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

该初中化学教学设计聚焦航天科技中新型材料与新型能源应用，通过播放神舟飞船等航天纪实片段、展示实物图片创设情境，引出材料与能源的核心作用，连接已学金属材料、合成材料等知识，搭建“性质—用途—价值”探究框架。 特色在于跨学科整合与任务驱动式探究，融合化学、物理、思政等学科，通过分组调查钛合金、碳纤维复合材料及氢能、太阳能等，落实化学观念（结构决定性质）、科学探究与实践（资料分析、合作展示）、科学态度与责任（民族自信），提升学生综合应用能力，为教师提供真实情境教学范例。

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） 课题 课时安排 教材分析 本节课为人教版九年级化学下册跨学科实践活动10，隶属于化学与社会发展核心模块。教材以我国航天科技真实成果为情境，整合化学材料、能源知识与航天工程、物理、思政等多学科内容，打破单一学科壁垒。活动聚焦航天新型材料、新型能源两大核心内容，引导学生学以致用，依托调查探究落实化学核心素养，凸显化学服务高新科技、助力国家科技发展的应用价值，是理论衔接社会实践的关键实践课程。 核心 素养目标 宏观辨识与微观探析：认识航天新材料、新能源的宏观用途，从微观角度理解物质结构、性质决定应用的规律。 证据推理与模型认知：依托航天实例，构建“性质—用途—价值”的化学应用模型。 科学探究与创新意识：通过调查、合作探究，掌握实践调查方法，培养创新思维。 科学态度与社会责任：感悟我国航天科技成就，树立科学报国理念，增强民族自信与科技创新责任感。 重点 和难点 教学重点：掌握航天新型复合材料、特种金属材料的性质与航天应用的对应关系，理解航天氢能、太阳能等新型能源的能量转化原理及应用优势，巩固物质性质决定用途的核心化学知识。 教学难点：突破单一学科思维，实现化学、物理、航天工程、思政的跨学科知识整合，学会用科学调查方法分析航天材料与能源的应用逻辑、优势及发展局限，提升综合实践应用能力。 教学过程 教学环节 教学活动 设计意图 导入新课 播放我国神舟飞船、嫦娥探月、空间站建设精彩航天纪实片段，展示航天探测器、运载火箭实物图片。提问学生：浩瀚太空环境极端，高温、低温、真空、辐射并存，我国航天器为何能稳定运行？支撑航天事业腾飞的核心科技是什么？顺势引出：先进的新型材料与新型能源是航天科技的核心基石，今天我们将以调查探究的方式，解锁航天科技中的化学奥秘。 立足新课标跨学科实践要求，以航天真实情境为载体，通过任务式探究活动，融合多学科知识，落实核心素养，让学生学以致用，感悟化学的实用价值与科技力量。 讲授新课 任务一：明确探究主题，梳理调查核心内容 教师结合新教材本节课的核心主题，带领学生精读教材内容，明确本次跨学科实践活动的核心探究方向：聚焦我国载人航天、探月工程、火星探测、空间站建设等航天领域，调查两类核心化学资源的应用，分别是航天新型材料、航天新型能源。首先引导学生区分传统材料与新型材料、传统能源与新型能源的本质差异，结合九年级化学已学的金属材料、合成材料、化学能源、能量转化等基础知识，搭建本节课的探究知识框架。 教师引导学生自主梳理调查核心问题，各小组自主记录、汇总，形成统一探究清单：第一，我国航天领域常用的新型材料有哪些类别？各类材料具备哪些特殊化学、物理性质？分别应用在航天器的哪些部位、解决哪些航天难题？第二，我国航天搭载的新型能源有哪些？其能量转化方式是什么？相较于传统能源，在航天场景下具备哪些独特优势？第三，新型材料与新型能源的协同应用，对我国航天事业发展起到了怎样的推动作用？目前还存在哪些技术短板与改进空间？ 在学生梳理问题的基础上，教师进行规范点拨，结合教材知识点，明确本次调查探究的基本原则：所有结论必须依托真实航天案例、科学资料佐证，杜绝主观臆断；探究过程需结合化学核心原理，做到学科知识与航天实践深度结合；小组分工明确，全员参与调查、分析、讨论、总结，保障实践探究的完整性。同时，教师为学生提供基础调查资料，包括我国近年航天重大工程简介、航天器基础构造、航天环境特点等背景知识，为后续深度探究铺垫基础。 任务二：分组调查探究——航天新型材料的分类与应用探究 本任务为课堂核心探究环节之一，教师依据学生学情均衡分组，各小组领取不同的航天新型材料探究方向，分别探究特种金属材料、新型复合材料、新型隔热涂层材料、航天密封材料四大类航天专用新材料，结合教材材料相关知识，开展资料查阅、案例分析、性质推导、应用总结的完整探究流程。 第一小组聚焦航天特种金属材料展开调查探究。学生通过查阅航天科技资料、教材拓展内容，梳理出航天常用的钛合金、铝合金、镁合金等新型特种金属材料。结合九年级化学金属材料的相关知识，分析这类合金的共性优势：相较于纯金属，硬度更大、密度更小、耐腐蚀、耐高温、抗氧化性能优异。学生结合航天器运行环境分析，太空存在剧烈温差、宇宙辐射、真空腐蚀等极端条件，普通钢铁、纯铝材料极易变形、腐蚀、损坏，无法满足航天需求。而钛合金凭借高强度、耐高低温、抗辐射的特性，广泛应用于火箭发动机壳体、航天器框架、探测器主体结构；轻质铝合金、镁合金大幅降低航天器自重，减少能源消耗，是运载火箭箭体的核心材料。小组进一步探究总结，合金材料的改良与应用，正是利用了化学中合金组成改变、性能优化的核心原理，印证了物质性质决定物质用途的化学基本规律。 第二小组探究航天新型复合材料。学生通过调查发现，碳纤维复合材料、陶瓷基复合材料是当前我国航天领域应用最广泛的新型复合材料。结合化学合成材料、复合材料的知识点，学生分析得出，复合材料融合了多种材料的优势，规避了单一材料的缺陷。碳纤维复合材料密度极低、强度极高、韧性好，不仅能够大幅减轻航天器重量，还能抵御太空微小陨石的撞击，保障航天器结构安全，目前广泛应用于神舟飞船舱体、空间站设备支架、卫星外壳等部位。陶瓷基复合材料具备超强的耐高温、耐烧蚀性能，熔点极高、不易氧化，完美适配火箭升空过程中尾部、箭体表面的超高温环境，有效抵御高速飞行产生的热烧蚀，是保障火箭安全升空的核心材料。小组结合教材知识，总结出复合材料的研发与应用，是化学材料科学与工程技术融合的重要成果，是航天科技突破的重要支撑。 第三小组探究航天新型隔热与防护涂层材料。学生调查了解到，航天器往返大气层时，表面温度可高达上千摄氏度，同时太空低温环境会导致设备结冰失效，因此新型隔热涂层、防腐蚀涂层、防辐射涂层是航天必备新型材料。结合化学物质的性质与用途知识，学生分析得出，我国自主研发的新型无机隔热涂层材料，化学性质稳定，高温下不分解、不氧化、不脱落，隔热性能极佳，能够牢牢锁住航天器内部温度，保护舱内设备与航天员安全。同时，航天器表面的防辐射涂层、防腐蚀涂层，通过特殊化学配方制备，能够抵御宇宙射线辐射、真空环境腐蚀，延长航天器在轨使用寿命。学生进一步总结，涂层材料的核心原理是通过化学改性，改变物质表面性质，实现防护、隔热、抗腐蚀的功能，充分体现化学材料改良的实用价值。 第四小组探究航天密封与功能性新材料。太空真空环境下，微小缝隙都会导致舱内气体泄漏、设备故障，因此高性能密封材料至关重要。学生调查发现，我国航天使用的新型高分子密封材料，化学稳定性强、弹性好、耐高低温，在极端太空环境下不会老化、变形、失效，能够保障航天器舱体、管路的密封性。除此之外，航天器内部的吸附材料、净化材料，可通过化学反应吸附舱内有害气体、净化空气，保障航天员呼吸环境安全。各小组完成专项探究后，分别记录探究成果，整理材料类别、化学性质、航天应用、核心价值四大维度内容，为后续成果展示与汇总做好准备。 任务三：分组调查探究——航天新型能源的分类与应用探究 在完成航天新材料探究的基础上，教师引导学生开启第二大核心探究任务，聚焦航天新型能源，结合教材化学能源、化学反应与能量、能量转化等知识点，分组探究我国航天核心新型能源，包括太阳能、氢能、核能、新型锂电池能源四大类别，分析各类能源的转化原理、应用场景、优势与价值，完成跨学科探究。 第一小组探究航天太阳能能源的应用。学生结合化学与物理跨学科知识，调查梳理出太阳能是我国卫星、空间站、深空探测器最核心的长效能源。太阳能通过光伏电池实现太阳能→电能的能量转化，属于清洁、可再生新型能源。学生对比传统化石能源分析，化石能源不可再生、燃烧会产生污染物、储存运输难度大，完全无法适配太空长期在轨作业的需求。而太阳能取之不尽、绿色无污染，航天器搭载的太阳能帆板，可长期持续收集太阳能，为卫星运行、空间站设备工作、探测器探测作业提供稳定电能。学生结合化学知识补充，光伏电池的核心材料为新型半导体材料，其化学性质稳定，能够长期在太空环境下稳定工作，保障能源持续供给，是航天长效能源的核心选择。同时学生总结出太阳能的应用局限：无光环境下无法供能，需要搭配储能设备协同工作。 第二小组探究航天氢能的应用。学生结合九年级化学氢气的性质与用途知识点，开展专项调查探究。氢气是热值最高、燃烧产物无污染的新型绿色能源，氢气燃烧只生成水，无任何污染物，契合航天清洁、高效的能源需求。我国长征系列运载火箭大量采用液氢、液氧作为推进剂，液氢作为燃料，液氧作为助燃剂，化学反应释放巨大能量，为火箭升空提供超强动力。学生详细梳理能量转化过程：氢能通过化学反应转化为内能，再转化为机械能，最终实现火箭升空的动力输出。同时学生结合调查内容分析，氢能的应用难点在于储存、运输难度大，低温液化技术要求极高，而我国已完全突破氢氧火箭发动机核心技术，实现氢能高效、安全利用，彰显我国新能源技术的领先水平。 第三小组探究航天核能的应用。学生通过资料调查了解到，在深空探测、远距离航天任务中，太阳能供给不稳定，氢能续航有限，新型核电池成为核心补充能源。核电池依托核衰变反应释放能量，实现核能→内能→电能的转化，具备体积小、能量密度大、续航时间极长、不受光照与环境影响的优势。我国嫦娥探月、天问火星探测器均搭载自主研发的核电池，能够在月球、火星极端低温、无光环境下持续供电，保障探测设备长期稳定工作。学生结合跨学科知识总结，核能是高端新型清洁能源，航天核能的安全应用，是化学、物理、工程技术深度融合的成果，大幅拓展了人类深空探测的范围。 第四小组探究航天新型储能电池能源。航天器需要稳定持续的电能供给，新型锂电池、燃料电池是核心储能设备。学生结合化学电池相关知识，分析得出航天专用新型电池通过化学反应实现电能的储存与释放，能量转化效率高、体积小、寿命长、安全性高。空间站搭载的新型燃料电池，可实现氢气与氧气的可逆化学反应，不仅能储存电能，反应产物水还可循环利用，实现资源高效利用，完美适配空间站长期在轨、资源循环的作业需求。学生对比普通电池，总结航天新型电池的化学优势：材料性能稳定、反应可逆、无有害物质释放、循环使用寿命长，是航天能源系统的重要保障。 任务四：成果汇总展示，跨学科分析与总结升华 各小组完成新材料、新能源专项调查探究后，依次进行课堂成果展示，每组结合整理的探究报告，清晰阐述本组探究的材料、能源类别，核心化学性质、能量转化原理、航天应用场景、应用优势与现存短板。展示过程中，其他小组可提问、补充、互评，实现全员互动、共同提升。 小组展示结束后，教师引导全班进行整体汇总梳理，构建完整的知识体系。从化学核心角度总结：所有航天材料的选择、能源的应用，均严格遵循物质的性质决定用途，用途体现物质的性质的化学核心规律；所有航天能源的利用，本质都是化学变化伴随的能量转化与守恒，是化学能量知识在高端科技中的极致应用。从跨学科角度整合：本节课融合化学材料、化学能源知识，结合物理能量转化、工程结构设计、航天环境科学、思政家国教育等多学科内容，打破学科壁垒，落实新课标跨学科实践的教学要求。 同时，教师引导学生开展深度思考与拓展探究：结合本次调查成果，分析新型材料与新型能源的协同作用。优质的新型材料为航天能源设备提供安全、稳定的载体，新型能源为航天器运行提供动力支撑，二者相辅相成、共同推动我国航天科技的飞速发展。学生结合实例分析，钛合金、复合材料打造的轻量化航天器，能够降低能源消耗，让氢能、太阳能的利用效率大幅提升；高性能储能电池搭配优质光伏材料，实现航天能源的高效储存与利用。 此外，课堂延伸探究航天科技的民用价值，引导学生发现，航天领域的新材料、新能源技术，已逐步转化应用于日常生活，新型隔热材料、高效储能电池、清洁能源技术等，广泛应用于交通、建筑、电子设备等领域，让学生深刻体会化学科技源于生活、服务社会、赋能国家发展的核心价值。最后，教师引导学生总结本次实践活动的探究方法，掌握资料调查、分类梳理、案例分析、跨学科整合、成果总结的科学探究流程，提升自主实践与综合探究能力。 本节课严格遵循新教材课程标题与跨学科实践教学要求，采用任务驱动式教学，设置层层递进的四大核心探究任务，全程以学生自主调查、小组合作、探究分析、成果展示为主，教师引导点拨为辅，聚焦航天新型材料、新型能源的应用探究，完成本节课实践教学目标，全程不设置课堂时间分配与分数考核，专注学生能力与素养提升。 板书设计 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 一、航天新型材料（性质决定用途） 1. 特种金属材料：钛合金、铝合金→轻质、耐高温、抗腐蚀→航天器结构、箭体 2. 新型复合材料：碳纤维、陶瓷基材料→高强度、耐烧蚀→舱体、防护结构 3. 功能性涂层材料：隔热、防辐射、防腐蚀→舱体防护、温度调控 4. 高分子密封材料：稳定、耐极端温度→舱体密封、安全防护 二、航天新型能源（化学变化伴随能量转化） 1. 太阳能：太阳能→电能→卫星、空间站长效供电 2. 氢能：化学能→机械能→火箭推进动力，清洁高效 3. 核能：核能→电能→深空探测长效储能供电 4. 新型电池：化学能⇌电能→航天器储能、循环供能 三、核心总结 1. 化学赋能航天科技，科技彰显学科价值 2. 跨学科融合：化学+物理+工程+思政 3. 科技创新助力国家航天事业发展 作业布置 完成分层作业 教学反思 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $