教学设计未来建筑中的悬臂结构

1未来建筑中的悬臂结构教学设计一、主题名称未来的节能悬臂结构二、适用年级五年级三、主题说明本课题以“未来的节能悬臂结构”为主题。立足环保、建筑、交通、人工智能等多学科融合，将与生活息息相关的工程结构知识与未来节能环保的发展需要相融合，将中华优秀传统文化与科技创新相融合，进行课例研究。本课题的研究对象是悬臂结构。悬臂结构是在工程力学受力分析中，比较典型的简化模型。在建筑领域和桥梁设计中应用得非常广泛。针对这一学科认知背景，本课题计划开展“学习原理”和“运用实践”两个课时的研究内容。主要内容包括了解中国悬臂桥梁的变迁历史与特点、学习悬臂结构的概念和应用方法、用吸管等材料搭建悬臂结构模型、开展节能优化方案设计与制作，完成“未来的节能悬臂桥梁”的设计图。本课题不仅培养学生工程思维能力、设计思维能力、动手能力。并在研究过程中让学生加深对中华文化的认识，让学生了解节能培养细致严谨的科学态度。本课题有效推动人文、工程、设计等学科融合，具有创新意义。四、课时规划：2课时有趣的悬臂结构2（第一课时）一、教学目标：（一）知识聚焦：让学生了解悬臂结构在桥梁中的工作原理。了解中国古代悬臂结构的运用与变迁。（二）创意探究：在“中国名桥结构小导游”活动中，通过表演的形式，提高写作和艺术表现能力；（三）情感价值：了解悬臂结构在桥梁中的重要作用，认识中国古代桥梁之美，提高学生对中华文化认同感与自豪感。二、实施条件：一个悬臂结构的吊塔模型、三、教学内容：（一）创设情境，导入新课1、图片激趣：用图片呈现中国古代具有悬臂结构的桥梁图片，引导学生欣赏图片上中国桥梁结构之美。教师边展示边介绍悬臂结构在中国桥梁中的变迁历史。展示的图片包括中国古代的伸臂木梁桥、邓邓桥、阴平古道上的文县阴平桥、兰州握桥、渭源灞陵桥、甘孜藏族自治州新龙县乐安乡境内横跨雅砻江的波日桥等。【情景预设：同学们，这座优美的桥梁有个特别的名字，那就是悬臂梁桥。采用钢或混凝土建造的悬臂梁桥，在现代桥梁工程中占有重要的一席之地。百年前，采用这种桥式的钢桁架梁桥曾经辉煌一时，它是如何起源和发展的？为什么采用这种结构来建桥呢？让我们边看图片边猜想吧。】（二）讲授新课，精讲点拨31、问题导入：呈现塔吊的图片，让学生联系生活，思考以下问题：（1）塔吊为什么能够吊起重物？（2）塔吊的吊臂是远端更能承重还是近端更能承重？为什么？【情景预设：是的，塔吊能够吊起重物靠的不是钩子，而是其独特的悬臂结构。有了悬臂结构，非常沉重的的物体都能够依靠悬臂轻松吊起。让我们一起来揭开这神奇的“悬臂”面纱。】2、引入概念：课件上展示悬臂的概念——悬臂是只有一端固定的梁。再请全班学生起立，结合自己的身体，模仿悬臂结构，加深学生的理解。【情景预设：同学们，请你们把右臂侧平举，模仿塔吊的造型演一演起重的过程。在演的过程中，对照着塔吊，体会哪里是梁、哪里固定、如何固定的问题。】（三）巩固概念，模仿绘图1、巩固概念：借助悬臂结构的讲解视频，引导学生思考以下问题：（1）说说塔吊的结构原理是什么？（2）在以下的结构图片中，辨认具有悬臂结构的桥梁。（3）你还能想到在我们生活中还有那些地方应用到了悬臂原理吗？（4）根据记忆，结合悬臂结构的原理，用简笔画的形式手绘一张悬臂结构的桥梁图。【情景预设：请同学们仔细观察老师手中的塔吊模型，你发现其中有三角结构了吗？结合悬臂结构的原理想一想、猜猜这些三角结构对于整个悬臂结构有什么作用？仔细观察模型，与其他这些悬臂结构的图片，请你用简笔画模仿画出一张悬臂结构的模型图。】未来的节能悬臂结构4（第二课时）一、教学目标：（一）知识聚焦：运用悬臂结构的工作原理，利用材料制作悬臂结构模型。运用节能环保的科学原理，对悬臂结构模型进行优化设计，完成未来的节能悬臂结构桥梁的设计图。（二）创意探究：在“搭建吸管悬臂“活动中，通过制作悬臂结构，培养学生工程思维能力；在优化设计“未来的节能悬臂结构”活动过程中，通过让学生绘制设计图，培养学生的设计思维与创造力。（三）情感价值：了解悬臂结构在桥梁中的重要作用，树立细致严谨的科学态度，培养节能环保意识。二、实施条件：薄木板150块、吸管50根、大头针50根、厘米、钩码1盒米尺、宽透明胶带和剪刀若干三、教学内容：（一）创设情境，导入新课创设诗歌情境，激趣导入:唐代伟大诗人杜甫在旅居四川成都草堂期间创作的《茅屋为秋风所破歌》，让学生结合诗句“八月秋高风怒号，卷我屋上三重茅”想象破败房屋的情境，再让学生思考如何用悬臂结构帮杜甫重新搭建一间坚固的“茅屋”。并思考他们所搭建的悬臂结构“房屋”应当具备怎样的要求。【设计理念：结合古代诗词与生活场景进行导入，学生明确接下来的学习目标是要运用悬臂结构来搭建一个能“抗风”、能“承重”的建筑。而这种导入方式既能激发学生动手操作的兴趣，又能培养学生的爱国情感。】（二）创意设计，搭建悬臂51、活动前（1）教师先向学生明确制作材料的用途和注意事项。并按小组为单位进行材料分发。（制作材料包括：薄木板150块、吸管50根、大头针50根、厘米、钩码1盒米尺、宽透明胶带和剪刀若干）（2）学生通过小组合作的方式，完成以下导学案，回答关键问题。再通过小组展示，落实悬臂结构制作的理论学习。为诗人搭建一个悬臂结构房屋小组合作导学案发现问题解决问题（预设）问题分析（预设）吸管搭建的悬臂结构受到哪些方面的力?重力，拉力，支持力等吸管之间有那些连接方式？套接、插接、粘接吸管哪些部位受力最大？如何将受力分散？左边和吸管接触的受力最大。可以通过管道加粗、管内嵌套、设计三角结构等方式将受力分散。参考实际生活中的例子，除了受力，悬臂还会受哪些方面的扰动?怎样克服还会受到垂直于悬臂的平面内多个方向的力的扰动可以通过强化结构方式、调节悬臂臂长与支点等多种方式来减轻扰动悬臂结构可不可以垂下或转动？可以。下垂有利于整体的结构稳定。这也是钢结构建筑抗震的原因。2、活动过程（1）明确搭建内容：使用尽量少的材料，要制作一个悬臂结构。要求悬臂至少长45厘米。吸管可以接触桌子的任何部分，但是吸管只能有一根固定在桌面上。（2）明确搭建目标：使用尽量少的材料。这个悬臂结构要求能抗风和承重。（3）活动流程：先明确小组分工，再由小组代表领取制作材料。接下来学生以小组合作方式进行搭建，搭建时间约20分钟。6【情景预设：教师发现做得比较好的小组，可以鼓励其他小组进行学习观摩。并在观察过程中以启发式问题进行引导。】3、汇报和总结每一个小组完成任务后，以小组为单位进行汇报和总结。汇报内容如下：（1）你们小组的分工方案？（2）你们制作的悬臂结构包含了那些结构元素？（3）你们是怎样减少使用吸管来达到节能目标的？（4）实验中出现了哪些问题，你们做出了怎样的尝试？4、测试与评价教师对每一组制作的悬臂结构进行测试，检测方式和评价量级如下：项目检测方式1分2分3分悬臂稳定性面对外来风吹时，作品是否能在多方向稳定。稳定性差面对风吹，垂直方向稳定面对风吹，多方向稳定性强承受重量在悬臂一端增加钩码，悬臂结构能承受的钩码数量越多，结构越稳定，效果越好。只能挂少于7个钩码。能挂7-9个钩码。能挂10个钩码及以上。材料用量少所使用的吸管数量越少，效果越好。使用材料最多使用材料数量较少。使用材料数量最少。展示效果小组汇报的效果是否清晰，具有创意。表达清晰完整表达能力强，能清晰说明活动过程与成果。能富有创意地表达，详细说明活动过程与成果。展示优秀作品，全班讨论这些设计的创新之处与可改进之处。（三）优化设计方案，绘画“未来的节能悬臂结构建筑”设计图引导学生总结和反思本课学习的知识点，让学生优化设计方案，可以优化结构稳定性，可以优化节能方案，也可以优化外观设计。综合设计一个“未来的节能悬臂结构”建筑。