穩固結構的探析教學設計
一．教學目標：
透過技術試驗分析影響結構的穩定性的因素，並寫出試驗報告。
二．教學內容的分析
本課時是《技術與設計2》第一單元“結構與設計”的第二節“穩固結構的探析”的第1課時。在本課時之前，學生已經學習過了常見結構的基本知識。學生已經初步明白了“結構是指事物的各個組成部分之間的有序搭配和排列。”和構件的五種基本受力形式，透過有趣的小試驗，強化對不同型別結構的特點的理解。所以本課時是在第一節認識結構的基礎上，具體對結構的兩個重要性質：穩定性和強度做詳細分析。課文從例項出發，分析影響結構的穩定性的主要因素，接著講了結構穩定性在日常生活中的應用。本節重點是使學生透過技術試驗，學會分析影響結構穩定性的因素，教師在技術試驗中應該加以對學生的引導。
教學重點：穩定性概念。
教學難點：影響結構穩定性的主要因素。
三．教學物件分析：
學生對結果已經有了一定的瞭解，對結構的功能和分類也有了一定的基礎。另外，學生在物理課上已經學習了有關力學的知識，對物體的受力分析有比較好的基礎，可以說物理的力學知識和上節課常見結構的基本知識為本課時做好了知識的準備。
四．教學策略
透過做一個能給學生留下深刻印象的演示試驗，來說明結構穩定性的概念。透過學生熟悉的事例，展開在技術範圍內與結構穩定性相關的主要因素，透過技術試驗，使學生領悟各因素與結構穩定性之間的定性關係。
（一）教法：
在教學過程中，採用講授法、閱讀法、案例分析和課堂提問等方法與學生共同討論、分析、交流互動等教學形式交叉和滲透靈活運用，並始終貫穿於整個教學活動中。本課時要求學生親歷探究易拉罐的重心與穩定性的關係的探究試驗，讓學生在實際操作活動中瞭解問題探究的方法與過程，感受探究成功後的喜悅。
（二） 學法：
鼓勵學生自主探究和合作交流，引導學生自主觀察、總結，在與他人的交流中豐富自己的思維方式，獲得不同的體驗和不同的發展，引導學生養成自主探究的習慣和方法。
五．教學準備
本課時有一個學生自主探究的小試驗——探究易拉罐的不同重心和穩定性的關係。用本試驗來代替教科書16頁的不倒翁的試驗，是因為一來在有限的課堂時間內做一個不倒翁再來探究其穩定性的關係，時間不允許；二是易拉罐取材更容易。本試驗是透過往易拉罐中倒入不同量的水來使得易拉罐具有不同高度的重心，從而探究其穩定性的關係。本試驗簡單易行，很適合隨堂進行。
六、教學過程：
（板書）穩固結構的探析
1、結構與穩定性
透過做一個能使學生印象深刻的小試驗來引入結構穩定性的概念。
（師）：同學們一定看過雜技演員驚險的“走鋼絲”表演吧，對演員那種保持平衡的能力很是佩服。其實，走鋼絲並不是一件常人不可能完成的任務。可以這樣說，凡是符合科學原理的事情加上後天的勤奮訓練，常人也是可能完成的。今天，就要做一個試驗：一個乒乓球如何立穩在細細的鋼絲上……
教師在做試驗時，邊做邊解釋如何讓乒乓球平穩的具體過程。
（師）：好，同學們，這是我營造的一個穩定的例子。然而，在日常生活中，我們看到的卻是許多不穩定的現象：颱風過後，被吹倒在地的廣告牌，三輪車因貨物堆的過高而翻倒，腳踏車碰翻倒地……
這些都是當物體受到外力作用時，原有的平衡狀態被打破而出現的不穩定現象；但是在剛才的試驗中，我特地對乒乓球也施加了外力作用，對它的平衡狀態進行干擾，但是它並沒有出現不穩定而倒下。所以說明了這樣一個問題：結構體維持原有平衡狀態的能力或本領是不同的。
由此引出穩定性的概念（結構在負載的作用下維持其原有平衡狀態的能力。）
（板書）結構在負載的作用下維持其原有平衡狀態的能力。
（師）：當一個物體的結構不能有效地抵抗外力對其自身平衡的影響，那麼該物體就很難承受負載而保持平衡。
提出問題：結構體自身維持平衡狀態的本領是各有不同的，那麼有哪些因素會影響到結構體的.平衡性呢？
分組討論：指出廣告牌，落地燈，底小口大的空竹簍有可能會受到哪些力的作用而出現不穩定的現象，並根據你的生活經驗，簡要說明理由。
透過討論，從而引出影響穩定性的主要因素（重心位置高低，支撐面大小，物體形狀）。
（板書）影響穩定性的主要因素
（板書）1.結構的重心
一般，物體重心越低，穩定性越好。
提問：可以透過哪些措施或方法來降低重心，提高穩定性？一般，學生結合自己學過的物理知識，可以回答到兩點：物體的高度不可設計過高；上輕底重。教師可以做補充發揮：重心的投影應落在結構體的底面內部，教師可以向學生做演示試驗。
另外要重點補充的是：重心與接觸面（接觸點）的位置關係。重心與接觸點的三種不同的位置，牽涉到三種不同的平衡：不穩定平衡，隨遇平衡，穩定平衡。
圖中矩形代表標尺，紅點代表重心，藍色圓點是固定點，標尺在固定點的作用下可在豎直平面內自由轉動。
（圖略）
（不穩定平衡） （隨遇平衡） （穩定平衡）
這三種平衡的穩定性比較：不穩定平衡<隨遇平衡<穩定平衡。並且解釋一開始做的“走鋼絲”演示試驗中，為什麼乒乓球下面掛了一個大鉤碼以後，就可以立穩在細線上了（穩定平衡，乒乓球與鉤碼的整體重心位於細線的下方）。
（板書）探究：易拉罐的重心與穩定性的關係。
試驗準備：易拉罐1只，一易拉罐清水，燒杯1只（可以用其他盛水器皿代替）
試驗過程：
（1） 先往易拉罐中灌滿水，然後按照下圖豎立易拉罐，發現此時易拉罐無法保持平衡。
（2） 向盛水器皿中倒掉一部分水，再按照上圖豎立易拉罐頭，不行的話，再倒掉一部分水，再豎立易拉罐……
（3） 發現當易拉罐中留有一定數量水的時候，易拉罐就可以立穩在桌面上，透過試驗找出這個水量。
（板書）2.結構體的底座
一般，結構與地面接觸所形成的支援面越大，穩定性越好。解釋：因為這塊面積越大，重心的投影就越容易落在裡面，從而可以達到穩定。
舉例：寶塔為什麼上端小，下端大？建造高層建築物時，為什麼它的地基做的很大而且很深？
（板書）3.結構的形狀
物體形狀不同，穩定性也不同。舉例：三腳小板凳、照相機的支撐架。
思考：A字型梯子載人時能穩定的原因是什麼？試從影響穩定性的三個方面加以考慮。討論梯子中間拉桿的作用是什麼？
（板書）4.物體的運動狀態也和其穩定性有關。
物體的靜止狀態和運動狀態下的平衡條件是不同的。
案例分析：靜態的腳踏車是如何保持穩定的。
在雙腳支撐的情況下，支撐架與地面的兩個接觸點與前輪子構成一個三角形，當重心的投影落在其內部時，就是穩定的。
在單腳支撐的情況下，支撐架也是和前後兩個車輪構成一個三角形，當重心的投影落在其內部時，是穩定的。
電動腳踏車或摩托車的另一種常見的支撐形式，共同討論：
（1） 支撐點與地面構成的幾何形狀
（2） 前、後輪的受力
（3） 重心位置
（4） 穩定情況
運動的腳踏車的平衡條件，介紹其中的一個作用：陀螺效應
陀螺效應：凡是高速旋轉的物體，都有一種使轉動軸保持不變的能力，這種能力使得陀螺即使在不平的支援面上轉動也不會倒下。教師演示滾動的硬幣不倒，轉動的陀螺不倒的演示試驗。
所以一旦腳踏車運動起來後，轉動的車輪也具備這種能力，這種能力使得腳踏車即使發生了傾斜，也能自動地把腳踏車調整過來，這就是腳踏車不倒的原因。
提問：
1、在汽車製造業中，利用殼體結構和薄鋼板製造汽車的車體，而不用框架結構或較厚的鋼板？
2、除了重心位置的高低、結構與地面接觸所形成的支撐面的大小和結構的形狀外，你認為還有哪些因素也會影響到物體的平衡？
課後作業：書p23頁練習1。
七．教學反思
本節課講的是穩固結構的一個重要概念：穩定性。這個概念離學生所處的日常生活環境聯絡很密切。俗話說：“生活出真知。”從學生們熟悉的日常生活出發研究結構體的穩定性，我認為是教學的一個很好的切入點。本節課從一個學生平時熟悉的“走鋼絲”表演的轉型小試驗，得出不同物體維持原有平衡狀態的能力的差異性，進一步得出了穩定性概念，這是本節課的教學重點。透過做一個令學生印象深刻的演示試驗，讓學生對物體的穩定性概念加深印象，教參上提示的非常好。
影響結構體的穩定性主要三方面的因素，而在物體的重心這一方面我做了適當擴充套件，補充了三種不同穩度的平衡（不穩定平衡、隨遇平衡、穩定平衡），並從穩度最好的穩定平衡的分析中解釋了“走鋼絲”表演之所以成功的力學原理，從課堂的反饋情況來看，學生對此很感興趣。在探究易拉罐的重心與穩定的關係是小試驗中，有的學生可能在倒水時不加以控制，最後易拉罐無法立穩在桌面上，導致探究失敗。但這個小試驗取材容易，簡單易行，課後可以隨時補做。在課後，我也特地問了做試驗失敗的學生，他們重新做了試驗，結果都取得了成功。
本節課內容較多，在課堂有限的時間內要完成教學任務，確實有點趕，可以把探究試驗放在下節課上做，也可以在課後完成，寫出試驗報告交給教師。
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