第6节 材料的利用与发展（表格式教学设计）科学浙教版九年级上册

第6节 材料的利用与发展（教学设计） 年级 九年级 授课时间 课题 第6节 材料的利用与发展 学情 分析 本节内容选自浙教版九上第2章第6节，本节主要内容：材料与人类社会发展；新型材料；材料制造与环境保护。本节围绕材料的发展历程及其对社会进步的推动作用展开。教材采用历史脉络与科技前沿结合的设计，通过时间线：石器时代→青铜时代→信息时代，直观展示材料如何驱动人类文明，如工具改进、战争武器升级，强化学生对科技与社会互动关系的理解。将化学、环境科学及工程技术融合，旨在提升学生的综合素养，引导其关注科技发展的生态责任。 在知识基础与认知层面学生已掌握基础物质性质，如金属、非金属特性，及简单化学反应。了解工业革命、信息技术等社会发展脉络，但对​​材料科技推动文明进步​​的关联性认识不足。但对材料演变的系统性认知薄弱，如石器→青铜→纳米材料的代际跃迁；对​​纳米材料特性​​，如尺寸效应、性能突变和​​绿色化学工艺​​缺乏深度理解。学生的抽象思维逐步增强，能通过教材中石器、青铜器图片关联历史与科技发展；对​​前沿科技​​，如超级陶瓷、纳米技术兴趣浓厚，易被直观案例激发探究欲。通过本节学习学生能归纳材料发展的历史脉络​​，理解科技与社会文明的互动关系；解释新型材料的特殊性能及其应用价值​​；​​评价工业生产中的环保策略​​，提出绿色工艺优化思路，形成责任意识。 本节内容拟用1课时完成。 教学 目标 科学观念：理解​​材料发展史​​推动生产力变革的逻辑；掌握​​新型材料的特性；认识​​工业化与环境的矛盾​​。 科学思维：对比传统工艺与绿色工艺的​​污染差异​​，培养辩证思维；依据纳米特性，推测新材料在航天、医疗等领域的应用前景。 探究实践：设计“硫酸铜绿色制备”方案，书写化学方程式，对比不同路径的原料利用率与污染；模拟“三废回收”，优化工业流程。 态度责任：批判性思考工业污染对生态的破坏，提出本地工厂“三废”治理方案；倡导绿色消费观，如选择可降解材料，践行环保行动。 教学 重难点 重点：材料发展规律​、新型材料 难点：绿色工艺核心​ 教学 准备 课件、课本、视频、活动器材等 教学过程 教师活动 学生活动 新 课 导 入 人类历史上不同时代所使用的生产工具或战争中使用的武器，都记录了材料的发展过程。而现代新型材料的出现，大大推动了生产力的发展，促进了人类社会文明的进步。你知道人类历史材料是怎样发展的吗？ 思考材料的发展历程 新 知 讲 授 一、材料与人类社会发展 材料的发展历程 ①旧石器时代：原始人利用石头制石斧、石刀、箭头、 刮器等；用兽骨、鱼骨制骨针； ②新石器时代：随着火的使用，人们开始创造和使用陶器； ③青铜器时代：夏商朝时期制造出青铜器和青铜武器； ④铁器时代：春秋战国时期，开始冶铁和炼钢； ⑤信息时代：人们有目的地改进材料的性能，出现新型材料。 人类对材料的取得和使用是与社会生产力和科技发展水平紧密相连的，材料的发展标志着生产力的不断进步。半导体材料、光纤材料、碳纤维复合材料等新型材料不断涌现，促进了通讯、计算机、航空、航天等行业迅速发展。 思考与讨论 查阅有关人类使用金属的历史资料，了解在不同时代金属使用的状况。 人类最早使用的金属材料是铜，夏朝时期青铜器开始使用，在商朝时期青铜器已经开始普及了，特别是在军事领域。 使用最广泛的金属材料是铁及铁的合金。在春秋战国时期出现冶炼铁的技术，铁器开始出现，不久就出现了钢，其主要用于武器的制造。 铝的利用比铜和铁晚得多。 二、新型材料 新型材料 新型材料是指那些新出现或正在发展中的、具有优异特性和功能并能满足技术进步所需的材料。 最引人注目的新型材料 光电子信息材 料、先进复合材料、超级陶瓷材料、新型金属材料、新型高分子材料、超导材料等。 新型材料的特性 纳米材料 概念：纳米材料是指其基本颗粒在1~100纳米范围内的材料。 性能：纳米材料与普通材料相比，在机械强度、磁、光、声、热等方面都有很大的不同。 例如：纳米陶瓷粉末烧成的陶瓷却有很好的韧性； 新型纳米油墨的色调更浓，书写的字迹色泽更好； 将纳米铅粉末加入到固体燃料中使火箭推进器的前进速度加快好几倍等。 思考与讨论 你还知道哪些新型材料？请上网查阅并与同学交流。 记忆合金，具有记住本来形状的能力，常用于牙齿矫形。金属塑料，集聚合物塑料与金属特点于一身的新材料。聚合物玻璃是一种被社会广泛应用的有机材料，因为它具有优良的玻璃形成能力，较低的玻璃化转变温度和稳定的过冷液体区间。 三、材料制造与环境保护 人们在制造材料的过程中会产生许多污染。为了减少或消除材料制造过程中的污染，人们需要探寻无污染或低污染的“绿色”新工艺，需要探索污染物的防治、转化和综合利用的途径。 探究：怎样以铜为主要原料制备硫酸铜 根据物质相互转化的规律，以金属为主要原料制备相应的盐有多种途径，让我们一起来探究如何选择最优的途径（如：原料利用率高，产生的污染少），走绿色工艺之路。 1．提出问题：以铜为主要原料制备硫酸铜的绿色工艺的可行性如何？ 2．设计制备方法、原理、评价 方案一：铜能与浓硫酸在加热条件下反应，生成硫酸铜、 二氧化硫和水。 原理： Cu + 2H2SO4(浓) ≜ CuSO4 + SO2↑ + 2H2O 。 评价： 原料利用率低（硫酸转化成硫酸铜和二氧化硫），会产生有害气体二氧 化硫，污染空气。 。 方案二： 将铜加热转化为氧化铜，然后氧化铜与硫酸反应制取硫酸铜 。 原理： 2Cu + O2 ≜ 2CuO CuO + H2SO4 ≜ CuSO4 + H2O 。 评价： 原料利用率高，无污染 。 方案三： 铜与氯气在加热条件下反应生成氯化铜，氯化铜与氢氧化钠溶液反应生 成氢氧化铜，最后利用生成的氢氧化铜与硫酸反应制取硫酸铜 。 原理： Cu + Cl2 ≜ CuCl2 CuCl2 + 2NaOH ≜ Cu(OH)2↓+2NaCl ； Cu(OH)2 + H2SO4 = CuSO4 + 2H2O 。 评价： 所选用的原料氯气有毒，安全性不高，且操作步骤多，生产成本高 。 通过以上活动，你能总结出“绿色”工艺需要的要求吗？ ①科学性：制备过程的化学反应符合化学反应的规律； ②简便性：设计的方案操作过程尽可能简便易行； ③经济性：所需的原料容易获取，成本低廉； ④安全性：具体操作过程中无安全隐患； ⑤环保性：生产过程中不会对环境造成污染等； ⑥效率性：原料利用率高。 绿色工艺的核心要求：兼顾高原料利用率与低污染 化学工业给社会带来巨大财富和众多产品的同时，也向周围环境排放了大量的“三废”（废水、废渣、废气），使自然界的生态平衡遭受破坏。 思考与讨论 为了保护环境，防治污染，最终达到在保持良好环境的条件下发展工业，我国采取了哪些处理和解决“三废”的措施？ 废气处理：安装回收设备，将尘粒和一氧化碳、二氧化氮等有害物质除去； 废渣处理：制水泥或其他建筑材料，变废为宝； 废水处理：建污水处理厂，将废水中的有害金属转化为沉淀并制成金属材料，废水符合排放要求后再排放到河流中或循环利用。 在化学工业中，除了要及时处理好“三废”，还要努力提高原料的利用率，增加产品的产量，从根本上降低生产对环境造成的污染。 了解材料的发展历程，知道材料发展与生产力的关系 思考不同金属在不同时代的使用情况 了解新型材料的概念、种类及特性 了解纳米材料的概念和性能 查阅资料了解有哪些新型材料 探究以铜制备硫酸铜的方案，了解原料并进行评价 总结绿色工艺的要求，了解其核心要求 思考三废的处理措施，知道怎样减少环境污染 课 堂 小 结 1. 材料与人类社会发展 发展历程：旧石器时代（石器、兽骨和鱼骨）、新石器时代（陶器）、青铜器时代（青铜器）、铁器时代（冶铁和炼钢）、信息时代（有目的地改进材料的性能）。 2.新型材料 （1）新型材料是指那些新出现或正在发展中的、具有优异特性和功能并能满足技术进步所需的材料。 （2）主要种类：光电子信息材料、先进复合材料、超级陶瓷材料、新型金属材料、新型高分子材料、超导材料等。 3.材料制造与环境保护 （1）绿色工艺的要求 ①科学性：制备过程中每步的化学反应是否符合化学反应的规律； ②简便性：操作过程尽可能简便易行，如反应所需的条件和设备是否简单； ③经济性：所需的原料是否容易获取，成本是否低廉，是否具有良好的经济效益； ④安全性：在具体操作过程中是否存在一些安全隐患； ⑤环保性：生产过程中是否会对环境造成污染等； ⑥效率性：原料利用率高。 （2）绿色工艺的核心要求：兼顾高原料利用率与低污染 （3）在化学工业中，除了要及时处理好“三废”，还要努力提高原料的利用率，增加产品的产量，从根本上降低生产对环境造成的污染。 板 书 设 计 作 业 设 计 （请老师按实际教学需求撰写。） 教学反思 本节课课堂氛围活跃，学生实验操作规范，在探究硫酸铜制备方案时展现出优秀的协作能力，如严谨记录不同方案的原料利用率数据，针对方案三安全性要求，体现了科学学科素养中的批判性思维。讨论环节学生积极对比绿色工艺要求，但实验部分因步骤繁琐导致时间不足，未能充分优化工业流程模拟。原因在于方案三的多步反应设计复杂，学生操作耗时过长。建议精简实验环节，聚焦核心步骤，如直接对比方案一与方案二的三废产生量，预留更多时间深化环保策略研讨。总体达成教学目标，需强化实验效率管控。 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！ 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $