应力和强度的关系。
2、通过实验，明确强度与材料、强度与物体的形状及连接方式的关系。
培养学生合作交流能力，对身边事物的观察能力。
3、理解稳定性的概念，及影响稳定性的因素。
过程与方法：
通过观察生活和技术实验等方法使学生懂得应用相关的理论知识。
情感态度价值观：
让学生亲身体验注重交流，通过分析讨论得到结论，培养学生的观察分析能力，合作交流能力。
三、教学重点与难点：
重点：
影响结构强度和稳定性的主要因素。
难点：
应力的计算，强度与应力的关系，结构设计需要在容许应力范围之内。
四、学情分析：
总体来说学生对通用技术这门课程比较感兴趣。
他们的思维、生活经验已有一定基础，并在前面章节的学习中已经初步掌握了结构的一些相关知识，在此基础上帮助学生从其生活世界中选择通俗感兴趣的主题和内容，对结构问题进行进一步探讨，上升到理论的高度。
五、教学策略：
本课采用在教学中充分利用实验、讨论、小组合作的教学方法。
多举生活中的案例，进行师生互动探讨，帮助学生加深对知识的理解。
六、教学安排
1课时
七、教学过程：
（一）复习回顾，导入新课
教师引导学生回顾结构的概念，指出事物的性质：
强度和稳定性
（二）知识构建
1、强度
对于结构变形，只给以“结实”“不结实”来评说是不够准确的，而对于结构的受力与变形应该有更科学的描述。
通常，物体结构抵抗变形的能力，都以强度来表示，我们用应力来衡量强度。
（1）内力：
外力使构件发生变形的同时，构件的内部分子之间随之产生一种抵抗变形的抵抗力，称为内力。
（2）应力：
作用在单位面积上的内力。
【学生活动一】
（3）拓展：
探讨强度和应力的关系
示例：
粗绳和细绳，两种相比粗绳更结实，牢固，换句话说是抗拉强度更大。
绳子所受拉力一定，即构件受到的外力一定，而粗的横截面积大，所以应力小，此时变形小，而抗变形的能力大，即强度大。
结论：
应力小，强度大应力大，强度小
【学生活动二】
（4）结合课本分小组探究影响结构强度的因素，同时完成26页问题，答在学案上。
结构的强度，一般取决于它对张力和压力两方面的反应能力，具体取决于以下因素：
形状、材料（不同的材料有承受不同应力极限的能力）
材料的连接方式（不同的连接方式，受力传递方式和效果不一样）
师生探讨：
如何改进物体结构的强度？
如：
国家要求建筑楼面的水泥板必须将钢筋焊接起来，以形成整体，即是改进连接方式以增强强度。
还可以采用强度大的形状，那么要求强度大的地方大都采用什么形状？
例如拱形、三角形等：
常见的拱形桥梁可以保存很多年；钻石很坚固，它由复杂的三角形和四面体形状构成。
这些都是我们改进物体结构强度的思路。
希望同学们根据本课的学习在实践中应用。
2、稳定性
教师活动：
展示不倒翁，静止立在桌面上的不倒翁用手扳倒后最终还能稳稳立住，说明不倒翁维持其平衡状态的能力很强，即稳定性强。
（1）稳定的概念
稳定指的不是状态绝对不变，而是指受扰后，允许状态有所波动，但当扰动消失后，能重新返回到原平衡状态，则为稳定，不能回到原有平衡状态，为不稳定。
（2）结构稳定性
结构具有阻碍翻倒或移动的特性。
师生探究：
哪些因素会影响结构的稳定性？
平放的砖头很稳定，把它竖起来就容易翻倒？
瓶子里装了半瓶水很稳定，而空瓶子或是装满水的瓶子却比较容易翻到？
不倒翁不倒的原因？
我们的结论：
物体要稳定，第一，它底面积要大；第二，重心要低。
（3）影响结构稳定性的因素
结构的形状、重心的位置补充：
结构的底面积
【学生活动三】
（4）合作探究
A、为什么有些结构看上去倾斜不稳，可实际是稳定的呢？
例如：
比萨斜塔等，展示比萨斜塔图片
结构稳定性的基本条件：
重心所在点的垂线落在结构底面内。
B、不稳定的结构一定不好吗？
举出生活中利用结构的不稳定的例子。
举例：
在地震多发地区，人们将酒瓶之类的物体倒置在地上，利用这一不稳定的结构实现预报地震的功能；过去农村地区人们用水桶打水常常要在水桶口的边缘绑上一重物，水桶到水面时能自动翻倒打水。
（三）总结提升
学生回顾、总结本节课的主要内容
大屏幕展示本节课的学习目标
俗话说，万丈高楼平地起。
作为一个中学生，要想成为国家的栋梁之才，首先要打好基础，学好科技文化知识，还应有谦虚好学的品质，当然还要练就过硬的本领。
八、教学反思
本节课采用的教学方法较为恰当，学生保持了较高的学习热情，大量实例的引入是本节课成功的关键。
学案：
学习目标：
1、 通过技术试验来理解结实（强度）和稳（稳定性）
2、 理解内力、应力和强度，并可进行简单的应力计算，利用应力的概念来理解强度及影响结构强度的因素。
3、 理解结构的重要性质稳定性及影响稳定性的因素。
【知识概要】
1、 强度：
物体结构抵抗变形的能力。
2、 内力，外力使构件发生变形的同时，构件内部分子之间随之产生的一种抵抗变形的抵抗力。
3、 应力：
作用在单位面积上的内力。
4、 计算应力的公式：
σ=N/S，N为内力，S为构件截面积。
应力的计量单位为N/mm2或N/cm2
5、 影响结构强度的因素：
形状、材料、材料的连接方式。
6、 稳定指的不是状态绝对不变，而是指受扰后，允许状态有所波动，但当扰动消失后，能重新返回到原平衡状态，此为稳定。
不能回到原有平衡状态，为不稳定。
7、 结构稳定性：
结构具有阻碍翻到或移动的特性。
8、 影响结构稳定性的因素：
结构的形状（支撑地面形状、底面积大小有关）、重心的位置。
【学生探究】
活动一：
应力和强度的关系？
结论：
活动二：
影响结构强度的因素?
结论:
活动三：
为什么有些结构看上去倾斜不稳，可实际是稳定的呢？
（拓展）
结论：
结构稳定性的基本条件：
重心所在点的垂线落在结构底面内。
比如比萨斜塔等。
测案
班级姓名
选择：
1、分别在一根竹杆和一根同样尺寸的脆性塑料杆上不断加挂相同质量的重物，竹杆比脆性塑料杆能挂更多重物而不会断裂，说明了（）影响结构的强度。
A、材料B、结构的形状C、构件横截面形状D、构件的连接方式
2、家用落地风扇的底座一般做得比较重，这是为了（）。
A、增加风扇的强度B、增加电风扇的稳定性
C、安装电线的需要D、更加美观
3、在日常生活中，你所见到的以下哪一个结构是不属于利用不稳定的结构实现某些功能的。
（）
A、游乐设施的跷跷板功能结构；B、房间门口的活页功能结构；
C、学校运动场的篮球架结构；D、圆珠笔的笔嘴结构
4、影响结构稳定性的因素有（）。
①物体的形状。
②材料。
③材料之间的联接方式。
④物体重心的位置。
A①②③B②③C①④D①②③④
5、影响结构稳定性的因素不包括（）
A、结构的形状B、重心的位置C、材料
判断：
1、结构的稳定性和强度是结构设计必须考虑的重要内容，二者相互联系，相互影响。
（）
2、一般情况下，不锈钢杯比纸杯的强度大，这说明结构的强度与材料有关。
（）
拓展：
已知结构的容许应力为50N/cm2，截面积为4cm2，外力冲击产生的内力为180N，请问结构会被破坏吗？
第一章结构与设计
第二课时结构的强度与稳定性
【学习目标】
1、了解内力和应力的概念，知道内力和应力的关系。
2、了解结构强度的概念，理解影响结构强度的因素
3、理解结构稳定性的概念，并理解影响结构稳定性的因素
【课程导入】
结构的受力特点其实有两个专用名词来表示，本节课我们就学习一下结构的两方面特征——结构的强度和稳定性。
【学习过程】
请思考一下
⒈三张相同的纸张在三种情形下，哪一种情况能承受较大的拉力？
⒉板凳的四条腿略呈八字形，向外侧倾斜，为什么？
一、结构的强度
1、概念
内力：
应力：
。
公式：
请计算P26页两处的内力
拓展提高你怎样看待俗语“一根筷子比一把筷子易断”。
强度：
。
2、影响结构强度的因素
⑴结构的形状
A结构的外形案例
B结构构件的形状案例
⑵材料
现实生活中常见的材料有哪些？
你能说出曾见过用哪些材料制成的杯子吗？
请对比一下它们的强度。
⑶材料的连接方式观察一下，教室中存在哪些连接方式？
二、结构的稳定性
1、概念
稳定：
结构的稳定性指状态的绝对不变，而是指受扰之后允许状态有所波动，但当扰动消失后，能重新回到原有的平衡状态。
不稳定：
稳定性：
2、影响结构稳定性的因素
⑴结构的几何形状事例：
尝试一下能否对纸张做一种改变使其能承受一个黑板擦的重量？
⑵重心的高低事例：
⑶支撑面的大小事例：
区分三个面——接触面、受力面和支撑面
【巩固性检测】
1、我们经常看到马路旁边的广告牌后面的支撑架是三角结构的，从这种现象中我们看出以下哪个因素（）影响着结构强度？
A、材料B、形状C、构件D、连接方式
2、以如下方式放置的并注入不同数量水的，稳定性最差的是：
（）
3、如图一张圆桌，不能使它更加稳固的方法是
A．使用较重的大理石做桌子与地面的接触部分，木材做桌面
B．使用较重的大理石做桌面
C．如使用木材制作桌子，各部分大量采用榫接的方式
D．增大桌子底部的支撑面面积
4、如图所示是某厂家生产的塑料凳，很多客户反映凳脚强度不足，容易变形或断裂。
针对这个问题，请根据所学的结构方面知识，就提高凳脚强度给厂家提三点合理的建议。
动手设计一下广告牌是商铺做广告的一种主要形式，
：
“户外广告牌结构设计中的抗风问题”
马上行动：
在户外广告牌的结构设计中，应该考虑其抗风性能，以减小正面风的压力。
请你就户外广告牌设计中的抗风问题，提出两种以上可行的方案。
设计方案
内容
实现的方式、方法、途径
方案1
增加结构的强度
加固支撑架、连接点
方案2
减少受力面积
采用通风孔
方案3
改变结构形状
采用立体环绕
设计方案
内容
实现的方式、方法、途径
方案1
将广告牌做成百叶窗式
条式百叶窗格在一定距离内加固，并考虑效果。
方案2
将广告牌做成筛网式
在广告牌上钻孔，孔径大小要合适。
方案3
将广告牌做成三面型
加固底座的支撑，并采取三角形结构，还要选用较轻的材质作牌面。
第二课时《结构与稳定》教学设计（地质版）
五指山市五指山中学 周世武
一、教学目标
（一）知识与技能
1、理解稳定与结构稳定的概念
2、掌握影响结构稳定性的因素
3、能运用影响结构稳定性的因素来判断结构的稳定性，并如何增加结构稳定性提出自己的看法。
4、在教学过程中培养同学们合作交流能力，要鼓励学生表达自己的认识和判断形成实事求是的科学态度。
（二）、过程与方法：
通过观察生活和技术实验等方法使学生懂得应用结构的相关的理论知识。
（三）、情感态度价值观：
让学生亲身体验注重交流，通过分析讨论得到结论，培养学生的观察分析能力，合作交流能力。
增强主动参与意识，并渗透安全教育、德育教育。
二、教学重点与难点：
（一）、教学的重点：
通过技术试验和多媒体播放实例来分析影响结构稳定主要因素
（二）教学难点：
1、区分“接触面”与“支撑面”这两个概念。
2、对常见简单结构设计进行正确分析，对稳定不合理结构提出改进意见。
三、教学方法：
讲授法、PPT演示法、技术试验法、分析讨论、自主探究法、观察发现法、案例分析法、师生互动法等。
四、教学课时安排：
1个课时
五、教学过程：
（一）设置情景 导入新课
【视频】播放一段1940年被风吹断的一流悬索大桥视频。
【师】为什么拥有当时最先进设计师设计和最先进的技术制造而成的大桥在历时四个月之后就轰然倒塌了呢？
是什么原因使它倒塌的？
【生】讨论并回答
【师】小结学生的回答从而引出新课题。
（二）推进新课
结构与稳定性
【师】演示单摆、倒摆与矿泉水瓶对比实验
【师】问这三种情况都稳定吗？
【生】讨论回答
【师】引出稳定、不稳定的定义与结构稳定的含义
【图片展示】桥倒塌的图片
【师】为什么结构有时比较稳定，而有时不稳定呢？
影响结构稳定性的主要因素有哪些？
环节一
【师】演示两个高度一样，支撑大小不一样柱体的实验
【生】观察、思考回答
【师】结论一个物体是否容易翻到、推倒，支撑面积大小有关，支撑面越大，结构越稳定，同时，我们发现当物体翻到时它的重心超出了支撑面。
【师】请看下面的图片，请你用有关于物体稳定的知识来分析这样一座古塔为什么经历了千年的风霜而巍然屹立呢？
【生】讨论回答
【师】结论：
结构稳定性的基本条件：
重心所在点的垂线落在结构底面内。
【师】提问：
支撑面与接触面一样吗？
【生】举例说明
【师】总结：
支撑面≠接触面，如三脚架，接触面非常小，而支撑面却很大。
【师】日常生活中，你能说出哪些结构因为支撑面大而稳定的例子。
【生】举例
环节二
【师】演示在保持木板的支撑面不变的情况下，如何把木板立起来的实验
【师】什么原因把木板立起来呢？
【师】提示当物体在重力的作用下，物体的重心尽量拉近（吸向）地面的趋势。
【生】讨论回答
【师】结论重心位置越低，结构越稳定。
【师】日常生活中，你能说出哪些结构因为重心低而稳定的例子。
【生】举例
环节三
【师】演示一个支撑面小、重心低矿泉水瓶与一个支撑面大、重心高矿泉水瓶的对比实验
【师】实验中我们能得出什么结论呢？
【生】讨论回答
【师】要使一个物体稳定，不易翻到，需要满足支撑面要大、重心尽可能低两个条件。
【师】通过前面的学习要想增加结构的稳定性，就是尽可能增大支撑面、尽可能降低重心位置。
但是，做到这两点要受到很多条件的限制。
下面我们来研究增加结构稳定性的思想与方法。
【师】用两组长度相同，截面不同的木片做实验演示
【师】通过实验那组承受的力大？
【生】回答
【师】正确的处理杆件的长细比和选用材料来增加结构稳定性十分重要。
【师生互动讨论】三角形与四边形稳定性的实验
结论；形状与连接方式不同结构的稳定程度不同。
三角形比四边形稳定。
技术实验活动：
【师】提供一座桥的模型，让学生运用所学结构稳定性的知识，对桥加于改造增强桥的稳定性。
【师】问：
不稳定结构一定没有好处吗？
【生】举例讨论
【师】点评小结学生的回答。
[回顾总结全课]
学生回顾、总结本节课自己学到了什么，同时老师通过多媒体展示本节课的主要内容。
【师】俗话说，万丈高楼平地起。
作为一个中学生，要想成为国家的栋梁之才，首先要打好坚实的基础，努力学好科技文化知识，还应有谦虚好学的品质，当然还要练就过硬的本领，这一点跟本节内容有相通之处。
（三）课堂练习
1、我们经常看到马路旁边的广告牌后面的支撑架是三角结构的，从这种现象中我们看出以下哪个因素（ ）影响着结构强度？
A、材料 B、形状 C、构件 D、连接方式
2、海南岛东部的铜鼓岭上有一块风都能吹动的巨石，人称“风动石”。
但是，千百年来，任凭风吹雨打和人推，巨石始终稳踞在铜鼓岭上。
这个现象说明（ ）。
B、巨石是稳定的 B、巨石不稳定 C、巨石处于临界稳定 D、巨石是否稳定不能判定3、一张家用的吃饭圆桌，不能使它更加稳固的方法是
A．使用较重的大理石做桌子与地面的接触部分，木材做桌面
B．使用较重的大理石做桌面
C．如使用木材制作桌子，各部分大量采用榫接的方式
D．增大桌子底部的支撑面面积
4、如图所示是某厂家生产的塑料凳，很多客户反映凳脚强度不足，容易变形或断裂。
针对这个问题，请根据所学的结构方面知识，就提高凳脚强度给厂家提三点合理的建议。
（四）课后作业
收集一些建筑物坍塌的案例，从结构稳定性角度分析其问题所在。
六、板书
七、教学反思
通用技术是一门新兴学科，它的知识体系深入到实际生活的方方面面，这对教师提出了很高的要求。
我认为解决这个问题的思路就是以灵活的教材处理、新颖的案例选择、多变的活动方式、民主的课堂气氛、恰到好处的情景创设来吸引学生，激发学生求知欲望和浓厚兴趣，使学生从内心深处真正喜欢通用技术这门课，从而提高学生的技术素养。
一、教学目标：
知识与技能：
1、理解应力、强度、稳定性的概念
2、通过实验分析影响结构稳定性和强度的因素
3、进行简单应力的计算
4、能对物体的强度和稳定性进行分析。
过程与方法：
通过讨论、分析等方法使学生懂得应用相关的理论知识
情感态度价值观：
通过分析讨论等得到结论，培养学生的观察能力，体验学习乐趣，渗透安全教育、德育教育
二、教学重点与难点：
重点：
结构的稳定性、强度的概念
难点：
影响结构的稳定性和强度的因素
三、教学策略：
在教学中为了使学生更易学到相关知识，必须以“影响结构的强度和稳定性的主要因素”为主线，并以这条主线通过技术试验进行展开，使学生达到应用知识的目的。
四、教材分析：
先要了解什么是结构的强度和稳定性，而技术试验的设计和操作过程是本节重点，目的是探究影响结构的强度和稳定性的因素。
五、学情分析：
通过第一节的“初识结构”的学习同学们了解了结构、结构的分类，学生对结构并不陌生，但对结构的稳定性还停留在感性认识的阶段，对结构知识的实际应用还存在不少困惑。
通过学习让他们对原有的认识进行纠正、完善、提高，尤其亲自动手感受和掌握试验解决技术问题的方法，培养他们对技术问题的敏感性和探究欲望。
教学过程：
1、问题的提出？
可能很多同学都听说过类似的谈话：
“我的椅子不太稳当，来回晃悠。
”
“这个杯子太不结实了，一摔就碎了。
”
这些话都是对某物体的某方面性能的一种形容，一种描述，一种评价。
那么，怎么科学的理解“结实”和“稳定”的概念？
导出课题：
结构的强度和稳定性
2、应力的概念和计算
（1）首先做一个实验，拿出一根细线和一束细线，找两个同学上讲台动手，分别把一根细线和一束细线拉断，感觉一下力度的不同。
教师提问：
让学生说出感受
教师总结：
多股绳比起单股绳来，前者的受力面积大，抵抗变形的能力强。
（2）让同学们拿出一张八开的作业纸对折，看谁折的次数最多。
比一比，调动同学们的积极性。
提问：
大家是不是感觉越往下折，难度越大呀？
教师总结：
随着纸的厚度增加，它的抵抗变形的能力强。
（3）通过这两个实验大家想到了什么？
当外力作用于构件，到构件发生变形，应考虑哪些因素的影响？
（小组讨论）
（4）现在我们学习一个概念，有助于大家理解上面这个问题，引出应力的概念。
（集体回答）
应力的公式：
δ=N/S N为内力，S为横截面积。
单位：
N/m2
（5）完成课本第26页“试一试”，注意：
支柱的截面是圆，想想圆的面积公式。
找两个同学上黑板板书，其他在作业本上完成。
教师讲评.
（6）花杆支柱最薄弱的地方在哪里？
为什么？
根据应力公式，受力面积大，承受应力小，变形就小，也就是抵抗形变的能力大。
也就是说，强度和应力是反比的关系
（7）同形状，同尺寸的花展架如果换成铁的，承载会怎么样？
引出容许应力的概念。
3、影响结构强度的因素
（1）通过前面的两个实验，我们总结出：
结构的强度取决于物体的形状，同时还和材料有关。
那么还有什么因素对强度有影响呢？
（2）阅读课本第28页材料“连接方式的多样化”，谈一谈你对“一体式”、“挤压式”、“接插式”
这三种连接的看法，并举出日常生活中的实例。
要让学生明白：
不是强度越大越好，要从实际出发，合适的才是最好的。
（3）教师板书影响强度的因素：
一材料
二形状
三连接方式
4、稳定性的概念和影响稳定性的因素
汶川地震发生以后，很多的房屋倒塌，人员伤亡和财产损失巨大。
同学们思考一下，
为什么有的房子能够屹立不倒？
地震前后，人们盖房子的要求一样不一样？
引出稳定性的概念？
（稳定不是一动不动，而是指能恢复原有状态）
（1）做一个小实验，拿出两个饮料瓶，一个正着放，一个倒着放，施加同样大小的力。
感受一下稳定性的不同。
引导学生说出是由于底面积的不同，稳定性不同。
（正比）
（2）还是两个瓶子，一个装满水，一个装很少水，施加同样大小的力。
感受一下稳定性的不同。
引导学生说出是由于重心的高低，稳定性不同
（3）拿出一张白纸，请同学们想办法把它竖起来？
抢答（现场演示）
说出理由？
三角形具有稳定性（三点确定一个平面）稳定性还和形状有关。
结合例三总结出 利用三角形框架及其组合结构，可以有效增加稳定性
（4）教师板书 影响结构稳定性的因素：
形状
重心的位置
底面积的大小
（5）请同学们举几个日常生活中应用不稳定结构的例子？
捕鸟器 井里的水桶
5、练习
（1）运用所学内容，解释一下金字塔几千年不到的秘密？
（2）说一说不倒翁不到的原因？
6、作业
（1）假设你是一名设计师，你将用哪些方法设计汶川地震灾区重建的房屋，保证万无一失呢？
（2）试着改进一下我们的板凳，使之更坚固。
（下节课上黑板展示）
7、教学反思
这节课的内容联系实际比较多，同学们都有相应生活经历，只是不够系统。
需要教师点拨和总结。
在举不稳定结构例子时，遇到了较大麻烦。
显示同学们的逆向思维能力较差。
需进一步加强。
“稳固结构的探析”
——第1课时的教学设计
本课时是《技术与设计2》第一单元“结构与设计”的第二节“稳固结构的探析”的第1课时。
第二节稳固结构的探析（第1课时）
一．教学目标：
通过技术试验分析影响结构的稳定性的因素，并写出试验报告。
二．教学内容的分析
本课时是《技术与设计2》第一单元“结构与设计”的第二节“稳固结构的探析”的第1课时。
在本课时之前，学生已经学习过了常见结构的基本知识。
学生已经初步明白了“结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列。
”和构件的五种基本受力形式，通过有趣的小试验，强化对不同类型结构的特点的理解。
所以本课时是在第一节认识结构的基础上，具体对结构的两个重要性质：
稳定性和强度做详细分析。
课文从实例出发，分析影响结构的稳定性的主要因素，接着讲了结构稳定性在日常生活中的应用。
本节重点是使学生通过技术试验，学会分析影响结构稳定性的因素，教师在技术试验中应该加以对学生的引导。
教学重点：
稳定性概念。
教学难点：
影响结构稳定性的主要因素。
三．教学对象分析：
学生对结果已经有了一定的了解，对结构的功能和分类也有了一定的基础。
另外，学生在物理课上已经学习了有关力学的知识，对物体的受力分析
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