初中化学九年级下册：化学与新材料研制教案

初中化学九年级下册：化学与新材料研制教案

一、教学分析

（一）课程标准分析

本节课内容隶属《义务教育化学课程标准》中“化学与社会发展”主题下的“化学与材料研制”部分。课标明确要求，学生应认识常见的合成材料及其应用，了解合成材料对人类环境的影响；了解新材料研制与化学科学的关系。其核心在于引导学生理解化学是材料科学发展的基础，认识材料研制对人类社会发展的重大贡献，同时树立合理使用材料和保护环境的意识。在素养导向下，本节课不仅要传递知识，更应着力于发展学生的“宏观辨识与微观探析”、“科学态度与社会责任”等化学学科核心素养。要求学生能从宏观性质出发，关联物质的微观结构，理解材料性能差异的本质；能基于化学视角，辩证地看待材料研制带来的便利与引发的环境问题，形成绿色、可持续的科学价值观。

（二）教材分析

本课选自鲁教版九年级化学下册，是学生在系统学习了物质的构成、性质、变化以及金属、溶液等基础知识后，对化学在生活与社会中具体应用的深度探索，具有承上启下的作用。“承上”在于，学生需运用已学的分子、原子、化学反应等知识理解材料的组成、结构与性能；“启下”在于，本课为后续认识化学在能源、健康、环境等领域的作用奠定认知基础。教材编排上，通常按照“金属材料—无机非金属材料—合成材料—复合材料”的逻辑展开，并穿插材料发展简史。然而，要达到顶尖教学水准，不能囿于教材的知识罗列，而应重构内容，以“材料设计的化学智慧”为主线，将各类材料置于“需求—设计—制备—应用—反思”的完整链条中，揭示化学在其中扮演的核心角色。

（三）学情分析

九年级下学期的学生，已经掌握了基本的化学概念和原理，具备一定的实验探究能力和微观想象能力。他们对生活中的各类材料有丰富的感性认识，对“新材料”如纳米材料、碳纤维等充满好奇。然而，他们的认知也存在明显局限：首先，对材料的认识多停留在宏观用途层面，难以系统地从化学组成与结构角度进行归因；其次，容易将“化学”与“污染”简单挂钩，对化学在解决环境问题中的积极作用认识不足；再次，对材料研制过程的复杂性、创新性缺乏体会。因此，教学的关键在于创设真实、富有挑战性的情境，搭建恰当的认知阶梯，引导学生完成从“知其然”到“知其所以然”，再到“评其利、思其弊、谋其远”的思维跃迁。

二、教学目标

（一）知识与技能

1.能列举生活中的常见材料，并能依据来源和特性将其初步分类为金属材料、无机非金属材料、合成有机高分子材料及复合材料。

2.能以玻璃、塑料为例，从主要成分、性能和制备的化学反应角度，说明化学在无机非金属材料和合成材料研制中的关键作用。

3.能说出复合材料（如玻璃钢）的概念及优越性的微观原理，了解几种新型材料（如纳米材料、导电高分子）的特点与应用前景。

4.能初步分析“白色污染”的成因，并提出基于化学原理的防治与回收利用思路。

（二）过程与方法

1.通过“从沙子到芯片”的案例探究，体验从自然资源到高端材料的转化过程，学习系统分析材料研制路径的科学方法。

2.在小组合作设计“未来环保包装材料”的活动中，经历“需求分析—性能设计—成分构想—方案阐释”的简易工程思维过程。

3.通过对比实验、模型拼插、微观动画模拟等多种方式，增进对材料结构与性能关系的理解，发展宏观与微观相结合的化学思维方式。

（三）情感态度与价值观

1.感受化学在材料科学发展中的创造力与驱动力，体会化学技术改变世界、服务人类的巨大价值，增强学科认同感与自豪感。

2.认识材料的两面性，辩证看待材料应用带来的便利与环境挑战，树立“绿色化学”理念和可持续发展观。

3.通过了解我国在材料科学领域的成就（如高性能碳纤维、航天材料）与挑战，激发科技报国的社会责任感与使命感。

三、教学重难点

（一）教学重点：化学在材料研制中的核心作用。具体体现为：如何通过化学反应实现从天然原料到目标产物的转化；如何通过改变物质的组成与结构来设计和优化材料的性能。

（二）教学难点：理解材料性能与微观结构之间的内在联系。尤其是复合材料性能优越性的微观解释，以及新型材料（如纳米材料）“特性突变”的本质原因。这需要学生跨越宏观感知，在分子、原子乃至更微观的层面上建立认知模型。

四、教学策略与方法

采用“情境—问题—探究—建构—应用”的教学主线。以“一部手机的材料之旅”作为贯穿全课的大情境，将各类材料知识有机串联。主要教学方法包括：

1.项目式学习（PBL）渗透：围绕“设计一款环保的手机外壳材料”微项目展开探究。

2.实验探究法：进行塑料热塑性实验、简易复合材料制作实验等。

3.对比分析法：对比不同材料的组成、性能、优缺点。

4.模型认知法：利用球棍模型、计算机模拟动画构建材料微观结构模型。

5.议题式讨论：就“塑料的功与过”展开辩论，深化认知。

五、教学准备

1.教师准备：制作多媒体课件，内含丰富的图片、视频（如玻璃生产、塑料回收工艺、纳米技术应用）、微观结构动画；准备教学素材，包括实物（不同种类的塑料片、玻璃纤维、碳纤维布、普通玻璃与石英玻璃、形状记忆合金丝等）和模型（聚乙烯链状模型、复合材料层状结构模型）；准备分组实验器材，包括酒精灯、试管夹、聚乙烯碎片、酚醛树脂（电木）碎片、滴管、小烧杯、环氧树脂与固化剂、玻璃纤维布（或棉布）、一次性手套等；设计并打印学习任务单、项目设计规划表。

2.学生准备：预习教材相关内容；每人收集一件由不同材料制成的物品（如金属钥匙、玻璃瓶、塑料尺、复合板材等），并尝试了解其主要材料；思考“如果没有合成材料，生活会是怎样？”。

六、教学过程

（一）情境导入，初识材料世界（预计用时：8分钟）

教师活动：展示一部智能手机的高清图片，并提问：“同学们，这小小的方寸之间，凝聚了现代材料科学的精华。你们猜猜，它身上运用了多少种化学研制的材料？”引导学生观察手机外壳、屏幕、内部芯片、电池、线路等部分。随后，播放一段快节奏的短片，动态展示手机中涉及的金属（铝镁合金中框）、玻璃（屏幕盖板）、陶瓷（后盖或摄像头框）、塑料（内部结构件）、硅（芯片）、石墨烯（散热膜）等多种材料。接着，呈现人类材料发展史的时空轴：石器时代—陶器时代—青铜时代—铁器时代—硅时代（信息时代）—……并提问：“驱动材料时代更迭的根本力量是什么？”

学生活动：观看、思考并回答。可能提到强度、透明度、导电性等性能需求。通过讨论，初步达成共识：对材料性能不断提升的需求是驱动力，而化学提供了实现性能目标的根本手段——改变物质的组成与结构。

设计意图：以学生高度熟悉的手机为载体，瞬间激发兴趣，直观揭示现代生活是“材料的王国”。通过历史时空轴的对比，引发认知冲突，让学生感受到材料进步的巨大飞跃，并自然引出化学的核心角色，为全课奠定“化学驱动创新”的基调。

评价设计：通过学生的即时回答，评估其对材料多样性的已有认知水平，以及能否将材料发展与化学建立初步关联。

（二）任务驱动，探究材料研制之“智”（预计用时：30分钟）

本环节是教学重点的突破环节，分为三个探究阶梯。

阶梯一：无机非金属材料——点“石”成“晶”的魔法

教师活动：聚焦手机屏幕。提问：“我们想要一块坚硬、透明、耐刮擦的屏幕，自然界中有这样的材料吗？”引导学生想到沙子（主要成分二氧化硅）。展示普通沙子和高纯度硅晶圆的图片对比，提出问题链：“从粗糙的沙子到光滑如镜、结构规整的硅晶圆，化学家需要解决哪些问题？”（提纯、结构重排）。讲解石英玻璃（熔融石英）与普通玻璃（钠钙玻璃）的区别，从二氧化硅的硅氧四面体网络结构解释玻璃的特性（透明、无定形、硬度大）。播放高纯硅制备与单晶硅生长的科普视频片段。

学生活动：跟随问题链思考，理解“提纯”和“控制结构”是材料研制的两大关键化学任务。通过观看视频，感受现代工业化学的精密与宏大。

设计意图：以“从沙子到芯片”这个极具代表性的案例，深刻诠释化学如何将天然资源转化为高性能材料。突出“结构决定性质”这一化学核心观念，将宏观性能（透明、坚硬）与微观结构（硅氧四面体网络）紧密联系。

阶梯二：合成有机高分子材料——微观“链”接宏观

教师活动：转向手机外壳和内部部件。展示收集到的各种塑料制品。组织分组实验一：加热聚乙烯碎片和酚醛树脂碎片。引导学生观察受热时的变化（聚乙烯软化、酚醛树脂不软化）。提出问题：“为什么同是塑料，热行为不同？”展示两种高分子结构的球棍模型或动画：聚乙烯是线性长链结构，链间作用力较弱，可滑动；酚醛树脂是立体网状结构，链间交联牢固。总结：通过控制聚合反应的条件和单体，可以设计出链结构不同的高分子，从而获得或柔韧或刚性的材料。简要介绍塑料的“前世今生”，从赛璐珞到现代工程塑料。

学生活动：动手实验，观察记录现象。通过操作模型（如果条件允许），直观理解线型结构与网状结构的差异。认识到化学家如同微观世界的建筑师，通过设计分子链来搭建具有特定性能的材料大厦。

设计意图：实验创设认知冲突，模型化解抽象难点。让学生亲手触摸、亲眼观察化学结构差异导致的宏观性能差异，深化“结构决定性貭”的理解。体会合成材料的可设计性，这是化学创造力的集中体现。

阶梯三：复合材料——协同增效的智慧

教师活动：提问：“有没有一种材料，既能像金属一样坚固，又能像塑料一样轻盈、耐腐蚀？”展示玻璃钢制品（如安全帽、船体）图片或实物。组织分组实验二：制作简易“玻璃钢”片。指导学生在布片（模拟玻璃纤维）上涂抹混合好的环氧树脂（模拟有机高分子），等待固化后与纯布片、纯树脂片对比强度。引导学生分析：玻璃纤维和高分子树脂各自提供了什么性能？（纤维提供高强度、高模量；树脂提供粘接、传递应力、耐腐蚀）。它们的结合产生了“一加一大于二”的效果。类比钢筋混凝土。简介更先进的碳纤维复合材料及其在航空航天中的应用。

学生活动：合作完成简易复合材料的制作与性能对比测试。通过实践理解复合材料的设计思想：将两种或多种材料的长处结合，弥补各自短处，实现性能优化。

设计意图：通过低成本、易操作的制作活动，让学生亲身经历复合材料的“诞生”过程，将抽象概念转化为具体体验。理解复合不是简单混合，而是基于性能需求的精巧设计，是材料科学的又一高级思维。

（三）议题深化，思辨材料应用之“度”（预计用时：12分钟）

教师活动：展示两组对比鲜明的图片：一组是塑料给生活带来的无尽便利（医疗器械、食品保鲜、轻量化汽车等）；另一组是“白色污染”触目惊心的景象（海洋垃圾、土壤中的微塑料）。引出核心议题：“塑料，是二十世纪最伟大的发明之一，还是最糟糕的发明？”组织小型辩论或小组讨论。引导学生从化学角度思考解决方案：如何从源头上设计更易降解的塑料（如可降解塑料的化学原理）？如何通过化学方法高效回收利用（如化学回收裂解为单体）？

学生活动：展开讨论或辩论，陈述塑料的功与过。在教师引导下，从抱怨污染转向思考化学解决方案，了解绿色化学在材料领域的实践（如使用可再生原料、设计可回收分子结构）。

设计意图：打破“化学等于污染”的刻板印象，培养学生的辩证思维。将环境问题引向化学解决途径，凸显化学在应对自身挑战中的能力与责任，强化“科学态度与社会责任”素养的培育。

（四）项目拓展，构想材料未来之“梦”（预计用时：15分钟）

教师活动：提出微项目挑战：“请以小组为单位，为下一代环保手机设计一款外壳材料。”提供项目规划表，要求学生思考并简要描述：1.希望材料具备哪些核心性能？（如轻质、坚固、抗摔、手感佳、环保等）2.可能选择或设计哪种类型的主材料？（可参考今日所学，或大胆设想新型材料）3.如何实现环保目标？（可降解？易回收？生物基原料？）4.为你们的材料起一个吸引人的名字。巡视指导，参与小组讨论。

学生活动：小组合作，运用本课所学知识，进行头脑风暴，完成项目规划表的初步构思。选派代表进行“未来材料发布会”式的简短陈述。

设计意图：将所学知识、方法与观念进行综合应用与创造性输出。以项目形式驱动高阶思维，体验材料研制的完整流程（从需求到设计）。培养学生的创新意识、合作能力及解决真实问题的初步能力，将课堂推向高潮。

（五）总结升华，凝练化学材料之“魂”（预计用时：5分钟）

教师活动：引导学生共同回顾本课主线：从认识材料的多样性，到探究化学如何通过改变组成与结构来创造材料（点石成金），再到辩证看待材料的应用，最后展望绿色智能材料的未来。用板书或思维导图呈现“化学—结构—性能—应用—反思”的逻辑闭环。激励学生：“材料是人类文明的基石，化学是雕琢这块基石的刻刀。从古老的陶瓷到今天的芯片，从随处可见的塑料到翱翔天空的碳纤维，每一次突破都闪耀着化学智慧的光芒。未来的新材料，或许就诞生在各位同学的奇思妙想之中。”

学生活动：跟随教师总结，完善自己的知识体系。感受化学学科的深远价值。

设计意图：系统梳理，构建完整的知识脉络与观念体系。用富有感染力的话语结束全课，将知识学习升华为价值引领，在学生心中埋下科学探索与创新的种子。

七、板书设计

主标题：化学——材料创新的引擎

左侧分支：材料世界（金属、无机非金属、合成高分子、复合、新型）

中心图示：一个循环箭头，依次连接：

需求(性能要求)→化学设计(改变组成与结构)→制备(化学反应)→应用(服务社会)→反思(绿色、可持续)→新的需求…

右侧分支：核心观念

1.结构决定性质

2.化学实现转化

3.创新驱动发展

4.责任引领未来

八、作业设计（分层可选）

1.基础性作业：查阅资料，以“一种材料的自述”为题，写一篇短文，介绍玻璃或塑料的“一生”（原料、制备、性质、用途、回收或处理）。

2.拓展性作业：选择一种你感兴趣的新型材料（如石墨烯、气凝胶、自修复材料等），制作一份简易的研究海报，介绍其独特性能、化学组成/结构基础及潜在应用。

3.实践性作业：在家中寻找至少五件由复合材料制成的物品，拍照并简要分析它们分别由哪些材料复合而成，推测这样设计的原因。