《稳固结构的探析》是通用技术课程必修模块《技术与设计2》中第一单元第二节内容，该节内容主要有两大知识点需要学生探索和领悟，一是“结构的稳定性及其影响因素”，二是“结构的强度及其影响因素”。

1 试验1：探索结构支撑面对其稳定性的影响

将矿泉水瓶正常放置在桌面上（瓶底朝下），用一根手指去推倒它，然后将矿泉水瓶倒过来放置在桌面上（瓶盖朝下），用相同的方法去推倒它，比较哪次推倒相对困难，矿泉水瓶在哪种状态下相对更稳定？

这个试验并不难，学生稍一动手，就会发现矿泉水瓶正常放置时比倒置时稳定很多。那么，其中的原因是什么呢？可以提问学生，肯定有学生会指出：矿泉水瓶倒过来放置之后，它与桌面的支撑面变小了，因此就相对不稳定了。这时可以初步总结出一条影响结构稳定性的因素：结构与地面接触所形成的支撑面的大小。这句话是教材的描述，当然这里的“地面”是一种广义的说法，指代的是结构所在的支撑平台。

这时，当学生觉得已经总结出了一条结构稳定性影响因素时，可以再次引导他们观察矿泉水瓶子的底部形状。一般情况下，矿泉水瓶底部都是一个凹陷的类似圆锥的结构，瓶子与桌面的接触面积，严格来讲其实仅仅是这个圆锥最底下的一圈，其接触面是一个空心圆，而不是实心圆。因此，矿泉水瓶与桌面的接触面积其实非常小，仅仅是圆周的一条线而已，其面积大小还不如倒过来放置时瓶盖与桌面接触的实心圆面积大。

2 试验2：探索重心高低对结构稳定性的影响

将满水的矿泉水瓶正常放置在桌面上（瓶底朝下），用一本练习簿垫到瓶底的一侧，使瓶子略微倾斜。逐渐增加练习簿的数量，使矿泉水瓶增加倾斜度。矿泉水瓶能够保持一定程度的倾斜而不倒，但继续一本一本的增加练习簿，势必导致矿泉水瓶过于倾斜而倒掉，记录此时练习簿的数量（每本练习簿厚度可视为相同）。然后请同学们喝掉矿泉水瓶中的一半水，再重复做上述试验，比较两次可以垫的练习簿的数量，分析哪次情况矿泉水瓶更加稳定。

这个试验也很容易，并且相当有趣，同学们做的很积极。通过试验和比较，学生得出一致的结论：喝掉一半水后的矿泉水瓶，其稳定性增加了。这时，可以引导学生大胆猜测其中的原因，相信不用多久，就会有同学提出，喝掉一半水后，矿泉水瓶的重心下降，增加了其结构的稳定性。

根据多次的课堂观察，发现很多学生原本就有“重心越低，稳定性越好”的生活体验，但是通过他们自己试验重新得出这个结论，能够加深他们的体会。这时，当同学们以为终于总结出了影响结构稳定性的第二个因素之时，可以继续提问：为什么“重心越低，稳定性越好”呢？

在学生思考这个问题的过程中，再给出一定的线索，让他们思考矿泉水瓶在倾斜状态下，与支撑平台形成的支撑面是怎样的？矿泉水瓶的重心位置又在何处？还可以引导他们对矿泉水瓶做简单的受力分析（上这节课内容的学生已经是高二上学期了，具备了物理上画受力分析示意图的能力）。通过这样的引导，需要让学生领会到一条规律：重心越低，重力线（受力分析示意图中重力所在的直线）越容易落在结构与支撑平台形成的支撑面内；重心越高，重力线越容易落在支撑面外。物体倾斜时，只要重力线落到支撑面之内，物体仍然不会倒，但若重力线落到支撑面之外时，物体就会倒掉。得出上述规律后，学生不但进一步理解了“重心越低，稳定性越好”的原因，还理解了为何物体在一定倾斜度之内不会倒的原因。

3 试验3：探索质量对结构稳定性的影响

将只剩一半水的矿泉水瓶横置在桌面上，从一侧朝瓶身吹气，使其滚动起来（一般的矿泉水瓶瓶身是圆筒状，此时要排除个别方筒状矿泉水瓶）。然后请学生再喝掉其中一半的水，只剩下总量1/4的水量，接着重复吹气的试验，比较哪一次瓶子更容易被吹跑？

这个试验也很有趣，学生不难得出结论：只剩1/4水量的矿泉水瓶更容易被吹跑。换句话说，水量越少，矿泉水瓶的稳定性越低，这又是什么原因呢？从支撑面来分析，两次的支撑面都可看作是瓶身与桌面接触的一条直线，没有不同。从重心高低来分析，水量越少重心越低，本应该越稳定才对，然而事实却相反。其实，在试验2中，就可能有学生提出：喝掉一半水的矿泉水瓶质量减少，会影响其稳定性。如果这样，质量大小对结构稳定性的影响就可以留到试验3来讨论。事实上，在其他情况都相同的情况下，结构质量越大，其稳定性越高，质量越小，其稳定性越低。这可以请学生从自己所掌握的物理知识来理解，物体质量越大，惯性越大，其改变运动状态所需要的力也越大，就相当于“改变其原有平衡状态”所需的力越大，所以其稳定性越高。

文章来源：《工程与试验》 网址: http://www.gcysyzz.cn/qikandaodu/2020/1210/1052.html