《結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性》教學(xué)案例

孝感高中 李立紅

一、教材分析

“結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性”的內(nèi)容選自蘇教板《技術(shù)與設(shè)計(jì)2 》的第一個(gè)主題，該單元總的設(shè)計(jì)思路是：認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)——探究結(jié)構(gòu)——結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)——典型結(jié)構(gòu)欣賞，“結(jié)構(gòu)”和“設(shè)計(jì)”共同構(gòu)成本單元兩個(gè)核心概念。結(jié)構(gòu)體現(xiàn)了“空間”的概念，而結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性又是結(jié)構(gòu)的重要性質(zhì)之一，因此，本節(jié)內(nèi)容在《結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)》中起到舉足輕重的作用，所以教材通過A字型梯的設(shè)計(jì)與試驗(yàn)、落地扇和電腦屏幕顯示屏不易傾倒等案例的分析引導(dǎo)學(xué)生理解結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、探究影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素，這樣不僅可以使學(xué)生對結(jié)構(gòu)的基本概念有更深的認(rèn)識(shí)，而且也為以后結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)等奠定了良好基礎(chǔ)。

二、學(xué)情分析

學(xué)生通過第一節(jié)“常見結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)”的學(xué)習(xí)，對結(jié)構(gòu)的概念，結(jié)構(gòu)的受力及結(jié)構(gòu)的一般分類有了初步的認(rèn)識(shí)，學(xué)生對哪些主要因素影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性會(huì)產(chǎn)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(dǎo)，結(jié)合學(xué)生生活中的一些實(shí)例，師生共同探究，學(xué)生完全能夠達(dá)到本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

三、教學(xué)目標(biāo)

1、知識(shí)與技能

（1）理解結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的含義。

（2）能通過技術(shù)試驗(yàn)探究影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素 。

（3）對簡單的結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定性分析。

2、過程與方法

經(jīng)歷簡單的技術(shù)試驗(yàn)過程，學(xué)會(huì)簡單的技術(shù)試驗(yàn)方法。

3、情感、態(tài)度、價(jià)值觀

培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力、探究意識(shí)和認(rèn)真進(jìn)行技術(shù)試驗(yàn)的科學(xué)態(tài)度，提升學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)，體驗(yàn)探究學(xué)習(xí)的樂趣 。

四、教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：掌握結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的含義。了解影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素。

教學(xué)難點(diǎn)：通過技術(shù)試驗(yàn)分析影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素。利用所學(xué)知識(shí)分析有關(guān)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的實(shí)際案例。

五、課時(shí)安排：1課時(shí)

六、教學(xué)思路

1、導(dǎo)入結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的含義。

展示臺(tái)風(fēng)過后的街景圖片，讓學(xué)生思考為什么臺(tái)風(fēng)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的含義。

2、分析結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與重心在豎直方向的位置有關(guān)。

利用結(jié)構(gòu)試驗(yàn)套件組裝茶幾，增加砝碼改變茶幾的重心來進(jìn)行探究試驗(yàn)，得出結(jié)論：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與重心的高低位置有關(guān)，重心越低，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越好；重心越高，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性越差。

3、分析結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與支撐面的大小有關(guān)。

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

4、分析結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與重心在水平方向的位置有關(guān)。

學(xué)生操作重心演示儀，觀察分析得出結(jié)論：結(jié)構(gòu)重心所在點(diǎn)的垂線落在結(jié)構(gòu)支撐面的范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)是穩(wěn)定的，否則結(jié)構(gòu)是不穩(wěn)定的。

5、分析出結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)的形狀有關(guān)。人字梯進(jìn)行探究活動(dòng)并得出結(jié)論。

6、知識(shí)總結(jié)：影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性主要因素。

7、學(xué)以致用：利用結(jié)構(gòu)試驗(yàn)套件與所學(xué)知識(shí)每組學(xué)生制作一個(gè)具有穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)。

8、知識(shí)拓展。通過跨欄的應(yīng)用原理、倒置的啤酒瓶預(yù)防地震引導(dǎo)學(xué)生理解不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)的利用。

七、教學(xué)過程

（一）新課導(dǎo)入：引入課題

導(dǎo)言：臺(tái)風(fēng)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(jié)果呢？原本穩(wěn)固的結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性而減少一些不必要的損失呢？今天我就和同學(xué)們一起研究結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的問題。

（二）新課教學(xué)

第一部分：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性

1. 什么是結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性？（讓學(xué)生對結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的概念有個(gè)初步的認(rèn)識(shí)）

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

第二部分：影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素

引出要探究的因素：讓學(xué)生觀察并探討舉重運(yùn)動(dòng)員舉重的圖片，引出影響結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)系

【師生活動(dòng)1】 利用結(jié)構(gòu)試驗(yàn)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(cè)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(cè)翻的砝碼重量（g）

通過試驗(yàn)觀察分析，得出結(jié)論。

結(jié)論1：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與重心在豎直方向上的位置有關(guān)。重心越高，結(jié)構(gòu)越不穩(wěn)定；重心越低，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。

生活中有哪些結(jié)構(gòu)是利用降低重心來增加結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性有關(guān)呢？接下來我們繼續(xù)探究。

探究二：支撐面的大小與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)系

【師生活動(dòng)2】利用結(jié)構(gòu)試驗(yàn)套件搭建桌子，測試其穩(wěn)定性。

利用結(jié)構(gòu)試驗(yàn)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(dǎo)學(xué)生觀察總結(jié)。

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(jié)構(gòu)越穩(wěn)定？

這個(gè)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(jìn)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(huì)與什么因素有關(guān)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(diǎn)所形成的面積）

觀察三個(gè)桌子支撐面大小的變化

猜想2：桌腿與地面所構(gòu)成的支撐面積越大，結(jié)構(gòu)越穩(wěn)定。

這個(gè)猜想是否正確呢？對不同支撐面積的桌子進(jìn)行驗(yàn)證試驗(yàn)。通過觀察試驗(yàn)得出結(jié)論。

結(jié)論2:結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)和地面接觸所形成的支撐面的大小有關(guān)，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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)系。

【師生活動(dòng)3】探究物體何時(shí)傾倒？

接下來請三位同學(xué)上講臺(tái)來，幫助我們繼續(xù)探究，一位同學(xué)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(xué)保護(hù)這位同學(xué)，其他同學(xué)仔細(xì)觀察這位同學(xué)在傾斜過程中，重心高低的變化和什么時(shí)候?qū)⒁獌A倒，思考人為什么會(huì)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(shí)指針的位置，得出結(jié)論3：結(jié)構(gòu)重心所在點(diǎn)的垂線落在結(jié)構(gòu)支撐面的范圍內(nèi)，結(jié)構(gòu)就是穩(wěn)定的，否則就是不穩(wěn)定的。

操作重心演示儀，驗(yàn)證結(jié)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(nèi)。

探究四：結(jié)構(gòu)形狀與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的關(guān)系。

結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性還與哪些因素有關(guān)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(jié)構(gòu)與形狀有關(guān)）。

【師生活動(dòng)4】人字梯的穩(wěn)定性

活動(dòng)步驟：

第一步：觀看人字梯結(jié)構(gòu)，并測試其穩(wěn)定性。

觀看人字梯結(jié)構(gòu)，并測試其穩(wěn)定性?？偨Y(jié)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(qiáng)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(qiáng)。將沒有拉桿的人字梯豎立起來時(shí)，非常不穩(wěn)定，加拉桿后其穩(wěn)定性增強(qiáng)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?yàn)槿俗痔菪螤畹母淖冇绊懥巳俗痔莸姆€(wěn)定性。

結(jié)論2：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與結(jié)構(gòu)的形狀有關(guān)，三角形較穩(wěn)定。

【師】在生活中我們常通過改變結(jié)構(gòu)的形狀來增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

【師】如空調(diào)的支撐架、籃球架。

第三部分：小結(jié)

影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素：重心的高低、結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面的大小、結(jié)構(gòu)的形狀。

結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的基本條件：重心所在點(diǎn)的垂線落在結(jié)構(gòu)支撐面的范圍內(nèi)。

第四部分：應(yīng)用

學(xué)生制作：結(jié)合所學(xué)的影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素，每組應(yīng)用一種因素，利用結(jié)構(gòu)試驗(yàn)套件與砝碼，制作一件具有穩(wěn)定結(jié)構(gòu)的作品。制作完成后，每組派代表對其作品進(jìn)行說明。

第五部分：拓展

我們在設(shè)計(jì)中盡可能增加結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，那么凡是不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)都沒有價(jià)值嗎？

案例1：利用倒置的酒瓶的不穩(wěn)定性預(yù)報(bào)地震

案例2：跨欄的形狀

八、教學(xué)反思

本節(jié)課我用大量的圖片及實(shí)例演示引導(dǎo)學(xué)生探討“結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性”，讓學(xué)生在實(shí)踐中找出影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的幾個(gè)主要因素，激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。通過動(dòng)手實(shí)踐與試驗(yàn)去探究影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的因素，活躍了課堂氣氛，培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手能力的同時(shí)，提高了他們探究問題的能力。

作者：李立紅

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