第十一单元 跨学科实践活动调查我国航天科技领域中的新型材料、新型能源的应用--2025-2026学年九年级化学人教版下册

该初中化学教学设计聚焦航天科技中的新型材料（如复合材料、特种合金等）和新型能源（如燃料电池、太阳能电池等），通过播放中国航天成就视频导入，营造震撼情境，引导学生思考材料与能源的支撑作用，搭建“情境-问题-探究”的学习支架。 特色在于跨学科实践整合化学与材料、能源科学，以“调查-应用”为主线，通过模拟火星车设计任务促进知识迁移，培养科学探究与实践能力。情境导入激发科学态度与责任，小组合作提升信息素养，助力学生建立“结构-性质-用途”的化学观念，为教师提供丰富资源与活动设计范例。

第十一单元 跨学科实践活动 调查我国航天科技领域中的新型材料、新型能源的应用 1.通过调查，了解我国航天工程中应用的部分关键新型材料（如高性能复合材料、特种合金、烧蚀材料、陶瓷材料）和新型能源（如燃料电池、高效太阳能电池、核能）的基本特性、作用及其背后的化学原理。 2. 通过分组合作、信息检索、资料整理与分析，学习从多源信息（图文、视频、模型）中提取有效信息并整合成调查报告的科学方法；尝试运用跨学科知识（化学、物理、材料科学）解释航天科技中的实际问题。 3. 在调查我国航天科技伟大成就的过程中，增强民族自豪感和文化自信；感受化学及材料、能源科学在国家重大战略工程中的核心支撑作用，激发投身科学、建设祖国的志向。 教学重点：调查并了解我国航天器（火箭、飞船、探测器等）中应用的若干典型新型材料和新型能源。 教学难点：理解这些新型材料、能源的优越性能与其微观结构、化学组成之间的关系；综合分析信息，形成有逻辑的调查报告。 教师用具：多媒体课件、神舟飞船发射/返回、天宫空间站、嫦娥探月、长征系列火箭等震撼视频集锦；新型材料样品或高清晰模型（如碳纤维复合材料切片、耐高温陶瓷涂层示意模型）、燃料电池工作原理动画、空间站太阳能帆板展开视频；设计“航天材料/能源调查任务卡”。 学生用具：可上网的电子设备（平板、电脑）、笔记本、笔、彩色卡纸或海报制作材料、信息记录表、小组分工表。 环节一：飞天“筑”梦——情境导入 设计意图：播放一段精心剪辑的短片，融合我国航天史上多个高光时刻：火箭轰鸣升空、飞船与空间站对接、月球车在月面漫步、航天员出舱行走。配合恢弘大气的音乐，营造强烈的视觉与情感冲击。以此点燃学生的民族自豪感，并顺势提问：是什么托举起了这些飞天奇迹？引导学生思考其背后的物质基础——材料与能源，从而自然引出实践活动的主题。 实施过程： 1. 视觉震撼：播放“中国航天辉煌成就”主题短片，时长约2-3分钟。 2. 设问引思：“从‘东方红’卫星到‘天宫’空间站，从‘神舟’载人到‘嫦娥’探月，我们一次次将‘不可能’变为现实。除了智慧的头脑和勇敢的精神，托举这些‘大国重器’翱翔九天的，还有哪些‘硬核’支撑？” 3. 聚焦核心：学生可能回答“发动机”、“燃料”、“高科技”等。教师引导：“大家说得很好。其中，最基础的‘硬核’支撑有两个：一是构成航天器的‘血肉’——能承受极端环境的新型材料；二是驱动航天器、维持其生命的‘血液’——高效可靠的新型能源。” 4. 发布任务：“今天，我们就成立若干‘少年航天材料与能源研究院’，以小组为单位，开展一项跨学科实践活动，深入调查《我国航天科技领域中的新型材料、新型能源的应用》，揭秘中国航天背后的‘化学密码’与‘能量奥秘’。” 环节二：集“料”成“器”——认识新材料 设计意图：引导学生聚焦航天器的“身体”——材料。通过提供任务卡和资源包，指导各小组选择某一具体航天器或部件（如火箭外壳、飞船返回舱、发动机叶片、空间站结构），调查其所用的关键新型材料。从材料的名称、成分、特殊性能（轻质高强、耐高温、抗辐射等）及其在航天器上的具体作用等方面进行探究，理解“材料决定性能，性能决定应用”。 实施过程： 1. 分组与选题：将学生分为4-6个“研究院”，每组抽取或选择一个调查方向，例如： A组：火箭箭体与外壳材料 B组：飞船返回舱防热材料 C组：航天发动机高温部件材料 D组：空间站结构与舱外材料 2. 信息搜集与探究： 教师提供预设的资料索引（包括指定网站、纪录片片段、科普文章链接、模型图片），并指导学生安全、有效地利用网络进行拓展搜索。 学生根据“调查任务卡”，搜集并记录相关信息： 材料名称（如碳纤维复合材料、铝锂合金、烧蚀材料、陶瓷基复合材料等）。 主要特性（为何“新”？如密度小、强度极高、耐数千度高温、隔热性能卓越等）。 应用部位与作用（如碳纤维复合材料用于火箭整流罩，减重增效；烧蚀材料涂于返回舱外，通过自身燃烧带走热量保护舱内）。 3. 初步交流：各小组整理信息，准备1-2分钟的简短介绍，分享一种最令他们惊叹的航天材料及其“神奇”之处。 环节三：寻“能”探“源”——探究新能源 设计意图：引导学生转向航天器的“动力”——能源。同样以小组为单位，调查不同航天任务场景下所使用的能源系统。重点探究这些能源如何产生、存储、转换和利用，理解化学能在航天中的核心地位以及新型能源技术的先进性。 实施过程： 1. 任务转换：各“研究院”在完成材料调查后，转入能源调查。可选择方向如： 火箭发射的推进剂（化学能） 卫星/飞船的太阳能电池阵 载人航天器的燃料电池 深空探测器的核电源（放射性同位素热电发电机） 2. 深入探究： 调查不同能源形式的原理、特点及应用场景。例如： 化学推进剂：液氢液氧燃烧（高效、环保，但储存困难）。 太阳能电池：将光能直接转化为电能（空间站主电源，依赖光照）。 燃料电池：氢氧通过电化学反应发电，产物是水（用于载人飞船，可供电、产水）。 3. 联系对比：引导学生对比这些能源的优劣，思考为何不同的航天器要选择不同的能源方案（如近地轨道用太阳能，深空、背阴处用核能）。 环节四：融“知”贯“用”——模拟应用 设计意图：创设一个模拟的工程设计任务，要求各“研究院”综合运用前面调查所得的材料与能源知识。通过“为一项新的航天任务（如月球科研站、火星车）选配关键材料和能源系统”，促进学生对知识的整合、迁移与应用，并体验工程决策中的权衡与创新。 实施过程： 1. 发布设计挑战：假设国家航天局计划发射一辆新型“火星长期巡视车”，需要在火星表面工作数年，执行探测、采样、通讯等任务。 2. 小组设计与论证：各小组讨论并完成设计简报： 车身与机械臂材料：选择1-2种材料，说明理由（需应对火星沙尘、低温、辐射）。 能源系统：选择主电源和备用电源方案，说明理由（考虑火星日照、沙尘暴、任务周期）。 简要图示：在卡纸或海报上画出设计示意图，并标注关键材料与能源部位。 3. 方案展示会：各组派代表展示设计简报，阐述选择依据。其他小组和教师可扮演“航天局专家”进行质询和评议。 环节五：筑“梦”未“来”——总结展望 设计意图：对整个实践活动进行总结、展示与升华。引导学生回顾调查历程，分享收获与感悟，将对中国航天成就的自豪感，升华为对科学探索的兴趣和对未来的责任感。通过展望未来航天材料与能源的发展（如太空制造、核聚变推进），激发学生的无限想象，鼓励他们学好科学，未来可能参与其中。 实施过程： 1. 成果总结与展示：各小组将完整的调查报告（包含材料篇、能源篇、设计应用篇）以海报、PPT或短视频等形式进行最终展示交流。评选“最佳调查研究奖”、“最具创意设计奖”。 2. 感悟分享：引导学生分享：“在这次调查中，你最深刻的感受是什么？你对化学、材料或能源科学有了哪些新的认识？” 3. 情感升华与展望： 教师总结：中国航天的每一次突破，都是基础科学（包括化学、材料、物理）厚积薄发的体现。我们调查的这些“新型材料”和“新型能源”，是无数科学家、工程师智慧的结晶。 播放关于未来航天（如星际航行、太空城市）的科幻概念短片片段，提问：“未来的航天，可能需要什么样的‘梦幻材料’和‘终极能源’？”（如石墨烯、超材料、核聚变推进等）。鼓励学生大胆想象。 4. 行动号召：“星空浩瀚，探索无限。今天的调查只是一个起点。希望同学们保持这份好奇与热情，努力学习各科知识，未来也许你们当中，就会有人研发出更先进的材料，设计出更高效的能源系统，为人类的航天梦、为中国梦，贡献自己的力量！” 跨学科实践：调查我国航天科技中的新材料与新能源 一、 为何调查？ 航天奇迹的背后，是材料的“躯体”与能源的“血液”。 二、 调查什么？ 1. 新型材料：筑“器”之基（如：复材减重，陶瓷耐热，烧蚀防盾…） 2. 新型能源：动力之源（如：化学推进，太阳能电，燃料电池…） 三、 如何调查？ 分组合作 → 信息搜集 → 分析整理 → 设计应用 → 展示分享 四、 目标为何？ 揭秘科技，感悟成就，激发志向，筑梦未来。 1. 成功之处：“飞天‘筑’梦”的导入视频选取精当，情感渲染力极强，瞬间将学生带入宏大的航天语境，激发了强烈的探究使命感。活动设计采用“调查-应用”双主线，既有扎实的信息搜集整理过程，又有创造性的模拟设计输出，符合“做中学”的理念，学生参与度高。“融‘知’贯‘用’”环节的模拟火星车设计任务，富有挑战性和趣味性，有效促进了知识的迁移和跨学科思维（材料科学、能源工程、任务规划）的融合。 2. 改进空间：实践活动的成功高度依赖信息资源的可得性与质量。教师需提前精心准备并测试资源包，对于网络条件不足的学校，应以高质量的纸质或离线数字资料为主。在知识理解层面，学生对部分高精尖材料（如陶瓷基复合材料）或能源（如同位素电池）的原理可能理解不深，教师应在小组指导时适时进行科普性讲解，或安排中期微讲座，避免探究流于表面。评价应更注重过程性，观察记录学生在小组讨论、信息筛选中的表现。 3. 教学感悟：此类跨学科实践活动是发展学生核心素养的绝佳载体。其价值远超知识本身，更在于培养学生信息素养、合作能力、解决复杂问题的综合能力，以及塑造家国情怀。教师角色彻底转变为资源设计者、活动组织者和学习促进者。如何平衡活动的开放性与学习目标的聚焦，是设计的艺术。活动中，学生展现出的对国之重器的好奇与自豪，是最动人的教育成果。最后的展望环节，将个人学习与人类未来探索相连，赋予了学习以深远的意义。这堂课不仅是化学课或科技课，更是一堂生动的爱国主义教育和生涯规划启蒙课。 教学设计总结： 本设计以“航天成就”震撼导入，驱动学生分组探究航天材料与能源的奥秘，并通过模拟设计任务促进知识整合与应用。教学过程注重情感激励、合作探究与跨学科思维培养，旨在使学生深切感受化学及相关科技在国家战略工程中的支柱作用，激发民族自豪感与科学报国志。 学科网（北京）股份有限公司 $