9.3 新型材料的研制教学设计-2024-2025学年九年级化学沪教版下册

教学设计 课题 新型材料的研制 课型 新授课 ✓ 复习课 试卷讲评课 其他课 1.教学内容分析 本节是沪教版下册第9章第3节的内容，强调了化学与生活、科技的紧密联系，激发学生的学习兴趣和探究欲望。通过学习，学生能了解材料科学的前沿发展，培养科学思维和创新意识。教学中注重实验探究，让学生亲身感受新型材料的特性，提升实践能力。同时，引导学生关注材料研制对社会可持续发展的影响，增强环保和社会责任感，符合新课标对学生综合素质培养的目标。 2.学习者分析 九年级学生已具备一定的化学基础知识和实验技能，对新鲜事物充满好奇。在“新型材料的研制”教学中，他们能够理解化学原理在材料研制中的应用。但抽象思维能力仍有待提高，对于复杂的化学结构和原理理解可能存在困难。部分学生可能缺乏自主探究的习惯。教学中应注重联系生活实际，激发兴趣，通过实验和案例引导学生主动思考，培养探究能力和创新精神。 3.核心素养 【化学观念】：了解新型材料的组成和结构决定其独特性能，明确不同材料在特定领域的应用基于其化学特性。 【科学思维】：理解材料研制中的化学原理和变化规律，培养逻辑思维能力。 【科学探究与实践】：能够设计并实施简单的实验来探究新型材料的性质方法。 【科学态度与责任】：能够设计并实施简单的实验来探究新型材料的性质和制备方法。在实验中，学会观察、记录和分析实验现象，培养实验操作技能和数据处理能力。 4.教学重难点 教学重点：让学生了解常见新型材料的种类、特性及应用。掌握新型材料的研制原理和方法。 教学难点：理解材料结构与性能的关系，分析研制中的化学反应。引导学生探究新型材料应用的创新性思维。 5.评价量表 知识点“实验操作”的评价量表 任务列表 评价标准（总分35分） 学生 自评 生生 互评 教师 评价 任务一：引入新课 ①从青铜时代到钢铁时代，遭到现代新型合金，人类对材料的运用经历了怎样的变革？（2分） ②你了解我国的材料发展进程吗？(3分） 任务二：无机材料更新换代 ①无机非金属材料有哪些?（5分） ②请简述全瓷牙的优点。（5分） 任务三：合成材料层出不穷 ①请简述塑料使用中的优点与缺点。（5分） ②请简述合成纤维的优点（5分） 任务四：复合材料异军突起 ①请简述复合材料的优点?（5分） ②复合材料的应用实例有哪些呢？（5分） 6.学习活动设计 任务一：创设问题情境，引入新课 教师活动 学生活动 学习评价 【问题导入】 石墨烯是一种具有优异性能的新型材料，近来有很多“石墨烯发热裤”利用消费者对新技术的好奇和不了解，打着石墨烯的旗号抬高价格，却没有提供相应的高品质产品，在购买这类产品时，消费者应保持警惕，仔细甄别。 【播放图片】 人类对材料的运用：青铜—钢铁—新型合金 【提出问题】 材料是人类赖以生存和发展的重要物质。材料技术和应用的每一次重大进步，都与化学科学的发展密不可分。你了解我国的材料发展进程吗？ 【观看图片】 学生小组讨论老师提出的问题。 以问题导入新课，有效地引起学生的好奇心和思考。引发学生对知识的探索欲望。 设计意图：旨在激发学生的好奇心和求知欲，引发他们主动思考。通过巧妙设置问题，能够创造认知冲突，让学生迅速进入学习状态。 任务二：无机材料更新换代 教师活动 学生活动 学习评价 【教师讲解】 早在3000多年前,我国古代劳动人民已经能够制造和使用青铜、铁等金属材料。随着近代工业的崛起，以钢铁为主体的金属材料被广泛应用于人们生产生活的各个领域。随着冶炼技术进一步发展，人们用电解的方法生产铝等较活泼的金属,并研制各种具有优异性能的合金。 调查研究 稀土材料指利用稀土元素及其化合物与其他元素的化合物结合形成的材料。稀土元素是指钪(Sc)钇(Y),以及镧系元素(从镧到镥15种元素)。稀土元素的化学性质较为活泼，若与其他元素结合，便可形成种类繁多、功能多样、用途广泛的新型材料，且性能会有较大提高，被称作当代的工业味精”。请查阅文献，说明稀土元素在当代高新科技中的具体应用。 无论过去、现在还是未来,无机非金属材料在生产生活中都占有重要的地位。玻璃、水泥、陶瓷都是人们熟悉的无机非金属材料。 无机非金属材料 ①玻璃 运用化学方法制成的具有特殊性能的特种玻璃，如光致变色玻璃、钢化玻璃等,极大地提升了玻璃材料的性能和应用价值。 20世纪60年代以来，无机非金属材料发展迅猛，多种具有优异性能的材料被相继开发出来，如半导体材料、光导纤维等,为现代通信技术和信息化奠定了重要基础。 无机非金属材料 ②水泥 化学方法制成的具有特殊性能的特种水泥，相对于一般土木建筑工程所用的通用水泥而言，特种水泥是指具有某些独特性能，适合特定的用途，或能发挥特殊作用并赋予建筑物特别功能的水泥品种，包括特性水泥和专用水泥。如具有膨胀特性的膨胀水泥、专门用于油气井固井用的油井水泥等。白色硅酸盐水泥、三狮超细水泥等。 无机非金属材料 ③陶瓷 陶瓷也是一种重要的无机非金属材料。在古代，人们用陶土、瓷土烧制陶器、瓷器。随着科学技术的发展,人们通过选择新的原料,改变制造工艺，生产出许多结构、功能与传统陶瓷截然不同的新型陶瓷材料。例如，用氧化铝等为原料生产的耐高温、高强度的陶瓷,可用来制造发动机零件;用羟基磷酸钙[Ca5(OH)(PO4)3]为原料生产的陶瓷甚至能够用来制造假牙、人工骨、人工关节等。这些无机非金属材料弥补了金属材料易腐蚀等不足。 氧化铝陶瓷是一种以氧化铝为主体的陶瓷材料，用于厚膜集成电路。氧化铝陶瓷有较好的传导性、机械强度和耐高温性。需要注意的是需用超声波进行洗涤。用氧化铝等为原料生产的耐高温、高强度的陶瓷,可用来制造发动机零件。 可供移植的新型陶瓷骨，具有组织相容性和生物稳定性好等特点。它不会导致排异反应，有利于诱导骨质的生长。这种人工骨富含钙、锌，有利于手术后伤口皮肤更快愈合。 全瓷牙具有完美密合的边缘、无牙龈炎症现象、对X光线无任何阻挡等特点，生物相容性优于各种金属内冠，在临床上可得到持久的修复效果。 陶瓷的优点： 1.耐高温性能 2.耐腐蚀性能 3.绝缘性能 4.高硬度和强度 5.尺寸稳定性 缺点： 1.脆性 2.加工难度 3.导热性能较差 4.重量较大 【板书】无机材料更新换代 【观看图片】 【小组讨论】 稀土元素在当代高新科技中有众多重要应用： 1. 永磁材料：用于制造高性能的永磁体，广泛应用于新能源汽车的驱动电机、风力发电设备、节能家电等领域，提高了能源利用效率。 2. 激光材料：制造固体激光器，在医疗、科研、工业加工等方面。 3. 储氢材料：可用于制作高效的储氢装置，新能源汽车的氢能源存储。 4. 超导材料：有助于提高超导材料的性能，在磁悬浮列车、核磁共振等领域具有重要意义。 5. 玻璃陶瓷：用于制造高质量的光学镜片、特种陶瓷等。 6. 电子信息：在芯片制造、显示屏等电子产品中提高性能。 学生能够了解不同时期无机材料的特点及演变。大部分同学能掌握关键概念，如新型无机材料的性能优势。但在分析更新换代的影响因素时，部分同学思考不够全面。通过学习，提升了学生对材料科学发展的认识，但在知识应用方面还需加强，以更好地理解无机材料在现代科技中的重要作用。 设计意图：旨在使学生了解无机材料发展的历程和趋势。让学生认识到随着科技进步，无机材料不断更新以满足更高的性能要求。通过对比不同代际无机材料的特点，培养学生的分析和归纳能力。引导学生思考材料更新对工业、生活等领域的影响，激发学生对科学技术推动社会发展的认识，培养其创新意识和对未来材料发展的探索精神。 任务三： 合成材料层出不穷 【教师讲解】 在日常生活中,用化学方法合成的有机高分子材料(简称合成材料)得到广泛的应用。合成材料主要包括塑料、合成纤维、合成橡胶等,被人们称为三大有机合成材料。合成材料的诞生,结束了人类只能依靠天然材料的历史。 塑料是指由人工合成的有机高分子物质为基本成分，在一定条件下塑造成型的高分子材料。聚乙烯(PE)聚氯乙烯(PVC)聚苯乙烯(PS)有机玻璃(PMMA)等都是目前大量使用的塑料，由它们制成的各种产品广泛应用于生产生活中。塑料有很多优点,如质轻、比较坚固和耐磨、不导电、容易加工、价格便宜等。通过一定的化学方法可以提高塑料的透光率、耐磨、耐压和抗老化等性能,使其可以在更苛刻的环境中长期使用。2008年北京奥运会主游泳馆“水立方”,就使用了塑料作为外立面材料。 【演示实验】 取聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料各一小块,分别点燃,观察燃烧情况，比较产生的气味有什么不同。 【实验结论】 聚乙烯组成中只含有C、H元素,而聚氯乙烯的组成中除含有C、H元素外,还含有Cl元素。聚氯乙烯燃烧时会释放出氯化氢等有害气体，这些气体有刺鼻的气味。 聚乙烯塑料薄膜无毒,可用于包装食品;聚氣乙烯塑料薄膜在使用时会分解出对健康有害的物质而污染食品，不宜用于包装食品。利用塑料薄膜的燃烧现象和燃烧时放出气体气味的不同可以简易鉴别塑料薄膜是否可用于食品包装。塑料的应用和发展方便了人们的生活，但大多数塑料在自然条件下难以降解，长期堆积的塑料制品造成了新的环境污染--“白色污染”。不能焚烧废弃塑料制品，避免释放出含有二噁英等有害物质的气体。丢弃在环境中的废旧包装塑料，不仅影响市容和自然景观，产生"视觉污染"，而且难以降解，对生态环境还会造成潜在危害，中国每年用于白色污染的治理经费大约1850万左右。 【调查研究】 通过查阅文献，调查并分析目前常见塑料使用中的利与弊。 【教师讲解】 减少废弃塑料产生的环境问题，要促进废弃塑料的回收和利用，大力研制在自然条件下容易降解的新型塑料。 拓展视野 可降解塑料 可降解塑料是指能满足使用需求，且使用后在自然环境条件下能降解成对环境无害的物质的一类塑料，一般可分为光降解塑料、生物降解塑料、水降解塑料等。 生活中，可降解塑料主要用于制作垃圾袋、购物袋、餐盒等。2022年6月1日我国正式实施《生物降解塑料与制品降解性能及标识要求》《生物降解饮用吸管》两项推荐性国家标准，这意味着可降解塑料制品在生活中得到更广泛的应用，对于促进社会可持续发展有重要意义。 人类用棉、麻等植物纤维和动物的毛、蚕丝等动物纤维纺纱织布已有悠久的历史。但天然纤维数量有限，远不能满足人们对纺织品的需求。用化学方法制备的合成纤维，为工业生产提供了性能优越的材料，也丰富了人们的日常生活 合成纤维是以石油产品、煤石灰石、水和空气等为原料，通过一系列化学反应制造的。涤纶和锦纶布料、人造羊毛、降落伞绳、渔网等都是合成纤维制品。 【演示实验】 取少许棉纱线、羊毛绒和化纤织物纤维(如尼龙丝线等)，分别在酒精灯火焰上灼烧，观察各种材料的燃烧情况，辨别其产生的气味。 【实验结论】 棉花的主要成分是纤维素,燃烧时有烧纸气味,并残留有黑色灰烬。羊毛蚕丝的主要成分是动物蛋白质,燃烧时有烧焦羽毛气味。化纤布料燃烧时有特殊气味，趁热可以拉成丝。 合成纤维的优点：合成纤维强度高、耐磨、弹性好、耐化学腐蚀,但吸水性和透气性不如天然纤维优良。因此现代纺织业一般采用混纺的方式,即将天然纤维和合成纤维按一定比例混合在一起纺纱,使其显示出各自的优点。 棉花的主要成分是纤维素,燃烧时有烧纸气味,并残留有黑色灰烬。羊毛、蚕丝的主要成分是动物蛋白质,燃烧时有烧焦羽毛气味。化纤布料燃烧时有特殊气味，趁热可以拉成丝。 一般来说,合成纤维强度高、耐、弹性好、耐化学腐蚀,但吸水性和透气性不如天然纤维优良。因此现代纺织业一般采用混纺的方式，即将天然纤维和合成纤维按一定比例混合在一起纺纱,使其显示出各自的优点 合成橡胶出现之前,人们从橡胶树、橡胶草等植物中获得天然橡胶。随着工业的发展,对橡胶的需求不断增长,人们采用化学方法人工合成橡胶。与天然橡胶相比,合成橡胶具有更优良的弹性、绝缘性和耐高温性,广泛应用于生产生活中。 除上述三种合成材料外,随着科学技术的发展,具有光、电、磁等特殊性能的功能高分子材料不断地被研制出来,新材料的发展将进一步推动人类社会的进步。 【板书】合成材料层出不穷 【观看图片】 【设计实验】 取聚乙烯塑料、聚氯乙烯塑料各一小块,分别点燃,观察燃烧情况。 【实验现象】 聚乙烯塑料容易燃烧，燃烧时火焰呈蓝色，上端黄色，燃烧时会有熔滴落下。燃烧时产生的气味像石蜡燃烧的气味，比较温和。聚氯乙烯塑料不易燃烧，点燃后会自熄。聚氯乙烯燃烧时火焰呈黄色，底部绿色，会产生刺激性气味。 聚氯乙烯塑料薄膜 【小组讨论】 利：1. 成本低廉：生产原料丰富，制造工艺简单。 2. 性能多样：具有良好的绝缘性、耐腐蚀性、耐磨性。 3. 轻便易用：重量轻，便于携带和使用。 4. 可塑性强 弊：1. 难以降解：造成长期的环境污染，形成白色污染。 2. 资源消耗：塑料的生产依赖石油等不可再生资源。 3. 回收困难：不同类型的塑料回收难度大，回收体系不完善。 4. 健康风险：某些塑料制品在高温或与特定物质接触时，可能会释放有害物质。 【设计实验】 取少许棉纱线、羊毛绒和化纤织物纤维(如尼龙丝线等)，分别在酒精灯火焰上灼烧。 【设计实验】 棉纱线燃烧时，火焰较小，产生烧纸的气味，燃烧后的灰烬较为疏松。 羊毛绒燃烧时，火焰缓慢，有烧焦羽毛的气味，灰烬易碎且呈黑色。化纤织物纤维尼龙丝线燃烧时，火焰较大，伴有黑烟，产生刺鼻的化学气味，燃烧后的残留物较硬且不易碎。 学生们展现出了积极的态度。大部分同学能清晰掌握合成材料的种类和特性，理解其不断涌现的原因和影响。通过案例分析，学生的应用能力有所提升。但仍有少数同学在材料性能的深入理解上存在不足。总体而言，此次学习让学生对合成材料有了更全面的认识，为今后相关知识的学习打下了基础。 设计意图：是为了让学生认识到合成材料的快速发展和多样性。了解合成材料的创新如何满足社会需求，培养学生对化学与生活紧密联系的认知。引导学生从化学角度分析合成材料的性能与结构关系，提升科学思维。激发学生对化学创新的兴趣，鼓励他们关注科技前沿，培养创新精神。 任务四：复合材料异军突起 【教师讲解】 复合材料是将两种或两种以上的材料复合成一体而形成的材料。复合材料集中了组成材料的优点,具有更优异的综合性能。复合材料的应用十分广泛如钢筋混凝土是钢筋和混凝土的复合材料,机动车的轮胎是用合金钢与橡胶的复合材料制成的。 现代高科技的发展离不开复合材料。为满足生产生活对特种材料的需求，科学家运用化学等科学知识,研究合成形形色色的具有特殊性能的复合材料。如在塑料中嵌入玻璃纤维制成的玻璃纤维增强塑料，可用于制造船体、汽车车身等;碳纤维复合材料可用于制造飞机的机翼、飞行器头锥等。 拓展视野 复合材料的组成及应用 复合材料通常是由起搭建作用的基体材料和分散于其中的增强材料两部分组成。以金属为基体的金属基复合材料，由于金属和增强材料的共同作用，因而具有强度高、密度小、耐摩擦和耐高温等性能，成为航天、航空等尖端领域的常用材料之一。 2023年5月，我国自行研制、具有完全自主知识产权的神舟十六号载人飞船发射成功，3名航天员顺利进驻中国空间站。载人飞船的众多新型设备的制造都应用了多种具有特殊性能的复合材料。 【板书】复合材料异军突起 【观看图片】 学生对复合材料的特性、种类及应用有了较好的理解。能通过实例分析其优势，展现出一定的知识迁移能力。但在复杂材料结构与性能关系的理解上，部分同学还不够深入。小组讨论时，合作精神有所体现，但仍需加强独立思考。总体来说，对复合材料有了初步掌握，还需进一步深化和拓展应用方面的学习。 设计意图：旨在让学生了解复合材料的独特性能和广泛应用。认识其在解决工程和技术难题中的优势，感受材料科学的魅力。引导学生分析复合材料的组成结构与性能的关系，培养综合思维。激发学生探索新材料的热情，鼓励其关注材料领域创新，为未来科技发展贡献力量。 7.板书设计 学科网（北京）股份有限公司 $$