第十一单元跨学科实践活动10 调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用---2024-2025学年九年级化学人教版（2024）下册

跨学科实践活动10 调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用 课题：跨学科实践活动10 调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用 课时 1 授课年级 九年级 教材 分析 （一）教材地位与作用 “调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用” 这一跨学科实践活动在人教版初中化学教材中占据着独特且重要的地位。它是化学知识与航天科技、物理知识、信息技术等多学科深度融合的桥梁。一方面，它以学生已掌握的化学基础知识，物质的性质、化学反应与能量变化等为基石，将化学知识从课本延伸到了高端的航天科技领域，让学生深刻体会化学知识在实际前沿科技中的广泛应用，从而深化对化学学科实用性的理解；另一方面，通过对航天领域新型材料和能源的调查研究，打破了学科壁垒，引导学生综合运用多学科知识来分析和解决问题，培养学生的跨学科思维和综合素养，为学生未来的学习和发展奠定坚实的基础 。 （二）与前后知识的联系 从化学学科内部来看，此实践活动与之前所学的金属材料、高分子材料、化学燃料等知识紧密相连。学生需要运用材料的性质、分类等知识去分析航天材料的特点和优势，借助化学反应中的能量变化原理来理解新型能源的工作机制。同时，它也为后续更深入地学习材料科学、能源化学等知识埋下伏笔，激发学生进一步探索化学世界的兴趣。从跨学科角度而言，它与物理学科中的力学、热学、电学等知识相互关联，例航天器在飞行过程中的能量转化、材料的力学性能等都涉及物理原理；与信息技术学科相关联，学生需要通过网络、数据库等信息技术手段来收集和整理航天领域的资料 。 （三）教材内容分析 本实践活动主要包含四个核心任务。一是了解我国宇航产品的基本情况，通过查阅资料，学生能知晓我国宇航产品的发展历程、种类和主要用途，这有助于学生对航天领域形成初步的认知框架；二是探究宇航产品的材料选择，学生需要结合已学的化学材料知识，分析宇航产品主体结构、外部涂层、功能部件等所使用材料的特点，深入理解材料的性质与应用之间的紧密关系；三是研究宇航产品的能源选择，运用燃烧、能量等化学和物理知识，剖析火箭推进剂以及航天器工作能源的种类和特点，明晰能量的转化和转移过程；四是设想航天科技领域未来的新型材料和能源，鼓励学生发挥创新思维，大胆设想未来宇航产品的模样，并标注其用途、材料和能源，培养学生的创新意识和对未来科技发展的展望能力 。 教学目标 （一）化学观念 学生能够清晰阐述常见航天新型材料（铝合金、钛合金、碳纤维陶瓷材料、聚酰亚胺等）的组成、结构与性能特点，深刻理解材料的性质决定其在航天领域应用的化学观念。 理解不同类型的化学能源（固体推进剂、液体推进剂、化学电池等）和新型能源（太阳能、核能等）在航天领域的应用原理，掌握能量转化和守恒的化学观念，明白能源选择与航天器任务需求之间的关联 。 （二）科学思维 通过对航天新型材料和能源相关资料的收集、整理和分析，培养学生的逻辑思维能力，学会从纷繁复杂的信息中提取关键要点，归纳总结出材料和能源的特点与应用规律。 引导学生运用类比、推理等科学思维方法，对比不同材料和能源在航天领域与日常生活中的应用差异，预测未来新型材料和能源的发展趋势，提升学生的科学预测和批判性思维能力 。 （三）科学探究与实践 组织学生开展小组合作探究活动，制定调查计划，明确分工，通过查阅书籍、网络搜索、观看纪录片等多种途径收集资料，培养学生的科学探究能力和实践操作能力。 鼓励学生在调查过程中提出问题、设计解决方案，并尝试与团队成员共同解决问题，提高学生解决实际问题的能力和团队协作能力 。 （四）科学态度与责任 在调查我国航天科技成就的过程中，激发学生对我国航天事业的自豪感和民族自信心，培养学生的爱国情怀和民族精神。 引导学生认识到航天科技发展对人类社会进步的重要意义，增强学生对科学技术的敬畏之心和对未来科技发展的责任感，树立为科学事业努力奋斗的远大理想 。 教学重、难点 （一）教学重点 深入理解我国航天科技领域中各类新型材料（金属材料、高分子材料、复合材料等）的性能特点及其在宇航产品不同部件中的应用，掌握材料的性质与应用之间的内在联系。 全面掌握火箭推进剂和航天器工作能源的种类、特点以及能量转化原理，理解不同能源在航天任务中的优势和适用场景 。 （二）教学难点 理解化学与材料开发之间的复杂关系，包括何通过化学方法设计和合成具有特定性能的新型材料以满足航天领域的特殊需求，以及材料微观结构与宏观性能之间的关联，这涉及到较为抽象的化学知识和微观概念，学生理解起来有一定难度。 把握化学与能源利用之间的多维度关系，不仅要理解能源的化学转化原理，还要考虑能源的可持续性、环境影响以及与其他学科（物理、工程学）的交叉融合，这需要学生具备综合运用多学科知识的能力 。 教学过程 教学环节 教学活动 新课讲解 一、课程导入 播放视频：上课伊始，播放一段我国近年来航天重大成就的精彩视频， “神舟” 飞船的成功发射、“嫦娥” 探测器的月球探测、“天问一号” 火星探测器的着陆等激动人心的画面。在视频播放过程中，适时介绍这些航天任务的关键亮点和重大意义， “神舟” 飞船实现了载人航天的突破，“嫦娥” 探测器实现了月球背面软着陆等。 提问引导：视频播放结束后，向学生提问：“同学们，看到这些震撼的航天成就，你们有没有想过是什么支撑着这些伟大的壮举呢？” 引导学生思考，激发他们对航天领域新型材料和能源的好奇心和探索欲望，从而顺利引入本节课的主题 —— 调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用。 二、知识讲解 我国宇航产品基本情况 发展历程：利用 PPT 展示我国宇航产品从起步到现在的发展历程，从早期的艰难探索到今的世界领先水平，详细介绍每个阶段的标志性事件和重要成就， 1970 年我国第一颗人造地球卫星 “东方红一号” 的成功发射，开启了我国航天事业的新纪元；2003 年 “神舟五号” 载人飞船成功发射，实现了中华民族千年飞天梦想；2020 年 “嫦娥五号” 成功实现月球采样返回，标志着我国航天技术取得了新的重大突破等 。 种类与用途：介绍我国目前主要的宇航产品种类，包括人造卫星、载人飞船、运载火箭、深空探测器等，并详细讲解它们各自的用途。例，人造卫星广泛应用于通信、气象监测、地球资源探测、导航定位等领域；载人飞船用于载人航天飞行，开展空间科学实验和技术验证；运载火箭负责将各种航天器送入预定轨道；深空探测器用于对太阳系内其他天体进行探测和研究 。 三、互动环节 小组讨论：将学生分成小组，每组选择一种新型材料或能源，讨论其在航天领域的应用优势、面临的挑战以及未来的发展趋势。例，有的小组选择碳纤维复合材料，讨论其在减轻航天器重量、提高结构性能方面的优势，以及在大规模生产、成本控制等方面面临的挑战；有的小组选择太阳能，讨论其在航天领域的广泛应用前景，以及何提高太阳能电池的转换效率、解决能源存储问题等 。 小组汇报：每个小组推选一名代表进行汇报，向全班同学分享小组讨论的结果。其他小组的同学可以提问、补充和评价，教师在一旁引导和总结，加深学生对知识的理解和掌握。 知识竞赛：设计一些与航天新型材料和能源相关的选择题、填空题和简答题，进行知识竞赛。比：“下列材料中，常用于制造航天器热防护部件的是（ ）A. 铝合金 B. 钛合金 C. 陶瓷基复合材料 D. 碳纤维复合材料”“火箭推进剂燃烧时，能量转化的形式是______”“请简述太阳能在航天领域的应用原理” 等。通过知识竞赛，激发学生的学习兴趣，巩固所学知识，同时培养学生的竞争意识和团队合作精神 。 四、资料收集与整理 指导方法：向学生介绍收集资料的多种途径，查阅图书馆的相关书籍、期刊，利用互联网搜索引擎查找权威网站和学术数据库，观看航天科普纪录片等。同时，指导学生何筛选有效信息，避免被虚假或无用的信息误导。例，告诉学生优先选择官方航天机构网站、知名科研院校网站发布的信息，以及具有专业认证的学术论文等 。 小组分工：学生以小组为单位，根据之前选择的新型材料或能源，明确小组成员的分工。有的成员负责查阅书籍和期刊，有的成员负责网络搜索，有的成员负责记录和整理资料等。确保每个学生都能积极参与到资料收集过程中，提高团队协作能力 。 资料整理：收集完资料后，指导学生对资料进行整理和分类。可以按照材料或能源的种类、应用领域、发展历程等维度进行分类，制作成表格、思维导图等形式，以便于后续的分析和总结。例，对于收集到的关于铝合金在航天领域应用的资料，可以按照航天器的不同部件，机身、机翼、发动机等，整理铝合金在这些部件中的具体应用和性能要求 。 五、案例分析 展示案例： “神舟” 飞船的材料选择和能源供应方案、“天问一号” 火星探测器在火星探测过程中面临的材料和能源挑战等。详细介绍这些案例中的关键信息， “神舟” 飞船采用了哪些新型材料来保证航天员的安全和飞船的正常运行，“天问一号” 何利用太阳能和化学电池在火星上长期工作 。 分析讨论：组织学生对这些案例进行分析讨论，让学生从化学与材料、能源的角度，找出案例中存在的问题，并提出相应的解决建议。例，对于 “天问一号” 在火星探测过程中面临的太阳能电池板受沙尘影响发电效率降低的问题，学生可以分析出沙尘覆盖会影响太阳能的吸收，建议采用自清洁技术或定期清理太阳能电池板；对于 “神舟” 飞船返回舱的热防护材料，学生可以探讨何进一步提高材料的耐高温性能和可靠性，以确保返回舱安全返回地球 。 总结归纳：教师对学生的讨论结果进行总结归纳，强调在航天领域中，材料和能源的选择与应用是一个复杂的系统工程，需要综合考虑多种因素，性能、成本、可靠性、环境适应性等。引导学生树立科学的思维方式，学会从多个角度分析和解决问题 。 六、课堂总结 回顾重点：与学生一起回顾本节课所学的重点知识，包括我国宇航产品的发展历程、种类与用途，新型材料的特点和应用，新型能源的能量转化原理和应用场景等。可以通过提问的方式，让学生回答相关问题，加深学生的记忆 。 强调意义：再次强调了解航天科技领域中新型材料和能源应用的重要意义，不仅能够拓宽学生的知识面，培养学生的跨学科思维和综合素养，还能激发学生对科学技术的热爱和对祖国航天事业的自豪感。鼓励学生在今后的学习和生活中，继续关注航天科技的发展，为我国的科技进步贡献自己的力量 。 七、课堂练习 选择题 1、下列材料中，不属于航天领域常用材料的是（ ） A. 铝合金 B. 聚乙烯 C. 碳纤维复合材料 D. 钛合金 2、火箭发射时，燃料燃烧产生的能量主要转化为（ ） A. 热能 B. 电能 C. 机械能 D. 光能 3、航天器上常用的太阳能电池板是将太阳能转化为（ ） A. 化学能 B. 机械能 C. 电能 D. 热能 填空题 4、制造航天器结构部件的材料通常需要具备______、______等特点。 5、常见的火箭推进剂有______和______等。 6、太阳能在航天领域的应用主要是通过______将太阳能转化为电能。 简答题 7、请简述铝合金在航天领域的应用优势。 8、为什么在航天领域要不断研发新型材料和能源？ 拓展延伸 推荐阅读：推荐学生阅读一些与航天科技和新型材料、能源相关的科普书籍，《太空编年史：向宇宙出发》《材料科学与工程导论》《能源革命：改变人类未来的 50 项新能源技术》等，拓宽学生的知识面，加深学生对相关知识的理解 。 开展研究性学习：鼓励学生以小组为单位，选择一个与航天新型材料或能源相关的课题， “新型复合材料在航天器轻量化中的应用研究”“提高太阳能电池在航天领域转换效率的方法探索” 等，开展研究性学习。通过查阅更多的专业资料、进行实验探究（果可行）、撰写研究报告等方式，培养学生的科学探究能力和创新思维能力 。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$