20.《纳米材料》教学设计-2026-2027学年三年级科学上册苏教版

该小学科学教学设计聚焦纳米材料的纳米级结构与特殊性能，以莲叶不沾水现象导入，通过对比狗尾草叶、柳叶和莲叶的滴水实验，结合放大镜观察与电子显微镜图片，从宏观到微观构建“结构决定性能”的认知脉络。 以探究实践为主线，通过对比实验、模拟熏黑杯底实验培养科学思维（类比推理），融入徽墨传统文化激发态度责任，帮助学生直观理解抽象概念，为教师提供可操作的实验设计和分层作业，提升教学效果与学生科学素养。

课 题 《纳米材料》 （共 课时） 总第 课时 教学内容 纳米材料 第___课时 教学目标 科学观念：知道纳米是一种长度单位，了解纳米材料的特殊结构及其带来的特殊性能（疏水、自洁等）。 科学思维：通过观察莲叶效应和模拟实验，能基于现象进行类比推理，理解“结构决定性能”的科学思想。 探究实践：能用滴水和放大镜等方法观察不同叶子的表面特性，能完成模拟莲叶效应的实验并记录现象。 态度责任：感受纳米材料在生活中的广泛应用，激发对前沿科技的兴趣。 教学重点与难点 教学重点：通过观察莲叶效应和模拟实验，理解纳米材料的特殊结构带来的特殊性能。 教学难点：理解“纳米级结构”与“不沾水、不沾灰”之间的因果关系。 教学方法 观察法、实验探究法、小组合作法、类比推理法、阅读分析法 教学准备 教师准备：新鲜莲叶（或图片）、狗尾草叶、柳叶、滴管、放大镜、蜡烛、纸杯、粉笔灰、记录表模板、课件、火柴。 学生准备：记录笔、活动手册。 学生活动设计 观察比较：在狗尾草叶、柳叶和莲叶表面滴水，观察水滴形状和滚动情况。 结构探究：用手摸、用放大镜观察三种叶子表面，推测莲叶不沾水的原因。 模拟实验：熏黑纸杯底，滴水观察滚动，刮入粉笔灰后再次观察水滴与粉笔灰的变化。 阅读应用：阅读纳米材料在生活中的广泛应用，感受前沿科技的价值。 教 学 过 程 设计意图 一、激趣导入，揭示课题（约4分钟） 教师出示新鲜莲叶（或课件图片）：“同学们，夏天池塘里有一种叶子——莲叶。下雨后，水滴落在莲叶上会怎样？你们见过吗？” 学生自由发言：“水珠在莲叶上滚来滚去，像珍珠一样，叶子不会湿。” 教师：“为什么水落在莲叶上会变成圆圆的水珠滚落，而落在普通叶子上会摊成一片？这里面藏着一个重要的科学秘密，和一种神奇的材料有关——纳米材料。” 板书课题：纳米材料 二、观察比较——莲叶效应（约10分钟） 1.分组实验——三种叶子表面滴水 教师：“莲叶真的不沾水吗？我们用实验来验证——分别在狗尾草叶、柳叶和莲叶表面滴几滴水，观察有什么不同。” 2.师生互动——观察交流： 教师：“水滴在狗尾草叶和柳叶上是什么样子？” 学生回答：“水滴摊开了，把叶子弄湿了。” 教师：“水滴在莲叶上是什么样子？” 学生回答：“水滴像圆圆的珠子，在叶子上滚来滚去，叶子没湿！” 3.手摸和放大镜观察 教师：“莲叶为什么不沾水？用手摸一摸，再用放大镜看一看——三种叶子表面有什么不同？” 4.学生分组操作，完成记录表 5.认识莲叶效应的秘密 教师出示电子显微镜下莲叶表面结构图：“用电子显微镜观察莲叶表面，可以看到它有一层极其微小的蜡质颗粒突包，每个突包表面又布满了更细的茸毛。茸毛的间距小到纳米级。水滴和灰尘远大于茸毛的间距，所以落不到莲叶表面——就像被‘托’起来一样。” 板书强调：莲叶效应——纳米级结构 → 不沾水、不沾灰、自清洁 三、模拟实验——人造“莲叶效应”（约8分钟） 教师：“莲叶的纳米结构太神奇了！科学家能不能模仿莲叶结构，造出‘人造莲叶效应’？我们用一个小实验来试试。” 1.实验操作——熏黑杯底 （1）在纸杯里装少量水（防止烧着），把纸杯杯底放在蜡烛火焰上方约1厘米处，熏黑杯底。 （2）用滴管在杯底滴一滴水，轻轻晃动纸杯，观察水滴的状况。 （3）再向杯底刮入一点粉笔灰，让水滴在粉笔灰上滚动，观察水滴和粉笔灰的状况。 2.学生分组操作（教师巡视，提醒安全）。 3.师生互动——交流现象 教师：“这个实验模拟了什么？” 学生思考后回答：“模拟了莲叶效应——杯底的碳黑颗粒像莲叶表面的纳米结构一样，把水滴‘托’起来，还能带走灰尘。” 教师总结：“科学家正是从莲叶身上获得灵感，仿照‘莲叶效应’制造出各种纳米材料——这就是仿生学。” 板书：莲叶效应：碳黑颗粒（纳米级）→ 水珠滚动带走灰尘 → 自清洁 4.联系传统文化 教师：“中国古人早就利用纳米级材料了——徽墨中含有纳米级的松烟灰颗粒，用这种墨汁书写的毛笔字，光泽好、墨色持久。2006年，徽墨制作技艺被列入国家级非物质文化遗产名录。” 四、阅读拓展——纳米材料的应用（约10分钟） 教师：“纳米材料不仅存在于莲叶上，科学家已经制造出各种各样的纳米材料，广泛应用于各个领域。我们一起来了解。” 1.阅读纳米材料的应用 2.师生互动——感受纳米技术 教师：“纳米材料的形态有哪些？”“纳米材料已广泛应用于哪些领域？” 教师：“纳米材料虽然看不见，但已经走进我们生活的方方面面。科学家还在不断研究新的纳米材料，未来会有更多神奇的应用。” 五、课堂总结，布置作业（约8分钟） 师生共同总结 教师指板书：“今天我们学到了什么？” 以莲叶不沾水的神奇现象引发好奇，直接指向本课核心探究内容。 通过三种叶子的对比实验，学生直观看到莲叶的“神奇之处”。放大镜和电子显微镜图片展示从宏观到微观的观察层次，帮助学生理解“结构决定性能”的核心理念。 模拟实验操作简单、现象神奇，让学生亲身体验“人造莲叶效应”，深化对纳米结构的理解。徽墨的引入体现科学与文化的融合。 通过阅读提取信息，了解纳米材料的广泛应用。多种形态和多个领域让学生感受纳米科技的前沿性和重要性。 快问快答检测核心结论掌握情况，帮助学生将零散知识串联成完整的认知链条。 作业设计： 基础作业（必做） ：完成教材记录表——三种叶子表面滴水及观察的对比记录。 拓展作业（选做其一） ： ① 查资料：生活中还有哪些产品用到了纳米技术？它们有什么特别之处？下节课分享。 ② 动手实验：回家后用蜡烛熏黑一个金属勺底，滴水观察是否也能形成“莲叶效应”，记录实验现象。 板书设计： 纳米材料 一、什么是纳米材料？ 纳米：一种长度单位（1~100纳米）→当材料颗粒小到纳米级时，性能会发生改变 → 这种材料叫纳米材料 二、莲叶效应——自然界中的纳米结构 ✅ 不沾水、不沾灰——**莲叶效应** 三、模拟莲叶效应 蜡烛熏黑杯底 → 碳黑颗粒（纳米级） 滴水 → 水珠滚动 加粉笔灰 → 水滴带走灰尘 ✅ 模仿了莲叶效应！ 四、纳米材料的应用 形态：粉末、纤维、膜、块、液体 领域：医疗、能源、通信、环保、航天 课后反思： 优点：三种叶子对比实验现象直观，学生亲眼看到莲叶不沾水的“神奇”，兴趣浓厚。从宏观观察到微观结构再到模拟实验，层次清晰，学生逐步建立“结构决定性能”的认知。 不足：新鲜莲叶不易获取，且易枯萎，部分小组使用的莲叶效果不明显。“纳米级”概念对三年级学生较抽象，“1~100纳米”究竟有多小难以建立直观感受。 改进：提前采集新鲜莲叶当天使用，保鲜膜包裹冷藏保存；同时录制莲叶滴水特写视频作为备份。用类比帮助学生理解“纳米有多小”——1纳米大约是头发丝直径的六万分之一。 学习常规养成： 观察常规：能按“滴水→用手摸→用放大镜看”的顺序进行有序观察，不遗漏步骤。 类比推理常规：能运用“莲叶表面结构→水滴被托起→不沾水”的因果链条进行解释。 实验操作常规：使用蜡烛时注意安全，火焰与纸杯保持约1厘米距离。 阅读提取常规：能从阅读材料中提取纳米材料的形态、应用领域等关键信息。 学科网（北京）股份有限公司 $