1、結構的穩(wěn)定性通過技術試驗分析影響結構穩(wěn)定性的主要因素一、教學對象分析：1、基礎水平分析：本課的教學對象為高二級學生。學生知道了什么是結構及結構的基本受力形式，能理解“平衡”（“結構的穩(wěn)定性”中的關鍵一詞）的涵義。同時，學生了解什么是技術試驗，并能進行簡單的技術試驗。 不足的是，學生以前并未寫過正式的技術試驗報告，此方面缺乏鍛煉。2、學習能力分析： 思維活躍，面對問題時能想出各種解決辦法；具備一定的邏輯思維能力，能通過對比、歸納等方法整理試驗數(shù)據(jù)，獲取知識；懂得一定的合作技能，能在小組合作中完成學習任務，獲得進步。二、教學目標分析：普通高中技術課程標準對本節(jié)教學的要求是：“能通過技術試驗分析影響

2、結構穩(wěn) 定性的因素，并寫出試驗報告?！币嗉矗和ㄟ^技術試驗定性分析哪些因素會影響到結構的穩(wěn)定性。僅要求學生能了解這些因素，并不要求學生理解這些因素為什么會影響結構的穩(wěn)定性。要求學生掌握通過技術試驗這一重要手段解決技術問題的方法。要求學生學會寫技術試驗報告，將技術活動中獲取的數(shù)據(jù)記錄、處理，以獲得結論。結合學生的實際情況，現(xiàn)將本節(jié)課的教學目標闡述如下：知識與技能：知道影響結構穩(wěn)定性的主要因素（重心位置、支撐面積大小、結構的形狀等）。過程與方法：經(jīng)歷技術試驗分析影響結構穩(wěn)定性因素的過程，學會通過技術試驗這一重要手段解決技術問題的方法； 經(jīng)歷對試驗數(shù)據(jù)的記錄、整理、分析、歸納，學習數(shù)據(jù)處理的方法。情感

3、態(tài)度與價值觀：通過試驗分析數(shù)據(jù)形成結論，感受實踐與理論的相輔相成。 通過寫技術試驗報告養(yǎng)成科學嚴謹負責的學習態(tài)度。三、教學內(nèi)容分析：本節(jié)內(nèi)容是在“認識結構”學習的基礎上，為使學生進一步深入認識結構而設計的。穩(wěn)定性作為結構的兩大重要性質(zhì)之一，在結構設計中至關重要。而分析哪些因素影響結構的穩(wěn)定，是進行結構穩(wěn)定性設計的前提條件。因此，學習本節(jié)內(nèi)容將為后續(xù)的結構設計奠定基礎。結構的穩(wěn)定性在教材中的定義是：指結構在荷載的作用下維持其原有的平衡狀態(tài)的能力?！昂奢d”是一個技術領域的專有名詞，因此需向?qū)W生解釋清楚。而定義中的“維持”，是指在外力撤消之后結構會恢復到原來的平衡狀態(tài)。本節(jié)內(nèi)容主要是讓學生在了解了什

4、么是結構穩(wěn)定性的基礎上，根據(jù)生活經(jīng)驗進行猜想，然后利用“控制變量試驗法”進行技術試驗，并分析有哪些因素會影響結構的穩(wěn)定性。教學重點：通過技術試驗分析影響結構穩(wěn)定性的主要因素。教學難點：對“結構的穩(wěn)定性”內(nèi)涵的理解； 結構穩(wěn)定性發(fā)生變化的判斷。 四、教學資源：教師：不穩(wěn)定結構U（1個）、鋼條（0.3米）、筆記本電腦（1臺）、50g鉤碼（10個）、彈簧測力計（1個）、木筷子（8根）、釘子（16個）、裝有半瓶水的礦泉水瓶（2個）、技術試驗報告單（1份）、交流表（1份）、教材技術與設計2（粵科版）、多媒體課件。學生：（每小組）不穩(wěn)定結構U（1個）、50g鉤碼（10個）、彈簧測力計（1個）、木筷子（8根

5、）、釘子（16個）、技術試驗報告單（1份）、交流表（1份）、教材技術與設計2（粵科版）。五、教學策略設計： 本課采用“概念學習探究試驗交流結果”的教學流程，讓學生先理解“結構的穩(wěn)定性”這個前提概念，然后通過試驗分析影響結構穩(wěn)定性的因素，最后小組間交流試驗結果。應用建構主義學習理論，創(chuàng)設學習情境，讓學生在體驗與探究的過程中建構知識的意義。本課采用小組合作學習形式，每個小組4-5人。教學時間：2課時。第1課時主要進行概念學習和試驗方案的制定；第2課時主要進行技術試驗和結果交流。六、教學過程設計：教學環(huán)節(jié)教學過程設計思路課程導入1. 展示：地震圖片，對比海地與智利的建筑物在地震中的表現(xiàn)。海地地震已造

6、成20多萬人死亡，智利地震共造成800多人喪生（其中大部分是由于海嘯引起）。 地震中，人員的傷亡往往是由于建筑物的倒塌引起的。所以，如何提高建筑物的抗震性能就是一個非常重要且重大的問題。建筑物是一個結構，而結構的本質(zhì)是抵抗外力對結構形狀和大小的改變。那么，建筑物得抗震能力是否跟結構本身有關呢？ 我們對結構還要做進一步的研究結構的穩(wěn)定性。2展示：結構的穩(wěn)定性。開門見山，引入正題。概念學習3那么，結構的穩(wěn)定性指的是什么呢？ （讓學生找到書上的概念解釋，并試著去理解） （學生或教師）先分析定義中的關鍵詞：荷載、平衡形式；再分別用鋼絲和“不穩(wěn)定結構U”演示講解“結構的穩(wěn)定性”概念。4比較不同結構的穩(wěn)定

7、性：兩個礦泉水瓶，一個正立，一個倒立。（先學生判斷哪一個穩(wěn)定，后用測力計進行外力測量。）另有“不穩(wěn)定結構U”演示。（學生觀看）我們看到：不同的結構，它們的穩(wěn)定性是不一樣的。1.本節(jié)課中，“結構的穩(wěn)定性”概念的準確理解是關鍵。2.將生活中對結構穩(wěn)定性的感性認識與技術課中的理性認識聯(lián)系起來。試驗探究 5那么，在這些結構中，究竟是什么因素導致了它們的穩(wěn)定性不一樣呢？6展示：哪些因素會影響結構的穩(wěn)定性？猜想：重心位置、支撐面積大小、結構的形狀等 （結合實物，引導學生說出自己的想法）試驗：利用“控制變量試驗法”進行技術試驗，分析有哪些因素會影響結構的穩(wěn)定性，并做好試驗記錄。整理并分析試驗數(shù)據(jù)，獲取結論。

8、先引導所有學生思考，降低后面試驗的難度，也給學生試驗一個方向指引。經(jīng)歷、體驗、思考，學生通過實踐學會為解決問題而設計技術試驗。交流結果7. 兩個小組間進行試驗結果交流，并填好交流表。8. 試驗結果全班交流：隨機請12個小組進行展示，同學可以對其試驗過程和結果進行質(zhì)疑和討論，教師亦對其進行評價。（對學生技術試驗的結果在黑板上板書出來）9. 總結：影響結構穩(wěn)定性的因素。10. 回到地震圖片，從中尋找建筑結構的穩(wěn)定性，同時關注建筑物的材料，引向結構的強度。先進行同學間的交流，解決部分疑問，亦使學生對試驗的過程和結果理解得更深入，再進行評價和總結就水到渠成了。結構的強度為下節(jié)課內(nèi)容。七、教學評價：八、

9、教學反思：從前面幾個班的教學效果來看，效果一般。本節(jié)課的主要優(yōu)勢在于將理論與實踐結合，使得知識內(nèi)容不再枯燥；另外，教學策略符合學生的認知規(guī)律也使得學生的學習容易了很多。在教學中，抓住“結構的穩(wěn)定性”這一概念進行了理論解釋與實物演示，深入淺出地突破了教學的難點。而利用“控制變量試驗法”進行技術試驗的關鍵點在于如何判斷結構的穩(wěn)定性是否發(fā)生了改變。利用師生的智慧共同解決該問題掃除了學生試驗的最后一個障礙。教學中，學生能夠積極思考，動手試驗并交流結果，發(fā)揮了主觀能動性。不過，影響教學效果的因素也較多，如以下幾點：1. 學生不清楚教學目標（或?qū)W習任務），試驗有些盲目；2教學時間設計的不夠合理，學生在一節(jié)

10、課的時間內(nèi)很難完成學習任務；3. 教師的教學引入不夠簡潔明了；4. 學生對“控制變量試驗法”并不熟悉，難以進行試驗操作；5.試驗的好壞沒有一個評價標準。經(jīng)過認真思考，得出問題解決辦法：1. 在做試驗之前將學習目標和試驗目的用PPT展示給學生，并進行解說，直到學生明白無誤為止。2. 為了給學生足夠的時間進行技術試驗，故將最初的不穩(wěn)定結構在課前制作好，學生一上課就直接進入技術試驗來分析影響結構穩(wěn)定性的因素；另外，將試驗目的和試驗要達到的要求明確傳遞給學生也能夠節(jié)省本課程所需時間。3. 通過多次的課外演練，字斟句琢，直達熟練能誦為止。4. 課前向?qū)W生介紹“控制變量試驗法”，講授它的特點，并用一個事例

11、來說明如何進行該方法的試驗。5. 在試驗報告單的后面附上試驗的評價標準。本節(jié)課的教學思路正確，某些細節(jié)還需斟酌改進。附錄：1. 結構的穩(wěn)定性是指結構在荷載的作用下維持其原有平衡形式的能力。結構的穩(wěn)定性與它的幾何形狀、支撐面積的大小和重心位置密切相關。2荷載：指的是使結構或構件產(chǎn)生內(nèi)力和變形的外力及其它因素。 習慣上指施加在工程結構上使工程結構或構件產(chǎn)生效應的各種直接作用，常見的有：結構自重、樓面活荷載、屋面活荷載、屋面積灰荷載、車輛荷載、吊車荷載、設備動力荷載以及風、雪、裹冰、波浪等自然荷載。3在平衡狀態(tài)的力學系統(tǒng)受到微擾后由于其平衡位置的特殊性而引起的穩(wěn)定性問題。若 不論時間多長，受微擾后的

12、系統(tǒng)對原位置的偏差能隨初始擾動的減小而受到任意指定的限制，則此位置是穩(wěn)定的；反之，該位置是不穩(wěn)的。例如小球在豎立的圓形輪圈上有兩個平衡位置，最高點是不穩(wěn)定位置，最低點是穩(wěn)定位置。11. H.T.切塔耶夫："若保守完整系統(tǒng)的勢能在某平衡位置無極小值，則此平衡不穩(wěn)定"。5彈性穩(wěn)定問題指具有特殊結構和尺寸的彈性構件受到超臨界力的載荷時所引起的穩(wěn)定性問題；例如：兩端受壓力作用的細長桿的穩(wěn)定性問題，外壓大于內(nèi)壓的容器穩(wěn)定性問題等。下面簡要討論壓桿穩(wěn)定性問題，壓桿穩(wěn)定性問題不在于一般壓桿臨界荷載值的數(shù)學推導以及對一些穩(wěn)定問題的具體計算，而在于對穩(wěn)定性本身的理解，不能將穩(wěn)定性問題與強度、

13、剛度問題相混淆。壓桿在直軸線形狀下的平衡是穩(wěn)定的，若給予某種擾動（例如受到微小水平力的作用），桿件發(fā)生了彎曲，但在取消了這種擾動后，壓桿將迅速恢復到原來的平衡狀態(tài)，這就是穩(wěn)定平衡的特征。若再給予某種擾動。桿件仍將發(fā)生彎曲變形，但在擾動取消后，桿件不能回到原來的直線平衡形成，于是，原失穩(wěn)的直線平衡狀態(tài)成為不穩(wěn)定的。而可能出現(xiàn)新的與原來平衡形式有質(zhì)的區(qū)別的平衡形式。同時，這種現(xiàn)象帶有突然性；上述分析過程可用小球在圖中的3種平衡狀態(tài)來予以比擬，并可引伸到壓桿穩(wěn)定性的實質(zhì)是總勢能在臨界狀態(tài)下由極小值到極大值的過渡性質(zhì)。61.什么是結構的穩(wěn)定性？所謂結構的穩(wěn)定性，是指結構在外載荷的作用下，能夠保持原有平

14、衡狀態(tài)的能力。如果結構在外載荷作用下不能保持原有平衡狀態(tài)，就叫做“失穩(wěn)”。因而，結構的穩(wěn)定性也叫做結構抗失穩(wěn)的能力。結構的穩(wěn)定性是非常復雜的，我們的教材只涉及一點皮毛，有很多人將穩(wěn)定性的概念看作是結構整體翻倒問題，所以常常無法與結構內(nèi)部變形聯(lián)系起來。 強度問題是指結構或者單個構件在穩(wěn)定平衡狀態(tài)下由荷載所引起地最大應力（或內(nèi)力）是否超過建筑材料的極限強度，因此是一個應力問題。極限強度的取值取決于材料的特性，對混凝土等脆性材料，可取它的最大強度，對鋼材則常取它的屈服點。 穩(wěn)定問題則與強度問題不同，它主要是找出外荷載與結構內(nèi)部抵抗力間的不穩(wěn)定平衡狀態(tài)，即變形開始急劇增長的狀態(tài)，從而設法避免進入該狀態(tài)

15、，因此，它是一個變形問題。如軸壓柱，由于失穩(wěn)，側(cè)向撓度使柱中增加數(shù)量很大的彎矩，因而柱子的破壞荷載可以遠遠低于它的軸壓強度。顯然，軸壓強度不是柱子破壞的主要原因。在工程上，結構的穩(wěn)定性問題有如下幾種：（1）細長桿受壓時的“壓桿穩(wěn)定性問題”。如下圖所示，設細長桿在軸向壓力P的作用下，處于平衡狀態(tài)，且在桿的受壓強度允許范圍之內(nèi)，如果對桿施加一微小的橫向力作用，這時一有兩種情況發(fā)生。一是當P小于某一個值時，在橫向力撤去后，已彎曲的桿會恢復原有平衡狀態(tài)。另一種情況是，當P大于某一值時，在橫向力撤去后，桿不能恢復的原有平衡狀態(tài)。前一種情況，壓桿是穩(wěn)定的，后一種情況，壓桿就不穩(wěn)定。使壓桿由穩(wěn)定變?yōu)椴环€(wěn)定的

16、轉(zhuǎn)換壓力稱為臨界壓力。（2）薄壁圓筒受壓的失穩(wěn)問題。薄壁圓筒受壓，在軸向壓力過大時，會在筒壁上出現(xiàn)“鼓包”。這就是薄壁圓筒的失穩(wěn)現(xiàn)象。（3）薄矩形梁扭曲失穩(wěn)問題。薄矩形懸臂梁，在承受彎曲載荷時，會發(fā)生扭曲，這種現(xiàn)象同樣是失去平衡的失穩(wěn)問題。（4）結構翻倒問題。在我們的教材中主要討論的就是這種穩(wěn)定問題?，F(xiàn)在我們就按照教材的要求，對結構翻倒的穩(wěn)定性問題進行一些討論。2結構為什么會翻倒？（請同學們根據(jù)物理中的知識回答這個問題）對，物體翻倒的根本原因是：物體的重力作用線超出了物體基底的邊界線。為什么呢？我們來考查下示圖形。左邊的圖形，是重力作用線沒有超出物體基底邊界線的情況，這時重力對支點產(chǎn)生的力矩是

17、使物體恢復到原來的狀態(tài)。中間的圖形是重力作用線剛好通過基底的邊界，物體仍然可以處于平衡，但如果物體受向右的擾動，物體就會進入右邊圖形所顯示的狀態(tài)，重力線超出了物體基底邊界線，這時重力對支點產(chǎn)生的力矩是使物體離開原來的平衡狀態(tài)，也就是使物體翻倒。左圖所示狀態(tài)，物體處于“穩(wěn)定平衡”，中間圖形所示狀態(tài)，物體處于“不穩(wěn)定平衡”。要想判斷物體處于什么平衡狀態(tài)，可以從物體偏離平衡時，重心的變化來判斷，重心上升，是穩(wěn)定平衡，重心下降，是不穩(wěn)定平衡。3提高物體（結構）抗翻倒能力的措施要想提高物體抗翻倒的能力，就必須使物體的重力作用線不容易超出基底的邊界。可以有兩種方法。一是降低物體的重心；二是加大物體的基底面

18、積。它們都可以增大物體翻倒時的傾斜角。如下圖所示。7. 剛性結構簡介在框架結構的設計中，必須要考慮的一個問題的就是結構在外力作用下是否會被迫改變形狀。如果在外力作用下，框架結構很容易改變形狀，結構是非剛性的。而如果在外力作用下，框架結構不會改變形狀，則認為結構是剛性的。但必須指出，這里講的結構的剛性，不是結構的剛度的概念。下面左圖所示的四桿框架，在如圖所示的外力作用下，是很容易改變原來形狀的，因而，它是非剛性的。但是，我們在其對角線上加上一根桿，或者在對角上加上“角板”，那它就變成剛性結構了。根據(jù)這個原理，我想同學們能夠解釋教材上關于“人字形梯”和“A字形梯”的問題了吧，這也是結構的剛性問題。順便解釋一下，“三角架”的“穩(wěn)定”，它不屬于結構穩(wěn)定性討論的問題，它是指放置物體時如何使物體不“搖晃”的問題，搖晃并不是“失穩(wěn)”的概念。物體要放置穩(wěn)當，其基本條件是所有的支撐點應該在一個平面內(nèi)，而三點具有確定唯一平面的特性，這就是三角架為什么可以在任何地方放置穩(wěn)