第二章物质世界的尺度、质量和密度
第四节新材料及其应用
首都师范大学附属中学贾素珍
一、教学背景分析
本节教材主要介绍记忆合金、纳米材料、“绿色”能源等新材料及其应用，将其安排在学习密度这个物理量之后。

密度是描述物质特性的，本节从形状、抗菌性、防污性、韧性、强度等角度介绍新材料在某一方面或多个方面的优越性能，介绍新材料的发展对人类生活和社会发展的影响，促进学生初步形成合理利用资源、保护环境的意识。

本节内容可以培养学生多角度认识物质世界的意识，培养学生热爱科学的情感。

课程标准对本节内容的要求是：通过收集信息，了解一些新材料的特点及其应用。

了解新材料的发展给人类生活和社会发展带来的影响。

有合理利用资源、保护环境的意识。

能在个人力所能及的范围内对社会的可持续发展有所作为。

学生已经学习了熔点、密度等描述物质性质的一些物理量，知道认识材料要从材料的物理特性入手。

随着社会的发展，媒体的迅速传播，初二年级学生的视野和知识储备都有很大的进步，他们的表达能力、搜集信息的能力、使用网络的能力，都比过去的学生有很大的进步。

但是学生刚开始系统地学习物理，专业的物理知识还比较欠缺，没有学习力学、电学，相关的化学、生物等知识也比较缺乏，所以对于新材料的特点及其应用，学生只需了解即可。

学生的求知欲和新奇感很强，本节内容可以很好地激发学生的学习兴趣。

综上所述，本节课在设计上要体现学生的自主性，在知识上有深度，同时力图通过科学猜想培养学生的创新意识。

在提高学生学习的自主性方面，可以在课前布置预习任务，课堂上让学生就相关内容发表自己的理解，提出自己感兴趣或不懂的地方。

这样在学习每一种新材料时，都可以让学生形成互动，有的提问，有的回答，很好地调动学生的积极性。

教师自己也要有相关的知识储备，针对学生的疑惑进行适当的讲解。

对于学生不好理解的难点，如纳米材料为什么具有这样的特性、记忆合金为什么可以“记忆”形状，教师可通过讲解引导学生认识，以满足学生对知识原理
的求知欲。

可以在课后布置任务，让学生进行资料的查阅和搜集整理，通过展板、录制微课等方式展示成果。

这样不仅可以锻炼自学能力，更重要的是可以培养学生自主学习的意识。

二、教学目标
1.了解记忆合金的主要成分及其物理特性，了解记忆合金能“记忆”原来形状的原因。

了解记忆合金的稳定性、可实现智能安装的特点及其在生活、医学和科技中的应用。

2.了解纳米材料具有特殊性能的原因是其被加工到了纳米尺度。

了解纳米材料的抗菌性、防水防油、柔韧性等特点，并了解这些特点在生活和科技中的应用。

3.了解“绿色”能源中的电源新材料，了解锂离子电池、硅光电池、氢燃料电池的优点以及在生活和科技中的应用。

通过讨论学习，体会科技进步促进能源的可持续发展，初步形成合理利用资源、保护环境的意识。

4.通过预习和课堂讨论，提高自学能力。

5.通过调查和收集整理相关资料，培养收集整理信息的能力。

三、教学重点和难点
教学重点：记忆合金、纳米材料等新材料的特点及其应用。

教学难点：记忆合金、纳米材料等新材料的特点及其应用。

四、教学过程
1.教学引入
新材料是指新近发展的或正在研发的、性能超群的一些材料，具有比传统材料更为优异的性能。

这节课我们先来了解三种新材料。

2.“知识点”教学
●记忆合金
①演示实验
记忆合金“花”，在灯光照射下盛开，无灯光照射后“花”就凋谢。

教师让学生确认“花”为金属，还可以在低温弯成各种形状，但只要受到灯
光照射，“花”就恢复到“开放”的状态。

这朵花记忆的是“花开”这一状态，从而引入记忆合金的概念。

这样可以引起学生的认知冲突：金属居然可以轻易弯折，而且还这样听话，跟有“记忆”一样。

不仅激发学生兴趣，同时让学生明白什么是记忆合金。

②学生实验
将被随意弯成各种形状的记忆合金丝泡在热水中，发现它们瞬间变成了“星星”。

说明该合金“记忆”的原状是“星星”。

③记忆合金的原理
介绍记忆合金的主要成分，通过图示讲解记忆合金的物理特性：当温度达到某一数值时，材料内部的晶体结构会发生变化，从而导致外形变化。

④记忆合金的应用
先让学生就预习进行总结或提出有疑问的地方，然后教师配合学生讲解。

通过图片介绍阿波罗11号的天线体积很大，人类是如何利用记忆合金的特性把它带到月球上的；通过视频动画讲解医学上接骨时如何利用记忆合金；通过学生分组实验感知记忆弹簧在热水和冷水中的表现，然后结合图片分析淋浴使用的恒温阀门内记忆合金弹簧怎样实现了智能调节水温。

在学生了解了记忆合金的特性和应用后，可以让学生提出自己使用记忆合金的创想，既是对学生所学知识的巩固和应用，又可以培养学生的创新思想。

●纳米材料
①纳米材料的概念
介绍纳米材料石墨烯，使学生对纳米材料有一个整体了解，同时激发学生的好奇心。

②纳米材料的应用
先让学生就预习进行总结或提出有疑问的地方，然后教师配合学生讲解。

首先介绍纳米尺度有多大，然后就纳米材料的特点及其应用逐条介绍，引导学生边听讲边记录。

纳米材料可以防水防油，原因是它具有类似荷叶的自洁效应：手机屏幕经过纳米材料的处理，可以不留下油渍；纳米T恤可以防水防油；国家大剧院安装了有自洁效应的纳米玻璃。

纳米抗菌奶瓶具有抗菌性，将银纳米化，可以使银的杀菌能力增强。

利用这一特点，可以制成抗菌棉袜、抗菌牙刷、水净化器。

教师演示纳米陶瓷刀摔落地面后不会破碎，而普通的陶瓷盘摔落地面会破碎，可见纳米陶瓷韧性大、强度高，这是因为它是由纳米陶瓷粉制作的。

利用这一特点，可以用纳米陶瓷制成轴承，比用金属制成的轴承硬度高、耐磨损、耐高温，不易碎。

纳米材料的熔点低，金的熔点是1 064 ℃，而纳米尺度的金的熔点可降低到33 ℃。

纳米材料吸收电磁波的能力很强，隐形战斗机的隐形技术就利用了这一特点。

③分组实验体验纳米材料
介绍完上述特点和应用后，学生做分组实验，体验具有上述特点的纳米材料的优越性，包括纳米领带、纳米手套、纳米鞋垫、纳米海绵擦、纳米瓷砖、水、油、未洗的锅。

让学生对纳米材料有亲身体验和直观的感受。

④碳纳米管和石墨烯
碳纳米管和石墨烯的优秀性能来源于它们的分子结构：强度高，约为普通钢的100倍；自重轻，是钢质量的1/6；具有良好的柔韧性，可弯曲。

让学生展开想象的翅膀，设想它们的应用，如可以用它们制作太空电梯，培养学生的创新思想。

●“绿色”能源
以电源的发展为例，了解能源的发展。

让学生根据预习情况，以电源使用的时间顺序填写下表。

通过这个环节，锻炼学生自学的能力和整理信息的能力。

3.课后练习
（1）下列说法正确的是（）
A.记忆合金之所以可以“记忆”形状，是因为当光照射到合金时合金的晶体结构发生变化
B.1 nm＝10-6 m
C.纳米材料的三维尺度中必须都处于纳米量级
D.氢燃料电池是“绿色”能源
（2）下列说法正确的是（）
A.纳米抗菌运动袜利用了纳米材料的韧性大
B.纳米材料之所以能防水，是因为这种材料不溶于水
C.新材料只有纳米材料、记忆合金、制作“绿色”能源的材料
D.石墨也是纳米材料
（3）课后实践活动
从图书馆、网络等渠道收集有关新材料研究和开发的信息，写一篇小论文。

五、教学实施反思
一些教师在实际教学中由于种种原因，总是对这节课一带而过，学生学到的内容很少。

还有一些教师让学生自己查阅新材料的资料后汇报展示，由于学生的水平、精力有限，汇报的内容难免有知识上的错误，如果教师不做出正确的引导，学生有可能形成错误的认识。

本节内容的难点不仅在于材料的“新”，更在于新材料的特点多、应用多。

这就要求教师的知识储备丰厚，在备课时整合相关资料，开发课程资源。

针对新材料的特点多、应用多，在教学中通过列表的方式进行归类，使得学生所学的知识有条理。

将新材料的每一个特点与其对应的应用结合在一起学习，让学生在应
用中深入理解相应的特点。

特别是对记忆合金“记忆”的原理和纳米材料的防水防油、抗菌、韧性大、强度高的原因，进行了简单的说明，使学生所学知识更加透彻。

教学中采取学生根据预习先讲解和提问的方式，培养了学生的自学能力、表达能力，也体现了课程标准提倡多种学习方式的理念。

两次学生实验的体验，加深了学生对知识的理解，体现了课程标准注重实验的理念。

使用视频介绍医学上记忆合金在接骨中的应用，使用视频介绍纳米材料，拓宽了学生的视野，使学生意识到物理学对社会科技发展的促进作用。

教学中让学生设想记忆合金、纳米材料的应用，培养了学生的科学创新思想和意识。