4.4跨學(xué)科實(shí)踐走進(jìn)材料世界（教學(xué)設(shè)計(jì)）

4.4跨學(xué)科實(shí)踐走進(jìn)物質(zhì)世界（教學(xué)設(shè)計(jì)）【學(xué)業(yè)要求】1.物理觀念（1）了解物質(zhì)的延展性、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性等屬性；（2）了解不同材料的特點(diǎn)及其應(yīng)用。（3）了解目前新材料研發(fā)常用的方法。；2.科學(xué)思維（1）運(yùn)用物質(zhì)屬性的相關(guān)知識(shí)解釋生產(chǎn)生活中的一些簡(jiǎn)單現(xiàn)象。（2）了解材料的發(fā)展及其對(duì)社會(huì)的影響。3.科學(xué)探究（1）按照不同比例調(diào)配、制成混凝土，比較不同配合比的混凝土的強(qiáng)度，分析強(qiáng)度不同的原因。（2）從解決生活中的問(wèn)題或滿足某種需求出發(fā)，嘗試設(shè)計(jì)一種新材料。4.科學(xué)態(tài)度與責(zé)任（1）培養(yǎng)學(xué)生觀察思考，勇于發(fā)現(xiàn)樂(lè)于探究的學(xué)習(xí)習(xí)慣，以及應(yīng)用物理知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。（2）通過(guò)實(shí)踐和探究，讓學(xué)生感覺(jué)科學(xué)就在身邊。培養(yǎng)學(xué)生對(duì)科學(xué)的求知欲，樂(lè)于探索自然現(xiàn)象和日常生活中的物理學(xué)道理的精神，樹(shù)立正確的世界觀和唯物主義觀?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】學(xué)習(xí)重點(diǎn)：了解物質(zhì)的延展性、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性等屬性；。學(xué)習(xí)難點(diǎn)：了解材料的發(fā)展及其對(duì)社會(huì)的影響?！酒鞑臏?zhǔn)備】和《走進(jìn)材料世界》相關(guān)的視頻、掛圖、課件等。【課時(shí)安排】1課時(shí)（45分鐘）【教學(xué)過(guò)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(jīng)被廣泛用于現(xiàn)代家具的制作；過(guò)去，人們依賴于獸皮、麻布等天然材料來(lái)制造衣物和鞋子，現(xiàn)在，化學(xué)纖維與天然材料共同滿足了人們對(duì)服飾實(shí)用性和美觀性的追求。這些變化都?xì)w功于人類(lèi)對(duì)物質(zhì)屬性的深入研究。隨著時(shí)代的進(jìn)步，人類(lèi)不斷開(kāi)發(fā)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(jié)我們就來(lái)學(xué)習(xí)走進(jìn)材料的世界。二、自主學(xué)習(xí)：自主學(xué)習(xí)（一）主題一物質(zhì)的屬性助學(xué)釋疑一主題一物質(zhì)的屬性任務(wù)?目標(biāo)1.通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解物質(zhì)的延展性、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性等屬性。2.運(yùn)用物質(zhì)屬性的相關(guān)知識(shí)解釋生產(chǎn)生活中的一些簡(jiǎn)單現(xiàn)象。探究?實(shí)踐1.將粗細(xì)、長(zhǎng)度相同的鐵絲、銅絲和鋁絲懸掛起來(lái)，在它們下端分別掛上相同質(zhì)量的重物。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間后，測(cè)量三種金屬絲的長(zhǎng)度，你有什么發(fā)現(xiàn)？2.將一雙木筷和一把不銹鋼湯匙一起浸在熱水中，數(shù)秒后，試著觸摸筷子和湯匙，感覺(jué)有什么不同？這說(shuō)明了什么？3.用電池、導(dǎo)線、開(kāi)關(guān)和燈泡組裝成一個(gè)簡(jiǎn)單電路，分別將金屬絲、木筷、不銹鋼尺子、自來(lái)水和玻璃等物體接入電路，閉合開(kāi)關(guān)，觀察小燈泡的發(fā)光情況，你有什么發(fā)現(xiàn)？這說(shuō)明了什么？通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，不同物質(zhì)具有不同的延展性、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性等物理屬性。（1）延展性：指可錘煉可壓延程度。（2）導(dǎo)熱性：熱量從一個(gè)物體傳到另一個(gè)物體的現(xiàn)象。（3）導(dǎo)電性：物體傳導(dǎo)電流的能力叫做導(dǎo)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(qū)傳統(tǒng)民居采用干燥蓬松的海草作為屋頂?shù)慕ㄖ牧希F(xiàn)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(yīng)用了這些材料的什么屬性？自主學(xué)習(xí)（二）主題二認(rèn)識(shí)材料助學(xué)釋疑二主題二認(rèn)識(shí)材料任務(wù)?目標(biāo)1.了解不同材料的特點(diǎn)及其應(yīng)用。2.了解材料的發(fā)展及其對(duì)社會(huì)的影響。探究?實(shí)踐1.收集不同年代的自行車(chē)信息，列表對(duì)比自行車(chē)所用材料的變化，并思考引發(fā)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(jī)械設(shè)備，看看有沒(méi)有你不熟悉的材料，并與同學(xué)交流你收集到的“新”材料及其用途。3.你了解磁性材料、超導(dǎo)材料、半導(dǎo)體材料、納米材料等材料在各個(gè)領(lǐng)域中的發(fā)展和應(yīng)用嗎？請(qǐng)收集、整理相關(guān)資料，與同學(xué)們交流分享。4.火箭、航天器、飛機(jī)、動(dòng)車(chē)等分別使用了哪些新材料？搜集相關(guān)資料，對(duì)比這些材料的特點(diǎn)和性能。自主學(xué)習(xí)（三）主題三創(chuàng)造新材料助學(xué)釋疑三主題三創(chuàng)造新材料古人為了使房屋更堅(jiān)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(tǒng)材料。而今天，建筑師用混凝土等現(xiàn)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(chuàng)造出具有獨(dú)特性能的新材料。我們還可以通過(guò)納米技術(shù)調(diào)整原子或分子的排列組合，實(shí)現(xiàn)對(duì)材料微觀結(jié)構(gòu)的調(diào)控，從而改變其物理性質(zhì)。在新材料實(shí)際研制過(guò)程中，人們通常會(huì)將“摻雜”和納米技術(shù)兩種方法結(jié)合使用，同時(shí)還充分利用計(jì)算機(jī)大數(shù)據(jù)和人工智能技術(shù)等自動(dòng)化、智能化手段，以提高新材料研發(fā)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(wù)?目標(biāo)1.按照不同比例調(diào)配、制成混凝土，比較不同配合比的混凝土的強(qiáng)度，分析強(qiáng)度不同的原因。2.了解目前新材料研發(fā)常用的方法。3.從解決生活中的問(wèn)題或滿足某種需求出發(fā)，嘗試設(shè)計(jì)一種新材料。探究?實(shí)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(gè)合適的混凝土強(qiáng)度等級(jí)，然后按照表441中對(duì)應(yīng)的比例（或者自定比例）來(lái)準(zhǔn)備混凝土原料，將混凝土倒入模具中進(jìn)行硬化。測(cè)試?交流對(duì)不同的混凝土樣本進(jìn)行強(qiáng)度測(cè)試，并討論造成混凝土強(qiáng)度差異的可能原因。1、原材料質(zhì)量的影響，如水泥的強(qiáng)度，摻合料（粉煤灰、礦渣粉等）的活性指數(shù)。2、混凝土配合比的影響，混凝土的強(qiáng)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(qiáng)度越高。3、混凝土施工的影響，通過(guò)適當(dāng)?shù)恼駬v，減少氣泡，也可以提高質(zhì)量。思考與討論如何應(yīng)對(duì)白色污染和過(guò)度包裝導(dǎo)致的資源浪費(fèi)問(wèn)題？如何應(yīng)對(duì)海邊建筑物或船舶腐蝕問(wèn)題？如何滿足載人潛水器艙體材料密度小和抗壓強(qiáng)度高等要求？請(qǐng)你從以上問(wèn)題中選擇一個(gè)，設(shè)想用一種新材料解決問(wèn)題，并說(shuō)明你的設(shè)計(jì)思路。交流?評(píng)估1.除了密度、延展性、導(dǎo)熱性和導(dǎo)電性，你還知道物質(zhì)的哪些物理屬性？人們是如何利用它們來(lái)改善我們的生活的？2.回顧學(xué)習(xí)和研究的過(guò)程，談?wù)勗诓牧现圃旌脱芯糠椒ㄉ希阌心男┦斋@和想法。3.請(qǐng)各小組匯總本次探究所得，用喜歡的方式（如演示文稿、海報(bào)、視頻等）進(jìn)行呈現(xiàn)，開(kāi)展以“材料的研發(fā)與應(yīng)用對(duì)社會(huì)發(fā)展的影響”為主題的交流報(bào)告會(huì)。聽(tīng)取報(bào)告時(shí)，請(qǐng)注意借鑒其他組的優(yōu)點(diǎn)，以完善你的報(bào)告，并和家人一起分享。鏈接?拓展材料與社會(huì)發(fā)展我們周?chē)纳钣闷肥怯筛鞣N材料制成的：金屬、陶瓷、玻璃、塑料，等等。一般來(lái)說(shuō)，不同的材料具有不同的物理性質(zhì)，在生產(chǎn)生活中，人們利用各種材料的特性，設(shè)計(jì)出所需的物品。某一種新材料的問(wèn)世及其應(yīng)用，往往會(huì)引起人類(lèi)社會(huì)的重大變革。舊石器時(shí)代——新石器時(shí)代——出現(xiàn)了原始手工業(yè)（如制陶和紡織）——青銅器的出現(xiàn)大大促進(jìn)了農(nóng)業(yè)和手工業(yè)的發(fā)展——鐵器時(shí)代——工業(yè)社會(huì)。20世紀(jì)，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(chē)、航空航天等領(lǐng)域有多種用途。2.以碳纖維和金屬陶瓷為代表的復(fù)合材料：是由兩種或更多種不同類(lèi)型的材料組合而成，通過(guò)集合不同材料的優(yōu)點(diǎn)，能夠在不同領(lǐng)域制造出更高性能的產(chǎn)品。3.納米材料：當(dāng)材料微粒的尺寸縮小到納米級(jí)別（通常為109m）時(shí)，其性質(zhì)與宏觀尺度的材料相比會(huì)發(fā)生顯著變化。我們把使用該方法制成的材料統(tǒng)稱(chēng)為納米材料。其強(qiáng)度比鋼鐵高出許多倍，另外它還具有優(yōu)良的導(dǎo)熱性、導(dǎo)電性和透光性。4.半導(dǎo)體：等新材料的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，把人類(lèi)社會(huì)由工業(yè)社會(huì)推向信息社會(huì)?；诓牧蠈?duì)社會(huì)發(fā)展的作用，人們將信息、能源和材料并列為現(xiàn)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(chǔ)。三、自主測(cè)評(píng)：要求：合上課本，像考試一樣獨(dú)立完成。（時(shí)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(nèi)表面要壓接一層厚度為0.25mm的鋁膜。對(duì)此，焊接和鍛壓都束手無(wú)策。后來(lái)，科學(xué)家解決了這一難題。他們先把薄薄的鋁膜裝到鋼罐內(nèi)與內(nèi)表面相貼，再往鋼罐內(nèi)灌滿水，水中插入冷凍管使水結(jié)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(lèi)似的現(xiàn)象？【答案】略；【解析】略。。2．下表列出了幾種金屬的密度、導(dǎo)熱性能及導(dǎo)電性能等物理特性。研究表中的數(shù)據(jù)，你有什么新的發(fā)現(xiàn)？【答案】略；【解析】略。3．新能源汽車(chē)代表著未來(lái)汽車(chē)發(fā)展的趨勢(shì)，它究竟有哪些優(yōu)勢(shì)和不