科学第17课 建筑物的结构教学设计

这是一份科学第17课 建筑物的结构教学设计，共5页。
知识目标：1、能说出常见建筑物的结构
2、能分析建筑物的结构与受力之间的关系
3、能根据建筑物的结构从自然界中找到原型
能力目标：培养学生观察、实验、交流、搜集、制作等科学探究能力
情感目标：体验建筑物的结构与受力之间的关系 ，感受仿生建筑技术对人们生活的影响
教学重难点
重点：认识建筑物的结构，了解建筑物结构与受力大小的关系
难点：利用实验方法探究建筑物的结构与受力之间的关系
教学准备
PPT课件、小木棍、皮筋、白纸、鸡蛋、学生活动手册等
教学过程
情景与问题
早在远古时代，人类的祖先为了遮风避雨，创造了原始的住所，随着技术的发展和社会的进步，建筑逐步融入了人类的情感、信仰和智慧，建造了很多著名的建筑物。它们都有漂亮的外观和精巧的结构，如赵州桥、故宫、凯旋门，这些建筑物非常坚固，有的已有几百年甚至上千年的历史，经过多次洪水和地震等自然灾害的考验，依然安然无恙。
那么，你知道它们为什么那么坚固吗？与它们的结构有关系吗？
这一节，就让我们一起学习建筑物的结构
课题：17 建筑物的结构
探究与发现
常见建筑物的结构
观察下列建筑物的形状和结构，各有什么特点？
山海关：拱形结构
中国国家体育场：框架结构
杭州国际会展中心：球形结构
悉尼歌剧院：薄壳结构
泰姬陵：圆屋顶结构
金字塔：三角形结构
意大利比萨斜塔：圆柱体结构
水立方：立方体结构
很多建筑的结构可以在自然界中找到类似的原型。想一想哪些建筑物的结构和下图中的原型相似？
鸟巢体育场对应的原型是鸟巢
火车站站台对应的原型是麦秆
赵州桥对应的原型是鸡蛋
珠海大剧院、大连贝壳博物馆对应的原型是贝壳
南京蜂巢酒店对应的原型是蜂巢
法国里昂机场火车站对应的原型是飞鸟
中央电视台大楼的原型是地质拱门
探究建筑物结构与受力的关系
赵州桥的坚固性与它的结构有什么关系？让我们通过对比实验来验证。
实验方法
分组照图搭建平面桥和拱形桥，注意桥墩的高度、桥墩之间的距离、纸的种类和大小都相同
分别向两个桥面上逐个放置棋子
记录桥面坍塌时两个桥面分别放了多少个棋子
小结:拱形结构比平面结构能承载更大的重量。因为拱形桥为圆弧形，圆弧形具有把外力分散开的作用。赵州桥是拱形结构，因此它很坚固
思考：怎样使纸拱承载更大的重量？
一般来说，拱形受到压力时，会向下向外分散压力。抵住拱足就抵消了纸拱向两边挤的力，也就是说加重桥墩就可以使纸拱承载更大的重量
除了拱形结构，其他结构与所受力之间又有什么关系呢？
我想研究的问题
1. 楼板、立柱为什么做成空心的？
2. 屋顶或墙体的钢架结构为什么是三角形的？
3. 球形建筑承载的力大吗？
……
你可以确定一个或两个问题，自己设计方案进行研究；也可以从下面实验项目中选择一个或几个进行研究。
实验项目1 ：探究屋顶或墙体的钢架结构为什么是三角形的？
实验设计：①用橡皮筋和竹签扎成两个正方体框架
②将其中一个正方体框架的上下前后左右六个面的对角线各用一根竹签固定
③向两个框架上分别加书，观察它们个能承载多少本书
在立体体框架中加入三角形，能明显增强框架稳固程度。
实验项目2：探究形状与抗弯曲能力的关系
实验设计：①取2张16开的相同材料的纸张，将其中的一张折成M形
②将2张纸分别放在两个相距10厘米的桥墩上搭成纸桥，然后往纸桥上逐个添加垫圈
③观察哪一种形状放的垫圈多
改变形状可以增加纸桥的承重能力。
实验项目3：探究球形建筑承载力大吗
实验设计：将三个鸡蛋的底部用鸡蛋托或橡皮泥固定，摆放成一个正三角形，在鸡蛋上面放一块薄木板，在木板上放重物，看看它能承载多重的物体
鸡蛋呈圆弧形，能把外来的力沿表面分散开，因此可以承受较大的力
实验项目4：探究楼板、立柱为什么做成空心的
实验设计：用白纸卷成5厘米长的纸管（层数越少越好），然后将一本重0.5千克16开的图书支起5厘米，试一试怎样做用的白纸最少
思考：根据实验结果，分析某种建筑物的结构或选材有什么科学道理
建筑物采用某种结构或某种特殊形状的材料，其主要目的之一是增大建筑物的承受力。
应用与拓展
制作仿生建筑手抄报
仿生建筑是建筑设计师模仿自然生物的形态、构造而新创的一种新型建筑，这些建筑从外形到结构、功能都与某些生物有相似之处。
建筑师模仿王莲的叶脉结构，在跨度约100米的屋顶纵肋之间，设计了波纹形的横隔，形如网状，使建筑物大厅顶面结构牢度大大加强。
英国曾试制成功了一种蜂窝墙壁，中间填充着树脂和硬化剂合成的六角形泡沫状物质。这种墙壁不但大大减轻了整个建筑的重量，而且具有很好的保暖性能，使住宅变得冬暖夏凉。
建筑学家还从轻巧省料、牢固完全的观点出发，建造出一大批薄壳建筑。薄壳建筑常见于一些大跨度的体育馆、展览厅，根据精确计算和精心施工而成的薄壳屋顶，厚度虽然仅数厘米，却能承受风吹雨打，这都得归功于蛋壳的奇妙特性所给予的启迪。
蜘蛛网精妙绝伦的悬索结构引起了建筑师的高度兴趣。他们模仿蜘蛛网建造出大跨度桥梁和大跨度屋顶，利用建筑的几何形状和力学特性使得这些建筑轻巧而精美。
仿生建筑有外形仿生、结构仿生、功能仿生三大类
外形仿生是指简单地模仿大自然中的形态，如北京鸟巢体育馆，印度莲花寺
结构仿生建筑会通过分析自然形态的结构关系、空间大小、力学特性、材料性能以及比例尺度从而获得思路，结构仿生包括壳结构仿生、膜结构仿生、悬索结构仿生、蜂巢结构仿生
如悉尼歌剧院（壳结构仿生）大型体育场（膜结构仿生）
功能仿生则侧重于对自然形态的功能原理进行研究，并将研究内容其与建筑设计相结合人，如模仿叶片趋光性安排楼层布置活动收集太阳光的被动型太阳能仿生，如荷兰鹿特丹的城市仙人掌
仿生建筑是怎样利用生物特征的？有什么优点？
仿生建筑有美观、稳固、省材、舒适等优点
课堂小结：
本节课，我们主要学习了常见建筑物的结构，通过实验探究了建筑物结构与受力的关系，建筑物采用某种结构或某种特殊形状的材料，其主要目的之一是增大建筑物的承受力。同时我们了解了仿生建筑，仿生建筑是一种绿色环保建筑，建筑设计师模仿自然生物的形态、构造和功能进行建造，仿生建筑有美观、稳固、省材、舒适等优点
板书设计
17 建筑物的结构
建筑物的结构：拱形结构、框架结构、球形结构、薄壳结构等
建筑物结构与受力的关系：增大受力
仿生建筑：形态仿生、结构仿生、功能仿生