4.1常见的金属材料（第二课时）教学设计--2026-2027学年九年级化学鲁教版（五四学制）全一册

第一节 常见的金属材料（第二课时） 鲁教版（五四学制）· 初中化学 · 九年级全一册 一、教材分析 本节课选自鲁教版（五四学制）九年级化学全一册第一单元第一节第二课时，主要内容为合金。学生在第一课时已经认识了金属的物理性质及性质与用途的关系，本课在此基础上引导学生认识合金的概念、常见合金的成分与性能特点，理解合金相较于纯金属性能更优良的原因，体会合金材料在生产生活和科技发展中的重要作用，为后续学习金属的化学性质及金属资源保护奠定知识基础。 二、四维核心素养 化学观念：认识合金是由一种金属与其他金属或非金属熔合而成的具有金属特征的混合物，建立“组成与结构决定性能、性能决定用途”的物质观。 科学思维：通过对比实验和数据分析，运用比较、分类、归纳等方法，推理合金与纯金属在性能上的差异及其原因，发展逻辑思维。 科学探究与实践：分组完成合金与纯金属光泽、硬度、熔点的对比探究，初步学会控制变量和记录分析实验现象。 科学态度与责任：感受合金材料对社会进步和科技发展的推动作用，增强材料创新意识和珍惜金属资源的责任感。 三、教学重难点 教学重点：合金的概念；合金与纯金属在性能上的差异；常见合金（生铁和钢、黄铜、铝合金等）的主要成分、性能和用途。 教学难点：理解合金为什么比纯金属具有更优良的性能；根据不同应用场景的实际需求选择合适的合金材料。 四、新课导入 教师依次展示不锈钢汤匙、铝合金窗框、黄铜钥匙、焊锡丝等实物或高清图片，引导学生观察并思考：这些物品都是用纯金属制成的吗？为什么我们身边很少见到“纯铁”“纯铜”做的生活用品？把它们拿在手里掂一掂、看一看，和纯铁、纯铝、纯铜相比，外观和硬度有什么不同？由此制造认知冲突，引出本节课的学习主题——合金。 【设计意图】从学生日常接触的生活用品切入，用实物观察制造悬念，让学生意识到身边的金属大多不是纯金属，自然激发探究合金的兴趣。 五、上课过程设计意图 本节课以“寻找身边的合金—探究合金的奥秘—认识常见合金—我是材料设计师”为主线，设计四个层层递进的任务式活动。任务一通过观察和触摸实物，让学生从感性上建立合金与纯金属的直观差异；任务二通过分组对比实验，让学生在动手操作中收集证据，归纳合金在光泽、硬度、熔点方面的性能特点；任务三通过阅读教材和材料卡片，认识生铁和钢、黄铜、铝合金、钛合金等常见合金的成分与用途；任务四以“材料设计师”角色扮演，让学生在真实情境中综合运用知识解决选材问题。整个过程始终以学生为主体，让学生在观察、实验、讨论和表达中自主建构合金的概念，落实化学核心素养。 六、教学过程 任务一：火眼金睛——寻找身边的合金 【任务情境】 教师在讲台上摆放六组物品：不锈钢汤匙与纯铁片、铝合金易拉罐与纯铝片、黄铜钥匙与纯铜片、18K金戒指与纯金片、焊锡丝与纯锡块、玻璃钢安全帽碎片。请各组同学仔细观察、轻轻弯曲、相互刻划，完成观察记录单。 【学生活动】 学生四人一组，领取观察材料和记录单。学生甲拿起不锈钢汤匙对着光观察，发现表面银白光亮，和纯铁片颜色相近但似乎更亮一些；学生乙试着用纯铁片去刻划不锈钢汤匙表面，发现纯铁片划出了痕迹，而不锈钢汤匙几乎没有变化。学生丙拿起铝合金易拉罐和纯铝片对比，发现易拉罐更硬、更挺括，纯铝片则很软，轻轻一折就弯了。学生丁拿起黄铜钥匙和纯铜片比较，发现黄铜是金黄色，纯铜片是紫红色，颜色差异明显；用纯铜片刻划黄铜钥匙，黄铜表面几乎不留痕迹。 【交流汇报】 教师组织各组汇报观察结果。第一组代表说：“我们发现不锈钢比纯铁硬很多，颜色更亮，纯铁放在空气中容易生锈，不锈钢却不容易生锈。”第二组代表说：“铝合金比纯铝硬，纯铝一折就变形，铝合金能做成易拉罐保持形状。”第三组代表说：“黄铜颜色和纯铜不一样，是金黄色的，而且比纯铜硬。”教师追问：“这些看起来硬一些、好看一些、不容易生锈的材料，它们到底是不是纯金属？”学生纷纷摇头，说不是。教师顺势引导：“对，它们都不是纯金属，而是把两种或两种以上的金属（或金属与非金属）加热熔合在一起，形成了具有金属特征的物质，我们把这种物质叫做合金。” 【概念建构】 教师板书合金的概念：合金是在金属中加热熔合某些金属或非金属，制得的具有金属特征的物质。教师强调三点：第一，合金一定含有金属，也可以含有非金属；第二，合金属于混合物；第三，合金仍然具有金属的特征，比如有金属光泽、能导电、能传热、有延展性。教师补充：“我们刚才看到的不锈钢、铝合金、黄铜、焊锡、18K金，都是合金。而纯铁、纯铝、纯铜、纯金，则属于纯金属。” 【设计意图】让学生通过亲手观察和比较，先获得合金与纯金属在外观和硬度上的感性认识，再由教师引导抽象出合金概念，符合从感性到理性的认知规律。 任务二：实验探究——合金与纯金属的性能比拼 【任务情境】 教师提出问题：“刚才我们发现合金好像比纯金属更硬、更好看，那合金在其他性能上又和纯金属有什么不同呢？下面我们通过三个小实验来系统探究：光泽与颜色、硬度、熔点。”教师分发实验器材：纯铁片与不锈钢片、纯铜片与黄铜片、纯锡粒与焊锡粒、酒精灯、坩埚钳、石棉网、火柴、砂纸。教师强调实验安全：用酒精灯加热时注意不要触碰火焰和热金属，加热后的材料放在石棉网上冷却，不要用手直接触摸。 【探究活动一：光泽与颜色对比】 学生先用砂纸把金属片表面打磨光亮，再仔细观察颜色和光泽。学生发现：纯铁片打磨后呈银白色，有金属光泽；不锈钢片打磨后也是银白色，但比纯铁片更亮、更白。纯铜片打磨后呈紫红色，有金属光泽；黄铜片打磨后呈金黄色，光泽明亮。教师引导：“大家发现合金的颜色和光泽与组成它的纯金属并不完全相同，合金往往可以调配出更丰富的颜色和更漂亮的光泽，这也是合金被广泛用于装饰品和艺术品的原因。”学生若有所思，有人拿起黄铜片和纯铜片反复对比颜色差异。 【探究活动二：硬度对比】 学生按照教师示范的方法，用一种金属片的边角去刻划另一种金属片的表面，观察哪一种表面留下划痕。学生发现：用纯铁片去刻划不锈钢片，纯铁片自己留下了划痕；用不锈钢片去刻划纯铁片，纯铁片表面出现明显划痕。这说明不锈钢比纯铁硬。同样地，用纯铜片刻划黄铜片，黄铜片几乎不留痕；用黄铜片刻划纯铜片，纯铜片表面划痕明显。学生在记录单上写下结论：合金的硬度一般比组成它的纯金属大。教师追问：“为什么合金会更硬呢？”学生议论纷纷。教师用比喻解释：“纯金属内部的原子排列很整齐，一层原子可以相对容易地滑动；当加入了其他大小不同的原子后，原子排列变得不整齐，滑动变得困难，所以材料就变硬了。就像排队做操时，大家身高一致好迈步；如果队伍里突然混进了高个子和矮个子，大家再想整齐划一地移动就困难了。”学生恍然大悟。 【探究活动三：熔点对比】 教师指导学生在坩埚中分别放入少量纯锡粒和焊锡粒，用酒精灯缓慢加热，观察哪一种先熔化。学生小心翼翼地操作，观察到焊锡粒很快就熔化成了银白色的液体，而纯锡粒熔化明显更慢、温度更高。学生在记录单上记录：焊锡比纯锡熔点低。教师补充：“不仅焊锡，大多数合金的熔点都比组成它的纯金属低。正因为合金熔点低，焊锡才能用来焊接金属——熔化的焊锡填充缝隙，冷却后把两块金属牢固地连接在一起。”教师进一步展示：“如果合金熔点高，焊接时还没等焊锡熔化，被焊接的金属可能已经被烧坏了，所以我们需要熔点低的合金来做焊料。” 【归纳总结】 教师引导学生汇总三个实验的结论：合金与组成它的纯金属相比，一般硬度更大、熔点更低、颜色和光泽更加丰富，并且合金的抗腐蚀性往往更强。教师总结：“正是因为合金在性能上比纯金属更加优越，所以我们日常生产生活中使用的金属材料，绝大多数都是合金而不是纯金属。”学生纷纷点头，有人说：“难怪我们家里的锅铲、门窗、水龙头都是合金做的。”教师补充：“纯金属虽然导电导热性很好，但质地太软、容易变形、容易生锈，不适合直接做结构材料；合金则弥补了这些缺点。” 【设计意图】通过三组对比实验让学生亲自动手获取证据，再用排队做操的比喻解释合金变硬的微观原因，将宏观现象与微观本质联系起来，落实宏观辨识与微观探析的化学思维。 任务三：材料档案——认识常见合金 【任务情境】 教师说：“合金的家族非常庞大，下面我们来认识几位合金明星。”教师发放合金档案卡，每组一张，上面介绍一种常见合金的成分、性能和典型用途，要求各组阅读后用自己的话向全班介绍这位合金明星。 【小组阅读与准备】 各组领取档案卡后热烈讨论。第一组拿到的是生铁和钢档案卡，上面写着生铁和钢都是铁与碳等元素形成的合金，主要区别在于含碳量不同；生铁硬而脆，钢比生铁韧性好、强度高。第二组拿到的是黄铜档案卡，介绍黄铜是铜与锌形成的合金，呈金黄色，耐磨、耐腐蚀，常用于制作水龙头、阀门、乐器和装饰品。第三组拿到的是铝合金档案卡，介绍铝合金密度小、强度较高、耐腐蚀，常用于门窗框架、飞机机身和自行车车架。第四组拿到的是钛合金档案卡，介绍钛合金熔点高、密度小、可塑性好、抗腐蚀性极强，尤其与人体有很好的相容性，常用于制造人造骨骼、航天飞机部件和深海探测器。第五组拿到的是18K金档案卡，介绍18K金是金与银、铜等形成的合金，硬度比纯金大，适合镶嵌宝石和制作首饰，颜色也可以调配出玫瑰金、白金等不同风格。 【全班介绍】 第一组代表走上讲台介绍：“我们组介绍的是生铁和钢。它们都是铁的合金，但含碳量不一样。生铁含碳量高，所以硬但是脆，摔一下就裂；钢的含碳量低一些，韧性好，能打成钢板、钢筋，我们盖楼、造船都离不开钢。”教师追问：“那菜刀为什么用钢而不用生铁？”学生回答：“因为生铁太脆，刀刃一砍就崩口；钢有韧性，可以磨得很锋利还不容易断。” 第二组代表介绍：“黄铜是铜加锌，颜色金黄，很像黄金，所以也叫伪金。它耐磨又耐腐蚀，家里的水龙头、门锁芯、乐器里的号子都是黄铜做的。”有学生好奇地问：“那黄铜会不会被当成黄金骗人？”教师笑着说：“历史上确实有人用黄铜冒充黄金，但黄铜比黄金轻，硬度也比黄金大，仔细辨别是能区分的。” 第三组代表介绍：“铝合金很轻，但比较结实，还不容易生锈。我们学校的窗户框、家里的铝合金门窗、天上飞的飞机，很多地方都用铝合金。”教师补充：“铝合金虽然比纯铝硬很多，但和钢比还是轻，所以航空航天特别喜欢它——在保证强度的前提下越轻越好。” 第四组代表介绍：“钛合金很厉害，它又轻又结实，还不怕海水腐蚀，连人体都不排斥它。所以医生用它做人造骨头，航天飞机外壳也用它。”学生发出惊叹声。教师说：“钛合金被称为太空金属和亲生物金属，是高端制造和医疗领域的宠儿。” 第五组代表介绍：“纯金很软，用指甲都能划出痕迹，不适合做戒指和项链。人们把金和银、铜熔在一起做成18K金，硬度变大了，不容易变形，还能做出各种颜色。”教师问：“那为什么叫18K金？”学生回答不上来。教师解释：“K是表示金纯度的单位，纯金是24K，18K金就是说其中金的质量占二十四分之十八，也就是百分之七十五左右。”学生恍然大悟。 【教师提升】 教师总结：“大家看，不同的合金因为成分不同，性能也千差万别。人们正是根据对材料性能的不同需求，去设计和调配不同的合金。比如要轻便就选铝合金，要耐腐蚀就选钛合金，要便宜又结实就选钢。材料科学本质上就是在做配方，这和厨师炒菜很像——主料相同，调料不同，味道和口感就完全不同。”学生笑起来，课堂气氛轻松活跃。 【设计意图】用合金明星档案卡和小组介绍的形式，把常见合金的知识转化为生动的人物访谈，降低记忆难度，同时训练学生提取信息和口头表达的能力。 任务四：我是材料设计师——为生活选合金 【任务情境】 教师宣布：“现在我们要成立一家未来材料设计工作室，每位同学都是材料设计师。请根据下面给出的五个真实情境，从今天认识的合金中（不锈钢、生铁、钢、黄铜、铝合金、钛合金、焊锡、18K金），为每个情境选择最合适的合金材料，并说明理由。”教师发放情境卡和任务单。 【情境讨论】 情境一：学校要更换教学楼的窗户框架，要求轻便、耐腐蚀、经久耐用。学生讨论后选择铝合金，理由是铝合金密度小、重量轻，安装方便，而且表面能形成致密氧化膜，不容易被雨水腐蚀，使用年限长。教师追问：“为什么不选纯铝？”学生回答：“纯铝太软，窗户框会变形，必须用铝合金。” 情境二：一家工厂要焊接大量金属零件，需要熔点低、流动性好、冷却后牢固的焊料。学生一致选择焊锡，理由是焊锡熔点比纯锡还低，加热时容易熔化，能流进细小的缝隙，冷却后把零件牢牢粘在一起。教师补充：“当然现在环保要求越来越高，含铅焊锡正在逐步被无铅焊锡替代，但原理是一样的——选择熔点低的合金作为焊料。” 情境三：医生要为一位骨折患者制作人造关节。学生讨论后选择钛合金，理由是钛合金与人体相容性好，不会引起排异反应；它强度高、重量轻，患者戴上后活动自如；它还耐腐蚀，在体内多年也不会变质。有人提议用不锈钢，其他学生反驳：“不锈钢虽然便宜，但在人体体液环境中时间长了可能生锈，而且重量大，钛合金更合适。”教师肯定大家的分析。 情境四：商场要打造一座大型雕塑，要求颜色金黄、耐磨、耐腐蚀，且成本可控。学生讨论后选择黄铜，理由是黄铜颜色金黄，视觉效果华丽；它耐磨耐腐蚀，户外放置不易损坏；相比纯金，黄铜成本低得多，可以制作大型雕塑。教师补充：“我国很多古建筑上的鎏金铜瓦、寺庙里的铜像，用的都是铜合金。” 情境五：珠宝店要设计一枚镶嵌钻石的订婚戒指，要求硬度高、不变形、颜色温润。学生选择18K金，理由是纯金太软，镶嵌钻石不牢固，日常佩戴容易变形；18K金硬度大，能把钻石牢牢固定，而且可以调配出玫瑰金、白金等多种颜色，满足不同风格需求。教师补充：“所以大家看到的钻戒，戒托几乎都是18K金或者铂金，而不是纯金。” 【设计师答辩】 教师请各组派代表上台，以材料设计师的身份展示本组的选材方案。第一组代表说：“我们工作室为学校窗户选择了铝合金，它轻、耐腐蚀、易成型，是性价比最高的方案。”教师追问：“如果预算非常有限，有没有更便宜的选择？”学生回答：“也可以用塑钢，但塑钢强度不如铝合金，而且旧了容易变色；铝合金虽然单价高一些，但使用寿命长，综合来看更划算。”教师点头赞许。 第二组代表为医院人造关节选择了钛合金，她说：“钛合金虽然贵，但关系到患者的健康和安全，不能图便宜。它不生锈、不排异、重量轻，是最理想的人体植入材料。”教师补充：“这就是材料选择中的性能优先原则——在医疗、航空航天这些关键领域，性能和安全永远排在第一位，成本才是第二位考虑的。” 第三组代表为雕塑选择了黄铜，她说：“黄铜金黄亮丽，户外放置几十年依然光彩照人，而且比纯金便宜得多，非常适合做大型公共雕塑。”有学生提问：“那为什么不用不锈钢？不锈钢也不生锈啊？”代表回答：“不锈钢是银白色，没有黄铜那种金碧辉煌的艺术效果；雕塑不仅要耐用，还要好看，黄铜更符合雕塑的审美需求。”教师肯定：“材料选择不仅要看性能，还要看美观、成本和使用场景，这是一个综合权衡的过程。” 【设计意图】通过角色扮演和真实情境选材，让学生把刚学到的合金知识迁移到实际问题中，体会性能决定用途、选材需要综合权衡的工程思维，同时培养表达与思辨能力。 课堂小结与拓展 教师带领学生回顾本节课的核心内容：第一，合金是在金属中加热熔合其他金属或非金属形成的具有金属特征的混合物；第二，合金与纯金属相比，一般硬度更大、熔点更低、光泽更丰富、抗腐蚀性更强；第三，常见的合金有生铁和钢、黄铜、铝合金、钛合金、18K金、焊锡等，它们各有特点，适用于不同场景；第四，选择材料时要综合考虑性能、成本、美观和使用环境。 教师布置拓展任务：回家后观察家中至少五件金属制品，查阅它们分别是用什么合金制成的，下节课带来分享。教师特别提醒：“观察时注意看产品上的标识，比如不锈钢上会刻有304、316等编号，铝合金门窗型材上也有品牌和材质标识。学完化学，我们就要学会用化学的眼光看身边的材料。” 最后教师说：“人类使用材料的历史，从石器时代、青铜器时代、铁器时代，一直到今天的金属材料和新型合金材料时代，每一次材料的进步都推动了社会的飞跃。希望同学们将来也能成为材料科学家，研发出性能更优异、对环境更友好的新型合金。” 【设计意图】小结帮助学生梳理知识框架，拓展任务把课堂延伸到家庭生活，让化学学习与日常生活紧密相连，同时渗透材料发展史和科学精神教育。 七、板书设计 第一节 常见的金属材料（第二课时）—— 合金 一、合金：金属 + 金属（或非金属）→ 具有金属特征的混合物 二、合金 vs 纯金属：硬度更大 | 熔点更低 | 光泽更丰富 | 抗腐蚀性更强 三、常见合金： 生铁和钢（铁碳合金）——建筑、机械 黄铜（铜锌合金）——阀门、乐器、装饰 铝合金——门窗、飞机、自行车 钛合金——人造骨、航天、深海探测 焊锡（锡铅合金/无铅焊锡）——焊接 18K金（金银铜合金）——首饰、镶嵌 四、选材原则：性能 + 成本 + 美观 + 使用环境 学科网（北京）股份有限公司 $