结构的稳定性教学设计_教案结构的稳定性
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《结构的稳定性》教学设计
四川省安岳中学 邓 斌
一、教材分析
本课题是粤教版《技术与设计2》第一单元第二节《探究结构》教学内容之一，“结构与稳定性”安排在 “常见结构的认识”之后，是在结构认识的基础上作进一步深入的学习，可使学生对结构的基本认识有一个更深入的认识与巩固，这样安排符合学生的认知规律。“结构与稳定性”是“结构与设计”本单元的一个重要组成部分，结构的稳定性也是结构设计中需要考虑的重要因素之一，同时也是后续进行简单结构设计实践的基础，因此本节内容有着承上启下的作用。
二、学情分析
教学对象是高中二年级的学生，他们有一定的生活经验，并且通过《技术与设计1》的学习，具备了一定的分析、探究和解决问题的能力。但实际动手能力相对较差，学生并不能很好地将理论与实践相结合。所以在教学过程中，通过创设情境，采取师生互动、引导学生自己动手探究、实践等方法来激发学生的学习兴趣和热情，挖掘学生的潜能，从而达到本课的教学目标。
三、教学目标
1)知识与技能：
使学生理解“结构的稳定性”，知道影响结构稳定性的因素。
培养学生的观察分析能力，运用本节知识分析解决实际问题的能力。2)过程与方法：
通过师生互动、课堂探究活动、小组分析和讨论等方法引导学生自主学习，掌握相关的理论知识，提高学生的知识迁移和动手实践的能力。
3)情感与价值：
培养学生自学和实验讨论的学习方法，能自觉把所学的知识和生活实际联系起来，真正的理解结构的稳定性。
四、教学重点难点
重点：影响结构稳定性的主要因素。
难点：运用影响结构稳定性的主要因素解决生活中的实际问题、解释生活中的现象。
五、课时安排：1课时
六、教学过程
(一)导入
教师通过PPT展示一组图片，通过简单讲解激发学生的学习兴趣。问题：如何解释上述图片中发生的现象？是什么原因造成不同的结果？
教师可根据学生的回答，总结阐述：由此可见，稳定对结构而言是非常重要的，保持稳定是结构存在的基础，结构不稳定会引发严重的后果。结构的稳定性是结构一个非常重要的性质。
今天这节课，我们一起来探究什么是结构的稳定性，影响结构稳定的因素是什么？
（二）新课教学
一、什么是结构的稳定性？
知识回顾：请同学们回忆什么是结构？（广义上和力学角度的概念分别请同学回答）演示实验（教师）：电吹风吹矿泉水瓶。
（教师进行演示实验）用空矿泉水瓶立放，此时提示学生对瓶子稳定性的关注。用吹风机对矿泉水吹风，当风力加大，靠近，矿泉水瓶被吹倒。
问题：空矿泉水瓶在没吹它时，它是稳定的，后来它为什么会翻倒呢？
教师阐述讲解：空矿泉水瓶放在水平桌面上时只受到重力和支持力保持平衡的状态，当矿泉水瓶在受到电吹风的外力作用时，原有的平衡状态被外力打破导致的，因此无法保持稳定而倾倒。
问题：同学们刚才看到了，矿泉水瓶在被风吹后，不能抵抗住外力影响的，发生了倾斜翻倒，那如何保持在有风力情况下矿泉水瓶稳定？（让学生思考后回答，老师再做演示实验验证）
教师总结，提问：什么是结构的稳定性呢？
（请同学们思考用自己的语言描述，然后再翻看教材P12的描述）
PPT展示：结构的稳定性是指结构在荷载的作用下维持其原有平衡状态的能力。教师阐述：
⑴ “荷载”是指结构所受的力，包括结构本身的重力以及结构所受的外力。
⑵ 结构的平衡状态和物理学上平衡状态是有区别的，物理学中的平衡是指“静止”或“匀速直线运动”，而结构的稳定并不意味着的状态绝对不变，而是指结构受到外力作用时状态有所改变（如：适度倾斜，摇晃，形变等），但是当外力作用消失后结构又能恢复到原有的平衡状态，这就是稳定的。反之，就是不稳定的。
二、影响结构稳定的因素
接下来，老师将和同学们一起通过几个小试验，来分析、探究哪些因素影响了结构的稳定性。
请同学们回忆刚才的演示实验，两个矿泉水瓶在受到相同外力的作用下为什么稳定性有如此差别，是什么影响了他们各自的稳定性？（请同学们思考回答，老师总结：重心，并通过PPT展示图片）
探究活动一：重心与结构的稳定性
请同学们把准备好的规格相同的A，B，C三瓶矿泉水瓶放在木板上，摆成一条直线，然后轻轻抬起木板的一侧，请同学们仔细观察，随着木板倾斜的角度增加，会出现什么结果？
提示：为防止瓶子滑动，可以用教材边沿顶住瓶底。A瓶：1/3瓶水； B瓶：2/3瓶水； C瓶：满瓶水； 试验结论1：
重心的高低影响结构的稳定性。
重心越低，稳定性越好；重心越高，稳定性越差。
思考：不倒翁为什么能保持稳定而不倒？（学生一般都会给出重心低的答案，答案不够准确，老师可以反问学生光是重心低就一定保证结构稳定不倒？此时，老师可顺势提出下个思考）
人站立时保持稳定，当身体倾斜到一定程度的时候会变的不稳定，为什么重心下降了，反而不稳定了呢？
课堂活动：请同学们用“稳定性演示仪”模拟人体倾斜，看会出现什么结果。
教师：PPT展示不倒翁不倒的原理分析，在结合“稳定性演示仪”和PPT讲解重心降低后结构为什么无法保持稳定而倾倒的原因，再给出结论并解释比萨斜塔和瑞州古塔斜而不倒的原因）
结论2：重心垂点落在结构的支撑面范围内是结构保持稳定的基本条件。PPT展示：生活中的应用案例。
探究活动二：几何形状与结构的稳定性 PPT展示：普通木梯和A字梯。（教师讲解，然后进行演示试验）
演示试验：框架承载演示，请学生注意观察结果，思考造成不同试验结果的原因。
老师根据学生的回答进行总结，提出“三角形”在结构设计中的应用，并展示生活案例图片。试验结论3：
结构的几何形状会影响结构的稳定性。
三角形的应用使结构更容易稳定。
PPT展示：生活中的应用案例。
探究活动三：支撑面与结构的稳定性 演示试验：
老师把埃菲尔铁塔的塔座模型分别：正立和倒立在水平桌面上，以相同的角度对塔座模型施以相同的外力，请同学们观察结果。（怎样放塔座结构的稳定性好？）
课堂活动：
请各小组的同学们将准备好的两个矿泉水瓶分别“正立和倒立”在桌面上，按老师的方法试验两个瓶子的稳定性谁好。试验结果：两种结构正立时的稳定性比倒立的好很多。
思考：为什么？（此时学生一般能回答出结构与桌面的接触面大小发生了变化）教师根据学生的回答，总结阐述，同时提出“接触面”和“支撑面”，并加以区分（PPT展示），并且明确指出“支撑面”才是影响结构稳定性的因素，而非“接触面”。
课堂活动：
请同学们把小木块分别放在自己做的三棱立柱上，并对该结构施加相同的外力作用，比较三种不同规格的三棱立柱在支撑木块时的稳定性有何不同？
试验结果：三棱立柱横截面越大，支撑木块的稳定性更好。试验结论4：
结构和支撑面接触形成的支撑面大小影响结构的稳定性。
结构和支撑面接触形成的支撑面越大，结构更容易稳定。
PPT展示：生活中的应用案例。
课堂引申探究：静止状态的自行车是如何保持稳定的? 探究结论：在考虑结构的稳定性时，应综合考虑上述三方面的因素，而不能只片面考虑某个因素而忽略其他因素。
三、课堂小结（PPT展示）
1、结构的稳定性
2、影响结构稳定性的因素
四、课后作业、探究（PPT展示）
1、作业：完成学案
2、探究：
仔细观察生活中的常见结构，思考其在设计时是如何保持结构稳定的？（举例说明） 思考：人们利用稳定的结构抵抗外力、承受负载那么，不稳定的结构对人类生活是否有用？（举例说明）
五、板书设计
一、结构的稳定性
二、影响结构稳定性的因素
1、重心
2、几何形状
3、支撑面
