高中通用技術(shù)課程“棚室屋架結(jié)構(gòu)分析”教學(xué)實(shí)踐

【摘 要】本文論述高中通用技術(shù)課程“棚室屋架結(jié)構(gòu)分析”教學(xué)，提出“課堂引入—知識(shí)講解—知識(shí)拓展—實(shí)踐訓(xùn)練”的教學(xué)流程，在教學(xué)活動(dòng)中做好充分的授課準(zhǔn)備，注重多媒體技術(shù)的應(yīng)用，并在課堂上與學(xué)生積極互動(dòng)，使學(xué)生掌握棚室屋架中各個(gè)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，進(jìn)一步提升學(xué)生的學(xué)習(xí)體驗(yàn)，為其今后進(jìn)行結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計(jì)與制作奠定堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】高中通用技術(shù)課程 棚室屋架結(jié)構(gòu) 教學(xué)實(shí)踐 知識(shí)拓展 實(shí)踐訓(xùn)練

【中圖分類號(hào)】G? 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A

【文章編號(hào)】0450-9889（2021）22-0053-02

“棚室屋架結(jié)構(gòu)分析”是高中通用技術(shù)課程中的重要內(nèi)容，這一部分知識(shí)較為抽象，需要學(xué)生聯(lián)系物理學(xué)科的知識(shí)點(diǎn)進(jìn)行學(xué)習(xí)。在教學(xué)中為避免學(xué)生學(xué)習(xí)產(chǎn)生枯燥感，激活通用技術(shù)課堂，使學(xué)生全身心地投入學(xué)習(xí)活動(dòng)中，教師應(yīng)結(jié)合課程授課經(jīng)驗(yàn)，制訂一套高效的教學(xué)流程，保證教學(xué)目標(biāo)的順利達(dá)成。本文從“課堂引入—知識(shí)講解—知識(shí)拓展—實(shí)踐訓(xùn)練”的流程實(shí)施教學(xué)，旨在高效地完成課堂授課目標(biāo)。

一、課堂引入

在教學(xué)活動(dòng)中為更好地吸引學(xué)生的注意力，教師應(yīng)結(jié)合本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)新課堂引入方法，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的新鮮感，使其更加認(rèn)真主動(dòng)地聽課。例如，教師可以在課堂上向?qū)W生展示圖片、播放相關(guān)的視頻等，給學(xué)生帶來(lái)視覺(jué)沖擊，進(jìn)一步加深其印象。在進(jìn)行“棚室屋架結(jié)構(gòu)分析”教學(xué)時(shí)，教師可以在網(wǎng)絡(luò)上搜索相關(guān)的資源，運(yùn)用多媒體技術(shù)展示給學(xué)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(nóng)們建造塑料棚的相關(guān)視頻，使學(xué)生對(duì)塑料棚的建造過(guò)程有一個(gè)大致的了解，同時(shí)介紹塑料棚的重要作用，即能夠提供溫度適宜的環(huán)境，突破溫度的限制種植各類蔬菜。在課堂上設(shè)計(jì)如下問(wèn)題要求學(xué)生思考：（1）塑料棚由哪些部分構(gòu)成？（2）各個(gè)部分運(yùn)用了哪些結(jié)構(gòu)？（3）各個(gè)部分的受力特點(diǎn)是怎樣的？在學(xué)生思考的過(guò)程中，教師可以運(yùn)用多媒體大屏幕為他們展示課本中的“棚室屋架的構(gòu)成”圖，給學(xué)生以指引，降低學(xué)生思考問(wèn)題的難度，提高其學(xué)習(xí)的自信心。

通過(guò)觀看大屏幕上展示的內(nèi)容，學(xué)生可清晰地看到棚室的屋面主要由前坡面和后坡面構(gòu)成，整個(gè)屋面由梁承托，而各梁又由立柱與后墻支撐。很多學(xué)生通過(guò)思考認(rèn)為在設(shè)計(jì)各個(gè)部分時(shí)需要對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行受力分析。但是，大部分學(xué)生對(duì)各個(gè)結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)認(rèn)識(shí)并不清楚，此時(shí)可自然地引入要講解的知識(shí)點(diǎn)。

學(xué)生對(duì)信息技術(shù)較為感興趣，因此在課堂引入中依托信息技術(shù)為學(xué)生播放相關(guān)的視頻、展示相關(guān)的圖片，可以很好地增加課堂的趣味性。結(jié)果顯示，學(xué)生在課堂上表現(xiàn)得非常積極，尤其是與設(shè)計(jì)相關(guān)的問(wèn)題驅(qū)使學(xué)生思考，進(jìn)一步加深了其印象。

二、知識(shí)講解

在設(shè)計(jì)與建造棚室時(shí)需要正確處理經(jīng)濟(jì)投入與實(shí)現(xiàn)功能之間的關(guān)系，只有將棚室各個(gè)部分的經(jīng)濟(jì)投入控制在合理水平，才能獲得更大的經(jīng)濟(jì)效益。這就要根據(jù)實(shí)際情況來(lái)設(shè)計(jì)棚室的結(jié)構(gòu)。顯然在設(shè)計(jì)棚室結(jié)構(gòu)時(shí)需要匯總與分析其承受的荷載類型。棚室的各個(gè)結(jié)構(gòu)承受的荷載類型主要分為恒載與活載。為使學(xué)生更好地理解這兩個(gè)概念，既要注重理論知識(shí)的剖析，又要列舉具體的實(shí)例。如恒載指的是施加在棚室結(jié)構(gòu)上基本不變的力，如棚室中相關(guān)結(jié)構(gòu)的自身重力不會(huì)隨著時(shí)間的變化而變化，為恒載。而雪載、風(fēng)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(fēng)載受風(fēng)方向的影響較大，但是根據(jù)所學(xué)的物理知識(shí)，可將風(fēng)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(xué)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(xué)生播放相關(guān)的教學(xué)課件，以動(dòng)畫的形式展現(xiàn)立柱的受力情況。學(xué)生通過(guò)觀看視頻可清晰地看到立柱受到壓力，會(huì)發(fā)生壓縮變形，而垂直于立柱方向上的力會(huì)產(chǎn)生彎矩，使其發(fā)生彎曲變形，因此要想保證棚室的穩(wěn)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(fā)揮著極其重要的作用。為使學(xué)生更好地理解梁的受力情況，課堂上可要求學(xué)生做相關(guān)的小實(shí)驗(yàn)，即用書將直尺的兩邊墊起來(lái)，而后在直尺上施加重物，要求學(xué)生認(rèn)真觀察直尺。通過(guò)小實(shí)驗(yàn)，學(xué)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(lái)越嚴(yán)重。而后在課堂上為學(xué)生預(yù)留一定的空白時(shí)間，要求學(xué)生思考直尺中上下兩個(gè)部分的受力情況。因?qū)W生已經(jīng)學(xué)習(xí)物理上的受力分析知識(shí)，學(xué)生經(jīng)過(guò)積極思考，認(rèn)真討論出了正確的結(jié)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(xiàn)彎曲。直尺上重物的重力，則會(huì)傳遞給兩邊的書。當(dāng)學(xué)生認(rèn)識(shí)到這一點(diǎn)后，再為學(xué)生講解棚室梁的受力情況，學(xué)生會(huì)更加容易理解。完成該部分知識(shí)學(xué)習(xí)后，教師提出問(wèn)題：“為防止梁出現(xiàn)較大的彎曲，可采用哪些辦法解決呢？”顯然最為簡(jiǎn)單易行的辦法是在梁的下面增加支撐點(diǎn)，更好地分?jǐn)偭簜鬟f的力。

（三）拱結(jié)構(gòu)的講解

課堂上可結(jié)合棚室的結(jié)構(gòu)圖，提問(wèn)學(xué)生：“為什么棚室的頂蓋要設(shè)計(jì)成向外凸出的曲線？”教師要求學(xué)生結(jié)合自身的生活經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行回答。根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，將棚室的頂蓋設(shè)計(jì)成拱結(jié)構(gòu)，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(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)又是怎樣的呢？此時(shí)可為學(xué)生講解閱讀材料中“拱的受力”內(nèi)容。同時(shí)，為使學(xué)生更加清晰地了解拱內(nèi)部的受力情況，課堂上可運(yùn)用多媒體技術(shù)為學(xué)生播放相關(guān)的動(dòng)畫，直觀地展示出拱內(nèi)部的受力情況。學(xué)生通過(guò)觀看動(dòng)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(nèi)，從而抵消一部分彎矩。因此，與水平梁相比，拱結(jié)構(gòu)能夠跨越更大的寬度。另外，為使學(xué)生更好地關(guān)注生活中的拱結(jié)構(gòu)，可要求其聯(lián)系生活，思考哪些事物中存在拱結(jié)構(gòu)。學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中很多事物都運(yùn)用了拱結(jié)構(gòu)，如橋洞多設(shè)計(jì)成拱形的、窯洞的門也設(shè)計(jì)成拱形的，等等。教學(xué)中為使學(xué)生更好地掌握拱的結(jié)構(gòu)形式，可結(jié)合棚室圖片為學(xué)生剖析棚室拱結(jié)構(gòu)的構(gòu)成，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到棚室的拱結(jié)構(gòu)由彎曲的曲面以及支撐結(jié)構(gòu)構(gòu)成，而支撐結(jié)構(gòu)主要是通過(guò)兩個(gè)鉸進(jìn)行連接的，為兩鉸拱。不僅如此，根據(jù)鉸的多少，還分為三鉸拱、無(wú)鉸拱，并要求學(xué)生課下查閱相關(guān)的資料，了解三種拱結(jié)構(gòu)形式的優(yōu)點(diǎn)以及區(qū)別。

三、知識(shí)拓展

課堂上學(xué)生雖然已掌握了棚室中梁結(jié)構(gòu)的受力特點(diǎn)，但是其抗變形能力和哪些因素有關(guān)，在工程中可采用哪些方法提高梁的抗變形能力等知識(shí)，學(xué)生并不理解。為更好地開闊學(xué)生的視野，教師可為學(xué)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(shí)”。

在進(jìn)行該部分知識(shí)講解中，為更好地加深學(xué)生印象，增加學(xué)習(xí)的趣味性，教師可采用“小實(shí)驗(yàn)+多媒體”的方式進(jìn)行授課。課堂上為學(xué)生準(zhǔn)備長(zhǎng)度和厚度不同的竹片、若干砝碼、鋼尺、直尺、細(xì)線等材料，要求學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分別探究：（1）竹片變形量和竹片長(zhǎng)的關(guān)系;（2）竹片變形量和垂直方向尺寸的關(guān)系;（3）不同材質(zhì)，受到相同荷載的變形情況;（4）竹片變形量和荷載位置的關(guān)系。

課堂上將班級(jí)學(xué)生分成若干小組，以小組為單位設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。其中，在探究竹片變形量和竹片長(zhǎng)的關(guān)系時(shí)為控制變量，選取厚度相同、長(zhǎng)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(shù)量相同的砝碼，觀察、使用直尺測(cè)量?jī)蓚€(gè)竹片的形變量。同時(shí)，改變砝碼質(zhì)量進(jìn)行多次實(shí)驗(yàn)，并做好實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)。在探究竹片變形量和垂直方向尺寸的關(guān)系時(shí)使用兩個(gè)長(zhǎng)度相同、厚度不同的竹片，在相同位置放上數(shù)量相同的砝碼進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。探究不同材質(zhì)受到相同荷載的變形情況時(shí)，使用長(zhǎng)度相同的竹片和鋼尺，分別在相同位置放上數(shù)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(guān)系時(shí)，選擇一個(gè)竹片，在其不同位置放上數(shù)量相同的荷載，觀察、測(cè)量其形變量。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)真分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，不難得出如下定性實(shí)驗(yàn)結(jié)果：荷載相同的條件下竹片越長(zhǎng)，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(shù)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(yùn)用多媒體技術(shù)展示梁變形的規(guī)律，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到梁變形的規(guī)律和實(shí)驗(yàn)中的結(jié)果一致。在工程中混凝土和石材雖然具有較強(qiáng)的抗壓能力，但抗拉能力較弱，因此常常在梁的下邊布設(shè)鋼筋，以增強(qiáng)梁的抗拉能力，避免其出現(xiàn)裂縫。

另外，在講解“梁的平衡與受力情況”內(nèi)容時(shí)，可要求學(xué)生認(rèn)真回顧物理中“物體的平衡”知識(shí)，使其認(rèn)識(shí)到要想保持梁的平衡，應(yīng)確保其在各個(gè)方向上的受力平衡。在三維坐標(biāo)軸中受力應(yīng)滿足，彎矩應(yīng)滿足：，如此梁才不會(huì)發(fā)生位移和旋轉(zhuǎn)。

四、實(shí)踐訓(xùn)練

為進(jìn)一步幫助學(xué)生鞏固所學(xué)知識(shí)，提高學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析相關(guān)結(jié)構(gòu)的能力，注重聯(lián)系學(xué)生生活，為其布置相關(guān)的實(shí)踐任務(wù)，鼓勵(lì)學(xué)生開展相關(guān)的實(shí)踐訓(xùn)練活動(dòng)。如要求學(xué)生認(rèn)真觀察身邊的事物，選擇某一事物，分析其構(gòu)成以及不同的結(jié)構(gòu)的受力情況，并提出可行的加固方案。如一些學(xué)生以操場(chǎng)上的籃球架為例，對(duì)其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，得出籃球架主要由底座、彎梁、力臂、伸臂、籃板等構(gòu)成。其中立臂起到支撐的作用，相當(dāng)于立柱。同時(shí)，因籃板、籃筐等荷載的作用產(chǎn)生彎矩。為保證籃球架的穩(wěn)定性，需要增加立柱的直徑。同時(shí)，將底座加大，并在后側(cè)增加拉桿，防止其發(fā)生翻轉(zhuǎn)。教學(xué)中教師認(rèn)真檢查學(xué)生實(shí)踐任務(wù)的完成情況，并根據(jù)學(xué)生的實(shí)踐任務(wù)完成質(zhì)量，做出合理的評(píng)價(jià)，尤其給予學(xué)生針對(duì)性地鼓勵(lì)，使其嘗到實(shí)踐的成就感，在提升其學(xué)習(xí)體驗(yàn)的同時(shí)，進(jìn)一步增強(qiáng)學(xué)生學(xué)以致用的能力。

“棚室屋架結(jié)構(gòu)分析”在高中通用技術(shù)課程中占有重要地位。教學(xué)中教師應(yīng)對(duì)該部分知識(shí)進(jìn)行整體把握，并結(jié)合自身授課經(jīng)驗(yàn)，制訂詳細(xì)的授課計(jì)劃，按照課堂引入、知識(shí)講解、知識(shí)拓展、實(shí)踐訓(xùn)練等流程開展教學(xué)，教學(xué)的過(guò)程中既注重信息技術(shù)的應(yīng)用，也鼓勵(lì)學(xué)生親自動(dòng)手做相關(guān)的小實(shí)驗(yàn)。課堂上學(xué)生認(rèn)真聽講、積極討論，牢固地掌握了所學(xué)知識(shí)，并通過(guò)實(shí)踐訓(xùn)練進(jìn)一步增強(qiáng)其分析結(jié)構(gòu)受力情況的能力，達(dá)到了預(yù)期的授課目標(biāo)。

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【作者簡(jiǎn)介】覃福軍（1979— ），男，壯族，廣西東蘭人，中學(xué)一級(jí)教師，研究方向?yàn)楦咧行畔⒓夹g(shù)和通用技術(shù)。

（責(zé)編 李 言）