1.1認(rèn)識結(jié)構(gòu)教案-高中通用技術(shù)粵科版必修技術(shù)與設(shè)計2

通用技術(shù)必修技術(shù)與設(shè)計2第一章結(jié)構(gòu)及其設(shè)計第一節(jié)認(rèn)識結(jié)構(gòu)教學(xué)背景黨的二十大報告指出，“教育、科技、人才是全面建設(shè)社會主義現(xiàn)代化國家的基礎(chǔ)性、戰(zhàn)略性支撐。必須堅持科技是第一生產(chǎn)力、人才是第一資源、創(chuàng)新是第一動力，深入實(shí)施科教興國戰(zhàn)略、人才強(qiáng)國戰(zhàn)略、創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略”。通用技術(shù)是一門與科學(xué)技術(shù)息息相關(guān)的學(xué)科?；仡櫲祟惖陌l(fā)展歷程，從石器時代、青銅時代、蒸汽機(jī)時代直到當(dāng)今的信息時代，技術(shù)進(jìn)步改變著人類的生活和生產(chǎn)方式。我們的生活、工作、生產(chǎn)處處都要用到技術(shù)，例如我們手中拿的圓珠筆和鋼筆就是多次技術(shù)改造的結(jié)果，使我們足不出戶就可以了解世界的電視機(jī)也是技術(shù)發(fā)明的成果。認(rèn)識技術(shù)、善用技術(shù)，已成為現(xiàn)代人必須具備的素質(zhì)。教學(xué)目標(biāo)：觀察自然界中的各種結(jié)構(gòu)，了解結(jié)構(gòu)的含義，學(xué)會把自然界的事物原理應(yīng)用在技術(shù)設(shè)計中，提高學(xué)生技術(shù)意識。了解結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，理解幾種結(jié)構(gòu)受力時產(chǎn)生的形變，了解為滿足特定需求需要解決的技術(shù)問題，并提出設(shè)計方案，提高學(xué)生能力。理解結(jié)構(gòu)的分類，各種結(jié)構(gòu)的形態(tài)和受力特點(diǎn)，感知結(jié)構(gòu)和工程應(yīng)用的關(guān)系，提高學(xué)生工程思維。逐步學(xué)會運(yùn)用所學(xué)的思想和方法分析技術(shù)問題。經(jīng)歷將基礎(chǔ)知識應(yīng)用于技術(shù)實(shí)踐和創(chuàng)新的過程，同學(xué)們會養(yǎng)成實(shí)事求是、精益求精的習(xí)慣，能運(yùn)用規(guī)范的技術(shù)語言和設(shè)計制作方法去解決一些實(shí)際的技術(shù)問題。教材分析本節(jié)課以提高同學(xué)們的核心素養(yǎng)為主旨，以學(xué)習(xí)思想和方法為基礎(chǔ)，以設(shè)計和操作實(shí)踐為主要特征，培養(yǎng)同學(xué)們的實(shí)踐能力和創(chuàng)新意識，體現(xiàn)科技與人文相統(tǒng)一。學(xué)情分析:在日常生活中，學(xué)生接觸到了很多結(jié)構(gòu)，但是都沒有認(rèn)真的對結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析。教學(xué)重難點(diǎn):重點(diǎn):結(jié)構(gòu)的含義，作用的構(gòu)件上的力引起的各種形變。難點(diǎn):理解各種結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)。教學(xué)策略:本節(jié)課教學(xué)主要由教師通過實(shí)物圖片和多媒體手段設(shè)置學(xué)習(xí)情境，并加以引導(dǎo)，讓學(xué)生在過程中自主探究、自主建構(gòu)設(shè)計原則知識并形成能力。教學(xué)準(zhǔn)備:展示用的圖片、其他技術(shù)產(chǎn)品、多媒體課件。教學(xué)過程:情景導(dǎo)入:老師：本節(jié)課我們學(xué)習(xí)通用技術(shù)必修技術(shù)與設(shè)計2第一章第一節(jié)認(rèn)識結(jié)構(gòu)。環(huán)視我們的周圍，大到摩天大樓、跨海橋梁，小至圖釘、回形計等，它們都有結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)普遍存在于自然界及人類創(chuàng)造的各種物體中。當(dāng)人們進(jìn)行物品設(shè)計時，結(jié)構(gòu)設(shè)計往往是不可缺少的，它既可以讓物品實(shí)用、美觀，也可以使其穩(wěn)固和安全。結(jié)構(gòu)通常需要抵御外力的作用，所以穩(wěn)定性和強(qiáng)度是結(jié)構(gòu)設(shè)計時必須考慮的重要因素。各種結(jié)構(gòu)展示了人類的智慧和創(chuàng)新，給我們帶來了美的享受?！耙粯蝻w架南北，天塹變通途?！蔽覈谌f里長江上修建的第一座鐵路、公路兩用橋梁——武漢長江大橋(圖11)，于1957年10月15日正式通車。全橋總長1670m，共中正橋1156m，北岸引橋303m，南岸引橋211m。大橋的上層為公路，雙向四車道，兩側(cè)有人行道;下層為復(fù)線鐵路，兩列火車可同時對開;從基底至公路橋面高80m。橋梁的結(jié)構(gòu)是鋼桁架三孔連續(xù)梁，鋼梁設(shè)計三聯(lián)，每聯(lián)三孔，共8墩9孔，每孔跨度為128m，橋下可通萬噸巨輪。正橋的兩端建有民族風(fēng)格的橋頭堡，高35m，從底層大廳至頂亭共7層。橋頭經(jīng)的堡亭設(shè)計為四方八角上有重檐和紅珠圈頂，有電梯和扶梯供行人從底層直接上到大橋的公路橋面參觀，眺望四周，望大江東去，整個武漢三鎮(zhèn)連成一體，盡收眼底。武漢長江大橋的建成，連通了京廣線，成為連接我國南北的大動脈，對促進(jìn)南北經(jīng)濟(jì)的發(fā)展起到了重要的作用。導(dǎo)學(xué)思考橋梁設(shè)計需要考慮結(jié)構(gòu)問題，那么結(jié)構(gòu)是什么?一、感知不同的結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)是指事物的各個組成部分之間的有序搭配和排列。結(jié)構(gòu)普遍存在于自然界和人類創(chuàng)造的各種物體中，形式多種多樣。蜜蜂是自然界中卓越的建筑大師，蜂巢的結(jié)構(gòu)精巧美觀。蜂巢由幾千甚至數(shù)萬間蜂房組成(圖12)。每間蜂房都是大小相等的六棱柱體，底面由3個全等的菱形面封閉起來，形成一個倒角的錐形。每排蜂房平行排列并相互嵌接。對于群居的蜜蜂而言，這種結(jié)構(gòu)的居住空間用材最少且容積最大。搖搖板(圖13)由幾塊彎曲的木板插接而成，結(jié)構(gòu)簡單，動感無窮。搖搖板的結(jié)構(gòu)設(shè)計要求能夠承載兒童的重力，能搖晃但不傾覆，也不發(fā)生明顯的變形，以保證安全。建筑物的結(jié)構(gòu)必須堅固、穩(wěn)定性好，還要能夠抵御強(qiáng)風(fēng)、地震等自然災(zāi)害的破壞。長城(圖141)是世界上最大的古代建筑奇跡之一，是中華民族的驕傲與象征。長城由磚筑實(shí)體結(jié)構(gòu)構(gòu)成。西起甘肅嘉峪關(guān)，東至河北山海關(guān)，全長約6300km。長城以悠久的歷史、浩大的工程、雄偉的氣魄著稱于世。佛宮寺木塔又名佛宮寺釋迦塔(圖15)，是我國現(xiàn)存最高的一座木結(jié)構(gòu)塔式建筑。始建于1056年，塔高67m，1961年被定為全國重點(diǎn)文物保護(hù)單位。它經(jīng)歷了近千年的風(fēng)雨和地震的考驗(yàn)仍然完整地屹立著。橋梁的結(jié)構(gòu)則必須能承受其自身的重力，橋上人、車輛的荷載以及風(fēng)力和水流的沖擊力等，如武漢長江大橋等。圖16自承式橋是一座不需要任何繩索、釘子或其他緊固件就能支撐起來，而且能保持平衡和承載一定重量的橋。它最早出現(xiàn)在達(dá)·芬奇500多年前的手稿中。這座橋完全依靠自身的交叉排列結(jié)構(gòu)，讓每一個部件環(huán)環(huán)相連，通過摩擦力和重力支撐起來。討論1.用這兩類材料搭建自承式橋時，發(fā)現(xiàn)了什么問題，可來用什么方法解決?2.分別對兩座橋加同樣的荷載(如書等)，討論觀察到的現(xiàn)象。自然界中的物體都有其特定的結(jié)構(gòu)。人們以人與自然和諧共生為理念。通過對自然界中結(jié)構(gòu)的分析和研究。將其應(yīng)用于技術(shù)領(lǐng)域。更好地為人類服務(wù)。立即行動為什么荷葉(圖18)能出污泥而不染?科學(xué)家用顯微鏡觀察后發(fā)現(xiàn)，荷葉表面上有許多微小的絨毛和蠟質(zhì)凸起物。雨水落在荷葉上面，撬不開、滲不進(jìn)，只化作一粒粒水珠滾落下來，還順道兒帶走了荷葉表面的灰塵，從而使葉面始終一塵不染?？蒲腥藛T對荷葉的“自凈”結(jié)構(gòu)進(jìn)行研究，并將這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于生產(chǎn)建筑涂料、服裝面料、廚房面板等需要耐臟的產(chǎn)品。荷葉的這科結(jié)構(gòu)還能應(yīng)用到哪些領(lǐng)域中?人們還根據(jù)自然界中物體的結(jié)構(gòu)設(shè)計了不同的產(chǎn)品，如圖19所示。二、認(rèn)識結(jié)構(gòu)與力從力學(xué)的角度看，結(jié)構(gòu)是指可承受一定力的物體形態(tài)，結(jié)構(gòu)可以抵抗能引起形狀和大小改變的力。在各種各樣的結(jié)構(gòu)設(shè)計中，人們都需要考慮力的作用，那么結(jié)構(gòu)與力的關(guān)系是怎樣的呢？椅子是我們?nèi)粘Ｉ钪薪?jīng)常使用的家具之一，當(dāng)人坐在椅子上時(圖110)，椅子面需要承受人的重力。椅腿承受椅子自身和人的重力，椅背要能夠承受人體向后的壓力，并保持結(jié)構(gòu)基本不變。為了使椅子在力的作用下，不發(fā)生幾何形狀的過分改變，常用的方法是在椅腿之間增加橫檔，以保持其穩(wěn)固。由此可知，在椅子的設(shè)計中，其結(jié)構(gòu)必須要能夠承受其功能所對應(yīng)的外力。在工程中，將組成各類結(jié)構(gòu)的部件和零件稱為構(gòu)件，如椅面、椅背、椅腿和橫檔就是椅子的構(gòu)件。立即行動1.如圖111所示。橋在承受外力時。它的形狀有明顯的變化嗎?從受力的角度比較圖110椅子和圖111橋的共同之處。2.根據(jù)組成椅子的構(gòu)件及構(gòu)件的含義，分析圖112鋼結(jié)構(gòu)雨棚的構(gòu)件有哪些，這些構(gòu)件的功能是什么，并填入表11中。表11鋼結(jié)構(gòu)雨棚的構(gòu)件功能鋼結(jié)構(gòu)雨棚的構(gòu)件功能通過對椅子、橋梁和鋼結(jié)構(gòu)雨棚受力情況的討論和分析，可以發(fā)現(xiàn)這些結(jié)構(gòu)都具有一定的形狀，都需要承受外力的作用，在一定范圍內(nèi)都具有抵御其形狀改變的能力。物體的結(jié)構(gòu)由其構(gòu)件組成。下面我們通過實(shí)踐活動了解構(gòu)件在受到外力作用時的5種變形形式，即拉伸變形、擠壓變形、剪切變形、彎曲變形和扭曲變形。實(shí)踐請同學(xué)們?nèi)〕鲆粡埣?，折疊成條狀，將紙條看成一個結(jié)構(gòu)的構(gòu)件。觀察在進(jìn)行以下操作時，紙條產(chǎn)生的變形。1.兩手抓住紙條兩端。如圖113a所示同時向外拉伸。2.兩手抓住紙條兩端。如圖113b所示同時向內(nèi)擠壓。3.兩手抓住紙條兩端。如圖113c所示分別向不同的方向旋轉(zhuǎn)。4.將紙條兩端放在分開的兩摞書上，如圖113d所示，將手指放在紙條上，向下用力。5.用兩手的食指和中指夾住紙條(紙條與地而平行)，并緊貼在一起，如圖113e所示，兩手分別向上、向下(與地面垂直)用力。合理的結(jié)構(gòu)設(shè)計，一般要求構(gòu)件能夠承受一定范圍內(nèi)相應(yīng)的力而不至于使構(gòu)件受到破壞。如單杠橫桿要能承受彎曲變形的力(圖114)、桌子要能承受壓力(圖115)、螺絲刀要能承受扭曲變形的力(圖116)、拔河用的繩子要能承受拉力《圖117)。我們使用剪刀時，剪刀的剪切能力越強(qiáng)，則剪切效果越好(圖118)。在我們剛開始設(shè)計結(jié)構(gòu)時，往往較難確定作用在每一個構(gòu)件上的力的形式。而對于一些簡單的結(jié)構(gòu)，我們可試著利用學(xué)過的知識找出哪些力正在起作用。立即行動墻壁懸臂固定籃球架實(shí)物如圖119a所示，從它的簡圖(圖119b)可觀察到拉桿構(gòu)件承受拉力，撐桿構(gòu)件承受壓力。根據(jù)墻壁懸臂固定籃球架構(gòu)件的受力情況，分析圖120索拉橋簡圖的構(gòu)件分別受到什么力。三、了解結(jié)構(gòu)的分類結(jié)構(gòu)的分類多種多樣。從形態(tài)方面考慮，通?？梢詫⒔Y(jié)構(gòu)分成三種基本類型:實(shí)體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)和殼體結(jié)構(gòu)。平遙古城(圖121)、橋墩、鉛球等都是實(shí)體結(jié)構(gòu)，木屋(圖122)、懸索橋鐵架、幼兒學(xué)步車等都是框架結(jié)構(gòu)，汽車車身外殼(圖123)、悉尼歌劇院等都是殼體結(jié)構(gòu)。不同的結(jié)構(gòu)類型具有不同的特征和受力特點(diǎn)。實(shí)踐通過下列技術(shù)試驗(yàn)，分別歸納實(shí)體結(jié)構(gòu)、框架結(jié)構(gòu)和殼體結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)。1.將木塊壘成墻的形狀(圖125).用手分別壓和推木墻。觀察木墻的變形，分折其受力情況。實(shí)體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn):___________________________________2.用木條制作三角形木框和四邊形木框，并采用相同的方法固定。分別對它們進(jìn)行按壓和拉伸試驗(yàn)(圖126)，觀察框架的變形，分析兩種框架結(jié)構(gòu)的受力情況?？蚣芙Y(jié)構(gòu)的特點(diǎn):___________________________________3.取兩張具有一定厚度的紙。一張平放在高度相同的兩摞書上，另外一張彎成弧形，并將紙邊固定(圖127)。分別在這兩種形狀的紙上放相同重物。比較它們受力時的變形情況。殼體結(jié)構(gòu)的特點(diǎn):_____________________________________溫馨提示實(shí)體站構(gòu)利用自身來承受荷載，主要承受壓力?？蚣芙Y(jié)構(gòu)通過條狀物的連接來承受荷載，既能承受壓力又能夠承受拉力。殼體結(jié)構(gòu)通過殼形來傳遞力和承受荷載，特別是當(dāng)殼形頂部受到壓力時它能將力均勻打散。立即行動1.大連貝殼博物館外部為鋼結(jié)構(gòu)殼體，呈現(xiàn)半橢球形(圖128)。試分析殼體結(jié)構(gòu)是如何承受和傳遞力的，可以結(jié)合貝類和硬殼類果實(shí)的形狀進(jìn)行討論。2.圖129為混凝土重力壩。試分析大壩的結(jié)構(gòu)為什么是底寬頂窄的。3.許多結(jié)構(gòu)住往是實(shí)體、框架、殼體等基本結(jié)構(gòu)的組合形式。