结构稳定性探究

张记存 山东省特级教师工作坊成员，山东省聊城市莘县实验高级中学教师，聊城市评委专家库成员，市优质课一等奖获得者，市教学能手，莘县优秀教师、县教学先进个人。先后主持和参与多项省市级规划课题，在2019山东省新教材培训中执教公开课，在《中国信息技术教育》《中小学德育》等国家级期刊公开发表多篇论文，在《考试报》《现代教育报》等省级专业报纸发表多篇学术文章。辅导的学生获得国家奖项2人次，省级奖项50多人次，市级奖项数百人次。

教学背景

技术教育是素质教育的基本组成部分，是学生技术素养形成的重要途径，对实施国家创新驱动发展战略、弘扬中华优秀传统文化和提高全民技术素养都具有重要的作用，有助于强化学生手脑并用与知行合一，发展工程思维和创造能力;有助于学生图样表达和物化能力的培养，提高解决技术问题的综合能力;有助于增强学生对技术文化的理解，形成良好的技术理性和个性品质。

本节课是对结构稳定性的探究，在讲课过程中，学生通过探究实验、实例展示、讨论、小组合作等方式对影响结构稳定性的因素进行了探究，教师通过剖析实际案例讲解结构稳定性在现实生活中的应用，最后的“一展身手”环节检验学生本节课的学习成果。

教学目标

通过技术实验，使学生了解影响结构稳定性的主要因素;通过实验探究，培养学生的观察分析能力和运用本节课知识分析、解决实际问题的能力;通过对本节教材内容的学习，提高学生对结构稳定性设计的意识，激发他们的学习兴趣，促进学生间的相互交流与合作。

教学重点与难点

教学重点 理解结构稳定性的含义;了解并学会分析影响结构稳定性的主要因素。

教学难点 区分“接触面”与“支撑面”;运用影响结构稳定性的主要因素分析来解决生活中的实际问题。

教学准备

教师：教学课件、重心偏移演示仪。

学生：每人一份实验报告;一组同等质量装有水的瓶子与装沙子的瓶子;一组塑料小桌子（桌腿可以移动）;一组10支一次性筷子和几条皮筋;一组20张扑克牌。

教学过程

一、新课导入

教师展示黄山飞来石与W形建筑的图片，如图1，提出问题：“为什么有些结构看上去倾斜不稳，可实际上却是稳定的呢？”

学生思考并讨论。

教师展示课题：结构稳定性的探究。

设计意图：通过图片对比，吸引学生兴趣，学生很容易进入教学主题。

二、知识构建

教师用课件展示结构稳定性的定义：结构的稳定性是指结构在负载的作用下，维持其原有平衡状态的能力。

学生理解定义，消化并吸收新知识，建构新的知识地图。

设计意图：通过举例帮助学生理解定义。

三、实验探究

1.结构稳定与重心高低的关系

师：同等质量的装有水的瓶子与装沙子的瓶子哪个更稳定？如图2，请大家仔细观察并做记录。

学生动手操作实验，认真观察得出结论：结构重心越低越稳定。教师引导学生发散思维，列举生活实例论证结论。

教师展示人爬梯子晃动的视频，以此验证结论。

设计意图：学生动手实践探究结构的稳定性与重心位置高低的关系，自然得出实验结论，水到渠成。

2.结构稳定性与支撑面的关系

师：饮料瓶在正立和倒立两种状态下，我们对其施加同样的力，哪一种状态下饮料瓶更稳定？

教师向学生展示瓶子底部，引导学生区分“接触面”和“支撑面”，如图3。接触面是物体与地面接触的面，支撑面是物体与地面接触点的连线与地面形成的面。支撑面面积大于等于接触面面积。

教师指导学生亲身体验，改变塑料小桌桌子腿的位置，探究结构稳定性与支撑面积大小的关系，如图4。

它们的接触面积虽然是相同的，但是形成的支撑面积却截然不同，接触面积是红色四个腿的面积，支撑面积是蓝色矩形的面积，如图5。

学生开始测试不同支撑面积小桌的稳定性，得出结论：桌面支撑面积越大越稳定，越小越不稳定。

设计意图：让学生通过自己的实践探索，发现答案。

3.失去平衡的本质

在一名學生的保护下，另一名学生尝试前倾身体，体验身体前倾时是否能保持稳定。

教师用长方体木架演示当重心超出支撑面后，木架是否倾倒，如图6。学生观看教师演示，得出结构稳定性的前提条件：重心所在的垂线落在结构支撑面的范围内。

设计意图：学生共同体验探究，不仅享受到实验的乐趣，而且通过简单的实践发现了失去平衡的本质，培养了探究能力。

4.合作探究

师：三角形、四边形结构的框架形状哪个比较稳定呢？

学生动手制作三角形、四边形结构，并比较其稳定性，如图7。

教师总结：结构的框架形状不同，其稳定性也不同，一般三角形框架结构更稳定。

5.知识拓展

师：除了稳定性，生活中还有哪些不稳定性的应用呢？

学生思考并讨论。

教师总结：伸缩门、折叠椅、升降台、活动挂架等都是不稳定性的应用。

设计意图：培养学生的逆向思维和创新意识。

6.一展身手

教师给每组学生准备20张扑克牌，要求他们合作摆出一种扑克牌结构。摆出的结构不限，但不能借助其他工具（如透明胶、工具等），且要能承受一个钩码的重量，堆得最高并且能坚持10秒的小组获胜。

学生以小组为单位完成设计并展示，如图8，展示过程中说出理论依据，加深对课题的理解。

四、课后拓展

教师简单地回顾本节课内容，帮助学生消化课堂教学知识，并布置作业：每位学生回家用鸡蛋自制一个简单的不倒翁。巩固和升华学生掌握的知识，让学生将所学应用于生活。

教学反思

本课采用了启发式和探究式的教学方法，教学过程中充分发挥了教师的主导作用，探究实验、实例展示、讨论、小组合作等教学方式的灵活运用，让学生的主体地位得以充分表现，体现了“教师引导、学生自主学习、自主探究”的教学理念。整堂课学生参与度高、气氛活跃、寓教于乐，学生在各种教学活动中提炼知识点，并把学到的知识用于解决实际的生活问题。