結構穩定性探究

張記存 山東省特級教師工作坊成員，山東省聊城市莘縣實驗高級中學教師，聊城市評委專家庫成員，市優質課一等獎獲得者，市教學能手，莘縣優秀教師、縣教學先進個人。先后主持和參與多項省市級規劃課題，在2019山東省新教材培訓中執教公開課，在《中國信息技術教育》《中小學德育》等國家級期刊公開發表多篇論文，在《考試報》《現代教育報》等省級專業報紙發表多篇學術文章。輔導的學生獲得國家獎項2人次，省級獎項50多人次，市級獎項數百人次。

教學背景

技術教育是素質教育的基本組成部分，是學生技術素養形成的重要途徑，對實施國家創新驅動發展戰略、弘揚中華優秀傳統文化和提高全民技術素養都具有重要的作用，有助于強化學生手腦并用與知行合一，發展工程思維和創造能力;有助于學生圖樣表達和物化能力的培養，提高解決技術問題的綜合能力;有助于增強學生對技術文化的理解，形成良好的技術理性和個性品質。

本節課是對結構穩定性的探究，在講課過程中，學生通過探究實驗、實例展示、討論、小組合作等方式對影響結構穩定性的因素進行了探究，教師通過剖析實際案例講解結構穩定性在現實生活中的應用，最后的“一展身手”環節檢驗學生本節課的學習成果。

教學目標

通過技術實驗，使學生了解影響結構穩定性的主要因素;通過實驗探究，培養學生的觀察分析能力和運用本節課知識分析、解決實際問題的能力;通過對本節教材內容的學習，提高學生對結構穩定性設計的意識，激發他們的學習興趣，促進學生間的相互交流與合作。

教學重點與難點

教學重點 理解結構穩定性的含義;了解并學會分析影響結構穩定性的主要因素。

教學難點 區分“接觸面”與“支撐面”;運用影響結構穩定性的主要因素分析來解決生活中的實際問題。

教學準備

教師：教學課件、重心偏移演示儀。

學生：每人一份實驗報告;一組同等質量裝有水的瓶子與裝沙子的瓶子;一組塑料小桌子（桌腿可以移動）;一組10支一次性筷子和幾條皮筋;一組20張撲克牌。

教學過程

一、新課導入

教師展示黃山飛來石與W形建筑的圖片，如圖1，提出問題：“為什么有些結構看上去傾斜不穩，可實際上卻是穩定的呢？”

學生思考并討論。

教師展示課題：結構穩定性的探究。

設計意圖：通過圖片對比，吸引學生興趣，學生很容易進入教學主題。

二、知識構建

教師用課件展示結構穩定性的定義：結構的穩定性是指結構在負載的作用下，維持其原有平衡狀態的能力。

學生理解定義，消化并吸收新知識，建構新的知識地圖。

設計意圖：通過舉例幫助學生理解定義。

三、實驗探究

1.結構穩定與重心高低的關系

師：同等質量的裝有水的瓶子與裝沙子的瓶子哪個更穩定？如圖2，請大家仔細觀察并做記錄。

學生動手操作實驗，認真觀察得出結論：結構重心越低越穩定。教師引導學生發散思維，列舉生活實例論證結論。

教師展示人爬梯子晃動的視頻，以此驗證結論。

設計意圖：學生動手實踐探究結構的穩定性與重心位置高低的關系，自然得出實驗結論，水到渠成。

2.結構穩定性與支撐面的關系

師：飲料瓶在正立和倒立兩種狀態下，我們對其施加同樣的力，哪一種狀態下飲料瓶更穩定？

教師向學生展示瓶子底部，引導學生區分“接觸面”和“支撐面”，如圖3。接觸面是物體與地面接觸的面，支撐面是物體與地面接觸點的連線與地面形成的面。支撐面面積大于等于接觸面面積。

教師指導學生親身體驗，改變塑料小桌桌子腿的位置，探究結構穩定性與支撐面積大小的關系，如圖4。

它們的接觸面積雖然是相同的，但是形成的支撐面積卻截然不同，接觸面積是紅色四個腿的面積，支撐面積是藍色矩形的面積，如圖5。

學生開始測試不同支撐面積小桌的穩定性，得出結論：桌面支撐面積越大越穩定，越小越不穩定。

設計意圖：讓學生通過自己的實踐探索，發現答案。

3.失去平衡的本質

在一名學生的保護下，另一名學生嘗試前傾身體，體驗身體前傾時是否能保持穩定。

教師用長方體木架演示當重心超出支撐面后，木架是否傾倒，如圖6。學生觀看教師演示，得出結構穩定性的前提條件：重心所在的垂線落在結構支撐面的范圍內。

設計意圖：學生共同體驗探究，不僅享受到實驗的樂趣，而且通過簡單的實踐發現了失去平衡的本質，培養了探究能力。

4.合作探究

師：三角形、四邊形結構的框架形狀哪個比較穩定呢？

學生動手制作三角形、四邊形結構，并比較其穩定性，如圖7。

教師總結：結構的框架形狀不同，其穩定性也不同，一般三角形框架結構更穩定。

5.知識拓展

師：除了穩定性，生活中還有哪些不穩定性的應用呢？

學生思考并討論。

教師總結：伸縮門、折疊椅、升降臺、活動掛架等都是不穩定性的應用。

設計意圖：培養學生的逆向思維和創新意識。

6.一展身手

教師給每組學生準備20張撲克牌，要求他們合作擺出一種撲克牌結構。擺出的結構不限，但不能借助其他工具（如透明膠、工具等），且要能承受一個鉤碼的重量，堆得最高并且能堅持10秒的小組獲勝。

學生以小組為單位完成設計并展示，如圖8，展示過程中說出理論依據，加深對課題的理解。

四、課后拓展

教師簡單地回顧本節課內容，幫助學生消化課堂教學知識，并布置作業：每位學生回家用雞蛋自制一個簡單的不倒翁。鞏固和升華學生掌握的知識，讓學生將所學應用于生活。

教學反思

本課采用了啟發式和探究式的教學方法，教學過程中充分發揮了教師的主導作用，探究實驗、實例展示、討論、小組合作等教學方式的靈活運用，讓學生的主體地位得以充分表現，體現了“教師引導、學生自主學習、自主探究”的教學理念。整堂課學生參與度高、氣氛活躍、寓教于樂，學生在各種教學活動中提煉知識點，并把學到的知識用于解決實際的生活問題。