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-2025-2026学年九年级化学下册同步教学设计（人教版2024）

课题

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

第1课时

总第1课时

设计者

参研人

授课时间

  月  日第  节

素养目标

化学观念

认识航天领域中新型材料（钛合金、陶瓷复合材料、碳纤维等）的性质与应用，理解能量转化（太阳能、氢能、核能）的化学原理，建立“物质性质—材料应用—能量转化”的化学观念。

科学思维

能从组成、结构、性质、用途等视角分析航天材料的选择依据；通过对比不同能源的转化效率与环境影响，培养系统思维与决策能力。

科学探究与实践

通过调查航天材料与能源应用、模拟实验探究（材料性能测试、氢燃料电池模型制作），提升信息获取、实验操作和跨学科实践能力。

科学态度与责任

了解我国航天科技成就，增强民族自豪感；认识化学在航天科技中的重要作用，树立科技报国、绿色发展的责任感。

教学重难点

重点：航天新型材料（钛合金、碳纤维复合材料、陶瓷复合材料）的特性及其应用。航天新型能源（太阳能电池、氢燃料电池、核电池）的能量转化原理。

难点：从跨学科视角（化学、物理、材料、工程）综合分析材料选择与能源应用的依据。跨学科实践活动的设计与实施（实验探究、模型制作）。

教学准备

多媒体课件（含航天器图片、材料特性对比表、能源转化示意图）

视频资料：我国航天成就（嫦娥探月、天宫空间站、神舟飞船发射）

实物或图片：钛合金样品、碳纤维制品、太阳能电池板模型

实验材料（可选）：不同材料样品（金属、塑料、陶瓷）、酒精灯、导热性测试仪

氢燃料电池简易模型（演示用）

小组活动任务单、评价量表

教学板块

教与学活动

二次备课

导入新课

任务一：航天新型材料调查

播放“神舟十九号发射成功”短视频，提问：航天器在太空中要承受极高温、极低温、强辐射等极端环境，是什么材料和能源保障了航天器的正常运行？引出跨学科实践活动主题。

1. 学生回顾常见材料分类（金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料、复合材料、功能材料）。
   2. 教师讲解钛合金的特性（密度小、强度高、耐腐蚀）及其在火箭整流罩、卫星支架、发动机叶片等部件的应用。
   3. 介绍陶瓷复合材料的耐高温性能及其在发动机热端部件（燃烧室、喷管）的应用。
   4. 介绍碳纤维复合材料的轻质高强特性及其在火箭整流罩、探测器结构件中的应用。

5. 分析选择题（判断关于复合材料的说法）。

嫦娥六号实现世界首次月球背面采样，于2024年6月25日返回。嫦娥六号使用了大量复合材料。下列关于复合材料的说法中不正确的是（ A ）

A.不锈钢是常见的复合材料

B.可将几种材料复合起来形成复合材料

可展示“嫦娥六号月背采样返回”新闻图片，激发学生对航天科技的兴趣，引出材料与能源的重要性。

增加“材料选择挑战”活动：给出航天器不同部件的工作环境要求，让学生分组讨论应选择哪种材料并说明理由。

可展示钛合金、碳纤维实物样品，让学生直观感受“轻”与“强”。

任务二：航天新型能源探究

任务三：跨学科实践活动设计

C.复合材料集中了组成材料的优点

D.棉、麻不属于复合材料

1. 回顾传统能源（煤、石油、天然气）的利用方式及环境问题。
   2. 讲解太阳能电池的能量转化原理（光能→电能）及其在空间站、探测器中的应用。

3. 讲解氢燃料电池的能量转化机制（化学能→电能，产物为水），分析其清洁高效的特点及技术挑战（氢气储存）。
4. 介绍核电池在深空探测（如木星探测）中的应用，解决远距离、长时间能源供应问题。
5. 分析选择题（判断关于推进剂的说法）。

2023年6月4日，神舟十五号载人飞船的返回舱经过大气层时，经受住了一千多度的高温考验，最终成功返回地面。下列说法错误的是（ D ）

A.太阳翼可将太阳能转化为电能

B.飞船大量使用密度较小的合金材料，能减轻船体质量

C.返回舱表面所用的材料具有熔点高、强度大等特点

D.天线材料采用了钛镍合金，它属于合成材料

1. 知识建构
   航天材料博物馆：分组查阅资料，制作航天材料介绍卡片。
   航天能源科普讲座：各组分享一种航天能源的原理与应用。
    

可播放“氢燃料电池工作原理”动画，帮助学生理解电化学反应过程。

增加“能源对比表”活动：学生分组对比太阳能、氢能、核能的优缺点及适用场景。

可根据学校条件调整实验内容：无条件进行氢燃料电池实验时，可用视频演示替代。

增加“航天材料与能源海报展”活动，优秀作品可张贴在班级文化墙。