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、新型能源的应用教学设计--2025-2026学年九年级化学人教版下册

九年级下册化学第十一单元 化学与社会 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 教学设计 一、设计总纲（大观念引领·新颖模板核心） 本设计立足新教材“化学服务航天科技、赋能国家发展”核心大观念，创新采用“航天调查项目+三阶任务链+跨学科素养闭环”的教学模板，以“调查航天新型材料应用—探究航天新型能源原理—践行航天科技转化”为主线，深度融合化学（材料组成、能源转化）、物理（材料性能、能量转化）、地理（资源分布）、道德与法治（国家发展、责任担当）多学科知识，整合“情境锚定—调查探究—原理建构—实践转化—素养升华”五大模块，融入航天案例分析、数智化调查、小组实践汇报、科技转化设计等创新形式，摒弃传统“调查流程灌输+知识罗列”的线性模式，突出“调查性、跨学科、实践性、创新性”，贴合2022年版新课标跨学科实践活动要求，衔接前序物质性质、化学变化规律等知识，强化“化学是航天科技的核心支撑”思维，落实科学探究、证据推理、社会责任等核心素养，实现“调查能力—知识应用—素养落地—实践转化”的四维进阶，契合新课标“做中学、用中学、创中学”理念，激发学生爱国情怀与科技探索热情。 二、核心信息矩阵（简洁精准·适配新教材·凸显航天特色） 学科/年级九年级下册·化学（融合物理、地理、道德与法治） 教材版本人教版（新教材） 实践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 设计理念项目驱动、调查引领、跨学科融合、航天赋能、实践落地、素养闭环 核心任务 通过调查我国航天领域新型材料（如航天保暖材料、复合材料舱段）、新型能源（如液氧甲烷、煤基航天煤油、磁等离子体能源）的应用，掌握相关材料的组成、性质及应用原理，理解新型能源的转化逻辑与优势，学会跨学科调查方法，能完成调查报告并设计航天科技民用转化方案，树立科技自信与国家自豪感，培养跨学科调查、分析与实践应用能力。 创新亮点 模板新颖闭环、航天情境沉浸式、调查任务分层、数智化辅助、跨学科深度融合、实践可落地、评价多元，贴合新教材跨学科实践要求 跨学科融合点 化学（材料组成、性质、能源转化）；物理（材料强度、导热性、能量转化效率）；地理（航天材料/能源相关资源分布）；道德与法治（航天精神、国家科技发展、责任担当） 三、学情与情境锚定（精准适配·贴合新教材·凸显航天特色） （一）学情精准诊断 九年级学生已掌握常见物质的组成、性质及化学变化规律，具备基础的实验操作、数据分析与调查探究能力；通过物理、地理、道德与法治课程，了解材料性能、能量转化、资源分布及国家科技发展基础认知，对航天科技怀有浓厚兴趣，生活中接触过航天相关新闻、航天衍生产品，具备跨学科整合与调查探究的基础。但存在三大短板：① 对航天新型材料、新型能源的化学本质认知模糊，难以将材料性质、能源转化与航天应用场景关联；② 跨学科调查能力薄弱，缺乏科学的调查方法（如资料搜集、数据整理、案例分析），难以完成系统的航天相关调查；③ 实践转化意识不足，无法将航天科技知识迁移到民用领域，难以实现“调查—分析—应用”的闭环。结合学生认知规律，采用“情境引导+分层调查+实践转化”的方式突破难点，强化调查能力与跨学科思维，契合新课标跨学科实践活动“开展自主调查、解决实际问题”的学业要求。 （二）真实情境创设 打造“航天科技调查员”真实情境：展示我国航天重大工程成果（航天器、运载火箭）图片，播放航天科技短视频（新型材料应用、新型能源驱动场景，包含航天保暖材料、液氧甲烷火箭、复合材料舱段等内容），呈现航天新型材料样本（模拟航天保暖材料、复合材料碎片）、新型能源相关模型（液氧甲烷储箱、磁等离子体发动机简易模型），展示学生课前搜集的航天科技新闻素材，提出驱动性跨学科调查问题：“我国航天领域应用了哪些新型材料和新型能源？这些材料和能源具备哪些独特性质，能适应太空极端环境？它们的化学原理是什么？如何推动航天科技向民用领域转化？” 结合学生兴趣与跨学科基础，引导学生明确调查核心，导入本次跨学科实践活动，确立核心任务——完成我国航天新型材料、新型能源应用调查，撰写调查报告，设计科技转化方案，贴合新教材“化学与航天科技、社会应用融合”的理念，落实新课标“开展跨学科实践调查”的要求。 四、教学目标（分层落地·素养渗透·贴合新教材） 核心导向：以“航天新型材料、新型能源应用调查”为核心，深度融合多学科知识，落实新教材跨学科实践重点，不涉及复杂微观机理，重点突破“航天新型材料/能源调查方法”“材料性质与航天应用关联”“能源转化原理”“科技转化设计”四大核心，全程渗透核心素养与航天精神、科技自信，引导学生树立“航天强国、我辈有责”的信念，达成新课标跨学科实践“自主调查、综合应用”的综合层次要求，实现调查能力与知识应用、素养提升的有机统一。 （一）基础目标（全员必达·核心基础） 1. 化学层面：能说出我国航天领域2-3种新型材料（如航天保暖材料、复合材料舱段）的名称、组成及核心性质，能列举2-3种新型能源（如液氧甲烷、煤基航天煤油）的类型及应用场景，了解材料性质、能源转化与航天应用的简单关联。 2. 跨学科层面：能结合物理知识，简单分析航天材料的性能（如强度、导热性）与太空环境的适配性；能结合地理知识，了解航天材料/能源相关资源的分布特点；能结合道德与法治知识，感悟我国航天科技的发展成就，树立初步的科技自信。 3. 实践层面：掌握基础的跨学科调查方法（资料搜集、案例整理、简单分析），能分组完成基础调查任务，填写调查记录表，初步梳理调查结论。 （二）提升目标（选达拓展·应用提升） 1. 能通过数智化工具（虚拟仿真平台、航天科技数据库），系统调查航天新型材料、新型能源的应用案例，分析材料性质与航天应用的内在关联（如航天保暖材料的低导热、拒水性能与太空极端环境的适配），能源转化的化学原理（如液氧甲烷燃烧反应、煤基煤油的制备与燃烧），提升跨学科调查与数据分析能力。 2. 能整合多学科知识，撰写完整的跨学科调查报告，梳理航天新型材料、新型能源的应用规律，分析其优势与发展前景；能设计简单的航天科技民用转化方案（如航天保暖材料的民用拓展、生物甲烷的民用利用），说明方案的可行性与化学原理。 3. 能开展小组调查汇报，展示调查成果，辨析航天材料/能源应用中的化学逻辑，传递航天精神与科技自信，提升表达交流与跨学科综合应用能力。 （三）素养目标（全程渗透·闭环落地） 1. 科学探究与创新意识：通过跨学科调查、数智化探究、方案设计，培养调查探究、数据分析、自主创新能力，体会跨学科调查的严谨性，创新航天科技民用转化思路，落实新课标跨学科探究要求。 2. 宏观辨识与微观探析（化学核心）：从宏观上辨析航天新型材料、新型能源的应用场景与优势，从微观上理解材料的组成、能源转化的化学本质，完善“宏观—微观—符号”的化学思维，理解化学与航天科技的内在关联。 3. 科学态度与社会责任：通过调查我国航天科技成就，感悟航天精神，增强民族自豪感与科技自信；结合航天科技的民用转化，树立“科技服务生活、助力国家发展”的责任意识，培养严谨的调查态度与创新精神，契合新课标“关注国家科技发展、增强社会责任”的要求。 4. 证据推理与模型认知：通过调查案例、实验数据、材料性能，推理航天材料性质与应用、能源转化与优势的关联规律，构建“材料/能源—性质—航天应用—民用转化”的跨学科关联模型，提升证据推理与系统思维。 5. 跨学科实践素养：整合化学、物理、地理、道德与法治知识，完成航天相关跨学科调查与实践转化，培养跨学科调查、分析与应用能力，落实新教材跨学科实践要求和新课标“综合问题解决”的学业要求。 五、教学重难点（靶向突破·贴合新教材·凸显航天特色） （一）核心重点 - 化学：我国航天领域新型材料（航天保暖材料、复合材料等）的组成、性质及应用；新型能源（液氧甲烷、煤基航天煤油等）的类型、转化原理及航天应用。 - 跨学科：航天材料性能与太空环境的适配性（化学+物理）；航天材料/能源相关资源分布（化学+地理）；航天精神与国家发展（化学+道德与法治）。 - 实践：跨学科调查方法的运用，调查报告的撰写，航天科技民用转化方案的设计。 （二）核心难点 - 跨学科整合：将化学（材料组成、能源转化）、物理（材料性能、能量转化）、地理（资源分布）知识有机结合，系统分析航天新型材料、新型能源的应用逻辑，突破单一学科思维局限，契合新课标跨学科融合要求。 - 调查实践：掌握科学的跨学科调查方法，规范完成调查任务，梳理调查结论，撰写完整、规范的跨学科调查报告，避免“调查流于形式、数据杂乱、结论不明确”的误区。 - 实践转化：将航天新型材料、新型能源的知识迁移到民用领域，设计科学合理、可落地的转化方案，实现“调查—分析—应用”的闭环，达成新课标“设计解决实际问题方案”的要求。 六、教学准备（创新实用·贴合新教材·凸显航天特色） （一）调查与实验器材（分层次·重安全·贴航天） 1. 基础器材（全员使用） 航天新型材料样本（模拟航天保暖材料、复合材料碎片、新型合金样品）；新型能源相关模型（液氧甲烷储箱、磁等离子体发动机简易模型、煤基航天煤油样品）；调查记录表、基础调查指南；航天科技案例卡片（材料/能源应用案例）。 2. 创新器材（提升层使用） 数智化工具（航天科技数据库、虚拟仿真平台、材料性能检测模拟软件）；空白调查报告模板、科技转化方案设计表；多媒体课件（含航天材料/能源应用短视频、调查方法微课），贴合新教材“数智化、探究化、实践化”的教学导向，助力调查探究与实践落地。 3. 防护与辅助器材 手套、护目镜、急救箱；航天知识卡片（新型材料性质、新型能源原理、航天精神相关内容）；跨学科调查方法手册，强化安全意识，贴合新教材实验安全与跨学科实践要求。 （二）教学资源 - 情境类：我国航天重大工程短视频、航天新型材料/能源应用案例视频、航天科技发展成果纪录片，贴合航天特色与生活化导向。 - 实操类：分层调查任务单（基础层+提升层）、跨学科调查方法指南、调查记录表、调查报告模板、科技转化方案设计模板，贴合新课标“设计开展跨学科实践任务”的要求。 - 辅助类：跨学科微课（航天材料性质、能源转化原理、调查方法）、数智化工具操作指南、小组互评表、航天知识手册（化学+物理+地理+道德与法治）、调查汇报评分标准，助力调查探究与素养提升。 七、教学实施（任务链驱动·分层调查·素养闭环） 模块1：情境沉浸式导入（激发兴趣·锚定目标·明任务） 以“航天科技调查员”身份为切入点，展示航天成果图片、材料样本、能源模型及安全警示标语，播放航天情境短视频，组织学生分享课前搜集的航天科技新闻与素材，交流自己对航天新型材料、新型能源的疑问。结合跨学科知识，梳理本次实践活动的核心内容，明确“三阶调查任务链”：“任务链1——基础调查：航天新型材料、新型能源应用案例搜集（全员参与）；任务链2——核心调查：材料性质、能源转化原理分析（全员参与）；任务链3——创新拓展：调查报告撰写与科技转化方案设计（提升层选做）”，明确各任务链的调查要求、安全要点和跨学科融合方向，激发学生调查探究兴趣，衔接前序物质性质、能量转化的相关知识，贴合新教材跨学科实践教学的情境化要求，落实新课标“开展自主跨学科调查”的策略。 模块2：三阶调查，实践落实（突破重难点·保安全·贴航天） （一）一阶调查：任务链1——基础调查：航天新型材料、新型能源应用案例搜集（基础层·全员参与·跨学科融合） 1. 调查方法引导：教师讲解跨学科调查的基础方法（资料搜集、案例整理、分类记录），引导学生结合化学、物理、地理知识，明确调查方向——航天新型材料（重点关注航天保暖材料、复合材料舱段、新型合金）、新型能源（重点关注液氧甲烷、煤基航天煤油、磁等离子体能源），讲解资料搜集的渠道（航天官网、权威科技媒体、数据库），强调调查的真实性与严谨性。 2. 小组分工调查：学生分组分工，结合调查指南，搜集我国航天领域新型材料、新型能源的应用案例，重点记录材料/能源的名称、应用场景（如航天保暖材料用于卫星防护、液氧甲烷用于火箭燃料），填写基础调查记录表，标注案例对应的跨学科知识（如材料性能对应物理知识、能源转化对应化学知识）。 3. 安全与规范强调：搜集资料时注重信息的权威性，避免虚假信息；接触材料样本、模型时佩戴手套，严禁随意拆卸模型；小组分工明确，确保调查有序推进，培养严谨的调查习惯。 4. 调查小结：各小组分享搜集的案例，教师针对性补充（如我国自主研发的复合材料动力舱、煤基航天煤油在长征系列火箭的应用），引导学生梳理航天新型材料、新型能源的基本类型，为后续核心调查奠定基础。 （二）二阶调查：任务链2——核心调查：材料性质、能源转化原理分析（核心层·全员参与·跨学科融合） 1. 跨学科知识衔接：结合化学知识，讲解航天新型材料的组成与性质（如航天保暖材料的低导热、拒水、抑菌性质，复合材料的轻质、高强度特点），新型能源的转化原理（如液氧甲烷燃烧生成二氧化碳和水，煤基航天煤油的制备与燃烧反应）；结合物理知识，分析材料性能与太空环境的适配性（如低导热材料抵御太空极端严寒，高强度复合材料承受火箭发射时的压力）；结合地理知识，简单介绍航天材料/能源相关资源的分布特点（如煤炭资源分布与煤基航天煤油的制备关联）。 2. 案例深度分析：分组选取1-2个重点案例（如航天保暖材料的应用、液氧甲烷火箭的驱动），结合调查的案例信息，分析材料的性质如何满足航天应用需求，能源转化的化学原理与优势（如液氧甲烷燃料清洁环保、成本低廉，煤基航天煤油摆脱对石油资源的依赖），填写核心调查分析表，实现跨学科知识的整合。 3. 数智化辅助探究：提升层学生利用虚拟仿真平台、材料性能检测模拟软件，模拟航天材料的性能测试（如航天保暖材料的导热性测试）、新型能源的转化过程（如液氧甲烷燃烧模拟），结合模拟数据，深化对材料性质、能源转化原理的理解，提升定量分析能力。 4. 重点突破：结合新教材要求，重点梳理航天新型材料、新型能源的核心性质与应用关联，引导学生建立“物质性质决定用途”的化学思维，理解化学在航天科技中的核心支撑作用，渗透航天精神与科技自信。 （三）三阶调查：任务链3——创新拓展：调查报告撰写与科技转化方案设计（提升层·选做拓展·跨学科综合应用） 1. 调查报告撰写：引导提升层学生整合基础调查与核心调查的内容，按照“调查目的—调查方法—调查结果—调查分析—调查结论”的结构，撰写完整的跨学科调查报告，要求结合多学科知识，明确航天新型材料、新型能源的应用规律与化学原理，体现调查的严谨性与系统性。 2. 科技转化方案设计：结合调查成果，分组设计航天科技民用转化方案，聚焦航天新型材料或新型能源（如航天保暖材料的民用服装拓展、生物甲烷的民用能源利用），说明方案的设计思路、化学原理、可行性及应用价值，结合“双碳”理念，突出绿色环保特点，契合新课标“设计解决实际问题方案”的要求。 3. 调查汇报与互评：各小组（基础层展示调查案例与分析，提升层展示调查报告与转化方案）开展调查汇报，从调查完整性、分析合理性、方案创新性等维度互评，教师针对性点评，优化调查报告与转化方案，提升表达交流与实践应用能力。 模块3：素养升华，闭环总结拓展（梳理成果·落实素养·强践行） 1. 调查总结：各小组分享调查探究的收获、遇到的问题及安全注意事项，展示调查成果（调查记录表、调查报告、转化方案），教师针对性点评，纠正共性错误（如调查案例不典型、原理分析不清晰、方案缺乏可行性），梳理核心知识点，构建“调查搜集—分析原理—实践转化”的跨学科调查闭环，强化跨学科思维与调查能力。 2. 素养升华：引导学生整合多学科知识，归纳化学在航天科技领域的核心价值，感悟我国航天科技的发展成就，传承航天精神，增强民族自豪感与科技自信；结合航天科技的民用转化，理解“科技服务生活、助力国家发展”的内涵，强化责任担当，落实新课标“关注国家科技发展、增强社会责任”的要求。 3. 拓展延伸：布置课后拓展任务，引导学生完善调查报告，优化科技转化方案；小组合作，开展“航天科技进校园”宣传活动（制作海报、开展宣讲），传递航天知识与航天精神；鼓励学生持续关注我国航天科技的新进展，主动开展后续调查，实现“调查—实践—延伸”的闭环，契合新课标“校内外联动、持续探究”的教学策略。 八、多元评价体系（创新全面·素养导向·注重过程） （一）过程性评价（占比50%） 采用“小组互评+教师点评+自我反思”的方式，从调查参与度、调查方法规范性、案例搜集完整性、小组合作积极性、跨学科知识整合能力、安全操作落实情况六个维度进行评价，重点关注学生的调查过程、跨学科思维与调查习惯，及时纠正调查误区与操作错误，贴合新教材过程性评价和跨学科实践要求，落实新课标“积极参与小组合作”的学业要求。 （二）成果性评价（占比30%） 以“调查成果”为核心，评价调查记录表的填写规范性、案例分析的合理性、调查报告的完整性与严谨性、科技转化方案的科学性与可行性。基础层学生重点评价基础调查任务的完成质量和核心知识的应用，提升层学生额外评价调查报告的专业性、转化方案的创新性和表达能力，贴合新课标“制作跨学科实践作品，并进行改进优化”的要求。 （三）拓展性评价（占比20%） 评价学生课后拓展任务的完成质量，重点关注调查报告的完善情况、科技转化方案的优化效果、“航天科技进校园”宣传活动的落实情况，评价学生的持续探究能力、表达能力与责任担当，鼓励学生主动关注航天科技发展、传递航天精神，契合新课标“积极参与与化学有关的社会热点问题的讨论并作出合理的价值判断”的要求。 九、教学创新与反思（优化提升·贴合新教材·凸显航天特色） （一）教学创新点（贴合新教材+模板新颖+跨学科融合+航天特色） 1. 模板创新：采用“航天调查项目+三阶任务链+素养闭环”的新颖模板，打破传统跨学科实践的线性模式，以调查任务为驱动，构建“调查—分析—实践—延伸”的闭环，贴合2022年版新课标跨学科实践活动“自主调查、综合应用”的要求，凸显航天主题特色。 2. 形式创新：融入情境沉浸式导入、数智化调查、小组汇报、科技转化设计等创新形式，结合我国航天真实案例（航天保暖材料、液氧甲烷火箭等），将抽象的化学知识与航天科技、生活实际结合，既提升调查的趣味性和科学性，又强化跨学科思维与实践应用能力，贴合新教材“数智化、生活化、创新化”的教学导向，实现“做中学、用中学、创中学”。 3. 评价创新：构建“过程+成果+拓展”的多元跨学科评价体系，新增调查方法、科技转化、宣传实践等维度评价，兼顾不同层次学生的学习需求，重点关注调查能力、跨学科思维和素养提升，实现评价的可视化和针对性，贴合新教材跨学科评价要求。 4. 衔接创新：紧密衔接前序物质组成、性质、能量转化的化学知识，融合物理、地理、道德与法治学科相关内容，强化化学与航天科技、社会应用的关联，铺垫后续化学与社会发展的学习，完善“化学与科技、生活”的知识体系，贴合新教材单元整体教学和跨学科融合要求，同时渗透航天精神与科技自信教育。 （二）教学反思（靶向优化·助力提升·凸显航天特色） 1. 优势：航天情境沉浸式导入有效激发了学生的探究兴趣与科技自信，三阶任务链设计贴合学生认知规律，能兼顾不同层次学生的学习需求；数智化调查、小组汇报、科技转化设计的应用，有效突破了跨学科调查、原理分析、实践转化等难点，学生的跨学科调查能力、知识应用能力和责任担当得到明显提升，贴合新教材跨学科实践教学要求，落实了新课标的学业要求。 2. 不足：部分学生的跨学科思维不足，难以将化学、物理、地理知识有机整合，分析材料性质、能源转化原理时不够深入；少数学生的调查方法不够规范，案例搜集缺乏针对性，调查报告撰写不够完整、严谨；科技转化方案设计中，部分学生无法灵活运用化学知识，方案缺乏可操作性；跨学科调查过程中，部分学生的分工不够合理，个性化指导需进一步加强。 3. 优化方向：加强跨学科知识的引导，通过跨学科知识卡片、微课等形式，帮助学生建立跨学科关联，深化对材料性质、能源转化原理的理解；增加调查方法的专项指导，规范调查流程，提供调查案例参考，帮助学生提升调查的针对性和严谨性；强化科技转化方案设计的引导，结合航天科技民用转化实例（如航天保暖材料的民用应用），帮助学生灵活运用化学知识，提升方案的可操作性；加强小组合作的指导，明确分工，强化个性化调查指导，增加跨学科调查考核环节，确保每位学生掌握跨学科调查方法和核心知识，实现调查能力、知识应用与素养的同步提升，契合新教材和新课标要求。 学科网（北京）股份有限公司 $