《结构与稳定性》教学案例

孝感高中 李立红

一、教材分析

“结构与稳定性”的内容选自苏教板《技术与设计2 》的第一个主题，该单元总的设计思路是：认识结构——探究结构——结构设计——典型结构欣赏，“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，而结构的稳定性又是结构的重要性质之一，因此，本节内容在《结构与设计》中起到举足轻重的作用，所以教材通过A字型梯的设计与试验、落地扇和电脑屏幕显示屏不易倾倒等案例的分析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。

二、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，结构的受力及结构的一般分类有了初步的认识，学生对哪些主要因素影响结构的稳定性会产生浓厚的兴趣，具有一定探究的欲望。因此通过教师合理引导，结合学生生活中的一些实例，师生共同探究，学生完全能够达到本节内容的学习目标。

三、教学目标

1、知识与技能

（1）理解结构稳定性的含义。

（2）能通过技术试验探究影响结构稳定性的主要因素 。

（3）对简单的结构进行稳定性分析。

2、过程与方法

经历简单的技术试验过程，学会简单的技术试验方法。

3、情感、态度、价值观

培养学生的发散思维能力、探究意识和认真进行技术试验的科学态度，提升学生的技术素养，体验探究学习的乐趣 。

四、教学重难点

教学重点：掌握结构稳定性的含义。了解影响结构稳定性的主要因素。

教学难点：通过技术试验分析影响结构稳定性的因素。利用所学知识分析有关结构稳定性的实际案例。

五、课时安排：1课时

六、教学思路

1、导入结构的稳定性的含义。

展示台风过后的街景图片，让学生思考为什么台风过后有的物体倾倒，有的物体却安然无恙？由此引出主题并给出结构稳定性的含义。

2、分析结构的稳定性与重心在竖直方向的位置有关。

利用结构试验套件组装茶几，增加砝码改变茶几的重心来进行探究试验，得出结论：结构的稳定性与重心的高低位置有关，重心越低，结构的稳定性越好；重心越高，结构的稳定性越差。

3、分析结构的稳定性与支撑面的大小有关。

利用结构试验套件搭建两条腿、三条腿和四条腿的桌子并移动四条腿的桌腿改变其支撑面积测试其稳定性，得出结论：结构的稳定性与支撑面积的大小有关，支撑面越大越稳定；越小越不稳定。

4、分析结构的稳定性与重心在水平方向的位置有关。

学生操作重心演示仪，观察分析得出结论：结构重心所在点的垂线落在结构支撑面的范围内，结构是稳定的，否则结构是不稳定的。

5、分析出结构的稳定性与结构的形状有关。人字梯进行探究活动并得出结论。

6、知识总结：影响结构稳定性主要因素。

7、学以致用：利用结构试验套件与所学知识每组学生制作一个具有稳定性的结构。

8、知识拓展。通过跨栏的应用原理、倒置的啤酒瓶预防地震引导学生理解不稳定的结构的利用。

七、教学过程

（一）新课导入：引入课题

导言：台风过后，有的物体发生倾倒，有些物体却安然无恙，是什么原因造成了这样的结果呢？原本稳固的结构由于受到外力的作用，原有的平衡状态被打破而变成了不稳定。那么如何提高结构的稳定性而减少一些不必要的损失呢？今天我就和同学们一起研究结构的稳定性的问题。

（二）新课教学

第一部分：结构的稳定性

1. 什么是结构的稳定性？（让学生对结构的稳定性的概念有个初步的认识）

结构的稳定性是指结构在荷载的作用下，维持其原有平衡形式的能力。它是结构的重要性质之一。如果一个结构不能有效的抵御常见外力的作用，那么该结构是很难承受荷载而保持其原有平衡状态的。要想提高结构的稳定性，首先我们需要清楚是哪些因素影响结构的稳定性,下面让我们一起来探究影响结构稳定性的主要因素。

第二部分：影响结构稳定性的主要因素

引出要探究的因素：让学生观察并探讨举重运动员举重的图片，引出影响结构稳定性的因素有重心的高低和支撑面的大小。

探究一：重心在竖直方向的位置与结构稳定性的关系

【师生活动1】 利用结构试验套件组装茶几，在茶几底层中心的位置悬挂钩码，不断增加钩码重量，测试使茶几侧翻所需钩码的重量。 

1	2	3
悬挂底层中心砝码重量（g）	0	50	100
使茶几侧翻的砝码重量（g）

通过试验观察分析，得出结论。

结论1：结构的稳定性与重心在竖直方向上的位置有关。重心越高，结构越不稳定；重心越低，结构越稳定。

生活中有哪些结构是利用降低重心来增加结构的稳定性呢？如底座较重的落地扇、肚大口小的花瓶和不倒翁。还有什么因素与结构稳定性有关呢？接下来我们继续探究。

探究二：支撑面的大小与结构稳定性的关系

【师生活动2】利用结构试验套件搭建桌子，测试其稳定性。

利用结构试验套件搭建两条腿、三条腿和四条腿的桌子，用砝码测试桌子的稳定性，并作简要记录。引导学生观察总结。

桌腿数	稳定性
A	2	差
B	3	较好
C	4	好

变化1：稳定性   A：差  B：较好  C：好

变化2：桌腿数由2条增加为3条到4条

猜想1：桌腿越多 (与地面的接触面积越大),结构越稳定？

这个猜想是否正确呢？对四条腿集中在桌面的中心位置附近和三条腿分在桌面边缘的桌子进行测试，说明四条腿的桌子不一定比三条腿的桌子稳定性好。

接触面积不是影响稳定性的主要因素。那么会与什么因素有关呢？提醒注意，支撑面积与接触面积不同下面我们接着来分析。

变化2   支撑面积（支撑点所形成的面积）

观察三个桌子支撑面大小的变化

猜想2：桌腿与地面所构成的支撑面积越大，结构越稳定。

这个猜想是否正确呢？对不同支撑面积的桌子进行验证试验。通过观察试验得出结论。

结论2:结构的稳定性与结构和地面接触所形成的支撑面的大小有关，支撑面越大越稳定，越小越不稳定。

一些建筑物做成上宽下窄的形状，一些桌子和椅子的腿向外倾斜，就是为了增大支撑面积。

探究三：重心在水平方向的位置与结构稳定性的关系。

【师生活动3】探究物体何时倾倒？

接下来请三位同学上讲台来，帮助我们继续探究，一位同学需要做的是：双脚并拢并直立，然后身体慢慢向右倾斜，另两位同学保护这位同学，其他同学仔细观察这位同学在倾斜过程中，重心高低的变化和什么时候将要倾倒，思考人为什么会倾倒？

【师】演示自制教具（重心位置悬挂指针的盒子）倾倒。

观察物体倾倒时指针的位置，得出结论3：结构重心所在点的垂线落在结构支撑面的范围内，结构就是稳定的，否则就是不稳定的。

操作重心演示仪，验证结论。

思考比萨斜塔斜而不倒的原因。重心的垂线仍然落到支撑面内。

探究四：结构形状与结构稳定性的关系。

结构的稳定性还与哪些因素有关呢？如何加固不稳定的凳子？比较三角形和四边形的稳定性（引出结构与形状有关）。

【师生活动4】人字梯的稳定性

活动步骤：

第一步：观看人字梯结构，并测试其稳定性。

观看人字梯结构，并测试其稳定性。总结出稳定性较差（不稳定），生活中见过的人字梯与我们的人字梯有什么区别？怎么样让我们的人字梯稳定性增强一些呢？

第二步：测试安装拉杆的人字梯（A型梯）的稳定性。

加拉杆后形状变成了三角形，稳定性比之前增强。将没有拉杆的人字梯竖立起来时，非常不稳定，加拉杆后其稳定性增强了很多；加上拉杆后人字梯形状发生了改变，稳定性也发生了改变。正是因为人字梯形状的改变影响了人字梯的稳定性。

结论2：结构的稳定性与结构的形状有关，三角形较稳定。

【师】在生活中我们常通过改变结构的形状来增加结构的稳定性。

【师】如空调的支撑架、篮球架。

第三部分：小结

影响结构稳定性的主要因素：重心的高低、结构与地面接触所形成的支撑面的大小、结构的形状。

结构稳定的基本条件：重心所在点的垂线落在结构支撑面的范围内。

第四部分：应用

学生制作：结合所学的影响结构稳定性的因素，每组应用一种因素，利用结构试验套件与砝码，制作一件具有稳定结构的作品。制作完成后，每组派代表对其作品进行说明。

第五部分：拓展

我们在设计中尽可能增加结构的稳定性，那么凡是不稳定的结构设计都没有价值吗？

案例1：利用倒置的酒瓶的不稳定性预报地震

案例2：跨栏的形状

八、教学反思

本节课我用大量的图片及实例演示引导学生探讨“结构的稳定性”，让学生在实践中找出影响结构稳定的几个主要因素，激发了学生的学习兴趣。通过动手实践与试验去探究影响结构稳定的因素，活跃了课堂气氛，培养学生动手能力的同时，提高了他们探究问题的能力。

作者：李立红

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