資源簡介

1064260012369800二、材料的性能與規劃
任務一探究材料的性能與應用
一、教學內容
1.通過案例分析，比較常見材料的應用環境。
2.通過活動體驗，比較常見材料的特性。
3.能根據設計方案和產品用途，選擇合適的材料，并對材料進行合理的規劃。
二、學科核心素養要求
模型制作是產品設計過程中的一個重要環節，包括材料的選取和工藝標準的設定等一系列復雜的過程，蘊含著獨特的思維方式和方法。模型制作是構思、分析、交流和評價設計方案的一種方法， 在社會生產和生活領域有著廣泛的運用。
三、教學重點、難點
1.通過案例分析，歸納模型或原型在產品開發過程中的重要性。
2.經歷簡易模型的制作過程，理解模型制作在產品設計的不同階段有不同的作用。
四、教學準備
教學課件。
五、教學過程
1. 引入
孫宇想起在貧困山區志愿服務時看到，南方氣候潮濕，木制產品容易變形、霉變，有些金屬制品容易生銹腐蝕;北方氣候干燥，木制產品容易開裂，而塑料使用時間越長褪色越明顯?？梢?，臺燈所用材料的選擇對臺燈使用壽命也非常重要。
2. 新課
任務一 探究材料的性能與應用
材料是人類用以制成生活和生產中的物品、器件、構件、機器和其他產品的物貢，它是人類生存和發展的物質基礎，是人類社會現代文明的重要支柱。
材料是產品設計的物質條件，是產品設計的基礎和前提。材料以其自身的特性影響著產品設計，維持產品功能的形態，滿足產品功能的要求。
案例分折
炊具的發展歷史
討論:結合炊具的發展歷史，談-一談材料在產品設計中的重要性。
在工程領城，-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。
木材
木材是一種優良的造型材料，?自古以來，它一直是最廣泛最常用的傳統材料，其自然、樸素的特性令人產生親切感，被認為是最富于人性特征的材料。木材質輕，有天然的色澤和美麗的花紋，具有易于加工和涂飾、隔熱與絕緣的特點。由天然木材制成的作品，紋理美觀，自然淳樸。
木材能夠廣泛應用的原因之一，?是其具有較好的強度性能及優良的加工性能。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之一。根據受力種類的不同，分為抗壓、抗拉、抗彎、抗剪等。
技術試驗
不同木質材料抗彎強度試驗
試驗目的:學會應用技術試驗的思想方法分析和比較材料特性。情境展示:孫宇設計的臺燈要用木條作為支撐桿，來支撐臺燈的燈罩、燈頭和燈泡。實踐室里有松木、楊木、桐木、杉木等木條，孫宇想選擇強度最高的一種作為支撐桿。
問題分析:要比較不同材料的抗彎強度，首先要選擇并確定測試的方法，其次要“一視同仁”，保證在對不同材料的測試過程中選材大小、測試點和測試過程的一致性。
試驗準備:
材料:10mmx10mmx500mm的松木、杉木、桐木、楊木等方木各一條
工具:刻度尺、砝碼、繩
試驗過程:
1.如圖6-12所示，將繩子一端固定在材料中間，?另-端懸掛鉤碼。
2.依次測量并記錄當砝碼質量為3?kg、5?kg時不同材料彎曲的程度。
試驗總結:以上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?
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，發生尺寸、形狀和強度的變化，導致變形、開裂、扭曲和翹曲等現象。
小辭典:各向異性
各向異性亦稱“非均質性”，是指物體的 全部或部分性能隨方向的不同而各自表現出一一定的差異的特性，即在不同的方向所測得的性能數值不同。
思維碰撞
1.哪些環境條件下不適合用實木?
2.目常生活中實木制品的哪些現象可以用各向異性的特點來解釋?
人造板材有密度板、刨花板、膠合板、細木工板、三聚氰胺板等，人造板材在幅面方向上的尺寸穩定性好，較實木而言適用范圍更廣。
馬上行動
1.觀察和用手觸摸實木板、密度板、刨花板、膠合板、細木工板、三聚氰胺板等，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。
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，以及優良的力學性能和可加工性能。在現代工業社會，金屬材料已成為現代產品設計中的一大主流材料。
金屬材料的力學性能主要包括強度、剛度、硬度等，-般以抗拉強度作為判別金屬強度的指標。
思維碰撞:
抗拉強度一般被作 為判別金屬強度的指標，這是為什么?
馬上行動
使用鋼絲鉗依次剪斷相同粗細的銅絲、鐵絲、鋼絲，比較剪斷不同材質的金屬絲所用力的大小，觀察剪切完金屬絲后的鋼絲鉗刃口有無磨損。
1.為什么用鋼絲鉗剪斷粗細相同的不同材質的金屬絲所用的力不同?
2.為什么用鋼絲鉗可以剪斷鐵絲而鋼絲鉗的刃口卻沒有受到磨損?
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。硬度往往和材料的耐磨性和耐久性聯系在一起。一般情況下，材料的硬度越高，其耐磨性越好。車床、銑床上用于金屬加工的刀具，其材料必須要有很高的強度和硬度。
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，具體步驟如下:
1.將需要測試的材料試樣置于平坦、堅固的平面上，試樣必須平穩放置，不得有任何晃動。
2.按照硬度計說明書的操作步驟進行啟動、加載、定位和測量。
3.依次測量材料試樣，讀取硬度計上的數值，填入表格(每種材料測量3次)
討論
1.除了機床刀具外，還有哪些環境條件下需要用到硬度較高的金屬材料?
2.是不是硬度越大的材料越堅固?
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各領域:
塑料可分為熱塑性塑料和熱固性塑料。熱塑性塑料是指在一定的溫度范圍內，能反復加熱軟化至熔融流動，冷卻后能硬化成一定形狀的塑料。熱塑性塑料受熱后可多次成型，廢料可回收再利用。熱固性塑料是指在初次成型后形狀固化下來，不能再次熱熔或軟化的塑料。在隔熱、耐磨、絕緣、耐高壓電等惡劣環境中使用的塑料，大部分是熱固性塑料。
馬上行動
使用水性筆、勾刀、鋼直尺、桌面式塑料彎板機，用1.5~?3?mm厚的亞克力板制作一個手機托架。
具體步驟如下:
1.繪制出手機托架的設計圖。
2.使用水性筆在亞克力板上畫出切割輪廓和需要折彎的部位。
3.使用勾刀將需要的亞克力板切下。
4.將亞克力板需要折彎的部位放在塑料彎板機上，待亞克力板受熱變軟后將其折彎--定角度。
新材料
隨著科技的不斷發展，新材料也不斷被研究制造出來。新材料是指新出現的具有優異性能或特殊功能的材料，或是傳統材料改進后性能明顯提高或產生新功能 如超導材料、碳纖維、石墨烯、柔性玻璃、形狀記憶合金等。
案例分折
形狀記憶合金
討論:生活中還有哪些新材料?請列舉一些?使用新材料的制品。
3. 實踐練習
體驗形狀記憶合金的特性。使用電吹風機在熱風模式下對準形狀記憶合金制品吹風，觀察其形狀變化;將電吹風機調為冷風模式，對準形狀記憶合金制品吹風，觀察其形狀變化。
討論:使用形狀記憶合金材料可以設計制作哪些產品?用來解決什么問題?
4. 拓展提升
六、教學總結
本節課的教學過程中，采用了大量生活中的案例，利用圖片、教學案例等資源，全面調動學生興趣，讓學生在學中做、做中學，充分培養學生的創新精神與實踐能力。
七、教學反思
本節課的案例均源自于生活，激發學生的學習興趣。但不同案例之間的關聯性不強，如果能以一條線索整體展開分析，教學目標的達成度會更高。

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