田馨銘 何鳳娟

摘要：認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)、探究結(jié)構(gòu)、實(shí)踐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是“結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”主題的教學(xué)思路，體現(xiàn)了“學(xué)中做”基本理念。通過對(duì)近幾年實(shí)際教學(xué)過程中存在問題的探究，深挖“結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”內(nèi)涵，較為科學(xué)地找到“結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”主題教學(xué)策略，以期適應(yīng)新一輪課程改革，把學(xué)科核心素養(yǎng)落到實(shí)處。

關(guān)鍵詞：結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) ?做中學(xué) ?翻轉(zhuǎn)課堂 ?核心素養(yǎng)

技術(shù)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)離不開結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)、探究結(jié)構(gòu)、實(shí)踐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，是“結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”主題的總體教學(xué)思路，體現(xiàn)了“學(xué)中做”的基本理念。教學(xué)中，如何采用合適的策略與方法，引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度等相關(guān)知識(shí)，學(xué)會(huì)運(yùn)用知識(shí)分析與解決結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)問題，成為通用技術(shù)教師的研究課題。

一、存在的問題——“結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”主題教學(xué)環(huán)節(jié)不完整

在“簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)”教學(xué)中開展“學(xué)中做”活動(dòng)時(shí)，部分教師未能體現(xiàn)“技術(shù)與設(shè)計(jì)1”中的“設(shè)計(jì)的一般過程”，缺少結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和穩(wěn)定性的測試、評(píng)估和優(yōu)化環(huán)節(jié)。大部分教師通常用兩個(gè)課時(shí)來安排本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)：第一課時(shí)的教學(xué)主題為“結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的主要因素”;第二課時(shí)開展“學(xué)中做”實(shí)踐活動(dòng)，利用“簡單結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)案例”教學(xué)內(nèi)容作為“學(xué)中做”實(shí)踐內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)。由于課時(shí)少，實(shí)踐過程中沒有進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性測試環(huán)節(jié)，造成學(xué)中做活動(dòng)中設(shè)計(jì)過程中基本環(huán)節(jié)的部分缺失。“技術(shù)與設(shè)計(jì)1”中的設(shè)計(jì)思想以及本模塊中的第二節(jié)“穩(wěn)固結(jié)構(gòu)的探析”方法得不到完整體現(xiàn)。

二、認(rèn)真研究教材，正確理解有關(guān)結(jié)構(gòu)的基本概念

結(jié)構(gòu)及其設(shè)計(jì)具有大量和復(fù)雜的專業(yè)知識(shí)，通用技術(shù)教師應(yīng)在深入研讀課程標(biāo)準(zhǔn)和教材的基礎(chǔ)上掌握好結(jié)構(gòu)的基本概念。

1.知道結(jié)構(gòu)的一般含義

教學(xué)中首先要讓學(xué)生了解一般意義上的結(jié)構(gòu)概念，知道結(jié)構(gòu)是“事物各部分的有序搭配和排列”，這是后續(xù)教學(xué)的前提和基礎(chǔ)，并知道結(jié)構(gòu)的主要特性：

①結(jié)構(gòu)是事物存在和區(qū)分的主要形式，正是結(jié)構(gòu)的不同決定了事物的區(qū)別;

②結(jié)構(gòu)影響事物的性質(zhì);

③結(jié)構(gòu)影響事物的功能，例如，雖然三角形框架和三節(jié)棍的組成構(gòu)件基本相同，但由于它們的結(jié)構(gòu)不同，因而具有完全不同的使用功能。

2.理解力學(xué)意義上結(jié)構(gòu)概念及其相關(guān)基本知識(shí)

通用技術(shù)課的有關(guān)結(jié)構(gòu)主要指力學(xué)意義的結(jié)構(gòu)，即產(chǎn)品和工程意義上的客觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)，它是“結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”主題的核心和重要內(nèi)容，也是教學(xué)評(píng)價(jià)常常涉及的主要內(nèi)容，包含一些基本概念和基本知識(shí)，是后續(xù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論指導(dǎo)基礎(chǔ)。

①要讓學(xué)生理解力學(xué)意義上的結(jié)構(gòu)含義。力學(xué)意義上的結(jié)構(gòu)是指可承受和傳遞荷載且起骨架作用的架構(gòu)形態(tài)，它可以抵抗引起形狀和大小改變的外力。

②讓學(xué)生理解結(jié)構(gòu)的基本受力類型及其物理學(xué)科中物體受力分析的區(qū)別。在教學(xué)中，學(xué)生往往帶著科學(xué)領(lǐng)域中物理學(xué)科的受力分析思維，認(rèn)識(shí)和理解技術(shù)領(lǐng)域中結(jié)構(gòu)的基本受力類型和受力分析，這就需要理解結(jié)構(gòu)的基本受力類型及其與物理學(xué)科中物體受力分析的區(qū)別。

具體來說，結(jié)構(gòu)的基本受力類型有拉力、壓力、彎曲力、扭轉(zhuǎn)力、剪切力。物理學(xué)科中的物體受力分析，通常把研究對(duì)象當(dāng)作剛體，研究物體所受外力與物體運(yùn)動(dòng)的關(guān)系。技術(shù)領(lǐng)域中的結(jié)構(gòu)受力分析，主要用于分析結(jié)構(gòu)在外力作用下，力傳遞到構(gòu)件內(nèi)部而引起的結(jié)構(gòu)形狀的改變情況。在教材中，雖然有部分受力類型名稱在兩個(gè)學(xué)科領(lǐng)域中的表達(dá)相同，但在分析問題方面有很大區(qū)別，結(jié)構(gòu)的受力分析主要強(qiáng)調(diào)受力效果。

如圖1中的橫梁在重物和支點(diǎn)共同作用下主要受“彎曲力”作用，產(chǎn)生彎曲效果。而學(xué)生往往受物理受力思維影響把它判斷為受“壓力”。

圖1③正確理解結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性。結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性既是結(jié)構(gòu)的兩個(gè)不可分割的重要屬性，也是研究結(jié)構(gòu)問題需要考慮的主要因素。教學(xué)中往往出現(xiàn)對(duì)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和穩(wěn)定性概念闡述不正確或只做簡單粗略講解的現(xiàn)象，而教師務(wù)必將這兩個(gè)關(guān)于結(jié)構(gòu)的核心問題的區(qū)別和聯(lián)系講解清楚，否則會(huì)對(duì)后續(xù)教學(xué)和評(píng)價(jià)帶來影響。

結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在荷載作用下維持其原有平衡狀態(tài)的能力，主要與重心位置、支撐面積、形狀、重量等因素有關(guān)。穩(wěn)定性著重研究結(jié)構(gòu)整體與所處空間位置關(guān)系變化的問題。

結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度是指結(jié)構(gòu)具有的抵抗外力破壞的能力，主要與材料、形狀、連接方式等因素有關(guān)。強(qiáng)度著重研究結(jié)構(gòu)本身在外力作用下是否容易變形或被破壞的問題。構(gòu)件的強(qiáng)度通常用“應(yīng)力”定量描述，應(yīng)力是指構(gòu)件單位橫截面積上所產(chǎn)生的內(nèi)力，用公式表達(dá)為：σ=F/S，其中，F(xiàn)為內(nèi)力，S為橫截面積，σ為應(yīng)力。

3.“結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”主題教學(xué)中容易出現(xiàn)的問題

①常把“接觸面積”與結(jié)構(gòu)的“支撐面積”混淆。支撐面積是指結(jié)構(gòu)與支撐面所圍成的總面積，而接觸面積是指結(jié)構(gòu)與支撐面直接接觸部分的面積，通常情況下支撐面積要大于接觸面積。如圖2所示的椅子，它與地面構(gòu)成的支撐面積是指四條椅子腿與地面圍成的矩形區(qū)域面積（圖3中黑色和灰色部分），接觸面積僅指四條椅子與地面直接接觸部分的面積（見圖4中黑色部分）。

圖2 ? ? ? ?圖3②對(duì)部分典型結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和強(qiáng)度的錯(cuò)誤理解。從穩(wěn)定角度理解三角形框架和不倒翁（見圖4）兩種典型結(jié)構(gòu)，部分學(xué)生甚至有部分老師把它們理解或解釋為“穩(wěn)定強(qiáng)”的結(jié)構(gòu)。這主要是由于對(duì)“穩(wěn)定性”和強(qiáng)度概念缺乏清晰認(rèn)識(shí)，并用數(shù)學(xué)思維認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)（主要指三角形結(jié)構(gòu)）所造成的錯(cuò)誤理解。

圖4對(duì)三角形框架的正確理解應(yīng)該是，它是“強(qiáng)度高”的結(jié)構(gòu)，而非“穩(wěn)定性強(qiáng)”的結(jié)構(gòu)。這主要是因?yàn)槿切蔚慕Y(jié)構(gòu)形狀決定了它不易變形（除材料因素外），而是否容易變形或破壞屬于強(qiáng)度問題。

對(duì)于不倒翁的正確理解是，它不是穩(wěn)定性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)。穩(wěn)定性是指結(jié)構(gòu)在荷載的作用下維持其原有平衡狀態(tài)不變的能力。不倒翁雖然重心低，但它的支撐面積很小，很容易在外力作用下改變?cè)衅胶鉅顟B(tài)（晃動(dòng)），因此不倒翁不是穩(wěn)定性強(qiáng)的結(jié)構(gòu)（它只是恢復(fù)原有狀態(tài)的能力比較強(qiáng)）。

三、正確把握結(jié)構(gòu)主題的教學(xué)策略

1.借助翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式上好起始課

借助翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式讓同學(xué)們“認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)”，通過課堂上的交流互動(dòng)，讓學(xué)生知道結(jié)構(gòu)是普遍存在的，尤其是要讓學(xué)生深刻領(lǐng)會(huì)到人類通過對(duì)自然領(lǐng)域各種結(jié)構(gòu)的觀察、分析和研究，將其成果應(yīng)用到技術(shù)領(lǐng)域，以更好地服務(wù)人類。

2.在探究實(shí)踐中理解和建構(gòu)結(jié)構(gòu)的基本概念和基礎(chǔ)知識(shí)

在“結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)”主題中，需要通過探究實(shí)踐建構(gòu)的基本概念和基本知識(shí)主要有：結(jié)構(gòu)的受力類型、結(jié)構(gòu)類型、結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及其影響因素、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及其影響因素等。

以結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性為例，探究實(shí)踐教學(xué)策略：

①準(zhǔn)備合適的教具、學(xué)具。合適的教具、學(xué)具是實(shí)現(xiàn)探究實(shí)踐教學(xué)的基本條件和物質(zhì)保障。通常教師可以選擇學(xué)生熟悉、易獲得、易操作、使用安全的常見生活用品或?qū)W習(xí)用品進(jìn)行穩(wěn)定性探究教學(xué)，如礦泉水瓶、易拉罐、粉筆、砝碼等。利用這些物品可以來探究重心位置、支撐面積、重量等穩(wěn)定性影響因素。

②巧妙引入新課?？梢酝ㄟ^教具、學(xué)具或多媒體等手段，營造結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性教學(xué)情境，巧妙地引入穩(wěn)定性問題。比如，可以利用雞蛋、砝碼演示結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的不同，從而引導(dǎo)學(xué)生對(duì)穩(wěn)定性概念及影響因素進(jìn)行探究。

③自主設(shè)計(jì)實(shí)施探究實(shí)驗(yàn)。在老師的引導(dǎo)和主導(dǎo)下，學(xué)生利用現(xiàn)有的教具、學(xué)具，針對(duì)需探究的因素，自主進(jìn)行有目的的探究實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)過程中，要提醒學(xué)生注意觀察、收集和記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)或現(xiàn)象，并在此基礎(chǔ)上分析和總結(jié)影響結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的主要因素。

④知識(shí)應(yīng)用。在分析穩(wěn)定性影響因素探究結(jié)果的基礎(chǔ)上，用所探究的知識(shí)分析解釋生活中穩(wěn)定性問題或案例。這一教學(xué)環(huán)節(jié)是知識(shí)鞏固和應(yīng)用的過程，可以用于檢驗(yàn)和反饋教學(xué)效果。

3.實(shí)踐好結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程

學(xué)生通過基本概念和基本知識(shí)學(xué)習(xí)，將其應(yīng)用于設(shè)計(jì)實(shí)踐。在本教學(xué)環(huán)節(jié)中應(yīng)注意以下問題。

①要與“技術(shù)與設(shè)計(jì)1”中的設(shè)計(jì)實(shí)踐相區(qū)別

“技術(shù)與設(shè)計(jì)1”設(shè)計(jì)實(shí)踐的教學(xué)目的，是經(jīng)歷設(shè)計(jì)制作過程，體驗(yàn)設(shè)計(jì)的一般過程，通過“做中學(xué)”領(lǐng)悟設(shè)計(jì)的一般思想方法?！凹夹g(shù)與設(shè)計(jì)2”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)實(shí)踐的教學(xué)目的，是通過“學(xué)中做”有針對(duì)性或有側(cè)重地進(jìn)行專題性設(shè)計(jì)，它的針對(duì)性或側(cè)重點(diǎn)主要有結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性和強(qiáng)度問題，以及由此延伸的重心、支撐面、形狀、材料、連接等問題。教學(xué)過程不能重復(fù)“技術(shù)與設(shè)計(jì)1”，或簡單地用“技術(shù)與設(shè)計(jì)1”的設(shè)計(jì)實(shí)踐替代“技術(shù)與設(shè)計(jì)2”的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)實(shí)踐。

②設(shè)計(jì)載體的選擇要充分體現(xiàn)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的特點(diǎn)

設(shè)計(jì)載體的選擇要體現(xiàn)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。如簡易相片架、簡易書架、簡易文具架等都是合適的設(shè)計(jì)載體。從力學(xué)角度理解，它們就是能承受一定外力的結(jié)構(gòu)框架。因此在選擇制作材料時(shí)，要考慮材料的強(qiáng)度和可加工性，以及能實(shí)現(xiàn)的連接方式，如釘子連接、榫接、鉸接等，從而盡可能體現(xiàn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)固性的設(shè)計(jì)因素。

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責(zé)任編輯：黃大燦