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文檔簡介
4.4跨學科實踐走進物質世界(教學設計)【學業要求】1.物理觀念(1)了解物質的延展性、導熱性和導電性等屬性;(2)了解不同材料的特點及其應用。(3)了解目前新材料研發常用的方法。;2.科學思維(1)運用物質屬性的相關知識解釋生產生活中的一些簡單現象。(2)了解材料的發展及其對社會的影響。3.科學探究(1)按照不同比例調配、制成混凝土,比較不同配合比的混凝土的強度,分析強度不同的原因。(2)從解決生活中的問題或滿足某種需求出發,嘗試設計一種新材料。4.科學態度與責任(1)培養學生觀察思考,勇于發現樂于探究的學習習慣,以及應用物理知識解決實際問題的能力。(2)通過實踐和探究,讓學生感覺科學就在身邊。培養學生對科學的求知欲,樂于探索自然現象和日常生活中的物理學道理的精神,樹立正確的世界觀和唯物主義觀。【重點難點】學習重點:了解物質的延展性、導熱性和導電性等屬性;。學習難點:了解材料的發展及其對社會的影響。【器材準備】和《走進材料世界》相關的視頻、掛圖、課件等。【課時安排】1課時(45分鐘)【教學過程】一、新課引入:想一想看一看在古代,竹木是制作家具的主要材料,而在今天,金屬和塑料也已經被廣泛用于現代家具的制作;過去,人們依賴于獸皮、麻布等天然材料來制造衣物和鞋子,現在,化學纖維與天然材料共同滿足了人們對服飾實用性和美觀性的追求。這些變化都歸功于人類對物質屬性的深入研究。隨著時代的進步,人類不斷開發出新的材料,這些新材料已深刻地改變了我們的生活方式。。本節我們就來學習走進材料的世界。二、自主學習:自主學習(一)主題一物質的屬性助學釋疑一主題一物質的屬性任務?目標1.通過實驗了解物質的延展性、導熱性和導電性等屬性。2.運用物質屬性的相關知識解釋生產生活中的一些簡單現象。探究?實踐1.將粗細、長度相同的鐵絲、銅絲和鋁絲懸掛起來,在它們下端分別掛上相同質量的重物。經過一段時間后,測量三種金屬絲的長度,你有什么發現?2.將一雙木筷和一把不銹鋼湯匙一起浸在熱水中,數秒后,試著觸摸筷子和湯匙,感覺有什么不同?這說明了什么?3.用電池、導線、開關和燈泡組裝成一個簡單電路,分別將金屬絲、木筷、不銹鋼尺子、自來水和玻璃等物體接入電路,閉合開關,觀察小燈泡的發光情況,你有什么發現?這說明了什么?通過實驗發現,不同物質具有不同的延展性、導熱性和導電性等物理屬性。(1)延展性:指可錘煉可壓延程度。(2)導熱性:熱量從一個物體傳到另一個物體的現象。(3)導電性:物體傳導電流的能力叫做導電性。思考?討論三星堆考古遺址出土了薄如蟬翼的面具,沿海地區傳統民居采用干燥蓬松的海草作為屋頂的建筑材料,現在我們用銅或鋁等金屬制造電子元件……想一想,它們各自都應用了這些材料的什么屬性?自主學習(二)主題二認識材料助學釋疑二主題二認識材料任務?目標1.了解不同材料的特點及其應用。2.了解材料的發展及其對社會的影響。探究?實踐1.收集不同年代的自行車信息,列表對比自行車所用材料的變化,并思考引發該變化的原因。2.在確保安全的情況下拆解廢舊的生活用品和機械設備,看看有沒有你不熟悉的材料,并與同學交流你收集到的“新”材料及其用途。3.你了解磁性材料、超導材料、半導體材料、納米材料等材料在各個領域中的發展和應用嗎?請收集、整理相關資料,與同學們交流分享。4.火箭、航天器、飛機、動車等分別使用了哪些新材料?搜集相關資料,對比這些材料的特點和性能。自主學習(三)主題三創造新材料助學釋疑三主題三創造新材料古人為了使房屋更堅固,使用黃泥和谷草的混合泥漿,或者是“三合土”“糯米灰漿”等傳統材料。而今天,建筑師用混凝土等現代材料建造了更為高大的建筑。這些建筑材料是將不同材料“摻雜”在一起,創造出具有獨特性能的新材料。我們還可以通過納米技術調整原子或分子的排列組合,實現對材料微觀結構的調控,從而改變其物理性質。在新材料實際研制過程中,人們通常會將“摻雜”和納米技術兩種方法結合使用,同時還充分利用計算機大數據和人工智能技術等自動化、智能化手段,以提高新材料研發的效率和成功率。讓我們一起嘗試用“摻雜”的方法將水泥和砂石制成混凝土吧!任務?目標1.按照不同比例調配、制成混凝土,比較不同配合比的混凝土的強度,分析強度不同的原因。2.了解目前新材料研發常用的方法。3.從解決生活中的問題或滿足某種需求出發,嘗試設計一種新材料。探究?實踐1.材料與工具水泥、砂子、碎石、水、攪拌工具、混合容器、電子秤、模具。2.配比與制造選擇一個合適的混凝土強度等級,然后按照表441中對應的比例(或者自定比例)來準備混凝土原料,將混凝土倒入模具中進行硬化。測試?交流對不同的混凝土樣本進行強度測試,并討論造成混凝土強度差異的可能原因。1、原材料質量的影響,如水泥的強度,摻合料(粉煤灰、礦渣粉等)的活性指數。2、混凝土配合比的影響,混凝土的強度一般與水膠比(混凝土中用水量與膠凝材料用量的比值)成反比,即水膠比越低,混凝土強度越高。3、混凝土施工的影響,通過適當的振搗,減少氣泡,也可以提高質量。思考與討論如何應對白色污染和過度包裝導致的資源浪費問題?如何應對海邊建筑物或船舶腐蝕問題?如何滿足載人潛水器艙體材料密度小和抗壓強度高等要求?請你從以上問題中選擇一個,設想用一種新材料解決問題,并說明你的設計思路。交流?評估1.除了密度、延展性、導熱性和導電性,你還知道物質的哪些物理屬性?人們是如何利用它們來改善我們的生活的?2.回顧學習和研究的過程,談談在材料制造和研究方法上,你有哪些收獲和想法。3.請各小組匯總本次探究所得,用喜歡的方式(如演示文稿、海報、視頻等)進行呈現,開展以“材料的研發與應用對社會發展的影響”為主題的交流報告會。聽取報告時,請注意借鑒其他組的優點,以完善你的報告,并和家人一起分享。鏈接?拓展材料與社會發展我們周圍的生活用品是由各種材料制成的:金屬、陶瓷、玻璃、塑料,等等。一般來說,不同的材料具有不同的物理性質,在生產生活中,人們利用各種材料的特性,設計出所需的物品。某一種新材料的問世及其應用,往往會引起人類社會的重大變革。舊石器時代——新石器時代——出現了原始手工業(如制陶和紡織)——青銅器的出現大大促進了農業和手工業的發展——鐵器時代——工業社會。20世紀,各種新材料層出不窮。1.氣凝膠具有隔熱、耐高溫等性能,在新能源汽車、航空航天等領域有多種用途。2.以碳纖維和金屬陶瓷為代表的復合材料:是由兩種或更多種不同類型的材料組合而成,通過集合不同材料的優點,能夠在不同領域制造出更高性能的產品。3.納米材料:當材料微粒的尺寸縮小到納米級別(通常為109m)時,其性質與宏觀尺度的材料相比會發生顯著變化。我們把使用該方法制成的材料統稱為納米材料。其強度比鋼鐵高出許多倍,另外它還具有優良的導熱性、導電性和透光性。4.半導體:等新材料的出現和廣泛應用,把人類社會由工業社會推向信息社會。基于材料對社會發展的作用,人們將信息、能源和材料并列為現代文明的三大支柱。在這三大支柱中,材料又是能源和信息的基礎。三、自主測評:要求:合上課本,像考試一樣獨立完成。(時間:3分鐘;分值:100分)1.有一家工廠要制造一種特殊用途的鋼鋁罐,鋼罐內表面要壓接一層厚度為0.25mm的鋁膜。對此,焊接和鍛壓都束手無策。后來,科學家解決了這一難題。他們先把薄薄的鋁膜裝到鋼罐內與內表面相貼,再往鋼罐內灌滿水,水中插入冷凍管使水結冰,鋁膜就與鋼罐接牢了。你知道這是為什么嗎?生活中還有哪些類似的現象?【答案】略;【解析】略。。2.下表列出了幾種金屬的密度、導熱性能及導電性能等物理特性。研究表中的數據,你有什么新的發現?【答案】略;【解析】略。3.新能源汽車代表著未來汽車發展的趨勢,它究竟有哪些優勢和不
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