第一單元第三節(jié) 簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計
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1、 第一單元 結(jié)構(gòu)與設(shè)計 第三節(jié) 簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計 章 節(jié):第一單元 結(jié)構(gòu)與設(shè)計??? 第三節(jié) 簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計 課??? 時:第一課時 一、教學(xué)目標(biāo) 1. 知識與技能目標(biāo) (1) 理解并鞏固結(jié)構(gòu)的涵義、結(jié)構(gòu)與力之間的關(guān)系。 (2) 能熟練分析一個簡單結(jié)構(gòu)應(yīng)考慮的主要因素。 (3) 能夠?qū)埥Y(jié)構(gòu)實(shí)行合理的結(jié)構(gòu)分析,并設(shè)計一個簡單紙結(jié)構(gòu)。 (4) 能制作一個簡單紙結(jié)構(gòu)模型。 2. 過程與方法目標(biāo) (1) 設(shè)計過程中,能充分理解不同紙結(jié)構(gòu)承重性能的差異。 (2) 在制作過程中,能夠?qū)τ绊懠埥Y(jié)構(gòu)的各個因素實(shí)行合理的分析與恰當(dāng)?shù)男拚? (3) 能制作承重性較好的紙結(jié)構(gòu),
2、體驗(yàn)發(fā)現(xiàn)問題、解決問題的過程。 3. 情感態(tài)度和價值觀目標(biāo) (1) 形成和保持學(xué)生了解結(jié)構(gòu),研究結(jié)構(gòu)的興趣與熱情。 (2) 體驗(yàn)解決問題過程的艱辛和獲得成功的喜悅。 (3) 理解技術(shù)的創(chuàng)造性特征,培養(yǎng)勇于創(chuàng)造的個性。 二、教學(xué)重點(diǎn) 完成簡單紙結(jié)構(gòu)的設(shè)計,選擇合適的紙結(jié)構(gòu)形狀和連接方式搭建紙結(jié)構(gòu)模型。 三、教學(xué)難點(diǎn) 選擇合適的紙結(jié)構(gòu)和連接方式搭建紙橋結(jié)構(gòu)模型。 四、教學(xué)方法 教授、任務(wù)驅(qū)動、小組合作。 五、設(shè)計思想 1. 教材分析 本節(jié)課是第一單元《結(jié)構(gòu)與設(shè)計》第三節(jié)《簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計》。這節(jié)內(nèi)容有兩個方面要求:一是能夠?qū)λ龅慕Y(jié)構(gòu)實(shí)行簡單分析,熟悉設(shè)計一個簡單結(jié)構(gòu)所應(yīng)考
3、慮的主要因素;二是實(shí)行一個簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計,繪制設(shè)計圖并制作模型或原型。分析教材本單元的前后章節(jié)——《常見結(jié)構(gòu)的理解》、《穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析》,這些章節(jié)中涉及到結(jié)構(gòu)與力、結(jié)構(gòu)的類型、結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性、結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度等知識點(diǎn)與本節(jié)課有很強(qiáng)的延續(xù)性,所以本節(jié)課重點(diǎn)應(yīng)放在如何在設(shè)計簡單結(jié)構(gòu)的過程中,結(jié)合這些知識點(diǎn),讓學(xué)生發(fā)揮自己的創(chuàng)造力,設(shè)計出既符合要求又各具特點(diǎn)的簡單結(jié)構(gòu)。 2. 設(shè)計理念 簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計,關(guān)鍵在于這個簡單結(jié)構(gòu)——“載體”的選擇。按照教材上的要求選擇簡易相框的制作,在實(shí)際教學(xué)中很難吸引學(xué)生的興趣。所以必須另選一個新的“載體”來制作簡單結(jié)構(gòu),才能充分調(diào)動學(xué)生積極性和主動性,培養(yǎng)他們對結(jié)構(gòu)設(shè)計的
4、興趣。因?yàn)槭墙Y(jié)構(gòu)設(shè)計,所以我很自然就會考慮到結(jié)構(gòu)的承重,考慮到成本和制作的難易水準(zhǔn),我決定選擇紙材料,設(shè)計能承受一定重量的紙結(jié)構(gòu),放棄木塊等其他材料的結(jié)構(gòu)制作。紙張本身很柔弱,但是用紙張做出來的紙結(jié)構(gòu)卻能承載一定的重量,這充分說明了結(jié)構(gòu)設(shè)計之功效,而且也能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)與力的關(guān)系。同時我要學(xué)生明白,高中同學(xué)制作紙結(jié)構(gòu)要實(shí)行一定的研究,怎么樣才能讓我們設(shè)計的紙結(jié)構(gòu)用紙量少、承載重量高;怎么樣才能設(shè)計出承載比高的紙結(jié)構(gòu)。為此,我們確定了紙結(jié)構(gòu)制作的設(shè)計要求:制作梁式結(jié)構(gòu)的紙板,整個紙結(jié)構(gòu)必須全部使用普通A4(或16K)紙,最終設(shè)計出的紙結(jié)構(gòu)用紙量應(yīng)在3張以內(nèi)。紙結(jié)構(gòu)的連接只允許使用普通的膠水或雙面膠(膠
5、水只能起到輔助連接,不可用來承重,所以不可使用乳膠等)。紙結(jié)構(gòu)在主要受力面內(nèi)應(yīng)滿足幾何不變性,跨度要求15cm以上,寬度7cm以上,放置在2塊等高的木塊上,最低承重要求為一灌滿沙的沙盒(豎直放置于紙板中央保持穩(wěn)定狀態(tài),每個沙盒重約600g),在此基礎(chǔ)上承載比越高越好(可做破壞性試驗(yàn),看壓多少塊沙盒把紙板壓垮)。同時考慮到這堂課為紙結(jié)構(gòu)設(shè)計第一節(jié)課,在讓學(xué)生大致了解紙結(jié)構(gòu)制作過程的同時,讓學(xué)生摸索掌握制作紙結(jié)構(gòu)的技巧,為后面學(xué)生制作紙橋等其他紙結(jié)構(gòu)作好相對應(yīng)準(zhǔn)備。 3. 教學(xué)策略設(shè)計 紙結(jié)構(gòu)設(shè)計的要求并非這節(jié)課才提出,而是在結(jié)構(gòu)設(shè)計的第一節(jié)課就已經(jīng)提出,這樣就能夠讓學(xué)生在學(xué)習(xí)前面知識的同時實(shí)
6、行思考,本節(jié)課則是對紙橋制作實(shí)行具體指導(dǎo)。 (1)首先對紙張的性質(zhì)實(shí)行相對應(yīng)分析,讓學(xué)生掌握紙張的特點(diǎn)——抗拉性能強(qiáng)、抗壓性能弱。 (2)由紙張的特點(diǎn)引出紙結(jié)構(gòu)要承重就必須揚(yáng)長避短,設(shè)計合適的結(jié)構(gòu)提升抗壓性能,才能承受一定的重量。不同結(jié)構(gòu)的承重水平不同,追求的目標(biāo)是紙結(jié)構(gòu)的承載比應(yīng)該盡可能大。 (3)紙結(jié)構(gòu)形狀的選擇很重要,不同結(jié)構(gòu)的紙結(jié)構(gòu)抗壓性能不同,引導(dǎo)學(xué)生自己探討選擇合適的形狀。 (4)紙結(jié)構(gòu)的組合連接方式有多種,好的組合連接能夠有效提升紙板整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。引導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計合適的組合連接方式。 (5)學(xué)生自主設(shè)計承重紙板,分成小組討論后形成小組方案。 (6)小組制作紙板。
7、(7)教師即時介入,通過對比介紹部分小組的作品,引導(dǎo)學(xué)生反思對自己的設(shè)計實(shí)行相對應(yīng)調(diào)整。 (8)在學(xué)生完成作品之后實(shí)行作品的簡單測評,即選擇部分小組作品對其實(shí)行承重測試,對于測試的結(jié)果引導(dǎo)學(xué)生思考如何調(diào)整修改原有設(shè)計。 (9)教師指導(dǎo)學(xué)生思考,紙結(jié)構(gòu)還能有什么應(yīng)用,怎么設(shè)計?(為后續(xù)紙橋制作作準(zhǔn)備) 4. 學(xué)情分析 高中階段的學(xué)生有一定的物理力學(xué)知識和動手實(shí)踐的基礎(chǔ),制作紙結(jié)構(gòu)完成情況應(yīng)該普遍較好。但是因?yàn)槭堑谝淮谓佑|紙結(jié)構(gòu)設(shè)計,很多很好的結(jié)構(gòu)設(shè)計往往在制作過程中會因?yàn)樵O(shè)計與制作的脫節(jié)而“流產(chǎn)”。但是不斷地修正設(shè)計——動手制作的過程本身就是一個良好的創(chuàng)新實(shí)踐過程,在這個過程中每個用心的
8、學(xué)生都能體會到自己設(shè)計的樂趣。限于學(xué)生對紙結(jié)構(gòu)認(rèn)識的不同、掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計水平能力的不同,學(xué)生們最終制作出的紙橋完成設(shè)計要求的結(jié)果差異性也很大。動手能力強(qiáng)、思維靈活的同學(xué)更容易設(shè)計出承載比較高的作品,這樣可以讓他們把自己成功的經(jīng)驗(yàn)向其他同學(xué)們分享。動手能力較弱、思維比較遲緩的同學(xué)可能更多地體驗(yàn)解決問題過程的艱辛,這個過程同樣是一份可貴的經(jīng)驗(yàn),而且他們對結(jié)構(gòu)設(shè)計的理解尤為深刻。 六、教學(xué)準(zhǔn)備 1. 教學(xué)資源的準(zhǔn)備 多媒體教學(xué)設(shè)備、通用技術(shù)專用教室、教學(xué)課件PPT、各類工具、普通A4紙張、膠水等。 2. 教學(xué)課件的準(zhǔn)備 教學(xué)課件比較簡潔,多以直觀的圖片來說明,抓住關(guān)鍵知識點(diǎn),突出中心。 七
9、、教學(xué)過程 1. 提出問題 ([圖片]介紹兩個事例:(1) 一把紙結(jié)構(gòu)制作的椅子上能坐人。 (2) 一位日本設(shè)計師在法國用7.5噸紙?jiān)炝艘蛔垬?,能同時站立20人。 ——引入新課。) 老師提問:平常你所了解紙張的特性是什么?(柔弱)為什么柔弱的紙張搭成的紙椅、紙橋能承受這么重的重量?(由學(xué)生回答中引出)因?yàn)榧堃?、紙橋的結(jié)構(gòu),設(shè)計師設(shè)計的獨(dú)特的結(jié)構(gòu)能承受這樣的重量。我們?nèi)绾蝸碓O(shè)計能承受一定重量的紙結(jié)構(gòu)? 老師:我們來具體研究一下紙張的特性。(板書+課件)對于架在兩個橋墩上的紙板,當(dāng)中間放一個重物比如砝碼,它受到砝碼向下的壓力以外,還受到兩橋墩向上的支持力。綜合作用下橋面會發(fā)生彎曲形變
10、,并產(chǎn)生相應(yīng)的應(yīng)力。在彎曲的過程中,紙橋的上表面處于彎曲的內(nèi)層,受到向內(nèi)的擠壓力;紙橋的下表面處于彎曲的外層,受到向外的拉力(如圖);紙橋的兩個側(cè)面由于上下受力方向不同,必然會彎曲。 (引出結(jié)論)紙本身具有較強(qiáng)的抗拉能力,但抵抗壓力能力很弱。也就是說,在紙板承受砝碼重力的時候,首先被破壞而出現(xiàn)折痕的是受到擠壓力的上表面,這是我們最不愿意看到的。因此,要想紙橋能夠承受一定的重量,設(shè)計合理的承重結(jié)構(gòu),就必須揚(yáng)長避短,提高紙張的抗壓能力,發(fā)揮紙張的抗拉能力,如何做到這一點(diǎn)呢? 2. 理論探究 老師:在日常生活中,紙張的拉力表現(xiàn)得非常驚人。用紙張的一端掛上重物(可用兩塊磁鐵吸引夾住紙張),拉
11、住紙張的另一端可以輕松將重物提起。而同時,紙張的抗壓能力相對來說表現(xiàn)的極為特殊。將一張紙立在桌子上是很困難的,但是把它折一下,或者卷成圓形,不但能立起來,而且還能在上面壓一小塊重物,也就是說,通過折邊或卷成圓弧形可以提高紙張的抗壓能力。由此,可得出結(jié)論:選擇一個合理的截面形狀對于整個紙結(jié)構(gòu)有著舉足輕重的作用。合理的截面形狀是構(gòu)成整個紙結(jié)構(gòu)構(gòu)件的關(guān)鍵。 (課件展示[圖片]——一些典型紙結(jié)構(gòu)的形狀) (老師引導(dǎo)學(xué)生思考:)什么樣形狀的紙結(jié)構(gòu)抗壓能力強(qiáng)?承載比更大? (板書對幾種基本形狀的紙結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析) 老師:了解了紙橋構(gòu)件的基本情況,我們再來了解一下構(gòu)件的連接。合理的構(gòu)件連接方式能有
12、效提高整個紙橋結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。 (課件展示[圖片]——一些典型紙結(jié)構(gòu)的組合連接) (老師引導(dǎo)學(xué)生思考:)什么樣的構(gòu)件組合連接方式更牢固?更能提高整體結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度? 3. 拓展思維 老師:談了這么多紙結(jié)構(gòu)的形狀和組合連接,有一個問題擺在我們面前:紙橋構(gòu)件的形狀和組合連接,如何合理搭配,才能盡可能滿足我們紙橋設(shè)計的要求,提高紙橋結(jié)構(gòu)的承載比? (請學(xué)生按照設(shè)計要求設(shè)計紙板結(jié)構(gòu)模型,在學(xué)案上畫出草圖) 4. 實(shí)踐活動 老師:我們探討了紙張的特性,簡單分析了紙結(jié)構(gòu)的形狀和組合連接,也自己設(shè)計了紙板結(jié)構(gòu)模型。下面讓我們自己來制作一下簡單的普通紙板結(jié)構(gòu)模型。 (同桌兩同學(xué)為一小組,以小組為單位開
13、始制作) (圖示幾種簡單紙結(jié)構(gòu)的制作過程) (學(xué)生動手制作,老師在旁邊進(jìn)行觀察指導(dǎo)) 5. 學(xué)生反思 (選擇幾個小組的作品進(jìn)行簡單評述) 老師:大家都選擇了不同設(shè)計方案來制作簡單紙板結(jié)構(gòu)模型,我們來看看這個小組的同學(xué)設(shè)計制作的簡單紙橋模型,他們采用的主要是什么結(jié)構(gòu)形狀?如何組合連接的?(學(xué)生思考回答)能不能再加以改進(jìn)?如何改進(jìn)? (讓學(xué)生根據(jù)情況對自己作品進(jìn)行深入思考,加以改進(jìn)。各組同學(xué)之間可以適當(dāng)交流經(jīng)驗(yàn),取長補(bǔ)短) 6. 測試評價 (挑選幾組學(xué)生的作品進(jìn)行承重破壞性測試——在紙板的中央,依次放上沙盒,直到紙板結(jié)構(gòu)發(fā)生形變破壞,記下相應(yīng)砝碼重量。) 7. 教師指導(dǎo) 老師與
14、學(xué)生綜合評價:**小組的簡單紙橋結(jié)構(gòu)承重性能最強(qiáng)。(為什么最強(qiáng)?) 引導(dǎo)學(xué)生思考:這個小組選擇的是怎樣的構(gòu)件形狀?構(gòu)件的連接如何?怎么搭配的? 老師:今天這堂課,我們自己動手制作了簡單紙橋結(jié)構(gòu)模型,雖然只是一個簡單的結(jié)構(gòu)設(shè)計。但是我們體驗(yàn)到了結(jié)構(gòu)設(shè)計的嚴(yán)謹(jǐn)與美感。最后因?yàn)闀r間的原因,我們僅僅選取了幾組同學(xué)的作品來進(jìn)行測試,盡管我們做的只是最普通的紙橋結(jié)構(gòu)模型,但是我們依然可以看到同學(xué)們對結(jié)構(gòu)設(shè)計的熱情與興趣。很多同學(xué)的設(shè)計很有想法,但是還不是盡善盡美,還有可以改進(jìn)的地方,希望同學(xué)們課后能相互探討,獨(dú)立思考、協(xié)作完成更好的結(jié)構(gòu)作品。 ? 八、教學(xué)反思 這節(jié)課選擇了學(xué)生比較感興趣的“載體
15、”,所以學(xué)生參與程度和熱情相當(dāng)高,教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)掌握得也比較扎實(shí)。然而,實(shí)際制作中,還有很多不足,總結(jié)一下有這樣幾點(diǎn): 1. 學(xué)生掌握的結(jié)構(gòu)設(shè)計思想與方法與動手實(shí)踐能力總有差異。盡管設(shè)計的方案很好,實(shí)際制作的時候很難把設(shè)計的意圖完全貫徹到紙橋制作過程中去。 2. 學(xué)生動手過程中,但是制作的工藝水準(zhǔn)普遍不是很高,直接影響了整個紙結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度。 3. 給予學(xué)生思考的時間還是短了很多,學(xué)生在課堂上面能體現(xiàn)出的好的結(jié)構(gòu)設(shè)計并不多,需要課后深入思考后才能有更好的作品制作出來。 4. 囿于老師自身的技術(shù)水平,不可能對每個學(xué)生提出的問題做出最準(zhǔn)確的指導(dǎo)。很多學(xué)生提出的問題只能依靠自身摸索,最后得到的結(jié)果也未必是最好的解決方案。
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