1.2.1 结构的稳定性 教学设计-2023-2024学年高中通用技术粤科版（2019）必修 技术与设计2

《结构的稳定性》试验课教学设计 一、使用教材 广东科技-出卷网-通用技术《技术与设计 2》第一章第二节 1 课时 二、试验器材 利用废弃摄影三角架、滑动变阻器上废弃杆件等自制 的试验器材，学生做的家具。 1、支撑杆上固定刻度板 2、摆锤 3、立柱 4、两个不同质量的铁块 5、三角架 6、电子弹簧称 7、学生制作的不同形状的换鞋凳等 三、试验设计思路和创新点 教材上对影响结构稳定性的因素（几何形状， 重心位置， 支撑面面积） 的试验案例 是以生活中 A 型梯、装了液体的 3 个瓶子、台灯和椅子等展示，但存在一些不足： 1、纯感官上的定性分析。 2、变量较多，不能厘清决定性的影响因素（如书上用三个瓶子试验时， 自重忽略， 但桥、隧道、房屋等工程建设中，自重是不能忽略的荷载之一）。 3、只是定性观察无法定量探究，不利培养学生的技术意识和工程思维等核心素养。 4、没有试验教具，不利师生创新设计思维的培养。 基于以上不足，我们进行了创新设计： 1、探究重心位置、支撑面面积影响结构稳定性时，我们用自制的教学器具，采用 控制变量法（唯一变量），运用对比试验，结合物理学从本质上进行了定量探究。 2、通过对照试验，荷载对三角形支撑脚、加了横档的三角形支撑脚；四边形及加 了横档的四边形的稳定性对照，试验效果明显，形象直观便于观察。 3、把学生制作的作品拿来试验，学生对知识的理解更深刻。 四、试验原理 ( ▲ G L 2 )1、几何形状对结构稳定性有影响 通过对结构以水平荷载， 看结构整体是否位移、倾倒或构件本身是否发生屈曲或位 移。 对照试验： （1）三角架结构加荷载，观察稳定性。 （2）三角架结构加横档后，加荷载，观察稳定性。 （3）四边形加荷载，观察稳定性。 （4）四边形加斜拉杆后，加荷载，观察稳定性。 2、重心位置对结构稳定性有影响（重心越高越不稳定，越低越稳定） 对比试验：质量不变的情况下，改变重心位置，对立柱撞击，记录立柱倾倒 时摆锤抬起的角度（角度越大，能量越大）。 F 学生课前小组探究失败原因： ( L1 )他们用拉力来试验，发现重心位置变化时，拉力的数据却不变，原因是：拉 力的力矩：F*L1，重力的力矩：G*L2，重力的力矩不变，L1 不变，不管铁块在什 么位置，拉动物体的瞬间，F 的大小相等。 因此，结合物理知识，我改进后的试验装置采用能量撞击方式。 3、支撑面面积对结构稳定性有影响（支撑面面积越大，越稳定，越小越不稳定） 对比试验， 在重心位置不变的情况下， 改变支撑面面积大小， 三角形结构的教具被 拉起时，比较水平方向的拉力。 4、判定结构稳定的依据和条件：结构重心所在的垂线落在支撑面内。 对不同结构的物体， 施加水平拉力， 观察物体倾倒时重心垂线与支撑面的位置关系。 五、教学背景 1、教材分析 《探究影响结构稳定性的因素》这节课是在学习了第一节内容“认识结构， 结构与 力 ”后，进入了探究结构的合理、安全、稳固的本质原因，它是本章的核心内容之一， 为学生学习结构设计打下基础。 2、试验课标分析 课程标准指出： “科学探究，旨在将学习重心从过分强调知识的传承和积累向知识 的探究过程转化， 从学生被动接受知识向主动获取知识转化， 从而培养学生的科学探究 能力、实事求是的科学态度和勇于创新的探究精神。”因此，引导学生通过对比数据的 量化试验加深对结构稳定性的定性的理解特别重要。 3、学情分析 （1）通过对《技术与设计 1》的学习，学生已经了解了设计的原则、过程、方法， 并通过大单元教学和大项目实践， 制作了换鞋凳、鲁班锁、空中花园设计施工等， 在实 践中积累了经验也遇到很多设计中的问题。同学们普遍反映欠缺“结构稳定性 ”的系统 知识，需要从理论上提升。 （2）高二学生已经具备一定的试验观察能力、分析 ... ...