第一单元　结构与设计 第三节 简单结构的设计

简单结构的设计

教　　材：（凤凰国标教材）普通高中课程标准实验教科书  通用技术（必修2）

文档内容：简单结构的设计

章　　节：第一单元　结构与设计    第三节 简单结构的设计

课    时：第一课时

作    者：钱一千（无锡市第一中学）

一、教学目标

1. 知识与技能目标

(1) 理解并巩固结构的涵义、结构与力之间的关系。

(2) 能熟练分析一个简单结构应考虑的主要因素。

(3) 能够对纸结构进行合理的结构分析，并设计一个简单纸结构。

(4) 能制作一个简单纸结构模型。

2. 过程与办法目标

(1) 设计过程中，能充分认识不同纸结构承重性能的差异。

(2) 在制作过程中，能够对影响纸结构的各个因素进行合理的分析与恰当的修正。

(3) 能制作承重性较好的纸结构，体验发现问题、解决问题的过程。

3. 情感态度和价值观目标

(1) 形成和保持学生了解结构，研究结构的兴趣与热情。

(2) 体验解决问题过程的艰辛和获得成功的喜悦。

(3) 认识技术的创造性特征，培养勇于创造的个性。

二、教学重点

完成简单纸结构的设计，选择合适的纸结构形状和连接方式搭建纸结构模型。

三、教学难点

选择合适的纸结构和连接方式搭建纸桥结构模型。

四、教学办法

教授、任务驱动、小组合作。

五、设计思想

1. 教材分析

本节课是第一单元《结构与设计》第三节《简单结构的设计》。这节内容有两个方面要求：一是能够对所做的结构进行简单分析，熟悉设计一个简单结构所应考虑的主要因素；二是进行一个简单结构的设计，绘制设计图并制作模型或原型。分析教材本单元的前后章节——《常见结构的认识》、《稳固结构的探析》，这些章节中涉及到结构与力、结构的类型、结构的稳定性、结构的强度等知识点与本节课有很强的延续性，因此本节课重点应放在怎样在设计简单结构的过程中，结合这些知识点，让学生发挥自己的创造力，设计出既符合要求也各具特点的简单结构。

2. 设计理念

简单结构的设计，关键在于这个简单结构——“载体”的选择。按照教材上的要求选择简易相框的制作，在实际教学中很难吸引学生的兴趣。所以必须另选一个新的“载体”来制作简单结构，才能充分调动学生积极性和积极性，培养他们对结构设计的兴趣。因为是结构设计，所以我很自然就会考虑到结构的承重，考虑到成本和制作的难易程度，我决定选择纸材料，设计能承受一定重量的纸结构，放弃木块等其他材料的结构制作。纸张本身很柔弱，但是呢用纸张做出来的纸结构却能承载一定的重量，这充分说明了结构设计之功效，而且也能体现结构与力的关系。同时我要学生明白，高中同学制作纸结构要进行一定的研究，怎样才能让我们设计的纸结构用纸量少、承载重量高；怎样才能设计出承载比高的纸结构。为此，我们确定了纸结构制作的设计要求：制作梁式结构的纸板，整个纸结构必须全部使用普通a4（或16k）纸，最终设计出的纸结构用纸量应在3张以内。纸结构的连接只允许使用普通的胶水或双面胶（胶水只能起到辅助连接，不可用来承重，所以不可使用乳胶等）。纸结构在主要受力面内应满足几何不变性，跨度要求15cm以上，宽度7cm以上，放置在2块等高的木块上，最低承重要求为一灌满沙的沙盒（竖直放置于纸板中央保持稳定状态，每个沙盒重约600g），在此基础上承载比越高越好（可做破坏性试验，看压多少块沙盒把纸板压垮）。同时考虑到这堂课为纸结构设计第一节课，在让学生大致了解纸结构制作过程的同时，让学生摸索掌握制作纸结构的技巧，为后面学生制作纸桥等其他纸结构作好相应准备。共4页，当前第1页1234

第一单元　结构与设计 第三节 简单结构的设计

3. 教学策略设计

纸结构设计的要求并非这节课才提出，而是在结构设计的第一节课就已经提出，这样就可以让学生在学习前面知识的同时进行思考，本节课则是对纸桥制作进行具体指导。

(1)首先对纸张的性质进行相应分析，让学生掌握纸张的特点——抗拉性能强、抗压性能弱。

(2)由纸张的特点引出纸结构要承重就必须扬长避短，设计合适的结构提高抗压性能，才能承受一定的重量。不同结构的承重能力不同，追求的目标是纸结构的承载比应该尽可能大。

(3)纸结构形状的选择很重要，不同结构的纸结构抗压性能不同，引导学生自己探讨选择合适的形状。

(4)纸结构的组合连接方式有多种，好的组合连接能够有效提高纸板整体结构的强度。引导学生自己设计合适的组合连接方式。

(5)学生自主设计承重纸板，分成小组讨论后形成小组方案。

(6)小组制作纸板。

(7)教师及时介入，通过对比简介部分小组的作品，引导学生反思对自己的设计进行相应调整。

(8)在学生完成作品之后进行作品的简单评测，即选择部分小组作品对其进行承重测试，对于测试的结果引导学生思考怎样调整修改原有设计。

(9)教师指导学生思考，纸结构还能有啥应用，怎么设计？（为后续纸桥制作作准备）

4. 学情分析

高中阶段的学生有一定的物理力学知识和动手实践的基础，制作纸结构完成情况应该普遍较好。但是呢由于是第一次接触纸结构设计，很多很好的结构设计往往在制作过程中会因为设计与制作的脱节而“流产”。但是呢不断地修正设计——动手制作的过程本身就是一个良好的创新实践过程，在这个过程中每个用心的学生都能体会到自己设计的乐趣。限于学生对纸结构认识的不同、掌握结构设计水平能力的不同，学生们最终制作出的纸桥完成设计要求的结果差异性也很大。动手能力强、思维灵活的同学更容易设计出承载比较高的作品，这样可以让他们把自己成功的经验向其他同学们分享。动手能力较弱、思维比较迟缓的同学可能更多地体验解决问题过程的艰辛，这个过程同样是一份可贵的经验，而且他们对结构设计的理解尤为深刻。

六、教学准备

1. 教学资源的准备

多媒体教学设备、通用技术专用教室、教学课件ppt、各类工具、普通a4纸张、胶水等。

2. 教学课件的准备

教学课件比较简洁，多以直观的图片来说明，抓住关键知识点，突出中心。

七、教学过程

1. 提出问题

（[图片]简介两个事例：（1） 一把纸结构制作的椅子上能坐人。

（2） 一位日本设计师在法国用7.5吨纸造了一座纸桥，能同时站立20人。

——引入新课。)

老师提问：平常你所了解纸张的特性是啥？（柔弱）为啥柔弱的纸张搭成的纸椅、纸桥能承 受这么重的重量？（由学生回答中引出）因为纸椅、纸桥的结构，设计师设计的独特的结构能承受这样的重量。我们怎样来设计能承受一定重量的纸结构？

老师：我们来具体研究一下纸张的特性。（板书+课件）对于架在两个桥墩上的纸板，当中间放一个重物例如砝码，它受到砝码向下的压力以外，还受到两桥墩向上的支持力。综合作用下桥面会发生弯曲形变，并产生相应的应力。在弯曲的过程中，纸桥的上表面处于弯曲的内层，受到向内的挤压力；纸桥的下表面处于弯曲的外层，受到向外的拉力(如图)；纸桥的两个侧面由于上下受力方向不同，必然会弯曲。共4页，当前第2页1234

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（引出结论）纸本身具有较强的抗拉能力，但抵抗压力能力很弱。也就是说，在纸板承受砝码重力的时候，首先被破坏而出现折痕的是受到挤压力的上表面，这是我们最不愿意看到的。因此，要想纸桥能够承受一定的重量，设计合理的承重结构，就必须扬长避短，提高纸张的抗压能力，发挥纸张的抗拉能力，怎样做到这一点呢?

2. 理论探究

老师：在日常生活中，纸张的拉力表现得非常惊人。用纸张的一端挂上重物（可用两块磁铁吸引夹住纸张），拉住纸张的另一端可以轻松将重物提起。而同时，纸张的抗压能力相对来说表现的极为特殊。将一张纸立在桌子上是很困难的，但是呢把它折一下，或者卷成圆形，不但能立起来，而且还能在上面压一小块重物，也就是说，通过折边或卷成圆弧形可以提高纸张的抗压能力。由此，可得出结论：选择一个合理的截面形状对于整个纸结构有着举足轻重的作用。合理的截面形状是构成整个纸结构构件的关键。

（课件展示[图片]——一些典型纸结构的形状）

（老师引导学生思考：）啥样形状的纸结构抗压能力强？承载比更大？

（板书对几种基本形状的纸结构进行受力分析）

老师：了解了纸桥构件的基本情况，我们再来了解一下构件的连接。合理的构件连接方式能有效提高整个纸桥结构的强度。

（课件展示[图片]——一些典型纸结构的组合连接）

（老师引导学生思考：）啥样的构件组合连接方式更牢固？更能提高整体结构的强度？

3. 拓展思维

老师：谈了这么多纸结构的形状和组合连接，有一个问题摆在我们面前：纸桥构件的形状和组合连接，怎样合理搭配，才能尽可能满足我们纸桥设计的要求，提高纸桥结构的承载比？

（请学生按照设计要求设计纸板结构模型，在学案上画出草图）

4. 实践活动

老师：我们探讨了纸张的特性，简单分析了纸结构的形状和组合连接，也自己设计了纸板结构模型。下面让我们自己来制作一下简单的普通纸板结构模型。

（同桌两同学为一小组，以小组为单位开始制作）

（图示几种简单纸结构的制作过程）

（学生动手制作，老师在旁边进行观察指导）

5. 学生反思

（选择几个小组的作品进行简单评述）

老师：大家都选择了不同设计方案来制作简单纸板结构模型，我们来看看这个小组的同学设计制作的简单纸桥模型，他们采用的主要是啥结构形状？怎样组合连接的？（学生思考回答）能不能再加以改进？怎样改进?

(让学生根据情况对自己作品进行深入思考，加以改进。各组同学之间可以适当交流经验，取长补短)

6. 测试评价

（挑选几组学生的作品进行承重破坏性测试——在纸板的中央，依次放上沙盒，直到纸板结构发生形变破坏，记下相应砝码重量。）

7. 教师指导

老师与学生综合评价：小组的简单纸桥结构承重性能最强。（为啥最强？）

引导学生思考：这个小组选择的是怎么样的构件形状？构件的连接怎样？怎么搭配的？

老师：今天这堂课，我们自己动手制作了简单纸桥结构模型，虽然只是一个简单的结构设计。但是呢我们体验到了结构设计的严谨与美感。最后因为时间的原因，我们仅仅选取了几组同学的作品来进行测试，尽管我们做的只是最普通的纸桥结构模型，但是呢我们依然可以看到同学们对结构设计的热情与兴趣。很多同学的设计很有想法，但是呢还不是尽善尽美，还有可以改进的地方，希望同学们课后能相互探讨，独立思考、协作完成更好的结构作品。共4页，当前第3页1234

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八、教学反思

这节课选择了学生比较感兴趣的“载体”，所以学生参与程度和热情相当高，教学重点和难点掌握得也比较扎实。然而，实际制作中，还有很多不足，总结一下有这样几点：

1. 学生掌握的结构设计思想与办法与动手实践能力总有差异。尽管设计的方案很好，实际制作的时候很难把设计的意图完全贯彻到纸桥制作过程中去。

2. 学生动手过程中，但是呢制作的工艺水准普 遍不是很高，直接影响了整个纸结构的强度。

3. 给予学生思考的时间还是短了很多，学生在课堂上面能体现出的好的结构设计并不多，需要课后深入思考后才能有更好的作品制作出来。

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