三、教学建议

（一）教学策略

教师在教学时，应引导学生用人文的眼光看待设计，设计是为了满足人们的需要的，是与实际生活情景相联系的。采取以小组为单位的形式进行分工合作，引导学生打开思路，充分讨论，形成多种设计方案，在多方案中进行选择。方案设计完成后，制作出可以使用的原型。制作中，要因地制宜地选择方便易得、容易加工的材料。

学生制作好的作品，可以先由小组之间的学生互相评价并做出结论，再由教师给予点评。每件作品都应附有一张意见表，表中要记录每位学生自己所完成的工作、同学和教师对作品的书面评价等，以便存入学生的技术活动档案袋。本节内容是设计的物化，尤其是桁架桥梁模型设计可以组织结构比赛，并能根据课程标准，结合原型制作成果评价，对每组学生进行通用技术核心素养能力的评估。

（二）教学过程

1．情景导入

为了引起学生在制作桁架原型前对结构安全问题的重视，教师可以先播放1940年美国塔科马大桥在大风中坍塌事故的视频，然后从前面课程涉及的结构强度和稳定性问题展开讨论，用结构设计的理论来指导结构模型的设计与制作。结构模型的设计与制作过程是一个手脑并用的过程，不但可以进一步巩固学生所学的知识，还可以提高其实践能力，培养技术创新素养。

不同场合的结构设计，应考虑的因素各有侧重。应向学生强调，无论在哪一类用途的结构设计中，安全都是至关重要的因素。其他还有一些需要考虑的因素，如材料选择、民俗文化、地域特点等，还可以引导学生思考是否还有需要考虑的特别因素。

2．课堂小试验

桥梁模型的设计与制作

桁架桥梁模型（图1.8）是桥梁设计过程中经常采用的一种形式，一般多见于铁路和公路桥梁，分为上弦梁受力和下弦梁受力两种。最基本的桁架形式是由上弦、下弦、腹杆组成；腹杆的形式又分为斜腹杆、直腹杆；由于杆件本身长细比（值）较大，虽然杆件之间的连接可能是“固接”，但是实际杆端弯矩一般都很小，因此，设计分析时可以简化为“铰接”。简化计算时，杆件都是“二力杆”，仅承受压力或者拉力。桁架桥的设计追求的是用材少而桥梁跨度大，结构简单而稳定性高。桁架桥原型制作需要用到物理静力学原理和计算机辅助设计与分析技术。

图1.8　桁架桥梁的原型设计与制作模型

教材中提出一个任务情景：某峡谷上需要建造一座公路桥，请同学们设计并制造一座跨度为400mm的峡谷公路桥模型，能够顺利通过至少总质量为900g的电动小车（教材图1.43）。

设计的优化：真正的桁架结构桥梁都是由钢梁连接形成的，为此同学们可以尝试先在3D软件中设计一种针对桥梁结构的接头，并使用3D打印机制作接头，参照图1.8的桥梁模型设计过程连接杆件形成桁架结构（图1.9）。为了节约时间和成本并具有可比性，建议统一采用截面为5mm×5mm、长度为200～300mm的木条，也可以采用直径为6mm的圆木棒。注意打印时要让接头内部易于连接，并易于探究结构连接方式对桁架桥梁强度的影响。

图1.9  3D打印接头图纸与装配图样（单位：mm）

创意玩具原型设计与制作

本项目涉及一种创意玩具的设计制作，是不倒翁原理的知识迁移实例。建议学生手工绘制或在Solid Edge软件（若学校具备条件）环境中建立一个袋鼠模型，完成袋鼠模型的三维建模与装配，分析重心、惯性矩和旋转中心位置，用2D图标注，最后生成运动仿真动画。要求通过分析袋鼠的身体重心和旋转中心位置关系，以及惯性作用等物理作用，可以使袋鼠在斜坡上持续跳跃行走，并可以利用木工切割工具或数控机床把CAD模型加工出来，测试运动效果，如图1.10所示。

图1.10 在Solid Edge软件中分析袋鼠的重心位置和转动惯量

（三）课后作业

在某些地震多发地区，人们采用“木板夹心”结构筑墙建房。这种由当地人民创造出的结构能经受地震的考验，具有较好的抗震效果。请简要说明这种结构的特点，并根据所学的有关结构与设计的知识，对这种结构设计进行分析。