材料的性能與規(guī)劃教學(xué)設(shè)計(jì)

6.2材料的性能與規(guī)劃一、課標(biāo)內(nèi)容要求本章學(xué)習(xí)內(nèi)容為第六章第二節(jié)第一模塊的探究內(nèi)容在產(chǎn)品設(shè)計(jì)過程中，材料的選擇和性能是首先要考慮的問題。為了達(dá)到產(chǎn)品的特定性能，材料會(huì)成為設(shè)計(jì)方案中的重要因素。在設(shè)計(jì)項(xiàng)目中，學(xué)生應(yīng)該學(xué)會(huì)認(rèn)識(shí)一些常見材料的物理和化學(xué)性質(zhì)、工作性質(zhì)、美學(xué)品質(zhì)、成本、以及常用的加工方法等。隨著科技的進(jìn)步，我們不僅要讓學(xué)生學(xué)會(huì)知識(shí)，更要注重自身工業(yè)素養(yǎng)和核心技術(shù)的培養(yǎng)，要注重學(xué)生的創(chuàng)新思維和動(dòng)手能力。只有充分認(rèn)識(shí)材料，了解其性能，安全、科學(xué)、使用的材料，才能以設(shè)計(jì)出更加優(yōu)秀的產(chǎn)品。學(xué)科核心素養(yǎng)根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)內(nèi)容，本節(jié)承載的學(xué)科核心素養(yǎng)主要是“物化能力”，應(yīng)達(dá)到“水平1——能根據(jù)設(shè)計(jì)要求選擇合適的材料，了解常用材料的屬性”和“水平2——能根據(jù)設(shè)計(jì)要求進(jìn)行簡(jiǎn)單的技術(shù)試驗(yàn)，對(duì)材料進(jìn)行性能測(cè)試，根據(jù)材料性能列出用料表；在實(shí)施設(shè)計(jì)方案過程中，能從環(huán)境、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、質(zhì)量、美學(xué)等方面考慮材料的使用”。同時(shí)“材料的規(guī)劃”這部分內(nèi)容，也承載著“工程思維”的學(xué)科核心素養(yǎng)。三、學(xué)情分析學(xué)生能夠準(zhǔn)確區(qū)分木材、金屬、塑料等常見材料，但對(duì)同類型不同材料的性能了解不足。學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性很高，有較強(qiáng)的探究精神；但是在設(shè)計(jì)方案物化的過程中，對(duì)材料的選擇和規(guī)劃上，缺乏工程性思維。四、教學(xué)目標(biāo)：1、按材料來源的不同，對(duì)材料進(jìn)行正確的分類。2、掌握常用材料的基本性能。3、培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問題的能力。五、教學(xué)重點(diǎn)：1、材料的分類。2、根據(jù)材料的基本物理性能，正確選擇材料，應(yīng)用于設(shè)計(jì)。六、教學(xué)難點(diǎn)：根據(jù)材料的基本性能，正確選擇材料，設(shè)計(jì)產(chǎn)品七、教學(xué)內(nèi)容導(dǎo)入：課前活動(dòng)，同學(xué)們觀察電熱水壺，不同部分由不同材料做成，想想原因，分析其材料的優(yōu)缺點(diǎn)。新課講授：案例分折：自行車的發(fā)展歷史，結(jié)合自行車的發(fā)展歷史，談-一談材料在產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的重要性。在工程領(lǐng)城，-般將材料按化學(xué)成分

分為金屬材料、無機(jī)非金屬材料、有機(jī)高分子材料和復(fù)合材料四大類。木材、金屬材料、塑料等都是常見的材料。

（一）木材木材是一種優(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，其自然、樸素的特性令人產(chǎn)生親切感，被認(rèn)為是最富于人性特征的材料。木材質(zhì)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(diǎn)。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(yīng)用的原因之一，是其具有較好的強(qiáng)度性能及優(yōu)良的加工性能。材料的強(qiáng)度是指材料抵抗變形和斷裂的能力。強(qiáng)度是評(píng)定材料質(zhì)量的重要力學(xué)性能指標(biāo)，是設(shè)計(jì)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?；顒?dòng)一：探究木材的各向異性各向異性亦稱“非均質(zhì)性”，是指物體的全部或部分性能隨方向的不同而各自表現(xiàn)出一定的差異的特性，即在不同的方向所測(cè)得的性能數(shù)值不同。仔細(xì)觀察試驗(yàn)物品（兩塊衫木條），確定木條的紋理方向。然后徒手將木條掰斷，比較兩個(gè)木塊所需要力量的大小。測(cè)試方向種類強(qiáng)度大小木材生長方向順紋較大垂直于木材生長方向橫紋較小思考：如何處理木材的“各向異性”？生活中有哪些常用木質(zhì)材料？（二）金屬材料金屬材料指由純金屬或合金構(gòu)成的材料，具有金屬光澤，有良好的導(dǎo)熱和導(dǎo)電性能，以及優(yōu)良的力學(xué)性能和可加工性能。在現(xiàn)代工業(yè)社會(huì)，金屬材料已成為現(xiàn)代產(chǎn)品設(shè)計(jì)中的一大主流材料。金屬材料的力學(xué)性能主要包括強(qiáng)度、剛度、硬度等，-般以抗拉強(qiáng)度作為判別金屬強(qiáng)度的指標(biāo)?；顒?dòng)二：體驗(yàn)鋼絲鉗剪鋼絲使用鋼絲鉗依次剪斷相同粗細(xì)的銅絲、鐵絲、鋼絲，比較剪斷不同材質(zhì)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(xì)相同的不同材質(zhì)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(biāo)，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(lián)系在一起。-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(qiáng)度和硬度?；顒?dòng)三：里氏硬度儀測(cè)量硬度演示實(shí)驗(yàn)使用硬度計(jì)測(cè)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(cè)試的材料試樣置于平坦、堅(jiān)固的平面上，試樣必須平穩(wěn)放置，不得有任何晃動(dòng)。2.按照硬度計(jì)說明書的操作步驟進(jìn)行啟動(dòng)、加載、定位和測(cè)量。3.依次測(cè)量材料試樣，讀取硬度計(jì)上的數(shù)值，填人下表(每種材料測(cè)量3次,討論：是不是硬度越大的材料越堅(jiān)固?（三）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(zhì)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(jià)格比較低廉，廣泛應(yīng)用于儀器、儀表、家用電器、包裝及日常生活用品等各領(lǐng)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(nèi)，能反復(fù)加熱軟化至熔融流動(dòng)，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(huán)境中使用的塑料，大部分是熱固性塑料?；顒?dòng)四：體驗(yàn)塑料的熱塑性使用3d打印筆自由創(chuàng)造，體驗(yàn)塑料的熱塑性。（四）新材料隨著科技的不斷發(fā)展，新材料也不斷被研究制造出來。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，或是傳統(tǒng)材料改進(jìn)后性能明顯提高或產(chǎn)生新功能如超導(dǎo)材料、碳纖維、石墨烯、柔性玻璃、形狀記憶合金等。任務(wù)五：探究形狀記憶合金將由鎳鈦絲制成的曲別針進(jìn)行任意變形（溫馨提示：由于鎳鈦絲比較細(xì)，使其變形時(shí)不可用力去拉直，會(huì)破壞它的內(nèi)部分子結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其無法復(fù)原。），在杯子中準(zhǔn)備一些熱水，將變形后的曲別針放置到杯子中，觀察試驗(yàn)對(duì)象的變化情況。參考步驟：手工變形→放入溫水中→觀察。討論：使用形狀記憶合金材料可以設(shè)計(jì)制作哪些產(chǎn)品?用來解決什么問題?任務(wù)六：組