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

人教版九年级化学下册 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 课时：2 课时（45min / 课时，项目式跨学科实践） 教材版本：人教版 2024 新版九年级下册 一、教材分析 本活动是第十一单元《化学与社会》的收尾跨学科实践项目，承接课题 2《化学与可持续发展》的材料分类、能源、性质决定用途核心知识，融合化学、物理、工程、地理多学科。 主线任务：以中国空间站、神舟飞船、嫦娥探月等航天工程为载体，分组调查航天领域新型材料与新型能源；运用材料分类、物质性质、能量转化、绿色化学等初中化学核心知识，分析材料、能源选择依据。 本课属于项目式调查实践课，重点训练学生查阅资料、分类整理、证据表达、小组汇报能力，落实科学态度与社会责任，增强民族自信，也是初中化学全册最后的综合实践。 二、学情分析 已有基础：已经学习金属材料、无机非金属、有机高分子、复合材料；化石能源、新能源；性质决定用途；能量转化。 认知难点： 区分复合材料、合金；理解航天材料特殊性能（耐高温、低密度、抗辐射）与物质结构的关系； 氢氧燃料电池、太阳能电池的能量转化（化学 + 物理跨学科）； 学会从化学视角分析航天案例，不单纯当成航天科普课，守住化学本位； 小组调查报告的逻辑梳理，能建立材料性质→航天需求→应用的推理链条。 三、教学目标（核心素养） 第 1 课时：项目启动、分组查阅资料，开展调查 化学观念：巩固材料分类知识；理解性质决定用途，用途反映性质；认识航天新能源的能量转化形式。 科学思维：能根据航天器太空环境（高温、低温、真空、辐射）推理材料应具备的性能；对航天材料、能源进行分类。 科学探究与实践：小组分工，查阅文献、图片、视频资料，收集我国航天工程新材料、新能源案例，初步整理调查资料，设计汇报提纲。 科学态度与责任：感受化学材料、能源技术支撑航天强国建设，树立科技自信；体会科研人员攻坚克难的科学精神。 第 2 课时：成果展示、交流研讨、总结拓展 化学观念：梳理航天典型新材料（钛合金、碳纤维复合材料、碳化硅陶瓷、聚酰亚胺高分子涂层）、新能源（太阳能电池、氢氧燃料电池）；理解太空环境对材料性能的特殊要求。 科学思维：小组互评汇报内容，辩证分析材料优缺点；对比航天能源与化石能源差异，联系可持续发展、绿色化学。 科学探究与实践：小组上台展示调查报告，倾听、质疑、交流，完善项目报告。 科学态度与责任：认识材料与能源研发是科技创新基础；树立努力学习科学，服务国家科技发展的理想。 四、教学重难点 重点：航天典型新材料、新能源；性质决定用途；能量转化；项目调查、成果汇报。 难点：复合材料的特点；氢氧燃料电池能量转化；从化学视角分析航天材料的选择；跨学科证据推理。 五、教学准备 教师准备：多媒体课件；神舟、中国空间站、返回舱视频片段；各类航天材料图片；材料分类思维导图；项目任务单、评价量表。 学生课前准备：预习第十一单元材料、能源知识；课前简单浏览中国航天相关资料；分组，确定组长。 六、教学方法 项目式学习（PBL）、资料调查法、小组合作、成果展示、跨学科研讨 七、教学过程 第 1 课时 项目启动与资料调查 （一）情境导入，发布项目任务（5min） 播放神舟飞船发射、空间站画面。 教师设问：火箭、空间站、返回舱遨游太空，面临极端环境：高温、低温、真空、宇宙辐射。普通钢铁、塑料无法胜任。是什么材料、什么能源支撑中国空间站长期在轨运行？ 引出课题：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。 项目任务：分组调查，形成调查报告，下节课进行成果展示。 划分两大研究方向：A 组：航天新型材料；B 组：航天新型能源。 （二）任务 1：回顾旧知，搭建化学知识支架（10min） 复习材料分类（板书思维导图） 金属材料：纯金属、合金（钛合金、铝合金） 无机非金属材料：碳化硅陶瓷 有机高分子材料：聚酰亚胺（高分子涂层） 复合材料：碳纤维增强碳化硅（碳纤维 + 陶瓷基体），兼顾多种材料优点 能源复习：化石能源（不可再生）；新能源：太阳能、氢能。 核心化学思想：太空环境提出性能要求，物质性质决定材料的选择。 （三）任务 2：明确调查方向与分组分工（8min） 发放项目任务单，明确调查问题： 【材料小组调查问题】 返回舱防热层、空间站主体、航天器线缆涂层分别使用什么材料？ 材料属于哪一类？具有哪些化学、物理性质？ 为什么普通材料不能代替？性质如何满足太空环境？ 【能源小组调查问题】 空间站主要依靠哪种能源供电？能量如何转化？ 氢氧燃料电池在航天中的应用，写出反应原理，能量转化。 对比化石燃料，航天新能源优势。 小组内分工：资料搜集员、记录员、汇报员、绘图员。 （四）任务 3：小组查阅资料，开展调查探究（20min） 学生借助平板、教材、教师提供的素材包开展资料检索，教师巡视指导，提供案例参考： 钛合金（金属材料）：密度小、强度高、耐高低温、抗腐蚀；用于火箭发动机、航天器结构件。 碳纤维增强碳化硅复合材料：耐高温、烧蚀性能好，用作返回舱防热大底，承受再入大气层上千摄氏度高温。 聚酰亚胺高分子薄膜：耐辐射、耐高低温，航天器外部防护涂层。 硅基太阳能电池：光能→电能，空间站主要电源。 氢氧燃料电池：化学能转化为电能，产物水，零污染，可循环利用。 教师引导学生记录：材料名称、类别、性质、航天用途；能源种类、能量转化、优点。 （五）课堂小结与作业（2min） 小结：本项目核心是利用化学中材料、能源知识解释航天工程。 作业：完善调查资料，制作 PPT / 海报，准备下节课小组汇报。 第 2 课时 成果展示、交流研讨、总结提升 （一）复习导入（3min） 回顾项目任务：各组完成航天材料、能源调查，现在开展成果发布会，化身航天科技研究员进行汇报。明确评价标准：化学知识准确、证据充分、表达清晰。 （二）任务 1：小组依次汇报展示（24min） 第一类：航天新型材料小组展示 重点案例梳理： 铝合金、钛合金（金属材料）：密度小，减轻航天器自重，强度高，耐腐蚀，用于舱体结构。 碳纤维 / 碳化硅复合材料：复合材料，耐高温，低热传导，返回舱防热层，抵御大气摩擦高温。 聚酰亚胺高分子材料（合成有机高分子）：耐宇宙射线、耐高低温，薄膜、线缆绝缘层。 汇报后师生研讨： 提问：为什么返回舱不能用纯铁？铁密度大，高温易氧化熔化，无法承受再入高温。 提炼：性质决定用途。 第二类：航天新型能源小组展示 太阳能电池（硅半导体材料）：光能→电能；空间站主要能源；太空光照充足。 氢氧燃料电池：氢气与氧气发生化学反应，化学能转化为电能，生成物是水，无污染；水还可电解循环使用。 讨论：对比化石燃料，航天新能源有哪些优势？无碳排放、产物清洁。 （三）任务 2：跨学科综合研讨（10min） 小组互评，提出质疑与思考： 复合材料和合金是同一类材料吗？ 答：合金属于金属材料；复合材料由不同种类材料复合而成，不是合金。 氢氧燃料电池燃烧和氢气燃烧是同一个反应，能量转化有什么区别？ 氢气直接燃烧：化学能→热能；燃料电池：化学能→电能，能量利用率更高。 拓展升华：航天新材料、新能源的研发，大量依靠化学合成、提纯、材料改性；化学是航天工程的基础学科。联系绿色化学理念：航天能源追求零污染、原子高效利用。 （四）课堂总结（5min） 航天工程大量使用合金、复合材料、特种高分子材料，依据太空极端环境选择材料，性质决定用途。 航天新能源：太阳能电池、氢氧燃料电池，实现多种形式能量转化，清洁、高效。 我国航天成就的背后离不开化学、材料科学的持续创新；科技强国离不开基础化学。 （五）当堂任务 + 作业（3min） 当堂：完成项目自评互评表，完善调查报告。 作业：整理本次项目报告；撰写一段短文《化学助力中国航天》。 八、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） 金属材料：钛合金、铝合金 —— 密度小、强度高、耐腐蚀 无机非金属：碳化硅陶瓷 —— 耐高温 复合材料：碳纤维增强碳化硅 —— 返回舱防热层 合成高分子：聚酰亚胺薄膜 —— 抗辐射、耐高低温 二、）航天新型能源（能量转化） 硅太阳能电池：光能 → 电能 氢氧燃料电池：化学能 → 电能，产物水，清洁 三、）核心思想 化学支撑航天科技；材料、能源创新助力科技强国；绿色、可持续发展 九、教学反思（课后填写） 本活动容易变成单纯航天科普，教学守住化学本位，始终围绕材料分类、物质性质、能量转化等初中化学知识点展开，弱化复杂航天工程原理。 小组资料搜集质量差异大，教师提前准备精简素材包，降低学生检索难度，节约课堂时间。 学生最容易混淆合金和复合材料，汇报环节重点辨析二者分类差异。 氢氧燃料电池是难点，重点区分燃料电池与氢气燃烧的能量转化差异，不必深挖电化学微观机理，符合初中要求。 德育融入自然，借助航天案例落实民族自豪感，引导学生认识基础学科对国家高端科技的价值。 学科网（北京）股份有限公司 $