1.3結(jié)構(gòu)設(shè)計教案-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)計第三節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計教學(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，深入實施科教興國戰(zhàn)略、人才強國戰(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、蒸汽機時代直到當(dāng)今的信息時代，技術(shù)進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也是技術(shù)發(fā)明的成果。認識技術(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)：通過結(jié)構(gòu)設(shè)計要求的學(xué)習(xí)，結(jié)合設(shè)計一般原則，初步了解結(jié)構(gòu)設(shè)計作用。通過橋模型的結(jié)構(gòu)設(shè)計的學(xué)習(xí)，熟悉設(shè)計的一般過程，培養(yǎng)學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計思路、檢測和優(yōu)化設(shè)計方案，通過交流和評價來提高學(xué)生結(jié)構(gòu)設(shè)計的能力。經(jīng)歷將基礎(chǔ)知識應(yīng)用于技術(shù)實踐和創(chuàng)新的過程，同學(xué)們會養(yǎng)成實事求是、精益求精的習(xí)慣，能運用規(guī)范的技術(shù)語言和設(shè)計制作方法去解決一些實際的技術(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)計和操作實踐為主要特征，培養(yǎng)同學(xué)們的實踐能力和創(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)，但是都沒有認真的對結(jié)構(gòu)進行分析探究。教學(xué)重難點:重點:明白結(jié)構(gòu)設(shè)計目標(biāo)和要求。掌握結(jié)構(gòu)設(shè)計一般過程。難點:實物案例設(shè)計、優(yōu)化與模型制作。教學(xué)策略:本節(jié)課教學(xué)主要由教師通過實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第一章第三節(jié)結(jié)構(gòu)設(shè)計。趙州橋（圖168），又稱安濟橋，是世界上現(xiàn)存最早、跨度最長的園弧形單孔敞肩型石拱橋。趙州橋的設(shè)計具有許多特點:它的結(jié)構(gòu)是世界橋梁史上首創(chuàng)的敞拱結(jié)構(gòu)。趙州橋的設(shè)計把以往橋梁建筑中采用的實肩（用石料等填充密實）拱改為敞肩拱，即在大拱兩端各并列設(shè)置兩個小拱，小拱疊于大拱之上，這種做法具有優(yōu)異的技術(shù)性能。首先，可以提高泄洪能力，減輕洪水對橋的沖擊力，保證大橋的安全。其次，敞肩拱比實肩拱節(jié)省了大量土石材料，減輕了橋身自重，減少橋身對橋臺、橋基的垂直壓力和水平推力，增加橋梁的穩(wěn)定性。采用圓弧拱形式，打破了中國石橋多為半圓形拱的傳統(tǒng)。中國古代石橋拱形大多為平圓形，適用于跨度比較小的橋梁，大跨度的橋梁若選用平圓形拱，就會造成拱頂過高、橋高坡高、車馬行人過橋非常不便等。圓弧拱形式使石拱高度大大降低，這祥就實現(xiàn)了低橋面和大跨度的雙重目的，橋面過橋平穩(wěn)，車輛和行人過橋都非常方便。采取了單孔長跨的形式，河心不立橋墩。改變了傳統(tǒng)橋梁建筑中較長的橋梁所采用的每孔跨度小、坡度平緩的多孔形式，克服了橋墩多不利于舟船航行、妨礙洪水排泄以及橋墩長期受水流沖擊、侵蝕容易塌毀的缺點。總之，趙州橋的設(shè)計與傳統(tǒng)石拱橋相比，在經(jīng)濟性、適用性、美觀性等方面都有了明顯的改善和提高。導(dǎo)學(xué)思考趙州橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計增加了橋梁的穩(wěn)定性，保證了大橋的安全性，方便了車輛、行人通行。趙州橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計給了你哪些啟發(fā)?在《普通高中教科書通用技術(shù)必修術(shù)與設(shè)計1》的學(xué)習(xí)中，同學(xué)們已經(jīng)知道了什么是設(shè)計、設(shè)計的一般過程，并掌握了設(shè)計的基本思想和方法。結(jié)構(gòu)設(shè)計屬于設(shè)計的一種類型，它必須遭循一般的設(shè)計方法和過程。結(jié)構(gòu)設(shè)計不但要考慮它的功能要求，還必須考慮它的受力情況、穩(wěn)定性、強度、連接方式和材料選擇等。除此之外，進行結(jié)構(gòu)設(shè)計還要從實用、安全、經(jīng)濟，美觀和人性化等角度綜合考慮，并且繪制設(shè)計圖樣等。案例防燙鍋蓋扳手的發(fā)明有一次，我喝完礦泉水之后，拿著礦泉水瓶上的綠色方便夾（圖169），發(fā)現(xiàn)其結(jié)構(gòu)設(shè)計得很巧妙:把卡口往瓶口上一卡，再夾在皮帶上，水瓶就掉不下桌了。方便夾的結(jié)構(gòu)很特別，它能否用在別的地方呢？有一天，我發(fā)現(xiàn)媽媽用抹布包住鍋蓋組掀起鍋蓋時，不小心燙傷了手。在心疼媽媽的同時，我靈機一動:能不能用礦泉水瓶的方便夾從鍋蓋紐的兩側(cè)提起鍋蓋呢？但仔細一想并不十分合適。首先，方便夾是塑料做的，不耐高溫；其次，手拿著方便夾的一瑞垂直向上提起鍋蓋，手會被上升的水蒸氣燙傷。用怎樣的結(jié)構(gòu)和材科才合適呢？我試著用木板、鐵片、竹于制作，效果都不理想，且不易加工，制作難度大?？紤]了許久，我先用細鐵絲做出幾種不同的結(jié)構(gòu)，經(jīng)過多次改進，最后改用不銹鋼絲代替細鐵絲，并確定為如圖170的結(jié)構(gòu):前瑞(鍋蓋組的卡口)呈彎曲上翹的V形，如同張開的兩只手指；后端是不銹鋼把手。在試用中又對以下幾方面進行了改進:V形卡口的大小、弧度、深淺要根據(jù)鍋蓋鈕的大小進行調(diào)整；把手的寬窄、長短要合話，用起來要方便。不銹鋼把手傳熱快，需用塑料扁電線將把手纏繞起來以便隔熱。至此，發(fā)明就完成了(圖171、圖172）。以上是一名中學(xué)生的發(fā)明過程，本設(shè)計獲得國家專利和全國首屆中小學(xué)勞動技術(shù)創(chuàng)新作品邀請賽銀獎、全國第十三屆發(fā)明展覽會銅獎。這名同學(xué)的發(fā)明故事告訴我們:結(jié)構(gòu)設(shè)計與發(fā)明并不神秘，我們要有創(chuàng)新意識，在日常生活中多觀察、多思考、多動手:在設(shè)計與實踐中善于發(fā)現(xiàn)向題和解決問題，不怕困難和失敗，經(jīng)過不懈的努力才能成功。實踐以小組為單位，通過結(jié)構(gòu)設(shè)計實戰(zhàn)活動，進一步掌握前面所學(xué)的內(nèi)容。要求形成設(shè)計方案，繪制簡單的設(shè)計圖紙，做出模型，并寫出設(shè)計和制作報告。設(shè)計1模型橋的結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計及制作目標(biāo)（1）用木條制作橋梁模型，結(jié)內(nèi)形式不限。要求結(jié)構(gòu)也設(shè)計合理，造型美觀。（2）在跨度不小于30cm的前提下，橋長不限；要求橋孔高度不低于15cm，橋面寬度不小于8cm，承重物的質(zhì)量不小于500g，承重時同15s以上。（3）在滿足目標(biāo)及要求的前提下，荷載的質(zhì)量與橋自身質(zhì)量的比例越大越好。材料與連接方式模型利料以木條為主，粗繩、細繩為輔，連接方式不限。模型恢型是根據(jù)實物、設(shè)計圖紙，按比例制成的與實物相似的一種物體。它可以用來檢驗設(shè)計思路，對設(shè)計進行修改，有助于更多地了解與模型相似的實物，將會遇到什么情況和出現(xiàn)什么問題，因此模型在設(shè)計計程中也被廣泛采用。制訂設(shè)計方案收集和整理信息在設(shè)計模型橋之前，先收集一些橋梁的資料，分析這些橋梁的結(jié)構(gòu)類型后再進行設(shè)計。發(fā)現(xiàn)問題橋面受到壓力時會彎曲變形，如果把作用在橋面上的力傳遞到其他地方，就可以避免橋面過分彎曲變形。橋梁結(jié)構(gòu)類型的選擇了解以下各種橋梁結(jié)構(gòu)（圖113至圖16）（參見教材P30）的特點，并進行簡單的受力分析。不同類型的橋具有不同的結(jié)構(gòu)，但是總的設(shè)計目的都是一樣的——防止橋過度彎曲變形。部分橋梁結(jié)構(gòu)類型鋼索斜拉橋:橋上的鋼索直接承載橋面的荷載，并將這一荷載傳導(dǎo)至塔架和橋墩。懸索橋:橋面通過吊纜系于粗懸索上，懸索末端固定于堤岸，懸索將荷載傳導(dǎo)至系懸索的塔架。討論1.橋梁為什么會做成以上的結(jié)構(gòu)形式?2.小組合作，初步形成設(shè)計方案，并說明原因。3.怎祥使橋梁模型的自重輕且承載力大。綜合小組成員的意見，形成本小組的設(shè)計方案。繪制設(shè)計圖將橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計繪制成圖紙。橋的圖紙包括:模型草圖、主視圖、側(cè)視圖、俯視圖、構(gòu)件圖，組裝圖。草圖用工程草圖和模型表達思想是工程設(shè)計中的重要組成部分。草圖通?？梢院芎玫胤从钞a(chǎn)品的外觀，是一種表達創(chuàng)意的方式，它能把設(shè)計思路變成一種可以與別人交流的直觀形式。圖形在表達物體的尺寸、形狀及功能方面甚至比語言更有效。2.制作模型橋挑選木板，將木板按照構(gòu)件圖尺寸要求進行鋸割、打磨和切削；制作橋的各部分構(gòu)件；將構(gòu)件組合成橋身。3.檢測、優(yōu)化和改進設(shè)計（1）對模型橋進行承載試驗。請同學(xué)們自行設(shè)計檢測模型橋的試驗方案和評定標(biāo)準，以便按照同一標(biāo)準對模型橋進行評定。（2）基于檢測和評價的結(jié)果，對設(shè)計方案進行優(yōu)化和改進。提示橋梁設(shè)計優(yōu)化主要考慮減少橋面的彎曲變形程成和盡量減輕橋自身的質(zhì)量。4.交流與評價(1)將每組設(shè)計和制作的模型橋放在一起，參考表17對各組設(shè)計的模型橋進行評價。可接優(yōu)秀、良好、合格、待改進四個等級來評分，分別用4分、3分、2分、1分來表示（表格中的欄目可自行增減）。表17各組模型橋評價項目模型橋1模型橋2模型橋3模型橋4……橋孔跨度/cm橋孔高度/cm承重/kg橋體自身質(zhì)量/kg連接方式承重物的質(zhì)量/kg強度和穩(wěn)定性造型美觀（2）比較各模型橋的評價，列出它們的優(yōu)點和不足，并提出改進建議（表18）。表18各組模型橋優(yōu)塊點評價模型橋優(yōu)點缺點進建議模型橋1模型橋2模型橋3模型橋4設(shè)設(shè)計2一個懸掛重物的結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計及制作目標(biāo)設(shè)計一個懸掛重物的結(jié)構(gòu)，并制作一個紙質(zhì)模型，使其達到以下要求:(1)至少能懸掛質(zhì)量為100g的重物，所懸掛的重物質(zhì)量越大越好。(2)懸掛物的底面距離支撐面越遠越好。(3)紙質(zhì)模型所使用的材料越輕越好。(4)該結(jié)構(gòu)能支撐懸掛物至少保持15s，保持時間越長越好。制作材料廢舊報紙、砝碼、剪刀、直尺、雙面膠等。設(shè)計思路觀察公園里的秋千，制作有一個支架和一個水平橫軸的結(jié)構(gòu)。什么樣的結(jié)構(gòu)才能便支架穩(wěn)定、承載力強，水平橫軸不易彎析?怎祥才能便柔軟的紙變硬呢?用紙設(shè)計制作一個基掛結(jié)構(gòu)，可從以下四個方面考慮:(1)與結(jié)構(gòu)重心的位置有關(guān)，重心越高，穩(wěn)定性越差，反之，穩(wěn)定性越好。(2)與結(jié)構(gòu)支撐面面積有關(guān)，底部支撐面面積越大，其結(jié)構(gòu)就越穩(wěn)定。設(shè)計時一般選擇上小下大的結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)整體的重心低，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。(3)與支撐跨度有關(guān)，紙質(zhì)水平橫軸上的兩支撐點距離越遠，能承受的壓力也越小。(4)與紙質(zhì)水平橫軸的制作方法和形大有關(guān)，紙越厚其牢固性越強，承受力也越大。設(shè)計3自選內(nèi)容的結(jié)構(gòu)設(shè)計設(shè)計及制作目標(biāo)根據(jù)本章前幾節(jié)給出的椅子、A形鋁梯、三腳架等結(jié)構(gòu)，結(jié)合生活中的實際需求，發(fā)揮自己的想象或通過調(diào)研等，設(shè)計自己認為有用的產(chǎn)品。要求(1)每個小組制訂兩個以上的方案，并比較和權(quán)衡，確定最滿意的方案。(2)提交設(shè)計報告和設(shè)計草圖，最好畫出模型或原型。討論、思考、形成小論文。每位同學(xué)組織一篇小作文，可以從不同的方面進行展開。完成后，與同學(xué)們進行討論、分享。課后作業(yè)1.下面有關(guān)橋梁結(jié)構(gòu)設(shè)計的說法正確嗎？試分析原因。(1)不同的橋梁結(jié)構(gòu)，其設(shè)計的目的都是要防止矯正過度彎曲變形。(2)在設(shè)計橋梁時，為了使橋梁穩(wěn)固可以盡量增加橋自身的質(zhì)量。2.對于可稱動的籃球架，為了保證打球人