高中粤科版（2019）三 结构的连接教案

PAGE课题高中粤科版（2019）三结构的连接教案设计思路一、设计思路以课本中常见结构连接案例为切入点，通过观察榫卯、螺栓、焊接等连接方式，引导学生分析不同连接的受力特点与适用场景。结合实验探究连接强度的影响因素，强化技术设计意识，培养学生解决实际连接问题的能力，贴合课本“结构的稳定性与强度”核心内容，注重理论与实践结合。核心素养目标分析二、核心素养目标分析通过结构连接案例探究，强化技术意识，理解连接方式在工程实践中的选择依据；培养工程思维，分析连接的受力特点与稳定性影响因素；提升创新设计能力，针对实际需求优化连接方案；发展物化能力，通过模型制作验证连接设计的可行性，落实课本“结构的连接与设计”核心素养要求。教学难点与重点1.教学重点：明确结构连接方式的分类（如榫卯、螺栓、焊接）及其设计原则（如强度、稳定性、工艺性）；举例说明课本中桥梁螺栓连接需满足抗剪强度要求，榫卯结构需考虑榫头抗弯能力。

2.教学难点：理解不同连接方式在受力特性上的差异（如焊接的连续性vs螺栓的可拆卸性）；分析实际约束条件对连接设计的影响，例如课本案例中支架焊接需避免应力集中导致断裂；掌握连接强度与材料、工艺的关联性，如螺栓预紧力不足引发松动。教学资源四、教学资源

软硬件资源：榫卯结构模型、螺栓连接组件、焊接样品实物；CAD设计软件、结构受力仿真软件

课程平台：学校在线学习平台（学习通/雨课堂）

信息化资源：连接方式动画演示视频、工程案例视频（桥梁/建筑连接）、课本配套数字资源库

教学手段：小组合作探究、实物观察实验、连接强度测试实验、案例分析讨论教学过程**环节一：情境导入（5分钟）**

师：同学们，请观察故宫角楼的榫卯结构（展示模型）。这种千年不倒的连接方式，与我们今天学的螺栓、焊接有何不同？生：榫卯不用钉子，靠凹槽咬合！师：没错！今天我们就来探究《结构的连接》，理解不同连接方式的奥秘。翻开课本P65，看图3-1中的桥梁螺栓连接和图3-2的焊接案例，思考：为什么工程中要用多种连接方式？

**环节二：新知探究（30分钟）**

**活动1：实物观察与分类**

师：每组发放榫卯模型、螺栓组件、焊接样品。请对照课本P66表3-1，按“可拆/不可拆”“刚性/柔性”分类。生：螺栓可拆，榫卯不可拆；焊接是刚性连接！师：正确！补充说明：榫卯属于“面面接触”连接，螺栓是“点接触”，焊接是“冶金结合”。

**活动2：受力实验探究**

师：现在测试螺栓抗剪强度（实验装置）。逐步增加砝码，记录螺栓变形数据。生：500g时螺栓开始弯曲，800g时断裂！师：结合课本P67公式τ=F/A，计算抗剪应力。思考：为何课本强调螺栓需“预紧力”？生：预紧力能防止松动！师：对！预紧力使连接面产生摩擦力，提升抗剪能力。

**活动3：焊接工艺分析**

师：观看焊接视频（课本配套资源），分析图3-3的焊缝设计。生：焊缝形状影响应力集中！师：没错！课本P68指出，V型焊缝比I型更抗弯。但焊接会改变材料晶格，导致脆性。请设计实验验证：用相同材料，比较焊接件与螺栓件的抗冲击强度。

**环节三：难点突破（15分钟）**

师：难点在于理解“连接方式选择依据”。小组讨论：课本P69案例中，为何自行车车架用螺栓而非焊接？生：维修方便！师：正确！还有材料限制（铝合金焊接易变形）、成本（螺栓装配更快）。请用课本P70的“连接选择流程图”分析：若设计户外钢结构，优先选哪种连接？为什么？

**环节四：应用设计（20分钟）**

师：任务：设计一个可拆卸的木制书架连接方案。要求：①符合课本P72的强度公式；②标注连接方式；③说明选择理由。生：用螺栓连接横梁和立柱，因为可调整高度！师：很好！但需注意课本P73的“防松措施”，如加弹簧垫片。

**环节五：总结升华（5分钟）**

师：今天我们掌握了连接方式的分类、受力特点和设计原则。生：榫卯靠几何约束，螺栓靠摩擦力，焊接靠冶金结合！师：完全正确！课后完成课本P75的实践任务：用3D打印设计并测试一种新型连接结构。下节课展示成果！拓展与延伸1.拓展阅读材料

（1）《中国传统榫卯结构图解》：结合课本P65榫卯案例，详细解析燕尾榫、粽角榫、格肩榫等20余种榫卯的几何构造与力学原理，补充故宫太和角楼斗拱结构中榫卯的抗震设计，说明“凹凸相扣”如何通过面面接触分散荷载，对应课本P66“榫卯属于不可拆刚性连接”知识点。

（2）《桥梁工程中的高强度螺栓连接技术》：关联课本P67螺栓抗剪强度公式，介绍GB/T1228-2006高强度螺栓性能等级（如10.9级含义：抗拉强度≥1000MPa，屈强比0.9），以港珠澳大桥钢箱梁螺栓连接为例，分析预紧力（设计值P=0.9×σ×A）对连接面摩擦力的影响，解释课本P68“预紧力不足导致螺栓松动”的工程实例。

（3）《现代焊接工艺与质量控制》：围绕课本P69焊接案例，对比电弧焊、激光焊、机器人焊接的适用材料（低碳钢、铝合金、钛合金）与工艺参数（电流、电压、焊接速度），分析焊接缺陷（气孔、裂纹）对结构强度的影响，引用课本P70“V型焊缝抗弯性能优于I型”的结论，补充X射线探伤技术在焊接质量检测中的应用。

（4）《机械结构中的可拆连接创新》：结合课本P72自行车车架螺栓案例，介绍快拆螺栓、偏心联轴器等新型可拆连接的结构特点，说明其如何通过几何约束（如偏心轮的偏心距设计）实现快速拆装，对应课本P73“连接方式选择需考虑维修便利性”原则。

2.课后自主探究

（1）家庭连接方式调研：观察家中家具（如衣柜、书桌）、电器（如空调外机、自行车）的连接方式，记录至少3种不同连接类型（榫卯、螺栓、焊接、胶接等），对照课本P66表3-1分类，分析其选择依据（如家具用榫卯的原因：美观、环保；电器用螺栓的原因：便于维修），形成调研报告。

（2）连接强度对比实验：利用木片、螺栓、铁钉、胶水等材料，制作三种连接试件（榫卯连接、螺栓连接、胶接连接），使用弹簧测力计进行拉伸测试，记录最大破坏荷载，计算连接强度（τ=F/A），对比结果与课本P67“螺栓抗剪强度高于胶接”的结论是否一致，分析误差原因（如材料不均匀、加载速度）。

（3）新型连接技术文献研究：查阅3D打印连接、磁连接、形状记忆合金连接等新型技术资料，结合课本P70“连接选择流程图”，分析其在航空航天、医疗器械等领域的应用优势（如3D打印连接可实现复杂结构一体化成型），撰写500字研究报告，说明其与传统连接方式的差异。

（4）校园结构连接优化设计：观察学校篮球架、旗杆、课桌椅的连接部位，指出其存在的不足（如课桌椅螺栓易松动、旗杆焊接处易锈蚀），运用课本P72“连接设计原则”（强度、稳定性、工艺性、经济性），提出改进方案，绘制设计草图并说明理由。教学反思七、教学反思

今天课上学生对榫卯结构的几何约束理解比较到位，螺栓预紧力的实验操作也基本掌握，但焊接工艺的讲解还是偏理论，下次应该增加更直观的缺陷样品展示。课本P69的案例讨论很活跃，特别是自行车车架螺栓选择依据的分析，学生能结合维修便利性思考，这点值得肯定。不过连接强度公式的应用还不够熟练，课后需要补充更多例题训练。拓展延伸的家庭调研作业反馈不错，不少学生发现了家具榫卯和电器螺栓的实用差异，说明生活化教学能深化理解。整体来看，实物观察和实验探究环节效果最好，但焊接应力集中的难点突破还需加强，下节课准备用慢动作视频辅助讲解。课本P70的连接选择流程图应用良好，学生能自主分析不同场景的连接方式，但新型连接技术的介绍可以更深入些。典型例题讲解1.**例题**：分析故宫太和殿斗拱结构采用榫卯连接而非螺栓的原因。

**答案**：榫卯属于不可拆刚性连接，通过凹凸几何约束分散荷载，避免金属锈蚀，且符合传统工艺美学，对应课本P65榫卯抗震设计原理。

2.**例题**：某钢箱梁桥梁采用10.9级高强度螺栓，直径20mm，预紧力设计值P=155kN。若承受剪力F=200kN，校核连接面是否安全（摩擦系数μ=0.3）。

**答案**：摩擦力F_f=μP=46.5kN<F，需增加螺栓数量。依据课本P67抗剪强度公式τ=F/A，需满足τ≤[τ]。

3.**例题**：比较自行车车架采用螺栓连接与焊接的优劣。

**答案**：螺栓可拆、维修方便，但存在松动风险；焊接强度高但不可拆，易变形。对应课本P72连接方式选择需考虑维修便利性原则。

4.**例题**：解释焊接V型坡口比I型坡口更抗弯的原理。

**答案**：V型焊缝截面积更大，应力集中系数更低，抗弯能力提升。课本P70明确指出V型焊缝力学性能优于I型。

5.**例题**：设计一个可拆卸木制书架，要求承重200kg，选择连接方式并计算螺栓数量（单颗螺栓抗剪力[F_v]=10kN）。

**答案**：选螺栓连接，螺栓数量n=200×9.8/10≈20颗。需预紧防松，符合课本P72强度公式及P73防松措施要求。板书设计①连接方式分类与特点：榫卯（不可拆刚性面