1.2探析结构稳定性教学设计-高中通用技术必修《技术与设计2》

稳固结构的探析
探析结构稳定性
【学科核心素养】
【课标内容要求】
通过技术体验或技术探究分析影响结构稳定性的因素，帮助学生领悟技术原理的丰富内涵和广泛应用，提高运用技术原理分析和解决实际技术问题的能力，能够理解影响结构稳定的主要因素，并能够分析实际问题。

【学业要求】
【学情分析】
学生通过第一节“常见结构的认识”的学习，对结构的概念、结构的受力以及结构的一般分类有了初步的认识，且具备相应的力学知识，会对事物进行一般性分析，观察能力和思维能力日趋成熟，学生对哪些因素影响结构的稳定性有探究的欲望，只要引导方法得当，学生可以很快的建立起相关的概念。

【教材分析】
本节是《技术与设计2》第一章第二节《稳固结构的探析》的第一部分内容：“探析结构稳定性"。

本章的总体设计思路是：认识结构→探析结构→设计结构→欣赏结构。

“结构”和“设计”共同构成本单元两个核心概念，结构体现了“空间”的概念，本课是在结构认识的基础上作进一步深入的学习，而结构的稳定性则是结构设计中需要考虑的重要因素之一，可使学生对结构有一个更深入的认识与巩固，为后续结构的设计等教学奠定良好的基础。

本节主要探讨结构的稳定性的概念，以及影响结构稳定性的因素。

在上节课的基础上探讨结构受到外力时，其稳定状态是否会改变，会如何改变，如何才能保证结构在受到外力时能保持平衡，是本节课的主要内容。

教材通过马上行动、案例分析、探究、小试验及阅读等手段引导学生理解结构的稳定性、探究影响结构稳定性的主要因素，这样不仅可以使学生对结构的基本概念有更深
的认识，而且也为以后结构的强度、结构的设计等奠定了良好基础。

【教学目标】
了解什么是结构的稳定状态；理解影响结构的稳定性有三个主要因素；能够对简单结构设计进行正确分析，对稳定不合理结构提出改进意见。

参与简单的技术试验过程，能用简单的方法进行技术试验；观察不同的结构，通过探究、试验、讨论、分析等方法学会分析实际问题；能对常见的结构进行分析，并动手改造和革新事物的结构，对结构提出合理化的设计。

在探究试验过程中增强合作交流的意识，体验学习乐趣；通过结构稳定性讨论，增强技术安全的意识。

【教学重点和难点】
教学重点：能依据相关技术试验标准对结构的稳定性进行试验，并对结构进行改进。

教学难点：理解结构稳定性的概念及其影响因素，并能够分析实际问题。

【课时安排】1课时
【教学准备】
教学课件，一次性木筷子、木条、纳米胶、胶布、胶水、若干细绳等、美工刀、若干钩码等。

【教学实施】
一、引入新课
演示平衡小实验“如何利用牙签支撑起叉子”
思考：刚才的小实验中的叉子是如何保持稳定的？
这个小实验体现出了该结构的具有稳定性，那么如何使结构保持稳定性呢？今天我们就来共同体验学习。

学生活动：观看实验，思考问题
设计意图：此环节通过现场实现小魔术的方式，激发学生的学习兴趣和探究欲望，从而调动了学生的学习积极性和主动性。

二、新课讲授
1、结构稳定性的概念
上节课我们一起学习了《常见结构的认识》，我们了解到任何结构都会受到力的作用，那么结构的稳定性就是指结构在荷载作用下维持其原有平衡状态的能力。

学生活动:了解结构稳定性的含义。

有些结构能够保持稳定，有些结构则不具备稳定性，那么影响结构稳定的因素又有哪些呢？日常生活中有一些支撑结构，如起重机、消防云梯，这些结构不仅要伸出很长的臂，而且要承受较大的力，这种结构就是悬臂结构，下面我们通过悬臂结构来找一找影响结构稳定的因素。

2、影响结构稳定性因素
【技术体验】悬臂结构的稳定性体验
体验目的：体验悬臂机构的稳定性
问题分析：悬臂结构的物体是怎么样保持稳定的？我们可以通过类似的悬臂结构来进行分析。

活动准备：一次性木筷子、纳米胶、胶布、胶水、若干细绳等、美工刀、若干钩码等。

活动过程：
1.分小组设计方案，并根据给出的结构方案制作悬臂结构。

2.在悬臂结构前端逐步悬挂钩码，观察并记录悬臂结构倾倒时所挂钩码的质量。

学生活动:了解悬臂结构特点，以小组为单位搭建悬臂，结合提出的问题在搭建好的悬臂结构上进行相应测试，并回答问题。

设计意图：通过技术体验活动，学生自己动手实现悬臂结构并初次测试结构的稳定性，使学生能够主动探究问题，并在活动中发现问题，为下面探究影响结构稳定性的因素打下基础。

【思考讨论】
问题1：悬挂钩码到一定数量后，悬臂结构状态有什么变化？
稳定状态不是绝对不变，而是指受干扰后，允许状态有所变动，当干扰消失后能重新恢复到原来的平衡状态，称为稳定。

不能回到原有的平衡状态，称为不稳定。

问题2：对比各小组的悬臂结构在倾倒时，所挂钩码质量是否相同？这些结构在形状上有什么特点？
结论1：结构的形状影响结构的稳定性，三角形具有良好的稳定性。

学生活动:尝试总结影响结构稳定的因素：结构形状。

问题3：再不改变悬臂结构形状的前提下，如何提高结构的稳定性？这个方法主要作用是什么呢？
学生活动:小组活动在不改变结构的前提下提高结构稳定性，并尝试总结影响结构稳定的因素：结构重心位置，并举例。

思考问题并尝试回答。

结论2：结构重心的位置影响着结构的稳定性，重心越低结构越稳定。

生活中有哪些物品的结构是通过降低重心来提高稳定性的呢？
【结构稳定的条件】
按照刚才们总结的结论，如果想要结构稳定，那我们就不断的降低重心，这样做可以吗？
演示活动：结构重心垂线位置的变化
学生活动:观看演示活动，找出结构稳定的条件
结构稳定的条件：结构重心所在点的垂足是否落在结构底面的范围内，落在底面范围内就是稳定的，反之就是不稳定的。

这里我们要区分两个概念：支撑面和接触面。

利用水瓶和凳子做演示说面：
问题4：除了在悬臂结构的其他位置加重物，还有其他的方法可以提高悬臂结构的稳定性吗？(可以改变结构）
学生活动:学生尝试改变结构来提高结构稳定性，尝试总结影响结构稳定的因素：支撑面的大小
结论3：在其他条件不变的情况下，结构与地面接触所形成的支撑面越大，结构越稳定。

设计意图：此环节中坚持以学生为主体，全程贯彻以教师为引导，以体验为红线，以思维为主攻。

学生根据实践探究问题，每一个问题对应着一个知识点，从而让学生逐步找到影响结构稳定性的因素，体验活动也加深了对知识点的理解。

通过学习我么认识到了结构稳定的条件及影响结构稳定的因素。

影响结构稳定性的因素是相互关联的，需要综合考虑各种因素来讨论结构的稳定性。

思考：同学们，你们能用今天所学的知识解释小魔术中的叉子是如何保持稳定的
吗？
本节课主要探讨了影响静态结构稳定性的主要因素，那么结构在运动状态下的稳定性条件也是不同的。

设计意图：在深入学习了影响结构稳定性的因素方面的知识后，让学生再来回来引入课程提提出的问题，不但紧扣本节课的主题也让学生进一步加深学生对本节课知识的掌握。

【课堂小结】
影响结构稳定性的因素是相互关联的，需要综合考虑各种因素来讨论结构的稳定性。

三、课后延伸实践活动
上节课同学们分小组制作了简易相框，但是这个相框缺少支架，今天我们学习了影响结构的稳定性的因素及条件，接下来请同学们为自己的相框设计一个合适的支架来提高相框的稳定性吧。

学生活动:课后活动，利用所学知识为小组制作的相框设计一款合适支架。

设计意图：在深入学习了影响结构稳定性的因素方面的知识后，设置这个课后作业，主要是为了让学生能够将本节课所学知识直接应用于日常生活，学生在实践的过程中，实现知识内化，对技术问题有一定的感知与体悟，提升学生的学科核心素养。

四、结束语
我们设计结构，让它具备良好的稳定性，是为了服务于人类；同样的要让我们自己也要具备良好的“稳定性”，我们要降低自己情绪的“重心”，增大我们承受力的“支撑面”，让自己像三角形一样“稳定”不要被不良情绪左右，希望同学们成为稳定情绪的掌控者！
五、教学反思
本任务难点是要理解结构稳定性的概念及其影响因素，当学生学习下一节课的知识后，会对稳定性和强度的概念混淆不清。

因此在本节课中，需要通过技术体验进一步强化学生对稳定性概念的理解。