《結構與穩(wěn)定性》教學案例

孝感高中 李立紅

一、教材分析

“結構與穩(wěn)定性”的內容選自蘇教板《技術與設計2 》的第一個主題，該單元總的設計思路是：認識結構——探究結構——結構設計——典型結構欣賞，“結構”和“設計”共同構成本單元兩個核心概念。結構體現(xiàn)了“空間”的概念，而結構的穩(wěn)定性又是結構的重要性質之一，因此，本節(jié)內容在《結構與設計》中起到舉足輕重的作用，所以教材通過A字型梯的設計與試驗、落地扇和電腦屏幕顯示屏不易傾倒等案例的分析引導學生理解結構的穩(wěn)定性、探究影響結構穩(wěn)定性的主要因素，這樣不僅可以使學生對結構的基本概念有更深的認識，而且也為以后結構的強度、結構的設計等奠定了良好基礎。

二、學情分析

學生通過第一節(jié)“常見結構的認識”的學習，對結構的概念，結構的受力及結構的一般分類有了初步的認識，學生對哪些主要因素影響結構的穩(wěn)定性會產生濃厚的興趣，具有一定探究的欲望。因此通過教師合理引導，結合學生生活中的一些實例，師生共同探究，學生完全能夠達到本節(jié)內容的學習目標。

三、教學目標

1、知識與技能

（1）理解結構穩(wěn)定性的含義。

（2）能通過技術試驗探究影響結構穩(wěn)定性的主要因素 。

（3）對簡單的結構進行穩(wěn)定性分析。

2、過程與方法

經歷簡單的技術試驗過程，學會簡單的技術試驗方法。

3、情感、態(tài)度、價值觀

培養(yǎng)學生的發(fā)散思維能力、探究意識和認真進行技術試驗的科學態(tài)度，提升學生的技術素養(yǎng)，體驗探究學習的樂趣 。

四、教學重難點

教學重點：掌握結構穩(wěn)定性的含義。了解影響結構穩(wěn)定性的主要因素。

教學難點：通過技術試驗分析影響結構穩(wěn)定性的因素。利用所學知識分析有關結構穩(wěn)定性的實際案例。

五、課時安排：1課時

六、教學思路

1、導入結構的穩(wěn)定性的含義。

展示臺風過后的街景圖片，讓學生思考為什么臺風過后有的物體傾倒，有的物體卻安然無恙？由此引出主題并給出結構穩(wěn)定性的含義。

2、分析結構的穩(wěn)定性與重心在豎直方向的位置有關。

利用結構試驗套件組裝茶幾，增加砝碼改變茶幾的重心來進行探究試驗，得出結論：結構的穩(wěn)定性與重心的高低位置有關，重心越低，結構的穩(wěn)定性越好；重心越高，結構的穩(wěn)定性越差。

3、分析結構的穩(wěn)定性與支撐面的大小有關。

利用結構試驗套件搭建兩條腿、三條腿和四條腿的桌子并移動四條腿的桌腿改變其支撐面積測試其穩(wěn)定性，得出結論：結構的穩(wěn)定性與支撐面積的大小有關，支撐面越大越穩(wěn)定；越小越不穩(wěn)定。

4、分析結構的穩(wěn)定性與重心在水平方向的位置有關。

學生操作重心演示儀，觀察分析得出結論：結構重心所在點的垂線落在結構支撐面的范圍內，結構是穩(wěn)定的，否則結構是不穩(wěn)定的。

5、分析出結構的穩(wěn)定性與結構的形狀有關。人字梯進行探究活動并得出結論。

6、知識總結：影響結構穩(wěn)定性主要因素。

7、學以致用：利用結構試驗套件與所學知識每組學生制作一個具有穩(wěn)定性的結構。

8、知識拓展。通過跨欄的應用原理、倒置的啤酒瓶預防地震引導學生理解不穩(wěn)定的結構的利用。

七、教學過程

（一）新課導入：引入課題

導言：臺風過后，有的物體發(fā)生傾倒，有些物體卻安然無恙，是什么原因造成了這樣的結果呢？原本穩(wěn)固的結構由于受到外力的作用，原有的平衡狀態(tài)被打破而變成了不穩(wěn)定。那么如何提高結構的穩(wěn)定性而減少一些不必要的損失呢？今天我就和同學們一起研究結構的穩(wěn)定性的問題。

（二）新課教學

第一部分：結構的穩(wěn)定性

1. 什么是結構的穩(wěn)定性？（讓學生對結構的穩(wěn)定性的概念有個初步的認識）

結構的穩(wěn)定性是指結構在荷載的作用下，維持其原有平衡形式的能力。它是結構的重要性質之一。如果一個結構不能有效的抵御常見外力的作用，那么該結構是很難承受荷載而保持其原有平衡狀態(tài)的。要想提高結構的穩(wěn)定性，首先我們需要清楚是哪些因素影響結構的穩(wěn)定性,下面讓我們一起來探究影響結構穩(wěn)定性的主要因素。

第二部分：影響結構穩(wěn)定性的主要因素

引出要探究的因素：讓學生觀察并探討舉重運動員舉重的圖片，引出影響結構穩(wěn)定性的因素有重心的高低和支撐面的大小。

探究一：重心在豎直方向的位置與結構穩(wěn)定性的關系

【師生活動1】 利用結構試驗套件組裝茶幾，在茶幾底層中心的位置懸掛鉤碼，不斷增加鉤碼重量，測試使茶幾側翻所需鉤碼的重量。 

1	2	3
懸掛底層中心砝碼重量（g）	0	50	100
使茶幾側翻的砝碼重量（g）

通過試驗觀察分析，得出結論。

結論1：結構的穩(wěn)定性與重心在豎直方向上的位置有關。重心越高，結構越不穩(wěn)定；重心越低，結構越穩(wěn)定。

生活中有哪些結構是利用降低重心來增加結構的穩(wěn)定性呢？如底座較重的落地扇、肚大口小的花瓶和不倒翁。還有什么因素與結構穩(wěn)定性有關呢？接下來我們繼續(xù)探究。

探究二：支撐面的大小與結構穩(wěn)定性的關系

【師生活動2】利用結構試驗套件搭建桌子，測試其穩(wěn)定性。

利用結構試驗套件搭建兩條腿、三條腿和四條腿的桌子，用砝碼測試桌子的穩(wěn)定性，并作簡要記錄。引導學生觀察總結。

桌腿數(shù)	穩(wěn)定性
A	2	差
B	3	較好
C	4	好

變化1：穩(wěn)定性   A：差  B：較好  C：好

變化2：桌腿數(shù)由2條增加為3條到4條

猜想1：桌腿越多 (與地面的接觸面積越大),結構越穩(wěn)定？

這個猜想是否正確呢？對四條腿集中在桌面的中心位置附近和三條腿分在桌面邊緣的桌子進行測試，說明四條腿的桌子不一定比三條腿的桌子穩(wěn)定性好。

接觸面積不是影響穩(wěn)定性的主要因素。那么會與什么因素有關呢？提醒注意，支撐面積與接觸面積不同下面我們接著來分析。

變化2   支撐面積（支撐點所形成的面積）

觀察三個桌子支撐面大小的變化

猜想2：桌腿與地面所構成的支撐面積越大，結構越穩(wěn)定。

這個猜想是否正確呢？對不同支撐面積的桌子進行驗證試驗。通過觀察試驗得出結論。

結論2:結構的穩(wěn)定性與結構和地面接觸所形成的支撐面的大小有關，支撐面越大越穩(wěn)定，越小越不穩(wěn)定。

一些建筑物做成上寬下窄的形狀，一些桌子和椅子的腿向外傾斜，就是為了增大支撐面積。

探究三：重心在水平方向的位置與結構穩(wěn)定性的關系。

【師生活動3】探究物體何時傾倒？

接下來請三位同學上講臺來，幫助我們繼續(xù)探究，一位同學需要做的是：雙腳并攏并直立，然后身體慢慢向右傾斜，另兩位同學保護這位同學，其他同學仔細觀察這位同學在傾斜過程中，重心高低的變化和什么時候將要傾倒，思考人為什么會傾倒？

【師】演示自制教具（重心位置懸掛指針的盒子）傾倒。

觀察物體傾倒時指針的位置，得出結論3：結構重心所在點的垂線落在結構支撐面的范圍內，結構就是穩(wěn)定的，否則就是不穩(wěn)定的。

操作重心演示儀，驗證結論。

思考比薩斜塔斜而不倒的原因。重心的垂線仍然落到支撐面內。

探究四：結構形狀與結構穩(wěn)定性的關系。

結構的穩(wěn)定性還與哪些因素有關呢？如何加固不穩(wěn)定的凳子？比較三角形和四邊形的穩(wěn)定性（引出結構與形狀有關）。

【師生活動4】人字梯的穩(wěn)定性

活動步驟：

第一步：觀看人字梯結構，并測試其穩(wěn)定性。

觀看人字梯結構，并測試其穩(wěn)定性。總結出穩(wěn)定性較差（不穩(wěn)定），生活中見過的人字梯與我們的人字梯有什么區(qū)別？怎么樣讓我們的人字梯穩(wěn)定性增強一些呢？

第二步：測試安裝拉桿的人字梯（A型梯）的穩(wěn)定性。

加拉桿后形狀變成了三角形，穩(wěn)定性比之前增強。將沒有拉桿的人字梯豎立起來時，非常不穩(wěn)定，加拉桿后其穩(wěn)定性增強了很多；加上拉桿后人字梯形狀發(fā)生了改變，穩(wěn)定性也發(fā)生了改變。正是因為人字梯形狀的改變影響了人字梯的穩(wěn)定性。

結論2：結構的穩(wěn)定性與結構的形狀有關，三角形較穩(wěn)定。

【師】在生活中我們常通過改變結構的形狀來增加結構的穩(wěn)定性。

【師】如空調的支撐架、籃球架。

第三部分：小結

影響結構穩(wěn)定性的主要因素：重心的高低、結構與地面接觸所形成的支撐面的大小、結構的形狀。

結構穩(wěn)定的基本條件：重心所在點的垂線落在結構支撐面的范圍內。

第四部分：應用

學生制作：結合所學的影響結構穩(wěn)定性的因素，每組應用一種因素，利用結構試驗套件與砝碼，制作一件具有穩(wěn)定結構的作品。制作完成后，每組派代表對其作品進行說明。

第五部分：拓展

我們在設計中盡可能增加結構的穩(wěn)定性，那么凡是不穩(wěn)定的結構設計都沒有價值嗎？

案例1：利用倒置的酒瓶的不穩(wěn)定性預報地震

案例2：跨欄的形狀

八、教學反思

本節(jié)課我用大量的圖片及實例演示引導學生探討“結構的穩(wěn)定性”，讓學生在實踐中找出影響結構穩(wěn)定的幾個主要因素，激發(fā)了學生的學習興趣。通過動手實踐與試驗去探究影響結構穩(wěn)定的因素，活躍了課堂氣氛，培養(yǎng)學生動手能力的同時，提高了他們探究問題的能力。

作者：李立紅

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