結(jié)構(gòu)穩(wěn)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?guī)斐蓡T，市優(yōu)質(zhì)課一等獎獲得者，市教學能手，莘縣優(yōu)秀教師、縣教學先進個人。先后主持和參與多項省市級規(guī)劃課題，在2019山東省新教材培訓中執(zhí)教公開課，在《中國信息技術(shù)教育》《中小學德育》等國家級期刊公開發(fā)表多篇論文，在《考試報》《現(xiàn)代教育報》等省級專業(yè)報紙發(fā)表多篇學術(shù)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(shù)百人次。

教學背景

技術(shù)教育是素質(zhì)教育的基本組成部分，是學生技術(shù)素養(yǎng)形成的重要途徑，對實施國家創(chuàng)新驅(qū)動發(fā)展戰(zhàn)略、弘揚中華優(yōu)秀傳統(tǒng)文化和提高全民技術(shù)素養(yǎng)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(fā)展工程思維和創(chuàng)造能力;有助于學生圖樣表達和物化能力的培養(yǎng)，提高解決技術(shù)問題的綜合能力;有助于增強學生對技術(shù)文化的理解，形成良好的技術(shù)理性和個性品質(zhì)。

本節(jié)課是對結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素進行了探究，教師通過剖析實際案例講解結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性在現(xiàn)實生活中的應(yīng)用，最后的“一展身手”環(huán)節(jié)檢驗學生本節(jié)課的學習成果。

教學目標

通過技術(shù)實驗，使學生了解影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素;通過實驗探究，培養(yǎng)學生的觀察分析能力和運用本節(jié)課知識分析、解決實際問題的能力;通過對本節(jié)教材內(nèi)容的學習，提高學生對結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計的意識，激發(fā)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的含義;了解并學會分析影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素。

教學難點 區(qū)分“接觸面”與“支撐面”;運用影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)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(zhì)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(jié)構(gòu)看上去傾斜不穩(wěn)，可實際上卻是穩(wěn)定的呢？”

學生思考并討論。

教師展示課題：結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的探究。

設(shè)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(gòu)建

教師用課件展示結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的定義：結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在負載的作用下，維持其原有平衡狀態(tài)的能力。

學生理解定義，消化并吸收新知識，建構(gòu)新的知識地圖。

設(shè)計意圖：通過舉例幫助學生理解定義。

三、實驗探究

1.結(jié)構(gòu)穩(wěn)定與重心高低的關(guān)系

師：同等質(zhì)量的裝有水的瓶子與裝沙子的瓶子哪個更穩(wěn)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(jié)論：結(jié)構(gòu)重心越低越穩(wěn)定。教師引導學生發(fā)散思維，列舉生活實例論證結(jié)論。

教師展示人爬梯子晃動的視頻，以此驗證結(jié)論。

設(shè)計意圖：學生動手實踐探究結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性與重心位置高低的關(guān)系，自然得出實驗結(jié)論，水到渠成。

2.結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與支撐面的關(guān)系

師：飲料瓶在正立和倒立兩種狀態(tài)下，我們對其施加同樣的力，哪一種狀態(tài)下飲料瓶更穩(wěn)定？

教師向?qū)W生展示瓶子底部，引導學生區(qū)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性與支撐面積大小的關(guān)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(wěn)定性，得出結(jié)論：桌面支撐面積越大越穩(wěn)定，越小越不穩(wěn)定。

設(shè)計意圖：讓學生通過自己的實踐探索，發(fā)現(xiàn)答案。

3.失去平衡的本質(zhì)

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(wěn)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(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的前提條件：重心所在的垂線落在結(jié)構(gòu)支撐面的范圍內(nèi)。

設(shè)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(fā)現(xiàn)了失去平衡的本質(zhì)，培養(yǎng)了探究能力。

4.合作探究

師：三角形、四邊形結(jié)構(gòu)的框架形狀哪個比較穩(wěn)定呢？

學生動手制作三角形、四邊形結(jié)構(gòu)，并比較其穩(wěn)定性，如圖7。

教師總結(jié)：結(jié)構(gòu)的框架形狀不同，其穩(wěn)定性也不同，一般三角形框架結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定。

5.知識拓展

師：除了穩(wěn)定性，生活中還有哪些不穩(wěn)定性的應(yīng)用呢？

學生思考并討論。

教師總結(jié)：伸縮門、折疊椅、升降臺、活動掛架等都是不穩(wěn)定性的應(yīng)用。

設(shè)計意圖：培養(yǎng)學生的逆向思維和創(chuàng)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(jié)構(gòu)。擺出的結(jié)構(gòu)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(shè)計并展示，如圖8，展示過程中說出理論依據(jù)，加深對課題的理解。

四、課后拓展

教師簡單地回顧本節(jié)課內(nèi)容，幫助學生消化課堂教學知識，并布置作業(yè)：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(yīng)用于生活。

教學反思

本課采用了啟發(fā)式和探究式的教學方法，教學過程中充分發(fā)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(xiàn)，體現(xiàn)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。