简单结构的设计教学设计全解.doc

《简单结构的设计》教学设计

一、教材依据　　
通用技术苏教版《技术与设计2》 第一单元《结构与设计》 第三节《简单结构的设计》。
二、课时安排：1课时
三、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》，这节课有两个方面要求：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如何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，设计出既符合要求又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。现在的学生数码相机的使用非常普遍。好的照片他们或许会用来作电脑桌面的壁纸，或许能放在手机中欣赏，却很难会再打印出来放在相框中。甚至还有一些学生，他们拥有电子相框、MP4等电子设备，又怎么会有兴趣来制作相框呢？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主动性，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桥梁的设计，考虑到上学期让同学们分组用报纸自由发挥设计过不同结构的桥梁，本学期学习了结构设计以后，提升了难度，让同学们在给定的场景下设计出自己的桥梁，并用电脑软件在交互式白板上当堂设计，用软件当堂测试、评估，达到更好的教学效果，我决定选择用软件在电子交互式白板上设计桥梁。
3、教学策略设计：
第一个环节：本节课是简单结构的设计，从课题上看包含两部分内容，一是结构，二是设计，因此，为了学生能更好的进入设计的状态，要做好结构与设计基本知识的温习环节，尤其是设计。另外，要讲清楚设计时要考虑的主要因素和桥梁设计的基本知识，由于本节课的时间是40分钟，因此，这个环节分配10分钟。
第二个环节：组织同学前后桌分组设计实验。同学前后桌分组，一组4—6人，每组同学根据导学案完成分组任务，此环节分配16分钟。（小组任务规则：每小组根据导学案完成任务分配，在规定时间内完成桥梁整体结构设计并完成图纸绘制，写出设计分析，模型制作）
第三个环节：根据小组完成的情况，让小组指定的人到讲台上利用电子交互式白板完成桥梁的搭建和测试、评估，此环节分配10分钟。
第四环节：教师总结点评，此环节4分钟。
4、学情分析：　　
在学习完必修一的内容，同学们已经具备设计全过程的基本技术素养，再加上高中阶段的学生已有一定的物理力学知识和动手实践的基础，完成桥梁的设计情况应该普遍较好。但是由于是第一次接触结构设计，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”。但是不断的修正设计——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。限于学生对桥制作的结构认识的不同、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的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。　　
四、教学目标
1、知识与技能目标：　　
（1）理解结构的涵义、结构与力之间的关系。　　
（2）理解设计一个简单结构应考虑的主要因素。　　
（3）能够对桥进行合理的结构分析。　　
（4）能绘制桥结构的草图，并制作桥结构模型。　　
2、过程与方法目标：　　
（1）在制作过程中，能够对影响桥结构的各个因素进行合理的分析与恰当的修正。
（2）初步学会设计给定条件下简单的桥结构，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。　　
五、教学重点
完成桥结构的设计并画出草图；选择合适的构件类型和连接方式搭建桥结构模型。
六、教学难点
设计出给定条件下具有一定稳定性和强度的桥。　　
七、教学准备　　
教学资源准备：导学案，多媒体教学设备、教学课件PPT、一次性木筷、橡皮筋等。八、教学过程
1、温故而知新
（1）设计的一般过程设计的一般过程
发现与明确问题
制定设计方案
制作模型
测试、评估及优化
编写规格说明书

（2）影响结构稳定性、强度的主要因素
影响结构稳定性
重心位置
支撑面大小
结构体的形状
影响结构强度
构件的形状
构件的材料
构件连接方式
刚连接
铰链接

2、新课
教师：仔细观察下面三幅图片，思考设计以下结构时应考虑的主要因素是什么？

图二
图一

图三

学生思考并回答……
（1）结构设计应考虑的主要因素
A、结构设计的目标及要求
例如：如下图中儿童自行车设计的结构设计的功能是代步，目标是锻炼儿童的手脚协调能力。同时，要满足童车结构设计的国家标准和规范要求。

教师：根据以上所学内容，桥的功能和目标是什么？国家规范要求是什么？
教师：桥的功能是桥可以作为路的一部分，供车辆行驶，行人行走。
桥的目标是跨越自然或认为障碍到达目的地。
《公路桥涵设计通用规范》 （JTJ021-89）
　　《公路钢筋混凝土及预应力混凝土桥涵设计规范》 （JTJ023-85）
　　《公路桥涵施工技术规范》 （JTJ041-89）
　　《公路工程技术标准》 （JTJ001-97）
　　《城市桥梁设计准则》 （CJJ11-93）
　　《公路工程抗震设计规范》 （JTJ027-96）
教师：桥梁一般讲由五大部件和五小部件组成：
五大部件是指桥梁承受汽车或其他车辆运输荷载的桥跨上部结构与下部结构,是桥梁结构安全的保证.包括(1)桥跨结构(或称桥孔结构.上部结构)、(2)支座系统、(3)桥墩、(4)桥台、(5)墩台基础。
五小部件是指直接与桥梁服务功能有关的部件,过去称为桥面构造.包括(1)桥面铺装、(2)防排水系统、(3)栏杆、(4)伸缩缝、(5)灯光照明。
桥的资料：
一、桥梁的分类： 
　　按用途分为公路桥、公铁两用桥、人行桥、机耕桥、过水桥。 
　　按跨径大小和多跨总长分为小桥、中桥、大桥、特大桥。 
　　按结构分为梁式桥,拱桥,钢架桥,缆索承重桥(斜拉桥和悬索桥)四中基本体系,此外还有组合体系桥
　　按行车道位置分为上承式桥、中承式桥、下承式桥
　　按使用年限可分为永久性桥、半永久性桥、临时桥
　　按材料类型分为木桥、圬工桥、钢筋砼桥、预应力桥、钢桥
　　桥梁分类 多孔跨径总长L（米） 单孔跨径L0（米） 
　　特大桥 L≥500 L0≥100 
　　大桥 L≥100 L0≥40 
　　中桥 30<L<100 20≤L0<40 
　　小桥 8≤L≤30 5<L0<20 
　　涵洞 L<8 L0<5 
二、各类桥梁的基本特点:
　　梁式桥 包括简支板梁桥,悬臂梁桥,连续梁桥.其中简支板梁桥跨越能力最小,一般一跨在8-20m.连续梁桥国内最大跨径在200m以下,国外已达240m.
　　拱桥 在竖向荷载作用下,两端支承处产生竖向反力和水平推力,正是水平推力大大减小了跨中弯矩,使跨越能力增大.理论推算,混凝土拱极限跨度在500m左右,钢拱可达1200m.亦正是这个推力,修建拱桥时需要良好的地质条件.
　　刚架桥 有T形刚架桥和连续刚构桥,T形刚架桥主要缺点是桥面伸缩缝较多,不利于高速行车.连续刚构主梁连续无缝,行车平顺.施工时无体系转换.跨径我国最大已达270m(虎门大桥辅航道桥)
　　缆索承重桥(斜拉桥和悬索桥) 是建造跨度非常大的桥梁最好的设计.道路或铁路桥面靠钢缆吊在半空，缆索悬挂在桥塔之间。斜拉桥已建成的主跨可达890m,悬索桥可达1991m.
　　组合体系桥 有梁拱组合体系,如系杆拱,桁架拱,多跨拱梁结构等.梁刚架组合体系,如T形刚构桥等.
　　桁梁式桥：有坚固的横梁，横梁的每一端都有支撑。最早的桥梁就是根据这种构想建成的。他们不过是横跨在河流两岸之间的树干或石块。现代的桁梁式桥，通常是以钢铁或混凝土制成的长型中空桁架为横梁。这使桥梁轻而坚固。利用这种方法建造的桥梁叫做箱式梁桥。
　　悬臂桥：桥身分成长而坚固的数段，类似桁梁式桥，不过每段都在中间而非两端支承。
　　拱桥：借拱形的桥身向桥两端的地面推压而承受主跨度的应力。现代的拱桥通常采用轻巧、开敞式的结构。
　　吊桥：是建造跨度非常大的桥梁最好的设计。道路或铁路桥面靠钢缆吊在半空，钢缆牢牢地悬挂在桥塔之间。较古老的吊桥有的使用铁链，有的甚至使用绳索而不是用钢缆。
　　拉索桥：有系到桥柱的钢缆。钢缆支撑桥面的重量，并将重量转移到桥柱上，使桥柱承受巨大的压力。
　　玻璃桥：纯玻璃制成的一种桥梁。（平板桥）
　　廊桥：加建亭廊的桥，称为亭桥或廊桥，可供游人遮阳避雨，又增加桥的形体变化。
　　三、中国桥梁的历史
　　历史和现状上看，绝大多数桥梁均架设在水面上，只有阁道桥和现代城市的行人天桥和行车天桥，是架设于高楼崇阁之间或通衢大道之上。 
　　从对天生桥的利用到人工造桥，这是一个历史的飞跃过程。从简单的独木桥到今天的钢铁大桥；从单一的梁桥到浮桥、索桥、拱桥、园林桥、栈道桥、纤道桥等；建桥的材料从以木料为主，到以石料为主，再到以钢铁和钢筋混凝土为主，这是一个非常漫长的发展过程。然而，中国桥梁建筑都取得了惊人的成就。 
　　著名的科学技术史学家、英国剑桥大学李约瑟博士（ J. Needham ）在《中国科学技术史》中说，中国桥梁「在宋代有一个惊人的发展，造了一系列巨大的板梁桥」。到了当代中国，所建造的武汉、南京长江大桥等，更受到世人称赞。可见，中国的桥梁，经过了一个从童年、少年、青年到壮年的发展过程，愈趋成熟。中国在发展桥梁方面于 14 世纪以前处于领先地位，今天，她依然是世界上举足轻重的桥梁大国。

B、结构设计应考虑的主要因素

……
人的个性化需要

美观

寿命

安全

稳定性

强度

成本

功能

结构设计

（2）根据导学案开始分组任务
教师：组织同学前后桌分组设计实验。同学前后桌分组，一组4—6人，每组同学根据导学案完成分组任务，小组任务规则：每小组根据导学案完成任务分配，在规定时间内完成桥梁整体结构设计并完成图纸绘制，写出设计分析，模型制作。根据小组完成的情况，让先完成任务的小组指定本小组人到讲台上利用电子交互式白板完成桥梁的搭建和测试、评估，并把任务完成情况记录小组完成情况记录在导学案上。
小组任务：前后左右桌相邻同学分成若干小组（每小组不超过6人），设计给定条件下的桥梁，并按比例缩小桥的尺寸，绘制在草图上，然后利用一次性木筷，橡皮筋制作桥的模型。在规定时间内完成草图和模型的小组得满分10分，只完成其中一项的得5分，都未完成的得2分。（小组分是小组成员每人得到的分值）
九、课堂小结
（1）结构设计应考虑的主要因素
A、结构设计的目标及要求
B、结构设计应考虑的主要因素
功能，成本，强度，稳定性，安全，寿命，美观，人的个性化需要，……
（2）小组任务点评
十、教学反思