資源簡介

普 通 高 中 教 科 書
《通用技術》選擇性必修7 職業技術基礎
第一章 材料與加工
第一節 常見材料特性
教學設計
教學背景
黨的二十大報告對“實施科教興國戰略,強化現代化建設人才支撐”作了詳盡豐富、深刻完整的論述, 提出堅持高中階段學校多樣化發展和推進職普融通策略。在高中階段，有效開展職業技術基礎教育是落實國家實施科教興國戰略的重要路徑。
隨著現代技術突飛猛進的發展，職業與技術的聯系越來越緊密。本教材旨在帶領同學們初步探索進入職業世界所必需的基本技術技能，提高職業認知，為同學們未來從事某一職業做好準備。
教學目標：
知識與技能目標:
1.了解各種材料的特性。
2.了解材料對社會與環境的影響。
教學內容分析:
第一章主要介紹材料及其加工技術，通過學習讓學生對常見材料有所認知，了解材料的特征，能夠恰當選擇、安全使用材料；在選擇材料時，能認真考慮有關技術、社會、法律、環保等方面的因素，能根據不同材料的特性來制作產品，安全、有效地使用材料。
第二章主要介紹能源及其轉換技術，學習能源存在的不同形式及能源的轉換與利用；通過了解傳統能源和新能源的特點，確認能源應用的經濟性和環保性，從而增強節約和開發能源的意識，倡導簡約適度、綠色低碳的生活方式。
第三章主要介紹信息技術這一新興的職業技術對傳統行業的影響和發展，從收集信息、處理信息、管理信息等角度讓大家認識這些信息時代的基本技能，從而激發大家不斷學習新興信息技術的興趣，以期勝任未來信息技術的新職業。
第四章主要介紹產品的技術使用、維護保養和故障維修等知識。無論是在生活中還是在工作中，我們都離不開各種各樣的產品，我們要學會掌握產品的正確操作，養成良好的操作習慣。同時，能通過閱讀用戶手冊、產品使用說明書等，合理使用工具、儀器和設備來進行簡單的故障檢測與維修。
學情分析:
學生對職業技術的基礎知識認識有限，面對未來，他們需要學習有關職業技術的基礎知識的知識。
了解職業技術的基礎知識，探索關于材料和能源科技的無限奧秘，把握信息技術的發展方向，掌握產品使用與維護的基本技能，從而培養職業意識，明確自身職業生涯規劃，培養技術素養，提高未來的職業技術能力。
教學重難點:
了解各種材料的特性。
了解材料對社會與環境的影響。
教學策略:
通過“案例”等內容引導學生進行“思考”，接著用通俗易懂的方式介紹基礎理論知識，每一個知識點后都附有“思考”“探究”“立即行動”等活動讓學生充分消化所學知識。每節設有“習題”，每章設有“學習內容梳理”和“學習評價”，用于歸納教學內容，反饋教學效果。
教學準備:
展示用的圖片、其他技術產品、多媒體課件。
教學過程:
情景導入:
老師：本節課我們學習《通用技術》選擇性必修7 職業技術基礎　第一章 材料與加工 第一節 常見材料特性。
材料是用于制造物品、器件、構件、機器或其他產品的物質，是人類賴以生存和發展的物質基礎。材料的發展反映了人類文明的發展進程，各種新材料的使用解放了生產力，推動了人類社會的進步，促進了人類文明的發展。
本章我們將通過學習常見材料的物理、化學特性，了解常見材料在生活中的應用；學習根據材料的適用范圍和規劃原則，恰當地選擇和安全地使用材料；學習根據不同材料的特性，加工不同類型的產品，同時樹立對新材料的敏感性和探究意識。
案例
電動自行車由于輕便、省力、操作簡單，又不排放尾氣，綠色環保，受到許多人的喜愛。普通電動自行車結構由多種材料組成，車架和輪轂一般采用金屬材料，車身外殼和輪胎等一般采用非金屬材料（如塑料、橡膠等），前叉和輪輻則是由復合材料組成，如圖1-1（參見教材P2）所示。
可見，電動自行車的組成部件因作用和要求不同，需選用不同特性的材料。
不同的材料具有不同的物理特性和化學特性。從物理性能和化學性能上分，材料可分為無機物材料、有機物材料和復合材料，其中無機物材料中有金屬材料和非金屬材料，復合材料中包括環保材料。
導學思考
材料的分類有哪些？生活中有哪些常見的材料？
一、金屬材料特性
繼石器時代之后出現的銅器時代、鐵器時代均以金屬材料的應用為其時代的顯著標志。現代，種類繁多的金屬材料已成為人類社會發展的重要物質基礎。
金屬材料是指以金屬元素或金屬元素為主構成的具有金屬特性的材料的統稱。一般金屬材料不透明，金屬光澤良好，密度較高，表面比較光滑，接觸時皮膚明顯感覺較清涼，且硬度較大。其具有較好的導熱性和導電性，且富有延性等，但不同的金屬材料物理性質有所不同（如表1-1所示）。金屬材料的化學性質大多較為活躍，特別是抗腐蝕性和抗氧化性表現得較為突出。常用于制作耐磨、耐沖擊、耐高溫等產品或零件。
思考
根據你的生活經驗和所提供的信息，思考下列問題。
1．為什么電動自行車車架用鐵制而不用鉛制？
2．為什么電動自行車的金屬表面要進行電鍍處理？
3．為什么電動自行車大燈里的燈絲用鎢制而不用錫制？如果用錫制的話，可能會出現什么情況？
二、非金屬材料特性
非金屬材料指具有非金屬性質的材料。此類材料一般熔點、沸點較低，硬度小，導電性、導熱性差，且具有穩定的化學性質，特別是具有較強的抗氧化性和還原性。其密度相對較小，表面手感較為溫和，常用于制作精度要求不高的產品外殼或零件。
探究
探究普通玻璃和水泥分別是用什么原料、采用什么方法制造的，并完成表1-2。
表1-2 普通玻璃與水泥的比較
材料名稱 原料 制作方法
普通玻璃
水泥
思考
根據上述案例，想一想我們日常生活中還有哪些非金屬材料？
知識窗
夾 層 玻 璃
夾層玻璃是指在兩片或兩片以上玻璃之間夾上一種透明粘接材料，經高溫高壓黏結而成的復合玻璃產品，這是一種具有很高抗沖擊性和一定隔熱、隔音性能的安全玻璃產品。
建筑用夾層玻璃又分為普通夾層玻璃和鋼化夾層玻璃，主要采用PVB膠片作為中間層干法熱壓工藝生產。夾層玻璃由于玻璃被PVB黏合很緊（如圖1-2所示）（參見教材P4），而PVB富有彈性及緩沖的能力，所以即使夾層玻璃被擊碎，碎片仍會與PVB膠片粘在一起，不會因碎玻璃掉落造成人身傷害或財產損失。
立即行動
可以隨意塑形的玻璃（建議由教師演示）
1．試驗器材：玻璃管、酒精噴燈、鑷子。
2．試驗過程：將一根玻璃管置于燃著的酒精噴燈上，看能否把玻璃管拉成兩支尖嘴管。
三、復合材料特性
復合材料是由兩種或兩種以上不同性質的材料，通過物理或化學的方法，在宏觀（微觀）上組成具有新性能的材料。各種材料在性能上互相取長補短，產生協同效應，使復合材料的綜合性能優于原材料，從而滿足不同的需求。復合材料的基體材料分為金屬和非金屬兩大類，也稱為金屬基體和非金屬基體。金屬基體常用的材料有鋁、鎂、銅、鈦及其合金，非金屬基體常用的材料有合成樹脂、橡膠、陶瓷、石墨、碳等。
復合材料大部分手感光滑，光澤性較好，有彈性，一般具有較好的綜合物理性質和化學性質，密度相對較小，具有很高的強度、硬度和韌性，比單品更具有穩定的抗腐蝕性和抗氧化性。
現階段，我國復合材料行業面臨著新的發展機遇，如城市化進程中大規模的市政建設、新能源的利用和大規模開發、環境保護政策的出臺、汽車工業的發展、大規模的鐵路建設、大飛機項目等。在巨大的市場需求牽引下，復合材料產業的發展將有很廣闊的發展空間。
案例
玻璃鋼是一種纖維增強復合塑料，具體結構層如圖1-3（參見教材P5）所示。因其低廉的價格得以快速發展，目前已廣泛應用于船舶、各類車輛、化工管道和貯罐、建筑結構、體育用品等方面。
探究
探究復合材料有哪些性質，以及它與其他材料相比具有的優缺點，并完成表1-3。
表1-3 復合材料與其他材料的比較
性質
優點
缺點
知識窗
碳 纖 維
復合材料的增強材料種類較多，如碳纖維、石墨纖維、硼纖維、玻璃纖維及部分半導體陶瓷材料等，具有穩定的物理性質和化學性質。
碳纖維是復合材料中最重要的增強材料（如圖1-4所示）（參見教材P5）。碳纖維是一種含碳量在95%以上的高強度、高模量纖維的新型纖維材料，具有輕而強、輕而剛、耐高溫、耐腐蝕、耐疲勞，結構尺寸穩定性好、設計性好，可大面積整體成型等特點。在飛機制造等軍工領域、風力發電葉片等工業領域、人工韌帶等身體代用材料領域均有廣泛應用。
立即行動
了解復合材料彎曲難易程度
選擇兩種復合材料，使其彎曲，感受不同材料的彎曲難易程度，并完成表1-4。
表1-4 復合材料彎曲難易程度比較
序號 材料名稱 彎曲難易程度（強、弱）
1
2
四、新型環保材料特性
新型環保材料就是環保型、健康型的材料，是對環境沒有污染、無毒無害、無放射性的健康材料，相較于傳統材料來說，更趨向于綠色化、輕便化、智能化，并且可以重復利用，非常環保節能。在高科技領域中，環保材料憑借其優勢性能對防治環境污染、改善生態環境具有重大作用，如利用納米材料的殺菌、吸附等特性，制造環保的日常用品。在工業領域，企業通過使用環保材料來達到節能減排的目標，如陶瓷刀，它具有不生銹，不與食物發生化學反應的特性，摒棄以往的鐵片與鋼片，減少氧化反應和金屬材料的浪費。在農業領域，利用環保材料改善土壤微生態和促進農作物生長，如環境友好型化肥、農藥和地膜等新型農資材料，可以減少生態破壞，降低對農業環境的污染。
案例
現代房屋的封閉性越來越好，裝修越來越豪華，但是裝修材料帶來的室內空氣污染也越來越嚴重。據世界衛生組織公布的數據，現代人68%的疾病與室內空氣污染有關。我國每年因室內空氣污染死亡的人數達11.1萬人。2014年根據北京兒童醫院的統計，90%以上的兒童白血病患者半年內家里都曾經裝修過。隨著廣大消費者對裝修污染的認識不斷加深，人們對裝修材料的要求越來越高，對無污染新型環保材料的需求也越來越迫切。
思考
1．查閱相關資料，了解裝修材料中有哪些是新型環保材料。
2．新型環保材料在廢棄后會對環境造成污染嗎？如果會，你認為主要是哪些污染？如果不會，請說明原因。
知識窗
無甲醛人造板
無甲醛人造板是以天然植物為原料（如圖1-5所示）（參見教材P6），按相應的人造板工藝加工制成的人造板材及其各種二次加工產品。它徹底摒棄了原先使用的甲醛、尿素合成脲醛樹脂等對身體有危害的物質，黏合強度完全達到國家標準。無甲醛膠系列產品已達到歐洲E0級和日本FC0級標準要求，環保且安全。
五、材料對環境與社會的影響
隨著工業的發展，材料的使用越來越廣泛。材料在推動人類社會物質文明發展的同時也大量消耗著能源和資源，在生產、使用、廢棄的過程中產生大量污染物，破壞人類賴以生存的空間，因此材料對于環境與社會既有積極的影響，也有消極的影響。
積極影響表現為：①材料的發展改善了人類的生活，使人們有額外的精力去關注教育與文化，人類文明得以發展。②材料的發展促進了科學的進步，讓人類享受到材料的應用所帶來的方便與舒適。③材料的發展加快了人類社會發展的進程，提高了信息傳播的速度和信息處理的速度。④材料的發展推動了社會生產力的發展，使產品的性能、生產效率等得到飛躍提升。
消極影響表現為：在材料的采礦、選礦、冶煉、軋制、熱處理，以及運輸、使用和廢棄的過程中，需耗費大量的原料、資源等，同時會排放出大量的廢氣、污水、固體煙塵、礦渣等，這些廢物對人、畜、作物會構成危害，并污染環境。
因此，我們在享受材料帶來方便的同時，也要進行反思，努力調整高消耗、高污染的粗放型發展模式，提高環保意識，共同促進人與自然的和諧發展。
案例
我國是塑料制品生產、消費和出口大國。據國家統計局統計，2021年1月至12月，塑料制品總產量8004萬噸，同比增長5.27%。我國塑料制品產品門類眾多。
從細分市場來看，2021年我國塑料薄膜產量1608.71萬噸，占比20.1%；日用塑料產量701.53萬噸，占比8.76%；人造合成革產量320.16萬噸，占比4%；泡沫塑料產量260.09萬噸，占比3.25%；其他塑料產量5113.49萬噸，占比63.89%。塑料在人類生活中的需求和產量是巨大的，大多數塑料仍然被用作使用壽命極短的一次性產品。隨意使用和丟棄的大量塑料垃圾，逐漸成為人類難以處理的環境問題。
探究
通過調研及查閱相關資料，了解塑料對環境的影響。
知識窗
環境降解材料
自20世紀70年代起，人類大量使用和廢棄高分子塑料，導致白色污染日益嚴重。于是，人們開始研發環境降解材料。環境降解材料是指在自然環境的作用下，經過自然吸收、消化、分解而不產生固體廢棄物的一類材料，如生物降解塑料和可降解無機磷酸鹽陶瓷材料等。這些材料在方便人們使用的同時，可以最大限度地減少對環境的破壞。
例如，用淀粉做的一次性牙簽（如圖1-6所示）（參見教材P8）以植物淀粉為原料，通過固化、成形、磨削制成，遇水可以自然分解，經濟環保，能避免大量砍伐樹木，是國際綠色工業浪潮的必然產物。再如，甘蔗制作白糖后的甘蔗渣經加工后也可以作為墻面的裝飾材料，外觀精美，同時完全可以實現生物降解。
綜合實踐活動
巧用紙材設計制作創意紙箱車
1．活動目的：探究紙質材料的性能，綜合運用所學的知識，設計新穎、實用的紙箱車，探究影響紙箱車結構穩定性和強度的因素，鍛煉同學們基本的技術設計能力和創新實踐能力。
2．活動要求：只能使用紙質材料和棉線，不得使用其他材料，工具自選。
3．活動過程：
（1）紙箱車的外觀設計，制訂活動方案。每個小組成員先獨立設計紙箱車的外觀圖，然后組內討論，確定本小組的最終外觀設計圖，并制訂本組活動方案，如圖1-7（參見教材P9）所示。
（2）制作紙箱車。各小組分批進入制作室，依據本小組的設計方案分工合作制作紙箱車，如圖1-8（參見教材P9）所示。
（3）成果展示與交流評價。各小組完成作品之后，先進行紙箱車外觀展示評比，然后進行載人性能比賽評分，最后評出各組的綜合總分，并進行經驗交流等，如圖1-9（參見教材P9）所示。
思考
1．紙質材料的優缺點分別是什么？
2．如何有效增大紙板的承重和抗彎性能？
課后作業
習 題
1．常見的金屬材料有哪些？它們的物理性質和化學性質分別是什么？
2．找一找，生活中哪些物品用到了復合材料，并說明復合材料有哪些性質？
3．新型環保材料與傳統材料相比有哪些優點？
板書設計
第一章 材料與加工
第一節 常見材料特性
一、金屬材料特性
二、非金屬材料特性
三、復合材料特性
四、新型環保材料特性
五、材料對環境與社會的影響
教學反思
通用技術
選擇性必修7：智能家居應用設計
普 通 高 中 教 科 書
主 編 劉瓊發
副 主 編：李 榕 周衛星 朱美健 席春玲
本冊主編：萬錄品
編寫人員：周歡偉 徐 超 王水云 萬錄品
廣東教育出版社
廣東科技出版社

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