跨学科实践：走进材料世界教学设计——2025-2026学年鲁科版五四学制物理八年级上册

该初中物理教学设计聚焦物质的属性（延展性、导电性、导热性等）及材料认识，以磁悬浮灯魔术导入，分析灯部件引出属性，通过实验探究（如金属延展性比较），结合自行车材料发展史等，构建从现象到属性再到应用的学习支架。 特色在于跨学科实践，通过实验设计与改进（如导电性实验用仪器替代小灯泡）培养科学探究能力，结合材料发展史（如碳纤维自行车）渗透科学态度与责任，布置消防服改进作业促进理论联系实际。助力学生提升科学思维，为教师提供丰富教学案例。

教学设计 课程基本信息 课题 跨学科实践走进材料世界--物质的属性认识材料 教学目标 1.学生通过实验探究各种物质的延展性、导电性、导热性等属性，发展科学探究和观察分析能力。 2.学生通过分析物质属性的应用，运用相关知识解决实际问题，养成理论联系实际的思维习惯。 3.学生学习材料发展历程，理清材料科学的历史脉络与发展趋势，提升宏观视野和创新意识。 4.学生通过深入探究各类材料，掌握材料的基本特性与应用知识，形成对材料世界的全面认知和科学思维。 教学内容 教学重点： 1.了解物质的延展性、导热性和导电性等属性。 2.理解材料的属性与用途之间的关系，能够根据实际需求选择合适的材料。 教学难点： 1.理解一些新型材料的特性及应用，以及如何根据具体需求进行选择。 2.使学生能够将对材料的认识从理论层面较好地迁移到实际应用和问题解决中。 教学过程 一、课堂引入 教师演示魔术“悬浮的灯”，引起学生好奇心，激发学习兴趣。想知道其中的奥秘吗？让我们一起走进材料的世界。 设计意图：通过磁悬浮灯，激发学生学习兴趣，二、物质的属性 1.物质的属性 教师活动：出示磁悬浮灯，教师举例引导学生找出悬浮灯所体现的物质的属性。教师提问：在日常生活中，你还能列举哪些物质的属性？ 设计意图：通过悬浮灯带领学生了解物质的属性，为接下来的学习做铺垫。 教师讲解：通过刚才的学习我们知道不同的材料拥有不同的属性，而不同的属性决定着材料的用途不同，同样地，我们也可以根据用途选择出合适的材料。 教师演示灯的各部件，它主要是由导线、灯泡、底座三部分组成。 教师提问：同学们能不能根据这三部分各自的用途，推测出组成它们的材料或材料的属性呢？ 设计意图：通过展示磁悬浮灯的各个部分，让同学们更直观地了解其构造，激发他们的好奇心和探索欲。 2.延展性 教师活动：展示导线，并提问：拆开一根导线，可以看到什么？ 教师提问：导线是由许多细长的金属丝组成的，如何将金属变成一根根细长的金属丝呢？这体现了物质的什么属性呢？ 引导学生想到延展性 【活动1】探究不同物质的延展性 教师提问：老师准备了铁、铜、铝三种不同的金属材料。我们该如何设计实验比较它们的延展性？ 实验演示:取三根长短、粗细均相同的铁丝、铜丝以及铝丝，将它们的一端固定，另一端悬挂等重的重物，观察金属丝被拉长的长度。 教师提问：如何改进实验呢？可以换不同长短或者粗细的金属丝多做几组。【结论】：不同物质的延展性不同，铝的延展性较强。 教师活动：展示国家统计局网站公布的各类材料成交额的图片。 教师提问：同学们，思考一下为什么金属材料被广泛应用？ 教师活动：其中一个重要依据就是延展性。接下来，教师介绍春秋战国时铁匠利用铁的延展性打造多种器具。如今，汽车车身、电子产品内部结构等也都借助了金属的延展性。借 此让学生了解延展性从古至今的发展，以及其对社会发展的重要影响。 此外，金属材料通常还具备良好的导电性、导热性和高强度等其他优良特性，这些与延展性相互配合，共同奠定了金属材料在众多领域无可替代的地位。 接下来，以钢芯铝绞线为典型案例，引导学生理解材料属性的两面性。我们知道，某些材料存在延展性过强的情况，这一特性在特定情境下可能会引发一系列问题。而钢芯铝绞线为我们提供了一种优秀的解决思路，即通过将多种具有不同属性的材料合理结合，充分发挥每种材料的优势，规避其劣势，从而实现对物质属性的最大化利用。 设计意图：首先，让学生通过对金属广泛应用的了解，全方位认识金属在不同领域的重要性和多样功能，而不仅仅局限于单一特性。其次，具体讲解延展性能使学生对金属的这些关键属性有更深入、准确的理解，明白其背后的原理和实际意义。最后，丰富的内容和多样的属性介绍能更好地激发学生对金属材料乃至整个材料科学领域的兴趣，为进一步学习奠定基础。 3.导电性 教师提问：我们再看这个导线，你认为它还利用了金属的什么属性？ 【活动2】设计实验：探究不同物质的导电性 教师提问：如何改进实验呢? 学生通过观察得出小灯泡亮度变化不明显，无法比较铁、铝、铜谁的导电性更强。那么有没有一种仪器可以代替小灯泡更准确地感知电路的电流呢？这待我们初四学习完电学后再来研究。 教师提问：通过上述实验现象你能得到什么结论？ 【结论】不同物质的导电性能不同。 像铁、铝、铜等容易导电的物体我们把它称为导体；而塑料、木头等不容易导电的物体称为绝缘体。 教师活动：介绍生活中导电性、绝缘性的应用。 设计意图：通过让学生自己设计、改进实验，培养学生的探究精神，同时加深学生对导电性、绝缘性的理解。 4.导热性 教师活动：长时间通电后我们发现灯泡外壳会烫，也就是说灯泡外壳的温度升高了。分别用棉布手套和橡胶手套去摸这个灯，大家觉得我们的感受会是一样的吗？这是什么原因？不同物质的导热性不同。我们该如何设计实验探究不同物质的导热性。 实验方案： 教师提问：实验该如何改进呢？①实验对象太少，可以多加几种材料。②感觉是不够准确的。可以用温度计或温度传感器。 【活动3】探究不同物质的导热性 【结论】：不同物质的导热性能不同。导热性是对物质传热能力的衡量，相反，隔热性就是一种阻碍热量传递的属性。 教师活动：介绍生活中常见的导热性、隔热性的应用 设计意图：通过实验让学生对导热性有进一步的理解。从实际生活出发，激发学生兴趣。 【思考与讨论】 三星堆考古遗址出土了薄如蝉翼的黄金面具，沿海地区传统民居采用干燥蓬松的海草作为屋顶的建筑材料，现在我们用铜或铝等金属制造电子元件……想一想，它们各自都应用了这些材料的什么属性？ 【拓展链接】同学们旅行的时候有没有见过不同材料的房屋，你知道为什么不同区域的房屋建材不同吗？请同学们查阅资料，找到不同区域的房屋类型，分析它们所体现的材料属性吧！ 三、认识材料 教师活动：物质具有各种独特属性，而正是这些属性造就了材料的多样性和独特性，材料被广泛应用于生产生活中，比如我们常见的交通工具。 从自行车到摩托，再到汽车、飞机直至火箭，是人类不断追求速度与效率的结果，而这一过程也反过来推动着材料科学的持续发展。 1.自行车材料发展史 教师活动：教师介绍自行车材料的发展史。在早期由于木材最为常见以及容易制作。因此，自行车主要由木质材料制成，但由于易腐朽、强度有限，很快被淘汰。 接下来，是钢铁自行车，它坚固耐用、承载能力强，但较重、易生锈。 后来，自行车材料以铝合金为主，它轻便、耐腐蚀，但轻量化和强度有待提升。最后，碳纤维自行车广泛应用，它具有高强度、极轻的优势。 学生活动：在知晓了自行车材料的发展历程后，想必同学们对自行车材料有了新的理解，请结合实际，思考一下我们还能从哪些方面对自行车进行改进，以及这样改进的原因是什么？请同学们课下完成你的改进方案，并以小组为单位，交流改进方案并和同学们讨论方案的可行性。 设计意图：展示需求推动材料演变，体现发展变化，激发创新思维，促进学科融合，增强对工业发展认知，培养环保意识与历史文化兴趣，同时，通过自己改进自行车活动，引导学生通过将知识运用到实践中，培养创新能力与实践能力，深化对材料知识的理解和应用。 2.磁性材料 教师活动：教师通过摩托车多部件都用到磁性材料，引出磁性材料的介绍。 物体能吸引铁、钴、镍等物质的性质叫作磁性。 具有磁性的物体叫作磁体。每一个磁体都有两极，同名磁极相互排斥，异名磁极相互吸引。 【思考与讨论】你能解开这盏灯飞起来的奥秘吗？ 教师讲解：其实，这盏灯又叫磁悬浮灯。它的悬浮现象其实就是磁悬浮技术的一种直观展现，接下来让我们一起了解一下磁悬浮技术。 教师介绍三种磁悬浮。播放磁悬浮视频。 教师提问：想一想，生活中还有哪些物体用到了磁性材料？ 教师活动：介绍磁性材料在生活中的应用。 3.半导体 教师提问：教师通过汽车的电子系统引出半导体。那什么是半导体呢？ 半导体是常温下导电性能介于导体和绝缘体之间的材料。 温度、光照、杂质等外界因素对半导体的导电性能有很大影响。 教师提问：你知道半导体有哪些应用吗？ 教师活动：介绍磁悬浮灯泡实际上是LED 灯的一种，在发光原理上，传统灯泡多通过灯丝发热发光，而LED 灯是通过半导体发光，更加节能和耐用。同时半导体在电子行业、太阳能电池等方面都有应用。 4.纳米材料 教师活动：教师通过飞机引出纳米材料。 纳米实际上是长度单位，我们把提炼纳米单位物质的技术叫作纳米技术。 当物质尺寸缩小到纳米级别时，其性质会发生显著变化，具有许多独特的物理性质和化学性质等，我们把这类材料统称为纳米材料。 教师提问：生活中还有哪些物体用到了纳米材料？ 教师活动：介绍纳米材料在生活中的应用。 5.超导体材料 教师活动：利用火箭引出超导体材料。 教师提问：你知道超导体有哪些特殊属性吗？ 教师介绍：在前面的视频中，同学们观察到超导体可以悬浮在磁体上，这是因为超导体具有完全抗磁性，当超导体处于磁场中时，会产生一个与磁场方向相反的磁场，从而使超导体受到向上的力，实现悬浮。同时，超导体可用于输电，这是因为在极低温下超导体对电流阻碍为零，能够无损耗输电。医院的核磁共振也利用超导体产生强磁场，与人体特定元素反应生成清晰图像，辅助医生诊断。 教师活动：通过交通航天运输工具的发展史，我们已经知晓了众多的新材料。然而事实上，在这些领域中还有许多其他材料在默默发挥着重要作用，为这些机器提供着高性能。现在，就让我们一同深入去了解一下在交通航天运输领域里的其他那些材料及其独特的特点吧。 设计意图：旨在以不同领域事物的发展为线索，展示新材料的特性与应用，激发学生对各类新材料的兴趣，培养其对科技发展与材料创新的认知和理解能力。 四、总结提升 材料是构成世界的基石，它们的性质和应用决定了我们生活的质量和科技的进步。在这堂课中，我们只是揭开了材料世界的冰山一角。希望以后同学们仍然能保持对材料的好奇心不断探索和学习，在创造新材料的道路上尽情驰骋。 设计意图：旨在以不同领域事物的发展为线索，展示新材料的特性与应用，激发学生对各类新材料的兴趣，培养其对科技发展与材料创新的认知和理解能力。 五、作业布置 1.基础性作业 完成“学生资源”中的课后练习。 2.拓展性作业 消防员在执行任务时需要穿着特殊设计的消防服。请结合物质的属性和认识材料的知识，分析以下问题： （1）消防服通常采用什么材料制作？这些材料具有哪些属性使其适合用于消防服？（至少列举三种属性） （2）如果要改进消防服的设计，从材料选择的角度出发，你会考虑选择哪些新的材料？并说明这些材料可能带来的好处。 学科网（北京）股份有限公司 $