专题10跨学科实践活动调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用导学案 --2026-2027学年九年级化学沪科版（五四学制）全一册

该初中化学导学案围绕航天科技领域新型材料与新型能源应用展开，通过课前预习回顾教材材料分类和能源知识，课中小组展示预习成果，搭建化学与航天科技的知识支架，衔接物质性质与用途的核心脉络。 资料以跨学科实践为特色，融合化学、物理、工程知识，借助科普视频、实物图片等资源引导学生自主探究，培养科学思维与科学探究能力，树立科技报国与绿色化学理念，助力核心素养全面提升。

初中化学“导·学·练”课堂导学案 年级 九年级 科目 化学 周次 设计者 序号 班级 主题与课时 跨学科实践活动 调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用 课型 新授 审核人 学校审核 姓名 课标要求 依据2022版义务教育化学课标，本次跨学科实践活动要求学生融合化学、物理、工程、信息技术知识，调查我国航天领域新型材料与新型能源的实际应用。能结合物质性质解释材料、能源的用途，掌握资料搜集、整理与分析的基本方法，体会化学对航天科技发展的支撑作用，树立绿色化学理念与科技报国的责任意识，提升综合实践与跨学科应用能力。 学习目标 宏观辨识与微观探析：辨识航天新材料、新能源的类别，结合微观结构分析其特殊性能。 科学思维：建立“性质决定用途、用途体现性质”的化学思维，系统梳理航天技术中的化学应用。 科学探究与创新意识：自主开展调查探究，整合多学科知识解决实际问题。 科学态度与社会责任：感悟我国航天科技成就，增强民族自豪感，树立科技强国与可持续发展理念。 重难点 教学重点：掌握航天新型材料、新型能源的常见种类、核心性能与航天应用场景，理解物质性质与用途的对应关系，熟练掌握调查、整理、归纳的探究方法。 教学难点：跨学科融合分析航天材料、能源的技术原理，结合化学知识解释航天技术中的实际问题，自主完成探究总结与成果梳理，建立化学与高端科技的关联认知。 资源与 建议 教学资源：依托沪科版九年级全一册化学材料、能源相关教材内容，搭配中国航天官网资料、神舟飞船、嫦娥探月、空间站建设科普视频、航天材料实物图片、新型能源科普手册等素材。可借助网络平台、科普纪录片、科技馆航天展区拓展学习资源。教学建议：以学生自主探究为主、教师引导为辅，分层布置调查任务，融合物理工程知识。鼓励小组合作搜集资料、分类整理、交流展示，结合教材知识点对接航天案例，避免理论脱节实际，注重培养学生信息处理与跨学科实践能力，落实素养育人目标。 学习过程 （一）课前预习案 本次课前预习立足沪科版九年级化学全一册教材中化学材料、化学反应与能源应用的核心知识点，紧扣航天科技应用场景，以基础回顾、前置认知、预习思考、自主调查为核心，帮助学生搭建基础知识框架，为课中深度探究做好铺垫，实现新旧知识衔接。 预习目标：回顾教材中常见化学材料、化学能源的分类与性质；初步认知航天领域专用新型材料、新型能源；掌握基础的资料搜集方法，初步建立化学与航天科技的关联。 预习任务一：教材基础知识回顾 结合沪科版九年级全一册专题10《化学为人类提供丰富的材料》、专题9《化学反应的调控》相关内容，完成基础填空与梳理。教材明确指出，化学材料分为无机非金属材料、金属材料、有机高分子材料和复合材料四大类，不同材料因结构、性质差异，适用场景截然不同。传统材料性能有限，无法满足航天高温、高压、强辐射、轻量化的特殊需求，因此航天科技必须依托新型化学材料。同时，教材介绍了传统化石能源与新型清洁能源的区别，新型能源具备无污染、能量密度高、可持续的特点，是航天飞行的核心动力保障。 1. 常见金属材料包括纯金属和合金，合金相比纯金属具有硬度大、熔点低、耐腐蚀的优点，航天飞行器外壳、零部件多采用高性能合金材料。 2. 有机高分子材料分为天然高分子材料和合成高分子材料，塑料、合成橡胶、合成纤维属于合成高分子材料，部分轻质高分子材料可用于航天设备辅助部件。 3. 复合材料是将两种或多种材料复合而成的新型材料，可兼顾多种材料的优点，具备轻质、高强、耐高温的特性，是航天核心材料。 4. 常见新型能源包括氢能、太阳能、核能、化学电池能源等，航天领域主要应用氢能、太阳能、高能化学推进剂等新型能源。 预习任务二：前置认知与自主调查 自主查阅基础科普资料，结合生活认知和教材知识，初步了解我国航天工程（神舟系列飞船、天宫空间站、嫦娥探测器、天问火星探测器）中用到的材料与能源，完成基础调查。在预习过程中，重点区分普通民用材料与航天新型材料的差异，对比传统能源与航天新型能源的优势，初步思考化学知识在航天科技中的应用价值。同时，记录自己的疑问，为课中探究做好准备。 预习思考题 1. 普通钢铁、塑料能否用于制作火箭外壳和航天设备？请结合材料性质简要说明原因。 2. 生活中常用的电能、化石能源为何无法满足航天飞行的动力需求？ 3. 结合教材知识，猜想航天新型材料、新型能源需要具备哪些特殊性能？ （二）课中探究案 课中探究以小组合作探究为核心，紧扣新教材知识点，结合航天真实科技案例，层层递进开展探究活动，落实跨学科实践要求，深度培养学生的探究能力、信息整合能力与跨学科思维，实现知识、能力、素养同步提升。 探究总目标：精准梳理航天新型材料、新型能源的种类、性能与应用；结合化学知识解释材料、能源的工作原理；融合物理、工程知识分析航天技术逻辑；总结化学对我国航天科技发展的推动作用。 探究活动一：小组展示预习成果，梳理基础认知 各小组依次展示课前预习的调查成果，分享自主搜集的航天材料、能源相关资料，交流预习思考题答案。教师结合学生展示内容，对接沪科版教材知识点，纠正认知误区，梳理核心基础。通过小组交流可以发现，学生普遍能够区分常规材料与新型材料，但对航天材料的特殊结构、性能原理认知不足，对航天能源的能量转化、化学原理理解较为浅显。基于此，正式进入深度探究环节。 教师引导总结：航天环境具有超高温、超低温、强宇宙辐射、真空、高压的极端特点，普通材料和传统能源无法适应极端环境，因此航天科技必须依托化学研发的新型材料和新型能源，这也是化学服务于高端科技的核心体现。 探究活动二：深度探究航天新型材料的化学应用（结合教材材料知识） 结合教材四大材料分类知识，分组探究航天领域主流新型材料的类别、结构特点、核心性能及具体应用场景，完成探究表格梳理。 第一小组探究航天合金材料：教材中合金的性质知识点表明，合金可通过改变金属配比优化性能。航天常用钛合金、铝合金、镁合金，这类合金密度小、强度高、耐腐蚀、耐高温，克服了纯金属硬度低、易氧化、密度大的缺陷。主要应用于火箭箭体、飞船外壳、探测器支架等核心结构部件，能够大幅减轻飞行器自重，同时抵御高空大气摩擦高温和宇宙腐蚀。 第二小组探究碳纤维复合材料：依据教材复合材料知识点，碳纤维复合材料以碳纤维为增强体、树脂为基体，融合了碳纤维高强度、高模量和树脂耐腐蚀、易成型的优点，具备轻质、耐高温、抗辐射、韧性强的特性。广泛应用于空间站舱体、太阳能电池板支架、航天飞行器隔热部件，是目前航天领域应用最广泛的新型复合材料。 第三小组探究新型陶瓷材料：新型无机陶瓷材料突破了传统陶瓷易碎的缺陷，具备超高耐高温、隔热、抗氧化的性能，可承受上千摄氏度的高温。主要用于火箭发动机内壁、飞船返回舱隔热层，能够有效隔绝飞行过程中的高温，保障航天器内部设备和航天员安全。 小组探究总结：所有航天新型材料的选用均严格遵循教材“性质决定用途，用途体现性质”的核心化学规律，不同材料的化学结构、物理性能适配不同的航天工作场景，化学材料的迭代升级推动航天设备轻量化、安全化、高端化发展。 探究活动三：深度探究航天新型能源的化学应用（结合教材能源知识） 结合教材化学反应与能量转化、新型清洁能源知识点，分组探究航天新型能源的种类、能量转化原理、优势及应用，分析化学能在航天动力中的核心作用。 第一小组探究氢能能源：教材中氢能是绿色高能新型能源，热值高、燃烧产物无污染、能量密度大。航天液态氢作为火箭主推进剂燃料，与液态氧发生燃烧反应，瞬间释放巨大化学能，转化为机械能，为火箭升空提供核心动力。相比化石燃料，氢能无污染物排放、动力更强，完全适配航天发射的严苛需求。 第二小组探究太阳能能源：依托化学光电转化原理，航天太阳能电池板利用半导体材料的光电效应，将太阳能直接转化为电能，为空间站、探测器、卫星提供持续供电。太阳能属于可再生清洁能源，可长期为在轨航天设备供能，解决了航天器长期运行的能源供给难题，是航天在轨设备的核心供能方式。 第三小组探究高能化学电池：航天专用锂系化学电池，依托化学反应实现电能储存与释放，具备体积小、储能量大、使用寿命长、稳定性高的特点，可在真空、低温极端环境下稳定工作，为航天器应急设备、精密仪器提供备用电源。 小组探究总结：航天新型能源均依托化学反应实现能量转化，化学能是航天动力的核心来源，新型能源的研发与应用，解决了传统能源能量低、污染大、稳定性差的问题，支撑了我国航天工程的持续突破。 探究活动四：跨学科融合探究，深化综合认知 结合物理力学、工程技术知识，开展跨学科探究，分析化学材料、能源与航天工程的协同关系。从工程角度分析，航天材料的轻量化、高强度特性，能够降低飞行器能耗，提升飞行稳定性；从物理能量角度分析，新型能源的高效能量转化效率，是航天飞行动力充足的关键。学生通过综合分析，深刻认识到化学是航天科技的基础支撑，航天技术的发展也反向推动化学材料、能源技术的创新升级，实现学科知识的融会贯通。 探究活动五：成果梳理与拓展思考 全体学生整合所有探究内容，梳理航天新型材料、新型能源的核心知识点，构建知识思维导图。同时结合绿色化学理念，拓展思考航天材料、能源的环保优势，对比传统工业材料与能源的弊端，理解我国航天科技践行可持续发展理念的意义。最后结合我国航天发展成就，谈谈化学学科的应用价值，树立科技报国的理想信念。 板书设计 调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的应用 一、航天新型材料（依据化学材料分类） 1. 高性能合金：钛合金、铝合金→轻质、高强、耐腐蚀→箭体、外壳 2. 碳纤维复合材料：耐高温、抗辐射、韧性强→空间站、支架部件 3. 新型陶瓷：超耐高温、隔热→发动机、返回舱隔热层 核心规律：性质决定用途，用途体现性质 二、航天新型能源（依托化学反应能量转化） 1. 液态氢能：高能无污染→火箭推进动力 2. 太阳能：光电转化、可再生→在轨设备供电 3. 航天化学电池：稳定储能→应急备用供电 三、跨学科价值：化学赋能航天科技，践行绿色发展，彰显科技自信 参考答案 （一）课前预习案答案 预习任务一 基础知识填空答案 1. 纯金属；合金；硬度大；熔点低；耐腐蚀 2. 天然高分子材料；合成高分子材料；合成橡胶；合成纤维 3. 两种或多种；轻质、高强、耐高温 4. 氢能；太阳能；核能；高能化学推进剂 预习思考题答案 1. 不能。普通钢铁密度大、自重过高，无法满足航天轻量化需求；普通塑料耐高温、抗辐射性能差，高空高温、辐射环境下易变形、损坏，无法适配航天极端环境。 2. 化石能源热值低、污染大、能量转化率低，无法提供航天飞行所需的巨大动力；普通电能依赖外接供电，无法实现航天器自主、长期、稳定供能，无法满足航天需求。 3. 航天新型材料需具备轻质、高强度、耐高温、耐低温、抗辐射、耐腐蚀的性能；航天新型能源需具备能量密度高、转化率高、无污染、稳定性强、可长期供能的特点。 （二）课中探究案参考答案 探究活动二 新型材料探究总结答案 航天极端环境（高低温、强辐射、真空高压）对材料性能要求极高，传统材料性能存在短板。新型合金、复合材料、新型陶瓷依托化学结构优化，具备适配航天场景的特殊性能，严格遵循“性质决定用途”的化学核心规律，是航天设备安全、稳定运行的基础。化学材料的创新迭代，是航天科技突破的重要前提。 探究活动三 新型能源探究总结答案 航天新型能源均基于化学反应实现能量转化，将化学能转化为机械能、电能，为航天器发射、在轨运行提供动力。相比传统能源，氢能、太阳能、航天化学电池具备高能、环保、稳定、可持续的优势，完美适配航天工程的严苛需求，化学能量转化原理是航天动力系统的核心原理。 探究活动四 跨学科融合探究答案 化学为航天工程提供高性能材料与高效能源，是航天科技发展的基础；物理力学、能量转化原理、工程技术为材料应用、能源利用提供技术支撑。多学科融合推动航天技术不断突破，同时航天工程的发展也倒逼化学材料、能源技术持续创新，实现学科发展与科技进步双向赋能。 探究活动五 拓展思考答案 航天新型材料与能源均践行绿色化学理念，无污染、可再生、能耗低，符合可持续发展要求。化学学科是高端科技发展的核心基础，我国航天成就的背后是化学技术的不断突破，作为中学生，应夯实化学基础，树立科技创新意识和社会责任意识，立志用科学知识助力国家科技发展。 ( 1 / 3 ) 目标领航 任务驱动 评价镶嵌 赢在课堂 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $