高中通用技術課程“棚室屋架結構分析”教學實踐

【摘 要】本文論述高中通用技術課程“棚室屋架結構分析”教學，提出“課堂引入—知識講解—知識拓展—實踐訓練”的教學流程，在教學活動中做好充分的授課準備，注重多媒體技術的應用，并在課堂上與學生積極互動，使學生掌握棚室屋架中各個結構的受力特點，進一步提升學生的學習體驗，為其今后進行結構的合理設計與制作奠定堅實基礎。

【關鍵詞】高中通用技術課程 棚室屋架結構 教學實踐 知識拓展 實踐訓練

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2021）22-0053-02

“棚室屋架結構分析”是高中通用技術課程中的重要內容，這一部分知識較為抽象，需要學生聯系物理學科的知識點進行學習。在教學中為避免學生學習產生枯燥感，激活通用技術課堂，使學生全身心地投入學習活動中，教師應結合課程授課經驗，制訂一套高效的教學流程，保證教學目標的順利達成。本文從“課堂引入—知識講解—知識拓展—實踐訓練”的流程實施教學，旨在高效地完成課堂授課目標。

一、課堂引入

在教學活動中為更好地吸引學生的注意力，教師應結合本節課的教學內容，創新課堂引入方法，提高學生學習的新鮮感，使其更加認真主動地聽課。例如，教師可以在課堂上向學生展示圖片、播放相關的視頻等，給學生帶來視覺沖擊，進一步加深其印象。在進行“棚室屋架結構分析”教學時，教師可以在網絡上搜索相關的資源，運用多媒體技術展示給學生看。如在課堂上展示北方各種類型的棚室，尤其播放北方菜農們建造塑料棚的相關視頻，使學生對塑料棚的建造過程有一個大致的了解，同時介紹塑料棚的重要作用，即能夠提供溫度適宜的環境，突破溫度的限制種植各類蔬菜。在課堂上設計如下問題要求學生思考：（1）塑料棚由哪些部分構成？（2）各個部分運用了哪些結構？（3）各個部分的受力特點是怎樣的？在學生思考的過程中，教師可以運用多媒體大屏幕為他們展示課本中的“棚室屋架的構成”圖，給學生以指引，降低學生思考問題的難度，提高其學習的自信心。

通過觀看大屏幕上展示的內容，學生可清晰地看到棚室的屋面主要由前坡面和后坡面構成，整個屋面由梁承托，而各梁又由立柱與后墻支撐。很多學生通過思考認為在設計各個部分時需要對結構進行受力分析。但是，大部分學生對各個結構的受力特點認識并不清楚，此時可自然地引入要講解的知識點。

學生對信息技術較為感興趣，因此在課堂引入中依托信息技術為學生播放相關的視頻、展示相關的圖片，可以很好地增加課堂的趣味性。結果顯示，學生在課堂上表現得非常積極，尤其是與設計相關的問題驅使學生思考，進一步加深了其印象。

二、知識講解

在設計與建造棚室時需要正確處理經濟投入與實現功能之間的關系，只有將棚室各個部分的經濟投入控制在合理水平，才能獲得更大的經濟效益。這就要根據實際情況來設計棚室的結構。顯然在設計棚室結構時需要匯總與分析其承受的荷載類型。棚室的各個結構承受的荷載類型主要分為恒載與活載。為使學生更好地理解這兩個概念，既要注重理論知識的剖析，又要列舉具體的實例。如恒載指的是施加在棚室結構上基本不變的力，如棚室中相關結構的自身重力不會隨著時間的變化而變化，為恒載。而雪載、風載等是變化的，為活載。其中柱和墻承載恒載與雪載的壓力。另外，風載受風方向的影響較大，但是根據所學的物理知識，可將風載分解為垂直于立柱方向上的力以及沿立柱向下的力。

（一）立柱受力的講解

為使學生更加直觀清晰地看到立柱的受力情況，教師可以用大屏幕為學生播放相關的教學課件，以動畫的形式展現立柱的受力情況。學生通過觀看視頻可清晰地看到立柱受到壓力，會發生壓縮變形，而垂直于立柱方向上的力會產生彎矩，使其發生彎曲變形，因此要想保證棚室的穩定性需要立柱具備一定的抗壓、抗彎性能。

（二）梁受力的講解

在承受荷載上棚室中的梁也發揮著極其重要的作用。為使學生更好地理解梁的受力情況，課堂上可要求學生做相關的小實驗，即用書將直尺的兩邊墊起來，而后在直尺上施加重物，要求學生認真觀察直尺。通過小實驗，學生可清晰地看到隨著直尺上重物的增加，直尺向下彎曲越來越嚴重。而后在課堂上為學生預留一定的空白時間，要求學生思考直尺中上下兩個部分的受力情況。因學生已經學習物理上的受力分析知識，學生經過積極思考，認真討論出了正確的結果，即直尺的上部因重物壓力的存在而被擠壓，下部受拉而出現彎曲。直尺上重物的重力，則會傳遞給兩邊的書。當學生認識到這一點后，再為學生講解棚室梁的受力情況，學生會更加容易理解。完成該部分知識學習后，教師提出問題：“為防止梁出現較大的彎曲，可采用哪些辦法解決呢？”顯然最為簡單易行的辦法是在梁的下面增加支撐點，更好地分攤梁傳遞的力。

（三）拱結構的講解

課堂上可結合棚室的結構圖，提問學生：“為什么棚室的頂蓋要設計成向外凸出的曲線？”教師要求學生結合自身的生活經驗進行回答。根據生活經驗，將棚室的頂蓋設計成拱結構，這樣雪不容易累積在上面，從而能夠在一定程度上減少雪載的影響。但是拱結構的受力特點又是怎樣的呢？此時可為學生講解閱讀材料中“拱的受力”內容。同時，為使學生更加清晰地了解拱內部的受力情況，課堂上可運用多媒體技術為學生播放相關的動畫，直觀地展示出拱內部的受力情況。學生通過觀看動畫可清晰地看到拱在豎向荷載作用下的水平反力方向指向內，從而抵消一部分彎矩。因此，與水平梁相比，拱結構能夠跨越更大的寬度。另外，為使學生更好地關注生活中的拱結構，可要求其聯系生活，思考哪些事物中存在拱結構。學生發現生活中很多事物都運用了拱結構，如橋洞多設計成拱形的、窯洞的門也設計成拱形的，等等。教學中為使學生更好地掌握拱的結構形式，可結合棚室圖片為學生剖析棚室拱結構的構成，使學生認識到棚室的拱結構由彎曲的曲面以及支撐結構構成，而支撐結構主要是通過兩個鉸進行連接的，為兩鉸拱。不僅如此，根據鉸的多少，還分為三鉸拱、無鉸拱，并要求學生課下查閱相關的資料，了解三種拱結構形式的優點以及區別。

三、知識拓展

課堂上學生雖然已掌握了棚室中梁結構的受力特點，但是其抗變形能力和哪些因素有關，在工程中可采用哪些方法提高梁的抗變形能力等知識，學生并不理解。為更好地開闊學生的視野，教師可為學生講解課本中閱讀材料“梁的受力與變形”“梁的受力與平衡知識”。

在進行該部分知識講解中，為更好地加深學生印象，增加學習的趣味性，教師可采用“小實驗+多媒體”的方式進行授課。課堂上為學生準備長度和厚度不同的竹片、若干砝碼、鋼尺、直尺、細線等材料，要求學生自己設計實驗分別探究：（1）竹片變形量和竹片長的關系;（2）竹片變形量和垂直方向尺寸的關系;（3）不同材質，受到相同荷載的變形情況;（4）竹片變形量和荷載位置的關系。

課堂上將班級學生分成若干小組，以小組為單位設計實驗進行探究。其中，在探究竹片變形量和竹片長的關系時為控制變量，選取厚度相同、長度不同的竹片，使用書本墊兩端，而后均在竹片的中間位置放上數量相同的砝碼，觀察、使用直尺測量兩個竹片的形變量。同時，改變砝碼質量進行多次實驗，并做好實驗數據的統計。在探究竹片變形量和垂直方向尺寸的關系時使用兩個長度相同、厚度不同的竹片，在相同位置放上數量相同的砝碼進行實驗。探究不同材質受到相同荷載的變形情況時，使用長度相同的竹片和鋼尺，分別在相同位置放上數量相同的砝碼，觀察竹片和鋼尺的變形情況。探究竹片變形量和荷載位置的關系時，選擇一個竹片，在其不同位置放上數量相同的荷載，觀察、測量其形變量。學生通過實驗，認真分析實驗數據，不難得出如下定性實驗結果：荷載相同的條件下竹片越長，變形越大;竹片垂直方向上的尺寸越大，越不容易變形;材料的彈性系數不同，變形程度也不同。荷載越靠近竹片的中心，變形量越大。課堂上運用多媒體技術展示梁變形的規律，使學生認識到梁變形的規律和實驗中的結果一致。在工程中混凝土和石材雖然具有較強的抗壓能力，但抗拉能力較弱，因此常常在梁的下邊布設鋼筋，以增強梁的抗拉能力，避免其出現裂縫。

另外，在講解“梁的平衡與受力情況”內容時，可要求學生認真回顧物理中“物體的平衡”知識，使其認識到要想保持梁的平衡，應確保其在各個方向上的受力平衡。在三維坐標軸中受力應滿足，彎矩應滿足：，如此梁才不會發生位移和旋轉。

四、實踐訓練

為進一步幫助學生鞏固所學知識，提高學生運用所學知識分析相關結構的能力，注重聯系學生生活，為其布置相關的實踐任務，鼓勵學生開展相關的實踐訓練活動。如要求學生認真觀察身邊的事物，選擇某一事物，分析其構成以及不同的結構的受力情況，并提出可行的加固方案。如一些學生以操場上的籃球架為例，對其結構進行分析，得出籃球架主要由底座、彎梁、力臂、伸臂、籃板等構成。其中立臂起到支撐的作用，相當于立柱。同時，因籃板、籃筐等荷載的作用產生彎矩。為保證籃球架的穩定性，需要增加立柱的直徑。同時，將底座加大，并在后側增加拉桿，防止其發生翻轉。教學中教師認真檢查學生實踐任務的完成情況，并根據學生的實踐任務完成質量，做出合理的評價，尤其給予學生針對性地鼓勵，使其嘗到實踐的成就感，在提升其學習體驗的同時，進一步增強學生學以致用的能力。

“棚室屋架結構分析”在高中通用技術課程中占有重要地位。教學中教師應對該部分知識進行整體把握，并結合自身授課經驗，制訂詳細的授課計劃，按照課堂引入、知識講解、知識拓展、實踐訓練等流程開展教學，教學的過程中既注重信息技術的應用，也鼓勵學生親自動手做相關的小實驗。課堂上學生認真聽講、積極討論，牢固地掌握了所學知識，并通過實踐訓練進一步增強其分析結構受力情況的能力，達到了預期的授課目標。

【參考文獻】

[1]顏麗華.信息化背景下高中通用技術課程的融合研究[J].數碼世界，2021（4）.

[2]祝偉新.高中通用技術“結構與力學”的實踐思考[J].內蒙古教育（職教版），2016（12）.

[3]郭廣倫.高中通用技術項目式教學實踐研究[J].教師博覽（科研版），2019（12）.

[4]周麗娜.情景教學法在高中通用技術教學中的應用[J].新課程（中學），2019（11）.

[5]王冰.情景教學法在高中通用技術教學中的應用[J].學周刊，2019（12）.

[6]孫偉斌.關于高中通用技術教學探索與實踐的思考[J].考試與評價，2019（3）.

[7]徐楊慧.高中通用技術課堂實踐活動項目探究[J].明日風尚，2018（19）.

[8]漆黎.高中通用技術教學實施及問題之研究[J].考試周刊，2018（37）.

【作者簡介】覃福軍（1979— ），男，壯族，廣西東蘭人，中學一級教師，研究方向為高中信息技術和通用技術。

（責編 李 言）