第一章 结构与设计
第一节 常见结构的认识
世界上任何事物都存在结构，结构多种多样且决定着事物存在的性质。本节内容通过放映蜂窝、鹰的身体等结构图，通过对自然界中形形色色的结构的分析和研究,使学生明白“结构是指事物的各个组成部分之间的有序搭配和排列”。要让学生知道为什么要学习“结构与设计”，自然界中形形色色的结构给了人们无限的创造灵感和启示。人们将其成果应用到技术领域,是为了更好地服务于人类。本课时还要讲解构件的基本受力形式：拉力、压力、剪切力、扭转力和弯曲力，讲解应力概念。从认识常见的结构开始，通过学生熟悉的事例，展开技术视野中的力与结构讨论。让学生进行压力试验，如比较不同形状的纸板承受压力的大小试验、鸡蛋或乒乓球承压试验等，通过有趣的小试验，强化对不同类型结构的特点的理解。不要求学生作进一步的结构受力分析，不要求画结构的受力图。
教学重点是结构概念，教学难点是学生对应力概念的理解。
教学目标：
1、了解结构的含义。
2、从力学的角度了解结构的概念。
3、了解结构的类型，能对简单的结构实例进行分类。
4、通过学习“鹰眼与导弹跟踪系统”等案例，激发学生的学习激情和兴趣。
课时安排：2课时。
教学过程：
一、无处不在的结构：
引导学生观察结构图，分析蜂窝、鹰的身体的结构。
要求学生说出蜂窝、鹰的身体结构的优点在哪里。
1、结构的含义
结构是指事物内部的组成、排列及其相互之间的关系。在技术领域，结构是指物体的各组成部分之间的搭配和排列，确定的搭配和排列决定了物体的性质和形态。结构的各组成部分，通常称为构件。例：人体结构，分子结构，阶级结构，文章的结构，汽车结构，桌子结构，地球结构等。
结构的本质：物体会受到各种各样的力，结构是可承受一定力的架构形态，可用来抵抗引起形态和大小改变的力。简单地说，结构是为了承受力和抵抗变形，这便是结构的本质。
让学生阅读案例：
鹰眼与导弹跟踪系统。
让学生思考：
⑴阅读案例以后，你最想说的是什么？
⑵为什么要研究结构？
2、为什么要学习结构？
系统的功能对其结构有着绝对的依赖性。所以有人说，结构不仅是事物存在的形式，更是事物特性的依据。
在自然界，相同的物质，不同的结构，表现出不同特性的现象处处可见。
⑴同样是水，有液态、气态、固态；
⑵同样是碳，但有最硬的固体金刚石和最软的固体石墨存在；
⑶化学有机物结构不同性质不同（色素）；
⑷同样的六个字“这个人表现好”“这个人好表现”，但因排列不同，就形成了一褒一贬；
⑸用同样的材料，做出的结构不同的小板凳就会有不同的特性，有的稳，有的不稳；
⑹各种材料组成结构可以使“死的”材料变成“活的”机器。如：发动机、电子计算机……
结构不合理就会产生严重的后果，如桥断、屋塌……所以我们应学习结构，将来去创造结构。
3、什么是工程结构？
工程结构是指能承受和传递外加载荷的承力系统，包括杆、板、壳等构件及其组合体。也就是说，工程结构可以是单个的构件，如：一根杆，一块板，一条绳，也可以是一个由不同构件组合起来的组合体。如：一座桥，一张桌子，一架飞机等，它们都可以叫做工程结构。技术课主要研究工程结构，简称结构。
4、几个重要概念
⑴铰接：桁架全由三角形组成，接头全为旋转接头，称为铰接。
⑵架构：物体的主体框架与构造形式。
⑶构件：组成结构的各组成部分。可以是一个零件，也可以是多个零件的组合。
二、结构与力
从力学角度来说，结构是指可承受一定力的架构形态，它可以抵抗能引起形状和大小改变的力。
当一个结构受到外力作用时，内部各质点之间的相互作用会发生改变，产生一种抵抗的力，称为内力。应力是构件的单位横截面上所产生的内力。当应力达到某一极限时，结构就会遭到破坏。
（一）受力形式
工程结构承受的外力有各种各样，但以它们对结构的影响来说，主要有以下几种。
1、拉力：结构承受拉伸时，作用在结构（经常称为拉杆）上的力是一对方向相反，作用线与拉杆轴线重合的集中力，方向背离杆的底面。其受力实例是吊车的吊绳。
2、压力：结构承受压缩时，作用在结构（习惯上称为压杆）上的力是一对方向相反，作用线与压杆轴线重合的集中力，方向指向杆的底面。如液压机的顶杆工作时就是受压。
3、剪力：结构在受剪切时，结构所承受的力是分别作用在构件相对的两个面上，方向相反，作用线错开微小距离的两个平行力。连接剪刀两个部分的销钉在剪刀工作时就是承受的剪切力，其受力模型如图。
4、扭转力：承受扭转的构件一般都称为轴。它承受的外力是一对作用在轴两端面内，转向相反的力偶矩。
5、弯曲力：承受弯曲载荷的构件，一般称为梁。梁在承受弯曲时，受力情况比较复杂，其中一种载荷叫做弯矩。它是作用在过梁的轴线且与横截面垂直的平面内的力偶矩。其作用力是使梁产生弯曲变形。
（二）结构受载荷实例：
任何结构承受的外载荷，都是拉、压、剪、扭、弯中的一种或几种的组合。工程结构的主要功能就是承受和传递各种形式的外载荷，保证结构的可靠工作。
1、秋千的吊索，主要承受拉力；
2、桥梁的桥墩，主要承受压力；
3、连接齿轮和轴的键，主要承受剪力；
4、汽车方向盘的轴，主要承受扭力；
5、单杠的杠体（上面的横杠），主要受弯力；
6、吊扇旋转，吊杆主要受扭力和拉力；
为了保证结构的正常工作，这些构件必须有对于主要载荷的足够的承载能力。这是结构设计中必须考虑的重要问题。
（三）典型结构分析
1、单杠结构分析
⑴各部分名称：杠体，立柱和拉杆。（为什么做成这样的结构？）
⑵杠体的受力与变形：杠体总是朝着人体所在的瞬间位置的方向上发生弯曲。——弯曲力
⑶立柱、拉杆的受力与变形：
立柱：静止时受压力；当人在运动时，对立柱产生弯矩M，使立柱弯曲变形。——怎样做才能保持单杠稳定？
拉杆：人在运动时，拉杆起到辅助立柱抗变形作用。
2、棚室屋架结构分析
⑴棚室荷载与立柱受力：永久性荷载（不随时间变化而变化的荷载）和可变性荷载（随情况变化而变化的荷载）。
⑵梁的受力：梁的上部，受压力，材料被挤压；下部，受张力，材料被拉伸。防止弯曲变形大的方法：增加支撑点。
⑶拱结构的应用
拱结构：中间高四周低，呈弧形的曲面。
应用：在跨度较大的情况下，建筑物多采用拱结构。这样的结构既有利于承载，又美观。
三、常见结构的类型（从力学的架构与形态考虑）
1、实心结构
⑴实心结构通常是指结构体本身是实心的结构。房屋的墙体、水库的大坝、古代的城墙等，都属于实心结构。
⑵几何特征及受力：几何外形简单，通常有杆（柱）、板、体等之分。它的受力特点是能承受较大的力，外力分布在整个体积中。
2、框架结构
⑴框架结构通常是指结构体由细长的构件组成的结构。教室的门窗常用木框架，蔬菜大棚的棚体、建筑用脚手架、输电铁塔等都是框架结构。
⑵组成：由梁、柱、杆、管等组成，也有用板件组成的。这里的杆或板，可以是实心的，也可以是管材。
⑶几何特征及受力：几何外形较为复杂，其特点是支撑空间而不充满空间，能承受垂直和水平荷载。依据功能和使用条件的不同，可以设置成不同框架的组合。
3、壳体结构
⑴常见物品：饮水杯、文具盒、装甲车、油罐、鸡蛋、西瓜……
⑵结构特征：壳体内空时，受力合理、形态稳定。壳的几何形状有折线式（方形、长方形、多边形）的、圆弧形的和拱形的等。
⑶受力特点：壳受冲击力时，外力由弧面整体分担承受，抵抗变形。
4、组合结构
⑴在日常生活中我们常见的结构大部分都是组合结构，如：大坝都是拱形和实心结构的组合体；圆顶大厦的顶部都是框架结构和壳体结构的组合（又叫球形空间桁架结构）。
⑵结构的类型种种：缆索结构、桁架结构、空间桁架结构、球形空间桁架结构等。
⑶组合结构的受力：复杂（这是大学结构力学将要学习的）。
思考、马上行动、练习和综合实践活动，为学生学习的形成性评价提供了可能，根据学生练习过程中的反馈信息，评价学生和调整课堂教学。
第二节 稳固结构的探析
一、教材分析
1.本节课的内容及地位
课标要求：能通过技术实验分析影响结构的强度和稳定性的因素并写出实验报告。
选用教材：这节课选用的是苏教版高中通用技术《技术与设计2》。本节课第一章第二节，课题是“稳固结构的探析”，
主要内容：结构的稳定性、影响结构稳定性的因素。
教材地位：本节内容在《结构和设计》中起着举足轻重的作用，通过本节课的学习不仅可使学生对结构的基础知识有更深的认识和理解，而且也为以后结构的强度、结构的设计等的教学打好基础。
2.教学目标
知识与技能目标：
1.理解什么是结构的稳定性
2.能通过技术实验分析影响结构稳定性和强度的因素
过程与方法目标：
能够通过观察生活和技术实验，对简单的结构进行稳定性分析，解释它稳定或者不稳定的原因，在技术设计时能充分考虑影响结构稳定的各种因素，解决所设计结构的稳定性问题。
情感态度与价值观目标：
1.形成和保持对技术问题的敏感性和探究欲望
2.熟悉从事技术活动必须具备的品质，形成良好的合作和交流的态度
3.教学重点
理解影响结构稳定的主要因素
4.教学难点
学会利用所学知识对简单的结构进行稳定性分析，解释它稳定或者不稳定的原因，在技术设计时能充分考虑影响结构稳定的各种因素，解决所设计结构的稳定性问题。
二、教学对象分析
学生通过第一章前面两节课的学习，已经对结构的受力分析、结构的类型等有了初步的了解和认识，而且在日常生活中，学生已经有了稳定这类前概念，知道它是对物体的某方面性能的一种描述和评价，只是还没有上升到科学的程度，还没有系统化。高二年级的学生有较强的动手实践能力，并具备一定的探究学习能力和相关的学科基础知识。因此如果从实验入手，引导学生在解释相关现象的同时探究原理，应该是可行的。
三、教法
实验法 激发学生的学习兴趣，进入理论的学习
讨论法 从日常例子引导学生，让学生自由展开对原理的讨论和理解
讲解法 结合多媒体课件，由浅入深地解释影响结构稳定性的各种因素
演示法 教师的讲解辅助以简单的演示，加深学生的理解
四、学法
自主学习
学生通过自主学习和独立思考，初步了解结构的稳定性的含义和影响结构稳定性的因素。
探究学习
动手实验贯穿整个课堂教学过程，在实验中学生动手、动脑，主动探究得出结论，获得新知。
小组讨论
小组讨论融合了集体的智慧。既能让学生各抒己见，也能让他们学会从别人的观点中得到启发，加深理解。
五、教学策略
以“建构主义学习理论”为指导，让学生经历体验、观察、思考和分析，完成知识的自我建构
设计简单易行且有代表性的技术实验，让学生在合作、探究中完成学习任务
充分利用学案，有效的引导学生的自主学习
六、教学过程
| 教学环节 | 教学内容设计 | 设计意图 |
| 事件导入
| 以造成22人受伤、64人遇难的湖南湘西自治州凤凰县境内的一座在建大桥垮塌事件作导入，指出结构稳固性的重要性，引出结构的稳定性的含义。 | 让学生进入一定的问题情境，激发学习的热情和积极性 |
|
新知获取 | 探究实验：动手做一做，满瓶水和半瓶水，在受到一定的外力干预的时候哪一个更稳定呢？ | 让学生通过动手实验确认半瓶水比满瓶水更加稳定，从而得出重心高低影响结构稳定性的结论 |
| 深入探讨： 落地扇的底座为什么做的比较重？ 不倒翁为什么不会倒？怎样可以让不倒翁倒下呢？ | 强化学生对重心高低影响结构稳定性的理解，并学会通过改变重心的高低改变结构的稳定性。 | |
| 演示实验： 几块小积木，整齐堆放时稳如泰山；从底下每块都往一边慢慢抽动，结果会怎么样呢？ | 通过演示实验，使学生明确不只重心位置的高低，而且重心所在点的垂线是否在底面范围内也影响结构的稳定性。 | |
| 合作交流： 探讨比萨斜塔为什么斜而不倒？ | 让学生加深对“重心的垂线位置”影响结构的稳定性的理解。 | |
| 探究实验： 动手做一做，如何将一本书直立起来？
| 从一个有趣的小实验入手，引导学生主动地去思考和讨论，得出结构的稳定性与支撑面的面积大小有关的结论。 | |
| 合作交流： 让学生分析为什么大坝的横截面是建成梯形的？ 为什么许多课桌椅的支撑脚要做成往外倾斜？ | 引导学生利用所学知识解释生活中的现象，加深对接触面的面积大小影响结构的稳定性的理解。 | |
| 观察思考： 摄像机用的支撑架为什么是三脚架？ 你还发现了哪些结构中存在着三角形？ | 引导学生观察实物，并进行思考和分析，得出结构的形状影响结构的稳定性的结论。 | |
| 点拨升华
| 案例分析 单脚支撑架的倾斜度如何影响自行车的稳定性？ 自行车在行驶的过程中是如何保持稳定的？
| 让学生明确影响结构稳定性的因素是相关联的，需要综合考虑各种因素来讨论结构的稳定性；物体在静止状态与运动状态下的稳定性的条件也是不同的，深化对前面学习的结构稳定性的影响因素的理解。 |
| 小结巩固
| 让学生自主阅读学案上的知识网络部分，回顾本节课的学习内容 学生做学案中巩固提高部分的题目，教师巡视指导，及时了解学生的掌握情况 | 让学生回顾梳理所学知识，通过做学案上精心编制的题目达到巩固提高的目的
|
| 拓展延伸
| 设立以下问题供学生课后交流讨论： 赵州桥历经1400多年的风雨仍巍然屹立，而今天一座刚建成未使用的大桥却出现坍塌，两者对比会带给你什么样的思考呢？请同学们收集有关资料，并进行分析总结，下节课讨论交流。 | 作为课后的内容拓展，加深对本课所学内容的理解。并在潜移默化中培养学生严谨和安全而又负责地参加技术活动的品质。
|
第三节 简单结构的设计
教学目标：组织学生设计一个简单产品，并小结所设计的产品的特点。
教学内容：
1.利用袜子制作丝网花
2.结合上一节课所学的“结构设计应考虑的主要因素”，评价个人的作品特点。
教学重点：学会从不同角度分析个人作品应考虑的特点。
教学难点：尝试改良一些简单物品的设计，因地制宜地选择材料改良产品的功能。
课时数：1课时
一、尝试改良一些简单物品的设计
动手制作：①洗衣粉袋子的环保利用；
人们使用完洗衣粉后，洗衣粉包装袋往往被丢进垃圾桶，这些袋子能不能再充当一次实物利用呢？
答案是可以，但必须对袋子进行改装。
准备工具：剪刀、透明绞、针线、尺子
设计过程：
Ⅰ把洗衣粉袋子洗干净并晾干，用剪刀剪掉袋子的提带部分（用尺子划一条水平线）。
Ⅱ把提带分成2部分，各取
Ⅲ在袋子的上边缘处，取2个对称点，用于放置一条提带边的位置，用透明绞粘贴（不牢因用针线缝）。
设计此环节的目的：通过技术设计活动，培养学生的探究能力和敢于创新、善于创造的精神和能力，使学生的创造潜能得到良好的引导和有效的开发，使学生的实践能力得到进一步的发展。
②塑料袋子的改良。
实践：用两只笔在纸上画出一个圆，不允许用圆形的物品代替。
二、设计简单结构——用袜子制作丝网花
1.教师演示制作丝网花的过程
⑴设计准备：
制作材料：铁丝（绿色和黄色）、有颜色的袜子、纺织线、花蕊、花梗、绞带
工具：剪刀、钳子
⑵设计项目：设计一束丝网花
⑶完成方式：单独完成
⑷设计要求
①具有一定装饰性，有欣赏价值； ②物品的结构简单，不易造成安全事故
③成本不高于5元
④具有一定的稳定性和强度，花蕊固定在花梗上叶子连接在花梗上牢固；5朵花瓣不易松动。
⑤一根花梗上至少有2朵花，3片叶子。
⑸设计分析
“鲜花”的结构设计分为几部分完成：
1）花蕊的设计
花蕊是一朵花的灵魂，有了它才能体现出花的灵性，但花蕊不能随意转动。设计中需要考虑：
①花蕊的数目有限，应使其看起来很多。
②花蕊、铁丝和花梗之间的连接
2）花瓣、叶子的设计
花瓣是花的重要家庭成员，叶子衬托鲜花，设计中，需要考虑：
①花瓣的颜色应鲜艳，叶子的颜色应是绿色； ②“骨架”能支撑起一定弹度的丝袜；
③制作花瓣的形状一般小于叶子的形状； ④铁丝能随决折弯，但不能折断；
⑤铁丝的长度一定，不构成危险因素
3.花朵的设计
由于花朵一定要连接在花梗上，此处采用固定连接，在设计中需要考虑：
①先制作花蕊，一般用8个花蕊（4根对折），用铁丝圈住，再用线固定，花蕊制作好后，固定在花梗的顶端，最后用刚连接方式，最后用绞带绑住花蕊的多余部分。
②花瓣采用5片组成一朵，每固定一片叶子，用纺织线绑紧，注意后一张叶子要压在前一张叶子后面，把它们绕成一个圈。为了美观，最好用绞带绑紧。
2.学生尝试设计作品（课余时间完成）
完成方式：6-7个学生合作完成。
3.作品展示（学生作品）
评价作品，从结构设计应考虑的主要因素进行评价，
4.布置任务：写一份试验报告或心得体会。（课余时间完成）
第四节 经典结构的欣赏
| 教 学
目 标 | 1、能够从文化和技术两个角度欣赏建筑及其结构； 2、经历不同地域、民族、文化等典型建筑结构的欣赏，学会对比、类比、归纳等思维方法； 3、通过欣赏各种各样的建筑，感受结构的美。 | |||
| 教 学 重 难 点 及 对 策 | 重点：文化、技术对建筑结构的影响 | |||
| 教 学 过 程 设 计 | ||||
| 教学内容 | 教学过程 | 学生活动 | 备注 | |
| 一、引入
二、新课
三、小结及拓展 | 【过渡2’】前面我们学习了有关结构的知识，从了解结构到探究结构，还进行了结构的简单设计。这一节是“结构与设计”的最后一个内容，我们将学习如何欣赏结构。
一、预备知识。( 【提问】如何赏析设计作品？（以建筑为例） 【回答】可以从文化和技术两个角度： 文化：具体包括民族特色、历史性、时代性、艺术性等方面； 技术：包括结构使用功能的实现、结构的稳固耐用、结构造型设计的创意和表现力、材料使用的合理性、工艺制造的精湛程度等。
二、经典结构的欣赏 1、中西经典结构赏析( ⑴以故宫作为中国古典代表建筑。 文化：汉族文化的代表。建筑色彩以朱墙黄顶为主，表现皇帝的威严。屋顶的飞檐结构减轻了建筑大屋顶的沉重感，既增添了飞动轻快的美感，同时又体现了高贵华美的风韵，丰富了建筑文化。 技术：采用了典型的木结构建筑形式。木结构建筑主要采用榫卯连接，其特点是取材容易，运输便捷，加工简单，建造速度快。屋顶的飞檐结构扩大了采光面，有利于排泄雨水。 *补充：从宫殿的造型曲线看，汉魏的风格朴素，隋唐的风格豪放，两宋的风格舒展纤巧，而明清的风格则严谨方正。 【图片】苏州园林、岳阳楼 ⑵以圣彼得大教堂作为西方古典代表建筑。 文化：体现了明显的文艺复兴时期提倡的古典主义形式，主要特征是罗马式的圆顶穹窿、希腊式的石柱以及平的过梁相结合，是典型的哥特式教堂。整个教堂采用巨大的石材结构，象征着不朽和永恒。 技术：穹顶直径为 【视频】德国科隆教堂、比利时布鲁塞尔广场、法国巴黎圣母院、荷兰阿姆斯特丹 ⑶中西古典建筑对比。 A文化： 中国式古典建筑，通过复杂的柱、梁、檩等结构工艺，实现“五步一楼、十步一阁”的意境，从而形成一种具有深度空间的庭院或庭园式建筑形式。 西洋式古典建筑则以体势雄豪宏壮争胜。通过巨大的岩石堆垒与雕刻，以单体建筑自身的巨大穹顶、高廊伟柱，从而形成一种立体布局的壮伟的城堡式结构。 中国的古典建筑沉静幽思，欧洲的古典建筑雄壮奔放。 B技术： 中国的建筑以土木结构为主体，可以说，从原始社会末期起，一脉相承，形成了一种独特的风格。 西方建筑，从埃及和巴比伦到希腊罗马的花岗岩、大理石体建筑，到近代、现代的钢筋混凝土和合金金属建筑，同样一脉相承，形成了另一种独特的西方艺术风格。 *补充：西方古代建筑风格的源头只有一个，那就是罗马。 西方古代建筑大多使用石头作材料，由于石头有很好的抗压能力，而抗拉性较差，这就决定了西方古代建筑必然产生以抗压为主的构造形式，如拱、墙、柱等。这些构造形式在西方古代建筑中用得特别多，直到18世纪都没有大的变化。 *补充：19世纪三种新建筑材料的出现，为现代建筑奠定了发展的基础。
2、中国民间建筑赏析( ⑴吊脚楼 文化：南岭山地文化。苗族、水族、侗族、瑶族、土族等少数民族居住的干栏式建筑。这种楼房往往依山傍水建成，体现人与自然的和谐。 技术：选择坡度较为平缓的地方，一半平整土地，另一半依据山势用长短不一的杉木柱头支撑，架木铺板，与挖平的屋场地合为一个平坦的整体，再在此整体上建房。这样子房屋下部被架空，可以通风避潮和防止野兽的侵害，适应山区潮湿多雨而且炎热的气候。 ⑵客家土楼【视频】 ⑶各地区民居【图片】 *补充： 四合院式建筑： 代表汉族文化。这种布局适合中国古代社会的宗法和礼教制度，便于安排家庭成员的住所，使尊卑、长幼、男女、主仆之间有明显的区别。紫禁城就是中国最大的一个四合院。 西关大屋： A西关大屋可以说是集工艺美术之大成，把木雕、石雕、砖雕、陶雕、灰塑、壁雕、石景、玻璃通花、铁通花、蚀刻玻璃等民间传统手工艺，都应用到室内装修方面。清代流行这么一句谚语“苏州样，广州匠”。 B重视风水。“炕”为单位，一般为11或17炕，取“生”和“老”。另外，装饰花纹采用最多的是道教的八仙符号和佛教的符号，这也体现了广州居民的宗教信仰。
小结及拓展 1、学习了如何从文化、技术两个角度欣赏结构。 2、浏览相关网页和资料，了解有关建筑结构的知识。 | 回忆
思考 | | |
关闭窗口
打印文档
