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视频课题：第五届全国高中通用技术实验教学说课视频《结构的稳定性及其定量测评方法探究》福建
教学设计、课堂实录及教案：第五届全国高中通用技术实验教学说课视频《结构的稳定性及其定量测评方法探究》福建省厦门实验中学高中通用技术
结构的稳定性及其定量测评方法探究
厦门实验中学 林震苍
一、使用教材
苏教版高一《技术与设计2》第一单元第二节“结构与稳定性”。
二、实验器材
（1）朗威DISLab拉力传感器与配套软件；
（2）由轻质细绳、铁架台、固定夹、刻度板等构建的实验装置主体；
（3）以自制的变形塔结构作为被测对象。
三、实验创新要点/改进要点
（1）能对被测对象施加定量荷载，并全程动态记录实验结果；
（2）直观呈现“荷载作用”对结构稳定性的影响；
（3）基于数据的比较，精准、客观地评判结构的稳定性。
四、实验原理/实验设计思路
依据“结构稳定性”的定义设计试验装置，它包括两个部分：①测试装置；②被测对象：
测试装置应能对被测对象施以可变荷载，用于模拟“荷载的作用”；并且能通过DIS拉力传感器定量测量和动态记录荷载变化。
被测对象可以是学生制作的结构作品；也可以是用于教师演示实验的“变形塔”。
五、实验教学目标
（一）知识与技能
理解结构稳定性的概念，认识影响结构稳定性的三个因素。
（二）过程与方法
体验基于数据的技术试验过程与方法。
（三）情感态度与价值观
培养学生严谨的科学态度、基于实证的探究精神、团结协作的意识。
六、实验教学内容
以“变形塔”为被测对象，使用自己开发的“基于DIS拉力传感器的结构稳定性测试实验及演示装置” 进行实验教学：其一，探究影响结构稳定性因素。其二，测试评价学生作品的结构稳定性。
依据“结构稳定性”的定义设计试验装置，它包括两个部分：①测试装置；②被测对象：
测试装置应能对被测对象施以可变荷载，用于模拟“荷载的作用”；并且能通过DIS拉力传感器定量测量和动态记录荷载变化。
DIS拉力传感器是一种新型的检测设备，能够精确测量微小的力，以及力的变化，并通过计算机辅助软件自动分析测量数据。
被测对象可以是学生制作的结构作品；也可以是用于教师演示实验的“变形塔”。
变形塔是一种自制的特殊结构体。主体由木质构造、中间立柱装有可调节位置高低的配重螺母，底座是可替换的不同形状和大小的组件。因此“变形塔”是重心高低，支撑面大小和形状都可以单独改变的结构。
图1基于DIS拉力传感器的结构稳定性测试及演示实验装置全貌
七、实验教学过程
（一）通过对变形塔的测试探究影响结构稳定性因素
1.探究重心位置高低对结构稳定性的影响
将“变形塔”放在讲台桌上，将配重螺母调节至最高处，此时，“变形塔”重心位置最高。在“变形塔”的顶部系上轻质细绳，细绳的另一端水平悬挂在拉力传感器的挂钩上，我们打开DISlab软件，并沿水平方向缓慢地移动传感器，此时，“变形塔”因为顶部受拉而产生倾倒的趋势，传感器记录下了在整个过程中塔顶所受拉力的动态数据，自动生成直观的数据图像，如图2所示。
图2 拉力传感器记录下荷载力大小随时间的动态变化曲线
当到达倒塌的临界状态时，传感器所受的拉力为零，塔倒塌，此时停止移动传感器，传感器的移动距离就是荷载力作用的距离。我们可以从软件的图像上读出拉力峰值的大小、从刻度板上读出荷载力作用的距离，并做好实验数据记录。结合“荷载力的大小”与“荷载力作用的距离”这两个维度对被测对象进行稳定性的综合评价。
下面调节螺母的高度改变结构的重心位置，采用相同的方法测试并记录下多组数据，得到表1。
表1 改变重心高度测试结构稳定性情况
| 高 | 中 | 低 | |
| 拉力峰值大小（N） | 0.25 | 0.25 | 0.25 |
| 位移距离（cm） | 9.5 | 12 | 20 |
| 稳定性综合评价 | 最差 | 好 | 最好 |
| 12cm×12cm | 20cm×20cm | 30cm×30cm | |
| 拉力峰值大小（N） | 0.25 | 0.48 | 0.84 |
| 位移距离（cm） | 9.5 | 17.5 | 20 |
| 稳定性综合评价 | 最差 | 好 | 最好 |
| 20cm×20cm | 12cm×33.3cm | 33.3cm×12cm | |
| 拉力峰值大小（N） | 0.48 | 0.9 | 0.26 |
| 位移距离（cm） | 17 | 19 | 10 |
| 稳定性综合评价 | 好 | 最好 | 差 |
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
