结构力学的教学问题探讨 [复制链接]

项目存在问题
1.理论知识的缺失
教材在介绍这一活动时，没有系统地讲解为何三角形能提供稳定的结构，学生只凭经验或直觉进行设计，缺乏理论支持。
2.知识迁移能力不足
学生在其他场景中无法将所学知识灵活运用，无法将结构力学中的概念与实际生活中的建筑结构相联系。
3.创新思维的局限
由于对基本原理理解不深，学生往往拘泥于课堂中的材料和模式，创造性不足。在以往的教学实践中，学生往往依赖直觉和经验进行搭建，而未深入理解结构力学中的关键概念 —— 三角形结构稳定性。

作品1   底部多根横向、短吸管的安装，这对于塔台结构承重没有任何支撑作用。

作品2   虽然符合课本要求--塔高60厘，但其整体结构稳定性不足。1.底座不够稳固，缺少足够的三角形结构支撑。2.每一层塔的重心没有落在同一重心线上，塔身歪斜。3.塔台结构中横向吸管主要功能是保持支柱的稳定性，即避免竖直方向的支柱受压力时倾斜或变形。它不是主要承重结构，所以不需要用多根吸管来支撑横向吸管

导致以上搭建问题的主要原因是我们在教学过程中对三角形结构力学原理的深入剖析不够，学生会倾向于用多余的支撑来弥补结构的不稳定性，导致他们过渡使用横向吸管这类非承重结构。同时因为未进行受力分析，他们无法判断哪些部分承重，哪些部分是辅助稳定的。他们会认为每个方向都需要多重加固。

教学改进策略

（一）引入理论基础--三角形稳定性试验

正式搭建之前，花时间让学生理解基本的结构力学原理，特别是三角形在力学中的稳定性概念。

准备一些正方形和三角形的框架模型，（观察不同形状框架在受力下的变形情况，理解三角形的稳定性）通过3个小实验来完成。

[p=30, 2, left]小实验1--受压力比较------用相同的力分别对两种框架的顶点施加压力，观察不同形状的框架在受压力时的变形情况。[/p]

   通过这个实验，学生能够直观地理解三角形顶点受力时，力沿着顶点朝相邻两边向下传递到底边的两个顶点，这两个顶点因此受到沿着底边向外的力，而底边由于长度固定不变，又不能伸长，底边材料的内部引力限制其两端向外拉伸。同理，三角形的三条边和顶点之间由于受力方向的互相制约而保持了结构的稳定。即使外力很大，顶点受到的力也会被迅速传递到其他各边、各顶点，力被分散削弱后保证了三角形结构的稳定。

实验2比较四边形和三角形顶点受拉力时形变情况。

三角形任意两个顶点受拉力后，力会直接作用在边上，而边长是固定的，无法形变。相比之下，四边形的对角两个顶点受拉力，容易导致顶点相邻两边夹角改变，从而发生形变。

实验3分别用相同的力按压三角形的边和顶点，比较三角形弯曲情况

通过这个实验可以帮助学生认识到三角形不同位置上受力时稳定性是不同。这个原理可以帮助学生在设计塔台结构时更加科学地运用三角形。当学生知道在三角形的边上施加力会使三角形弯曲，那么在搭建塔台时就会避免让主要的受力点集中在三角形结构的边上。相反，当了解到在三角形的点上施加力时它能保持稳定，学生就可以把塔台的关键支撑部位设计成，以三角形的顶点为受力点的结构，从而提高塔台的整体稳定性。

导致以上搭建问题的主要原因是我们在教学过程中对三角形结构力学原理的深入剖析不够，学生会倾向于用多余的支撑来弥补结构的不稳定性，导致他们过渡使用横向吸管这类非承重结构。同时因为未进行受力分析，他们无法判断哪些部分承重，哪些部分是辅助稳定的。他们会认为每个方向都需要多重加固。 罗华英 发表于 2024/10/22 13:13:51

很多学生会选择忘不稳定的地方直接增加多余的支撑

真正的项目化学习

全面的分析，很到位

这个问题之前有老师在论坛上讨论过，在造高塔时，这版本教材不像老教材那样，先有一些关于建高塔所需的结构理论学习。

项目存在问题 1.理论知识的缺失 教材在介绍这一活动时，没有系统地讲解为何三角形能提供稳定的结构，学生只凭经验或直觉进行设计，缺乏理论支持。 2.知识迁移能力不足 学生在其他场景中无法将所学知识灵活运用，无法将结构力学中的概念与实际生活中的建筑结构相联系。 3.创新思维的局限 由于对基本原理理解不深，学生往往拘泥于课堂中的材料和模式，创造性不足。在以往的教学实践中，学生往往依赖直觉和经验进行搭建， 罗华英 发表于 2024/10/22 13:07:20

这个问题很大，学好数理化，走遍天下都不怕，这样的数理化更是一种原理方法和精神。
教材设计的确疏忽了，还是老教材《形状与结构》更加科学，没有科学的理性求证，技术工程就是一句空话。

感谢提出，本贴加精！

这是工程师的思想

老教材上有这个内容，教学时适当补充一下，还是有好处的。

学习了，这样的知识就是核心概念吧，起到指导的作用

新老教材充分结合。

新老教材的结合，为课堂创造新活力

先学基础知识再进行建高塔会更好

带领学生进行真正的探究，这是科学精神的体现。

楼主说得没错，在三角形的知识应用和实际制作方面，新教材学生确实不如老教材学生

老教材基础学的扎实，新教材是让学生自己感受

新老教材充分结合，工程思想得以培养

分析的很透彻，改进后对三角形的稳定性理解更深入，更好的服务于搭建

反思才让课堂更加完整

真正的项目化学习

老教材上有这个内容，教学这部分内容确实很有必要。

多角度来分析，学生能更好的理解

这个问题的提出很专业，三角形具有稳定性就像是一句口号，学生都会记，为什么稳定为什么支撑性好学生是很模糊的，渗透一些相关知识会让学生的设计更有理论依据。

不知道为什么老教材里的删掉了，觉得还是要从四边形和三角形的不同入手，先给学生用吸管体验一下

新教材更多的是让学生自己去体验发现三角形的这个特点，教师不能干预太多