資源簡介

任務一 探究材料性能與應用
一、教學內容
本課的教學圍繞“材料分類”和“材料特性”，以制作書立任務來提出問題和要求，探究材料的基本知識，包括材料的分類、性能和應用。另外，對不同的材料進行技術試驗，進一步探究材料的性能與應用。此課內容是本章后續(xù)內容的一個鋪墊，為制作模型中如何選好材料打下基礎，讓學生具有初步辨別和分析材料的能力。
二、學科核心素養(yǎng)要求
1. 技術意識：（1）結合日常生活中常見的材料，以解決任務的需求，對材料的歸納、分類和特性進行深入探究和分析；（2）能夠以技術試驗的方式，探究不同材料的性能差異；（3）通過自主學習，體會教材中案例材料的具體應用。
2. 工程思維：（1）學習材料的性能之后，在實踐中，能夠分析并決策選擇哪種材料，它有什么優(yōu)勢；（2）結合日常材料和教材案例，能夠認識材料的特性，并能夠配合技術試驗進行材料性能指標的分析和評估。
3. 物化能力：（1）通過探究學習材料的性能和應用，動手制作書立，能夠讓學生深入認識常用工具和材料的性能；（2）能夠對不同材料進行比較分析和技術試驗，積累實際操作經驗；（3）在最終成品的加工時，需要較強的動手實踐與創(chuàng)造能力。
三、教學重點、難點
1. 重點：（1）材料的分類；（2）分析常見材料的應用環(huán)境。
2. 難點：（1）材料的特性；（2）初步形成辨別和分析材料的能力。
四、教學準備
通用技術試驗室，多媒體教學設備、教學課件、相關圖片、視頻資料等。
五、教學過程
1. 新課引入
新進高一年級的張磊最近有個困惑：高中課程種類多，學習資料也很多，他想買個書立來整理課本和學習資料，由于疫情的緣故，學校又不讓學生出校購物，于是大家動手一起來制作一個簡單的書立。
2. 制作一個簡單書立
（1）材料：木材，鐵制晾衣架，塑料板。
（2）工具：手工鋸、臺虎鉗、夾鉗、熱熔膠、勾刀、塑料彎板機，乳白膠。
制作要領：根據(jù)設計圖紙選取材料進行設計。
圖1 書立設計圖
觀察思考：結合日常生活中對材料的認識及其應用，來完成任務。
（1）如何選取材料？
（2）選取什么工具進行加工制作？
設計意圖：創(chuàng)設情境，引入新的教學任務。激發(fā)學生完成任務的動力。
材料初識
我們先來了解材料的特性及其應用。
案例分析：炊具的發(fā)展歷史。
引導提問：材料是什么？材料在產品設計中的作用？
總結：材料是人類生存的物質條件和精神文明的重要支柱。它是產品設計的物質條件，是基礎和前提。
閱讀案例：炊具的發(fā)展歷史。
思考：材料在產品設計中的重要性。
設計意圖：培養(yǎng)自主學習的習慣，用身邊的案例理解材料及其重要性。
材料分類
引導提問：教室里面的桌子、椅子、講臺、黑板和門窗等使用的是什么類型的材料？
講解：在工程領域，一般將材料按化學成分分為金屬材料、無機非金屬材料、有機高分子材料和復合材料四大類。木材、金屬材料、塑料等都是常見的材料。
思考：日常生活中常見物品的材料類型。
5. 木材
圖片展示：木質建筑、家具。
(
圖2 木質建筑
) (
圖3 木質家具
)
木材是優(yōu)良的造型材料，自古以來，它一直是最廣泛最常用的傳統(tǒng)材料，成品美觀、淳樸。另外，其具有較好的強度性能及優(yōu)良的加工性能。
材料的強度：材料的強度是指材料抵抗變形和斷裂的能力。強度是評定材料質量的重要力學性能指標，是設計中選用材料的主要依據(jù)之一。根據(jù)受力種類的不同，分為抗壓，抗拉、抗彎、抗剪等。
（1）學生任務
技術試驗：不同木質材料抗彎強度試驗。
試驗目的：選擇強度最高的一種木材作為臺燈的支撐桿。
①材料：10毫米×10毫米×500毫米的松木、杉木、桐木、楊木等方木各一條。
②工具：刻度尺、砝碼、繩。
試驗過程：
①將繩子一端固定在材料中間，另一端懸掛鉤碼。
②依次測量并記錄當砝碼為3 kg、5 kg時不同材料彎曲的程度。
總結：四種材料中抗彎強度最好的是？
思考：若選用其中一種材料作為臺燈的支撐桿，還需要做哪些性能試驗？
表1 四種材料抗彎強度測試記錄表
測試材料 砝碼質量3 kg時下彎的距離/mm 砝碼質量5 kg時下彎的距離/mm
松木
杉木
桐木
楊木
木材可分為實木板材和人造板材。實木板材是指采用完整的木材（原木）制成的木板材。實木材料具有各向異性的特點，在自然條件下具有吸濕而膨脹、解吸而收縮的特性。木材暴露在空氣中時，容易受溫度和濕度的影響，發(fā)生尺寸、形狀和強度的變化，導致變形、開裂、扭曲和翹曲等現(xiàn)象。
（2）馬上行動
①觀察和用手觸摸各種人造板材，感受它們性能的異同。
②查閱資料，總結不同板材的特點，尋找這些板材在日常生活中的主要用途。
思考：書立用木材應該如何選擇？
設計意圖：通過圖片展示、技術試驗、活動體驗進行相關材料性能和應用的認識和學習；制作書立活動貫穿其中，啟發(fā)學生學以致用的物化能力。
6. 金屬
圖4 部分金屬材料
金屬材料是指由純金屬或合金構成的材料，具有金屬光澤，有良好的導熱和導電性能，以及優(yōu)良的力學性能和可加工性能。
金屬材料的力學性能主要包括強度、剛度、硬度等，一般以抗拉強度作為判別金屬強度的指標。
硬度是衡量金屬材料軟硬程度的一種性能指標，它直接影響材料的耐磨性和切削加工性。
馬上行動：使用硬度計測量鋁合金板、黃銅板、鑄鐵板、不銹鋼板的硬度。
討論：
除了機床刀具外，還有哪些環(huán)境條件下需要用到硬度較高的金屬材料？
是不是硬度越大的材料越堅固？
馬上行動：體驗金屬強度。
使用鋼絲鉗剪斷相同粗細的銅絲、鐵絲、鋼絲比較所用力的大小，觀察剪切金屬絲后的鋼絲鉗刃口有無磨損。
討論：為什么用力大小不同？為什么沒有磨損？
思考：書立用金屬制作該如何處理？
塑料
塑料是一種具有多種特性的材料。它原料來源廣，性能優(yōu)良（質輕、具有絕緣性，耐腐蝕性等），加工成型方便，具有裝飾性，而且價格比較低廉，廣泛應用于儀器、儀表、家用電器、包裝及日常生活用品等領域。
塑料可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。
制作展示：使用水性筆、勾刀、鋼直尺、桌面式塑料彎板機、用1.5～3mm厚的亞克力板制作一個手機托架。
觀摩體驗：觀看塑料的加工處理過程的教學展示。
思考：書立用塑料制作該如何處理？
新材料
新材料是指新出現(xiàn)的具有優(yōu)異性能或特殊功能的材料。
(
圖
6
石墨烯智能穿戴設備
) (
圖
5
泡沫金屬
)
觀看教材中的案例并進行討論：生活中還有那些新材料？請舉例。
（1）制作書立
大家學習了關于材料的一些相關知識，根據(jù)材料的性能與應用，大家也能做出屬于自己的書立。
制作過程：
①選取合適的材料和工具。
②根據(jù)設計圖制作結構和連接。
③根據(jù)所學通用技術知識進行簡單加工處理。
圖7 樹立樣例圖
小結
（1）學生作品的點評。
（2）本課知識回顧。
六、教學總結
本課主要采用任務驅動式教學，以制作書立為任務，結合學生和生活實際，通過圖片展示、技術試驗、活動體驗進行相關材料性能和應用的認識和學習，有利于培養(yǎng)學生的學習興趣，啟發(fā)其學以致用的物化能力。
七、教學反思
1. 教學內容有點多，需要高度精簡。
2. 教學活動豐富，師生互動多，需要掌控課堂時間。
3. 因為制作任務選取的材料不一樣，加工處理的方式不一樣，所以學生需要教師的引導。

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