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穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析教學(xué)設(shè)計(jì)
一．教學(xué)目標(biāo)：
通過(guò)技術(shù)試驗(yàn)分析影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的因素，并寫(xiě)出試驗(yàn)報(bào)告。
二．教學(xué)內(nèi)容的分析
本課時(shí)是《技術(shù)與設(shè)計(jì)2》第一單元“結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”的第二節(jié)“穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析”的第1課時(shí)。在本課時(shí)之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)了常見(jiàn)結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)。學(xué)生已經(jīng)初步明白了“結(jié)構(gòu)是指事物的各個(gè)組成部分之間的有序搭配和排列�！焙蜆�(gòu)件的五種基本受力形式，通過(guò)有趣的小試驗(yàn)，強(qiáng)化對(duì)不同類型結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)的理解。所以本課時(shí)是在第一節(jié)認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，具體對(duì)結(jié)構(gòu)的兩個(gè)重要性質(zhì)：穩(wěn)定性和強(qiáng)度做詳細(xì)分析。課文從實(shí)例出發(fā)，分析影響結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性的主要因素，接著講了結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性在日常生活中的應(yīng)用。本節(jié)重點(diǎn)是使學(xué)生通過(guò)技術(shù)試驗(yàn)，學(xué)會(huì)分析影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素，教師在技術(shù)試驗(yàn)中應(yīng)該加以對(duì)學(xué)生的引導(dǎo)。
教學(xué)重點(diǎn)：穩(wěn)定性概念。
教學(xué)難點(diǎn)：影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素。
三．教學(xué)對(duì)象分析：
學(xué)生對(duì)結(jié)果已經(jīng)有了一定的了解，對(duì)結(jié)構(gòu)的功能和分類也有了一定的基礎(chǔ)。另外，學(xué)生在物理課上已經(jīng)學(xué)習(xí)了有關(guān)力學(xué)的知識(shí)，對(duì)物體的受力分析有比較好的基礎(chǔ)，可以說(shuō)物理的力學(xué)知識(shí)和上節(jié)課常見(jiàn)結(jié)構(gòu)的基本知識(shí)為本課時(shí)做好了知識(shí)的準(zhǔn)備。
四．教學(xué)策略
通過(guò)做一個(gè)能給學(xué)生留下深刻印象的演示試驗(yàn)，來(lái)說(shuō)明結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的概念。通過(guò)學(xué)生熟悉的事例，展開(kāi)在技術(shù)范圍內(nèi)與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性相關(guān)的主要因素，通過(guò)技術(shù)試驗(yàn)，使學(xué)生領(lǐng)悟各因素與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性之間的定性關(guān)系。
�。ㄒ唬┙谭ǎ�
在教學(xué)過(guò)程中，采用講授法、閱讀法、案例分析和課堂提問(wèn)等方法與學(xué)生共同討論、分析、交流互動(dòng)等教學(xué)形式交叉和滲透靈活運(yùn)用，并始終貫穿于整個(gè)教學(xué)活動(dòng)中。本課時(shí)要求學(xué)生親歷探究易拉罐的重心與穩(wěn)定性的關(guān)系的探究試驗(yàn)，讓學(xué)生在實(shí)際操作活動(dòng)中了解問(wèn)題探究的方法與過(guò)程，感受探究成功后的喜悅。
�。ǘ� 學(xué)法：
鼓勵(lì)學(xué)生自主探究和合作交流，引導(dǎo)學(xué)生自主觀察、總結(jié)，在與他人的交流中豐富自己的思維方式，獲得不同的體驗(yàn)和不同的發(fā)展，引導(dǎo)學(xué)生養(yǎng)成自主探究的習(xí)慣和方法。
五．教學(xué)準(zhǔn)備
本課時(shí)有一個(gè)學(xué)生自主探究的小試驗(yàn)——探究易拉罐的不同重心和穩(wěn)定性的關(guān)系。用本試驗(yàn)來(lái)代替教科書(shū)16頁(yè)的不倒翁的試驗(yàn)，是因?yàn)橐粊?lái)在有限的課堂時(shí)間內(nèi)做一個(gè)不倒翁再來(lái)探究其穩(wěn)定性的關(guān)系，時(shí)間不允許；二是易拉罐取材更容易。本試驗(yàn)是通過(guò)往易拉罐中倒入不同量的水來(lái)使得易拉罐具有不同高度的重心，從而探究其穩(wěn)定性的關(guān)系。本試驗(yàn)簡(jiǎn)單易行，很適合隨堂進(jìn)行。
六、教學(xué)過(guò)程：
�。ò鍟�(shū)）穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析
1、結(jié)構(gòu)與穩(wěn)定性
通過(guò)做一個(gè)能使學(xué)生印象深刻的小試驗(yàn)來(lái)引入結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的概念。
�。◣煟和瑢W(xué)們一定看過(guò)雜技演員驚險(xiǎn)的“走鋼絲”表演吧，對(duì)演員那種保持平衡的能力很是佩服。其實(shí)，走鋼絲并不是一件常人不可能完成的任務(wù)。可以這樣說(shuō)，凡是符合科學(xué)原理的事情加上后天的勤奮訓(xùn)練，常人也是可能完成的。今天，就要做一個(gè)試驗(yàn)：一個(gè)乒乓球如何立穩(wěn)在細(xì)細(xì)的鋼絲上……
教師在做試驗(yàn)時(shí)，邊做邊解釋如何讓乒乓球平穩(wěn)的具體過(guò)程。
（師）：好，同學(xué)們，這是我營(yíng)造的一個(gè)穩(wěn)定的例子。然而，在日常生活中，我們看到的卻是許多不穩(wěn)定的現(xiàn)象：臺(tái)風(fēng)過(guò)后，被吹倒在地的廣告牌，三輪車因貨物堆的過(guò)高而翻倒，自行車碰翻倒地……
這些都是當(dāng)物體受到外力作用時(shí)，原有的平衡狀態(tài)被打破而出現(xiàn)的不穩(wěn)定現(xiàn)象；但是在剛才的試驗(yàn)中，我特地對(duì)乒乓球也施加了外力作用，對(duì)它的平衡狀態(tài)進(jìn)行干擾，但是它并沒(méi)有出現(xiàn)不穩(wěn)定而倒下。所以說(shuō)明了這樣一個(gè)問(wèn)題：結(jié)構(gòu)體維持原有平衡狀態(tài)的能力或本領(lǐng)是不同的。
由此引出穩(wěn)定性的概念（結(jié)構(gòu)在負(fù)載的作用下維持其原有平衡狀態(tài)的能力。）
�。ò鍟�(shū)）結(jié)構(gòu)在負(fù)載的作用下維持其原有平衡狀態(tài)的能力。
（師）：當(dāng)一個(gè)物體的結(jié)構(gòu)不能有效地抵抗外力對(duì)其自身平衡的影響，那么該物體就很難承受負(fù)載而保持平衡。
提出問(wèn)題：結(jié)構(gòu)體自身維持平衡狀態(tài)的本領(lǐng)是各有不同的，那么有哪些因素會(huì)影響到結(jié)構(gòu)體的平衡性呢？
分組討論：指出廣告牌，落地?zé)�，底小口大的空竹簍有可能會(huì)受到哪些力的作用而出現(xiàn)不穩(wěn)定的現(xiàn)象，并根據(jù)你的生活經(jīng)驗(yàn)，簡(jiǎn)要說(shuō)明理由。
通過(guò)討論，從而引出影響穩(wěn)定性的主要因素（重心位置高低，支撐面大小，物體形狀）。
�。ò鍟�(shū)）影響穩(wěn)定性的主要因素
（板書(shū)）1.結(jié)構(gòu)的重心
一般，物體重心越低，穩(wěn)定性越好。
提問(wèn)：可以通過(guò)哪些措施或方法來(lái)降低重心，提高穩(wěn)定性？一般，學(xué)生結(jié)合自己學(xué)過(guò)的物理知識(shí)，可以回答到兩點(diǎn)：物體的高度不可設(shè)計(jì)過(guò)高；上輕底重。教師可以做補(bǔ)充發(fā)揮：重心的投影應(yīng)落在結(jié)構(gòu)體的底面內(nèi)部，教師可以向?qū)W生做演示試驗(yàn)。
另外要重點(diǎn)補(bǔ)充的是：重心與接觸面（接觸點(diǎn)）的位置關(guān)系。重心與接觸點(diǎn)的三種不同的位置，牽涉到三種不同的平衡：不穩(wěn)定平衡，隨遇平衡，穩(wěn)定平衡。
圖中矩形代表標(biāo)尺，紅點(diǎn)代表重心，藍(lán)色圓點(diǎn)是固定點(diǎn)，標(biāo)尺在固定點(diǎn)的作用下可在豎直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動(dòng)。
�。▓D略）
（不穩(wěn)定平衡） （隨遇平衡） （穩(wěn)定平衡）
這三種平衡的穩(wěn)定性比較：不穩(wěn)定平衡<隨遇平衡<穩(wěn)定平衡。并且解釋一開(kāi)始做的“走鋼絲”演示試驗(yàn)中，為什么乒乓球下面掛了一個(gè)大鉤碼以后，就可以立穩(wěn)在細(xì)線上了（穩(wěn)定平衡，乒乓球與鉤碼的整體重心位于細(xì)線的下方）。
�。ò鍟�(shū)）探究：易拉罐的重心與穩(wěn)定性的關(guān)系。
試驗(yàn)準(zhǔn)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(yàn)過(guò)程：
�。�1） 先往易拉罐中灌滿水，然后按照下圖豎立易拉罐，發(fā)現(xiàn)此時(shí)易拉罐無(wú)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(fā)現(xiàn)當(dāng)易拉罐中留有一定數(shù)量水的時(shí)候，易拉罐就可以立穩(wěn)在桌面上，通過(guò)試驗(yàn)找出這個(gè)水量。
�。ò鍟�(shū)）2.結(jié)構(gòu)體的底座
一般，結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支持面越大，穩(wěn)定性越好。解釋：因?yàn)檫@塊面積越大，重心的投影就越容易落在里面，從而可以達(dá)到穩(wěn)定。
舉例：寶塔為什么上端小，下端大？建造高層建筑物時(shí)，為什么它的地基做的很大而且很深？
�。ò鍟�(shū)）3.結(jié)構(gòu)的形狀
物體形狀不同，穩(wěn)定性也不同。舉例：三腳小板凳、照相機(jī)的支撐架。
思考：A字型梯子載人時(shí)能穩(wěn)定的原因是什么？試從影響穩(wěn)定性的三個(gè)方面加以考慮。討論梯子中間拉桿的作用是什么？
�。ò鍟�(shū)）4.物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也和其穩(wěn)定性有關(guān)。
物體的靜止?fàn)顟B(tài)和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的平衡條件是不同的。
案例分析：靜態(tài)的自行車是如何保持穩(wěn)定的。
在雙腳支撐的情況下，支撐架與地面的兩個(gè)接觸點(diǎn)與前輪子構(gòu)成一個(gè)三角形，當(dāng)重心的投影落在其內(nèi)部時(shí)，就是穩(wěn)定的。
在單腳支撐的情況下，支撐架也是和前后兩個(gè)車輪構(gòu)成一個(gè)三角形，當(dāng)重心的投影落在其內(nèi)部時(shí)，是穩(wěn)定的。
電動(dòng)自行車或摩托車的另一種常見(jiàn)的支撐形式，共同討論：
（1） 支撐點(diǎn)與地面構(gòu)成的幾何形狀
�。�2） 前、后輪的受力
�。�3） 重心位置
（4） 穩(wěn)定情況
運(yùn)動(dòng)的自行車的平衡條件，介紹其中的一個(gè)作用：陀螺效應(yīng)
陀螺效應(yīng)：凡是高速旋轉(zhuǎn)的物體，都有一種使轉(zhuǎn)動(dòng)軸保持不變的能力，這種能力使得陀螺即使在不平的支持面上轉(zhuǎn)動(dòng)也不會(huì)倒下。教師演示滾動(dòng)的硬幣不倒，轉(zhuǎn)動(dòng)的陀螺不倒的演示試驗(yàn)。
所以一旦自行車運(yùn)動(dòng)起來(lái)后，轉(zhuǎn)動(dòng)的車輪也具備這種能力，這種能力使得自行車即使發(fā)生了傾斜，也能自動(dòng)地把自行車調(diào)整過(guò)來(lái)，這就是自行車不倒的原因。
提問(wèn)：
1、在汽車制造業(yè)中，利用殼體結(jié)構(gòu)和薄鋼板制造汽車的車體，而不用框架結(jié)構(gòu)或較厚的鋼板？
2、除了重心位置的高低、結(jié)構(gòu)與地面接觸所形成的支撐面的大小和結(jié)構(gòu)的形狀外，你認(rèn)為還有哪些因素也會(huì)影響到物體的平衡？
課后作業(yè)：書(shū)p23頁(yè)練習(xí)1。
七．教學(xué)反思
本節(jié)課講的是穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的一個(gè)重要概念：穩(wěn)定性。這個(gè)概念離學(xué)生所處的日常生活環(huán)境聯(lián)系很密切。俗話說(shuō)：“生活出真知�！睆膶W(xué)生們熟悉的日常生活出發(fā)研究結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)定性，我認(rèn)為是教學(xué)的一個(gè)很好的切入點(diǎn)。本節(jié)課從一個(gè)學(xué)生平時(shí)熟悉的“走鋼絲”表演的轉(zhuǎn)型小試驗(yàn)，得出不同物體維持原有平衡狀態(tài)的能力的差異性，進(jìn)一步得出了穩(wěn)定性概念，這是本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)。通過(guò)做一個(gè)令學(xué)生印象深刻的演示試驗(yàn)，讓學(xué)生對(duì)物體的穩(wěn)定性概念加深印象，教參上提示的非常好。
影響結(jié)構(gòu)體的穩(wěn)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(dāng)擴(kuò)展，補(bǔ)充了三種不同穩(wěn)度的平衡（不穩(wěn)定平衡、隨遇平衡、穩(wěn)定平衡），并從穩(wěn)度最好的穩(wěn)定平衡的分析中解釋了“走鋼絲”表演之所以成功的力學(xué)原理，從課堂的反饋情況來(lái)看，學(xué)生對(duì)此很感興趣。在探究易拉罐的重心與穩(wěn)定的關(guān)系是小試驗(yàn)中，有的學(xué)生可能在倒水時(shí)不加以控制，最后易拉罐無(wú)法立穩(wěn)在桌面上，導(dǎo)致探究失敗。但這個(gè)小試驗(yàn)取材容易，簡(jiǎn)單易行，課后可以隨時(shí)補(bǔ)做。在課后，我也特地問(wèn)了做試驗(yàn)失敗的學(xué)生，他們重新做了試驗(yàn)，結(jié)果都取得了成功。
本節(jié)課內(nèi)容較多，在課堂有限的時(shí)間內(nèi)要完成教學(xué)任務(wù)，確實(shí)有點(diǎn)趕，可以把探究試驗(yàn)放在下節(jié)課上做，也可以在課后完成，寫(xiě)出試驗(yàn)報(bào)告交給教師。
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