通用技术结构与设计

普通高中通用技术与设计 2地质版第一章 结构与设计 第二节？典型结构案例分析-结构是怎样受力的 第一课时探究典型结构的受力与变形一、教材分析本节的内容是在结构的概念、结构的功能和分类之后的一节内容，本节教材内容计划教学时间：2课时。第一课时主要探究典型结构的受力与变形之单杠结构分析；第二课时主要探究 典型结构的受力与变形之棚室屋架结构分析。学生只有学习了这两课时后才能够理解后边的棚室屋架结构及第三小节强度与稳定性的概 念。本节课主要是进行第一课时的教学内容学习。第一课时的主要内容是：A、了解不同的结构具有不同的功能，能承受不同的力，抵抗不同的变形。B、单杠的结构和在使用中的受力及形变分析。C、梁的受力特点。D、知道在实际的建筑物中梁结构的应用。二、学生分析经过第一节内容的学习后，同学们了解了结构的概念、结构的功能和分类等基础知识。另外，学生在物理课中已学习了有关力学的知识，对物体的受力分析有了一定的基础。但是由于受力分析是物理课教学中的难点，多数学生在受力分析中还是有困难的，所以在教学中还要利用视频演示、用游戏、用实验等多方面的信息来辅助学生学习并掌握本节课内容：分析说明杠体的受力、立柱及拉杆的受力情况、梁的受力情况及建筑物中梁结构的应用等。三、教学目标1、知识与技能：（1 ）、了解不同的结构具有不同的功能，能承受不同的力，抵抗不同的变形。（2）、掌握单杠中拉杆的数量不同、拉杆的位置不同对单杠这个整体结构的影响。（3）、掌握杠体的受力和形变特点。（4 ）、了解梁的受力特点。（5）、知道在实际的建筑物中梁结构的应用。2、过程与方法：采用讲授教学法、游戏法、实验法、案例分析法、提问法，并将课堂教学急待解决疑难问题， 让学生共同讨论、分析、交流互动等教学形式交叉和渗透灵活运用，并始终贯穿于整个课堂教学当中。运用多媒体教学设备， 将与教学相关的视频图片展示给学生，从而让学生尽快达成感性的共识。3、情感态度价值观：通过学习，联系生活，能具体问题，具体分析，通过游戏和实验培养学生的观察能力，体验 学习乐趣。四、教学重点、难点1、重点：（1 ）、掌握单杠中拉杆的数量不同、拉杆的位置不同对单杠这个整体结构的影响。（2）、掌握杠体的受力和形变特点。2、难点：（1 ）、掌握杠体的受力和形变特点。（2）、了解梁的受力情况分析。五、教学安排1课时 六、教学流程简单纸桥实验导入新课 T投影体操运动员在单杠上运动的视频T单杠中拉杆的发现与学习T通过掰手腕游戏进行拉杆的学习T通过链球实验进行单杠中杠体的受力与变形分析的学习T通过折树枝及弄弯书本实验对梁的受力分析进行学习T建筑物中梁结构的应用 T教师总结T布置动手实践作业七、教学过程设计 1、首先进行一个小实验：简单纸桥实验。通过实验引入：不同的结构，具有不同的功能， 能承受不同的力， 抵抗不同的变形。 结构如何承受力？如何抵抗住变形呢？这节课将主要从 单杠这个结构来做典型结构受力分析。播放体操运动员在单杠上运动的视频。讲解、看、思考。 单杠中拉杆的发现与学习。展示体操比赛上单杠及公园上单杠图片，对比两者之间的区别。 引入对单杠中拉杆的发现与学习。学习单杠中构件 -拉杆的位置及数量对单杠这个整体结构的影响。 进行掰手腕游戏：不比力量，比结构，比智谋。掰手腕时，立在桌子上的手好比单杠中的主 柱，学生努力思考另一只手如何扮演拉杆， 如何让自己的拉杆更稳定从而在比赛中胜出， 来 体验学习这部分知识。5、单杠的受力与变形分析。 进行甩球实验，及图片展示相关内容，学生通过实验及图片迅速掌握这部分知识。6、梁的受力分析。从体操运动员在单杠上的运动引出梁的受力分析。用折树枝及弄弯书本 实验进行这部分的学习。7、小结。8、布置动手实践作业。八、教学过程教学环节教师活动 学生活动 设计意图一、温故知新创设情境5 分钟纸桥实验学习不同结构具有不同功能，承受不同的力，抵抗不同变形。 复习上节课学习过结构的几种类型及特点。一起来做设计：用一张纸做桥梁 ,河面的宽度为 15CM ，如何只用一张纸让你设计的桥梁能承受最大的重 量？学生现场动手实践。得出下面几种桥梁的不同方式总结得出结论：图 1：平的纸抗弯能力差，故只能承受较少的重量。图 2 ：弯曲的纸的抗压能力较好，故能承受较重的物品。图 3 ：两边被压住的纸的抗拉能力良好，故能承受较重的物品。图 4 ：减少河面宽度也能增加物体的承受力。 通过这个结论我们又可以总结归纳得出结论： 不同的结构，具有不同的功能， 能承受不同的力， 抵抗不同的变形。结构如何承受力？如何 抵抗住变形呢？这节课我们将主要从单杠这个结构来做典型结构受力分析。观察及参与纸桥实验，并从简单的试验中，得出：纸张的结构不同，具有的功能、承受力也 不同。得出书中结论： 不同的结构，具有不同的功能，能承受不同的力，抵抗不同的变形。 回忆学习过的知识。及用一个简单的试验来引入新课，打破学生对 “结构受力 ”的陌生感，可 以引起学生的兴趣，激发学生学习的积极性。二、新鲜血液32 分钟单杠视频对比各种单杠图片拉杆如何对单杠这个整体产生作用的。单杠中拉杆的数量不同、拉杆的位置不同对单杠这个整体结构的影响播放体操运动员在单杠上运动的视频。体操运动员要求在单杠上做很多极限运动，对单杠施加的力很大。我们学校是否也有单杠，城市也有很多小公园也有单杠，那么想象一下：如果让这些体操运动员们，在学校、公园的单杠上做这些动作。安全吗？为什么？给学生展示运动会上的单杠图片和学校及公园上单杠的图片。引导学生观察、对比这两种单杠存在哪些差异？学生的答案有很多，通过引导让学生得出这样的结论：学校及公园的这些单杠少了拉杆，不够稳固。如果做这些动作时有可能会使整个单杠倒下来。 讨论与回答：不安全 因为地上的沙子草坪不够软因为结构不同 再次讨论，部分同学得出： 学校、城市的单杠上没有拉杆 通过视频，让学生对单杠运动有个感性的认识。 结合现实生活，通过对比让学生很容易习得这部分内容。 好！部分同学已经发现学校及公园这些非专业的单杠上没有拉杆， 那么什么是拉杆呢， 拉杆 的作用是什么呢？ 单杠结构示意图1.杠体； 2.主柱； 3、4、5、 6.拉杆 我们都知道长方形、四边形、圆形、各种图形中三角形是最稳定的？ 通过引导学生，由学生来尝试得出这样的结论： 拉杆与主柱、地面形成三角形。三角形结构比较稳定，不容易倒下来，通过这几个三角形， 使得单杠更加稳定，当运动员在上面做运动时，单杠不会倒下来。学生通过图片来认识什么是拉杆。 学生回答：三角形结构比较稳定，不容易倒下来，通过这几个三角形，使得单杠更加稳定， 当运动员在上面做运动时，单杠不会倒下。学生从疑问中思考：什么是拉杆，拉杆的作用是什么得出结论。 部分同学可能有发现这样一个问题：国家比赛场上的这个单杠与书中的单杠好像也不一样。 那么现在我们来找一找不一样在哪里？结论：拉杆的数量不同、拉杆的位置不一样。 好！下面我们通过一个小小的掰手腕游戏来强化学习下 “拉杆的数量不同，拉杆的位置不一 样”如何影响单杠这个结构的稳定性呢？ 游戏规则： 今天我们不比力量，比结构，比智谋。掰手腕时， 立在桌子上的手好比单杠中的主柱， 现在大家想一下， 如何让自己在比赛中胜出 呢？如何让自己的手处于不倒之地，即使自己是力量比较弱的一方呢？ 得出结论：以下这几种方式能赢力量比自己强的对手。1、利用力矩原理，拉杆离地面越远，单杠越稳定。2、利用数量来胜出，力量少就多加只手，就好比单杠中的拉杆数量，越多越稳定。学生思考回答：拉杆的数量不同、拉杆的位置也不一样。学生做掰手腕游戏。学生通过游戏得出几种弱胜强的绝招。学生通过游戏， 用自己的亲身经历来得出结论。 学生参与的积极性高， 同时也容易习得这部 分内容。杠体的受力、变形分析我们知道了单杠中的杠体， 主柱， 拉杆这些构件为什么要如此排列。 下面我们来学习下杠体 的受力分析。运动员在杠体上运动时，就好比我们拿着个小球甩。给学生看甩球实验， 请部分同学参与甩球实验。 让学生在观察与参与过程中习得向心力、 离 心力、杠体的受力与变形。得出结论： 运动员在杠体上转动， 其侧视图与甩球类似： 杠体相当于固定点， 人相当于小球。 所以，任意时刻，人对杠体的作用力方向都是指向人重心所处的瞬间位置。进而我们把这个结论细化为以下两个结论：结论一： 杠体总是朝着人体所在的瞬间位置的方向上发生弯曲。杠体和立柱的上端相连， 人的作用力通过杠体作用于立柱， 将可能发生弯曲变形。 请问有什 么方法可以抵消这种弯曲变形呢？立柱埋深一点、用一个力从反方向拉如拉杆，都可以帮助立柱抵抗变形 结论二：任意时刻，对于立柱，由人运动所产生的弯矩M ，都有一个由立柱埋在地下部分和拉杆共同产生的反弯矩M来平衡，以保持单杠整体的稳定。学生观察实验。部分同学参与实验。得出结论:学生思考回答与老师一起得出这个大结论，及大结论下的两个细化结论。 通过很简单的甩球实验，让学生习得向心力、离心力、杠体的受力与变形。总结得出结论。梁的定义好！现在我们回忆下我们以前学过的梁的定义。定义：当杆件受到与纵轴线相垂直的外力作用时，杆件产生的变形为弯曲。发生弯曲变形的构件， 称为梁。通过这个定义，我们能否得出单杠上的这个杆体也是一种梁呢？结论：单杠是梁下面我们来分析一下梁在受力弯曲时，与力相垂直的上下两表面受力情况。学生回答：当杆件受到与纵轴线相垂直的外力作用时，杆件产生的变形为弯曲。 发生弯曲变形的构件，称为梁。单杠是梁。弯曲书本实验梁的受力分析我们把书本的两边架起来，书本是不是也是一种梁呢？ 结论：是。现在大家一起来做一个实验，把你们的书本合起来，如下图这样：大家有没有发现这样一个问题：图中右边书本边缘变长了。 我们来说下实验要求：把书本右边缘的这个面用手固定住， 不让它变形， 再把书本弯曲折起来， 要求书本的这整个 侧面都不能产生变形。如下图这种方式。学生通过实验得出这样的结论：如上图所示， 这个实验几乎是不可能的， 不让书的边缘发生变形， 中间的某个位置也总是会 发生变形。为什么会有这样的结论呢？是因为我们技巧不够呢？还是有别的原因呢？ 我们来做一下梁的受力分析。得出结论： 1、如单杠、平衡木、桥等都是梁的一种类型。2、梁的上部受压力，材料被挤压；下部受张力，材料被拉伸。学生思考回答：是梁。学生做弯曲书本实验。学生通过实验发现实验无法完成通过一个无法完成的实验，提升学生的学习兴趣，增强对学生好奇心的激发。为什么会有这样的结果呢？引发学生思考，进而掌握这部分知识。每位学生手上都有书本，该实验素材是现成的，很适合在课堂上做。让学生在动手动脑中学 会梁的上下两表面受力不同。折树枝实验实际的建筑物中梁结构的应用利用这个实验原理我们再来观察一个折树枝的实验: 把树枝当作梁用手拿着，再用力把树枝折起来，如上图所示，大家发现什么问题? 由学生发现得出结论： 树枝的下表面先出现断裂然后才断开。 为什么会得出这样的结论呢？ 结论原因： 因为下表面受到的是拉力，木材不耐拉，就出现断裂了。 学生观察发现： 树枝的下表面先出现断裂然后才断开。学生思考回答：下表面受到的是拉力，树枝不耐拉，就出现断裂了。引发学生思考。让学生在思考中来发现问题的答案所在。 抬头看我们的教室，大家看到什么？ 答：天花板。那么如果天花板像这个树枝一样出现断裂，后果会怎样？答：很危险。我们刚刚通过学习知道梁的上下两表面受力情况不同， 梁的上部受压力， 材料被挤压； 下部 受张力，材料被拉伸。所以建筑师在建筑屋顶梁时，在材料的选择上是否要加与区别呢？ 引导学生讨论并得出结论：1、屋顶梁的上表面为了要抵抗挤压变形，要多用些耐压的小石子。 2、屋顶梁的下表面为了要抵抗拉伸变形，要多用些耐拉的钢筋。学生回答：天花板。学生回答：房子会倒，很危险。学生讨论，回答：上表面多用些耐压的小石子，下表面多用些耐拉的钢筋。把梁的受力变形应用到现实生活的建筑中来，使得学生学有所用。三、小结 6 分钟1、通过简单纸桥实验学习不同的结构具有不同的功能，能承受不同的力， 抵抗不同的变形。2、通过单杠视频及掰手腕游戏使学生掌握单杠中拉杆的数量不同、拉杆的位置不同对单杠 这个整体结构的影响。3、通过甩球实验使学生掌握杠杆受力和变形特点。4、通过折树枝及弯曲书本实验使我们了解梁的受力特点。5、知道在实际的建筑物中梁结构的应用。 课后小结让学生对本节所学的知识有个体系的认识。四、作业 2 分钟 我们一起来做设计：课前我们做了一张纸的桥梁实验， 现在我们要求把这节课学到的单杠、 拉杆、 梁等知识都利 用起来， 来设计一架完整的桥梁： 大家可以选择任何材料做桥梁， 但桥梁的总重量不能超过 10 克。下节课我们来比一比谁的桥能承受最大的重量， 评出优胜者三名， 同时请这三名同学展示构 思原理和设计思路。通过动手设计使本节课学习的知识得到应用及升华 九、教学反思： 本节教学设计的闪亮点主要表现在： 第一、 教学流程设计上符合学生的认知规律。 回忆学习过的知识， 用一个简单的纸桥试验来 创设情境，引入新课，打破学生对 “结构受力 ”的陌生感，可以引起学生的兴趣，激发学生学 习的积极性。第二、 通过视频，让学生对单杠运动有个感性的认识。结合现实生活， 回忆平时所见过的单 杠是否与国家比赛上的这些单杠一样？通过对比让学生很容易习得这部分内容。第三、 通过掰手腕的小游戏让学生在娱乐中学习。 学生通过游戏， 用自己的亲身经历来得出 结论。学生参与的积极性高，很快就能掌握单杠的相关知识。第四、 通过甩球实验， 折树枝及弯曲书本实验， 使学生掌握杠杆受力和变形特点和了解梁的 受力特点。第五、 联系现实生活实际，学生学会在实际的建筑物中梁结构的应用。 让学生学有所用。在 本节课的最后做个小结，让同学们巩固下本节课的内容。再布置一个动手制作的桥梁作业， 让学生把本节课所学到的知识马上应用到实际中来。当然在这个教学设计中也存在一些不足之处：掰手腕游戏在有些班级得到学生的积极参与， 学生表现良好， 但有些班级参与性相对差一些， 还会有个别同学故意捣乱现象。 故针对掰手腕游戏环节我们还要根据各个班级学生情况适时 再做调整。