资源简介

普 通 高 中 教 科 书
《通用技术》选择性必修7 职业技术基础
第一章 材料与加工
第一节 常见材料特性
教学设计
教学背景
党的二十大报告对“实施科教兴国战略,强化现代化建设人才支撑”作了详尽丰富、深刻完整的论述, 提出坚持高中阶段学校多样化发展和推进职普融通策略。在高中阶段，有效开展职业技术基础教育是落实国家实施科教兴国战略的重要路径。
随着现代技术突飞猛进的发展，职业与技术的联系越来越紧密。本教材旨在带领同学们初步探索进入职业世界所必需的基本技术技能，提高职业认知，为同学们未来从事某一职业做好准备。
教学目标：
知识与技能目标:
1.了解各种材料的特性。
2.了解材料对社会与环境的影响。
教学内容分析:
第一章主要介绍材料及其加工技术，通过学习让学生对常见材料有所认知，了解材料的特征，能够恰当选择、安全使用材料；在选择材料时，能认真考虑有关技术、社会、法律、环保等方面的因素，能根据不同材料的特性来制作产品，安全、有效地使用材料。
第二章主要介绍能源及其转换技术，学习能源存在的不同形式及能源的转换与利用；通过了解传统能源和新能源的特点，确认能源应用的经济性和环保性，从而增强节约和开发能源的意识，倡导简约适度、绿色低碳的生活方式。
第三章主要介绍信息技术这一新兴的职业技术对传统行业的影响和发展，从收集信息、处理信息、管理信息等角度让大家认识这些信息时代的基本技能，从而激发大家不断学习新兴信息技术的兴趣，以期胜任未来信息技术的新职业。
第四章主要介绍产品的技术使用、维护保养和故障维修等知识。无论是在生活中还是在工作中，我们都离不开各种各样的产品，我们要学会掌握产品的正确操作，养成良好的操作习惯。同时，能通过阅读用户手册、产品使用说明书等，合理使用工具、仪器和设备来进行简单的故障检测与维修。
学情分析:
学生对职业技术的基础知识认识有限，面对未来，他们需要学习有关职业技术的基础知识的知识。
了解职业技术的基础知识，探索关于材料和能源科技的无限奥秘，把握信息技术的发展方向，掌握产品使用与维护的基本技能，从而培养职业意识，明确自身职业生涯规划，培养技术素养，提高未来的职业技术能力。
教学重难点:
了解各种材料的特性。
了解材料对社会与环境的影响。
教学策略:
通过“案例”等内容引导学生进行“思考”，接着用通俗易懂的方式介绍基础理论知识，每一个知识点后都附有“思考”“探究”“立即行动”等活动让学生充分消化所学知识。每节设有“习题”，每章设有“学习内容梳理”和“学习评价”，用于归纳教学内容，反馈教学效果。
教学准备:
展示用的图片、其他技术产品、多媒体课件。
教学过程:
情景导入:
老师：本节课我们学习《通用技术》选择性必修7 职业技术基础　第一章 材料与加工 第一节 常见材料特性。
材料是用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的物质，是人类赖以生存和发展的物质基础。材料的发展反映了人类文明的发展进程，各种新材料的使用解放了生产力，推动了人类社会的进步，促进了人类文明的发展。
本章我们将通过学习常见材料的物理、化学特性，了解常见材料在生活中的应用；学习根据材料的适用范围和规划原则，恰当地选择和安全地使用材料；学习根据不同材料的特性，加工不同类型的产品，同时树立对新材料的敏感性和探究意识。
案例
电动自行车由于轻便、省力、操作简单，又不排放尾气，绿色环保，受到许多人的喜爱。普通电动自行车结构由多种材料组成，车架和轮毂一般采用金属材料，车身外壳和轮胎等一般采用非金属材料（如塑料、橡胶等），前叉和轮辐则是由复合材料组成，如图1-1（参见教材P2）所示。
可见，电动自行车的组成部件因作用和要求不同，需选用不同特性的材料。
不同的材料具有不同的物理特性和化学特性。从物理性能和化学性能上分，材料可分为无机物材料、有机物材料和复合材料，其中无机物材料中有金属材料和非金属材料，复合材料中包括环保材料。
导学思考
材料的分类有哪些？生活中有哪些常见的材料？
一、金属材料特性
继石器时代之后出现的铜器时代、铁器时代均以金属材料的应用为其时代的显著标志。现代，种类繁多的金属材料已成为人类社会发展的重要物质基础。
金属材料是指以金属元素或金属元素为主构成的具有金属特性的材料的统称。一般金属材料不透明，金属光泽良好，密度较高，表面比较光滑，接触时皮肤明显感觉较清凉，且硬度较大。其具有较好的导热性和导电性，且富有延性等，但不同的金属材料物理性质有所不同（如表1-1所示）。金属材料的化学性质大多较为活跃，特别是抗腐蚀性和抗氧化性表现得较为突出。常用于制作耐磨、耐冲击、耐高温等产品或零件。
思考
根据你的生活经验和所提供的信息，思考下列问题。
1．为什么电动自行车车架用铁制而不用铅制？
2．为什么电动自行车的金属表面要进行电镀处理？
3．为什么电动自行车大灯里的灯丝用钨制而不用锡制？如果用锡制的话，可能会出现什么情况？
二、非金属材料特性
非金属材料指具有非金属性质的材料。此类材料一般熔点、沸点较低，硬度小，导电性、导热性差，且具有稳定的化学性质，特别是具有较强的抗氧化性和还原性。其密度相对较小，表面手感较为温和，常用于制作精度要求不高的产品外壳或零件。
探究
探究普通玻璃和水泥分别是用什么原料、采用什么方法制造的，并完成表1-2。
表1-2 普通玻璃与水泥的比较
材料名称 原料 制作方法
普通玻璃
水泥
思考
根据上述案例，想一想我们日常生活中还有哪些非金属材料？
知识窗
夹 层 玻 璃
夹层玻璃是指在两片或两片以上玻璃之间夹上一种透明粘接材料，经高温高压黏结而成的复合玻璃产品，这是一种具有很高抗冲击性和一定隔热、隔音性能的安全玻璃产品。
建筑用夹层玻璃又分为普通夹层玻璃和钢化夹层玻璃，主要采用PVB胶片作为中间层干法热压工艺生产。夹层玻璃由于玻璃被PVB黏合很紧（如图1-2所示）（参见教材P4），而PVB富有弹性及缓冲的能力，所以即使夹层玻璃被击碎，碎片仍会与PVB胶片粘在一起，不会因碎玻璃掉落造成人身伤害或财产损失。
立即行动
可以随意塑形的玻璃（建议由教师演示）
1．试验器材：玻璃管、酒精喷灯、镊子。
2．试验过程：将一根玻璃管置于燃着的酒精喷灯上，看能否把玻璃管拉成两支尖嘴管。
三、复合材料特性
复合材料是由两种或两种以上不同性质的材料，通过物理或化学的方法，在宏观（微观）上组成具有新性能的材料。各种材料在性能上互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原材料，从而满足不同的需求。复合材料的基体材料分为金属和非金属两大类，也称为金属基体和非金属基体。金属基体常用的材料有铝、镁、铜、钛及其合金，非金属基体常用的材料有合成树脂、橡胶、陶瓷、石墨、碳等。
复合材料大部分手感光滑，光泽性较好，有弹性，一般具有较好的综合物理性质和化学性质，密度相对较小，具有很高的强度、硬度和韧性，比单品更具有稳定的抗腐蚀性和抗氧化性。
现阶段，我国复合材料行业面临着新的发展机遇，如城市化进程中大规模的市政建设、新能源的利用和大规模开发、环境保护政策的出台、汽车工业的发展、大规模的铁路建设、大飞机项目等。在巨大的市场需求牵引下，复合材料产业的发展将有很广阔的发展空间。
案例
玻璃钢是一种纤维增强复合塑料，具体结构层如图1-3（参见教材P5）所示。因其低廉的价格得以快速发展，目前已广泛应用于船舶、各类车辆、化工管道和贮罐、建筑结构、体育用品等方面。
探究
探究复合材料有哪些性质，以及它与其他材料相比具有的优缺点，并完成表1-3。
表1-3 复合材料与其他材料的比较
性质
优点
缺点
知识窗
碳 纤 维
复合材料的增强材料种类较多，如碳纤维、石墨纤维、硼纤维、玻璃纤维及部分半导体陶瓷材料等，具有稳定的物理性质和化学性质。
碳纤维是复合材料中最重要的增强材料（如图1-4所示）（参见教材P5）。碳纤维是一种含碳量在95%以上的高强度、高模量纤维的新型纤维材料，具有轻而强、轻而刚、耐高温、耐腐蚀、耐疲劳，结构尺寸稳定性好、设计性好，可大面积整体成型等特点。在飞机制造等军工领域、风力发电叶片等工业领域、人工韧带等身体代用材料领域均有广泛应用。
立即行动
了解复合材料弯曲难易程度
选择两种复合材料，使其弯曲，感受不同材料的弯曲难易程度，并完成表1-4。
表1-4 复合材料弯曲难易程度比较
序号 材料名称 弯曲难易程度（强、弱）
1
2
四、新型环保材料特性
新型环保材料就是环保型、健康型的材料，是对环境没有污染、无毒无害、无放射性的健康材料，相较于传统材料来说，更趋向于绿色化、轻便化、智能化，并且可以重复利用，非常环保节能。在高科技领域中，环保材料凭借其优势性能对防治环境污染、改善生态环境具有重大作用，如利用纳米材料的杀菌、吸附等特性，制造环保的日常用品。在工业领域，企业通过使用环保材料来达到节能减排的目标，如陶瓷刀，它具有不生锈，不与食物发生化学反应的特性，摒弃以往的铁片与钢片，减少氧化反应和金属材料的浪费。在农业领域，利用环保材料改善土壤微生态和促进农作物生长，如环境友好型化肥、农药和地膜等新型农资材料，可以减少生态破坏，降低对农业环境的污染。
案例
现代房屋的封闭性越来越好，装修越来越豪华，但是装修材料带来的室内空气污染也越来越严重。据世界卫生组织公布的数据，现代人68%的疾病与室内空气污染有关。我国每年因室内空气污染死亡的人数达11.1万人。2014年根据北京儿童医院的统计，90%以上的儿童白血病患者半年内家里都曾经装修过。随着广大消费者对装修污染的认识不断加深，人们对装修材料的要求越来越高，对无污染新型环保材料的需求也越来越迫切。
思考
1．查阅相关资料，了解装修材料中有哪些是新型环保材料。
2．新型环保材料在废弃后会对环境造成污染吗？如果会，你认为主要是哪些污染？如果不会，请说明原因。
知识窗
无甲醛人造板
无甲醛人造板是以天然植物为原料（如图1-5所示）（参见教材P6），按相应的人造板工艺加工制成的人造板材及其各种二次加工产品。它彻底摒弃了原先使用的甲醛、尿素合成脲醛树脂等对身体有危害的物质，黏合强度完全达到国家标准。无甲醛胶系列产品已达到欧洲E0级和日本FC0级标准要求，环保且安全。
五、材料对环境与社会的影响
随着工业的发展，材料的使用越来越广泛。材料在推动人类社会物质文明发展的同时也大量消耗着能源和资源，在生产、使用、废弃的过程中产生大量污染物，破坏人类赖以生存的空间，因此材料对于环境与社会既有积极的影响，也有消极的影响。
积极影响表现为：①材料的发展改善了人类的生活，使人们有额外的精力去关注教育与文化，人类文明得以发展。②材料的发展促进了科学的进步，让人类享受到材料的应用所带来的方便与舒适。③材料的发展加快了人类社会发展的进程，提高了信息传播的速度和信息处理的速度。④材料的发展推动了社会生产力的发展，使产品的性能、生产效率等得到飞跃提升。
消极影响表现为：在材料的采矿、选矿、冶炼、轧制、热处理，以及运输、使用和废弃的过程中，需耗费大量的原料、资源等，同时会排放出大量的废气、污水、固体烟尘、矿渣等，这些废物对人、畜、作物会构成危害，并污染环境。
因此，我们在享受材料带来方便的同时，也要进行反思，努力调整高消耗、高污染的粗放型发展模式，提高环保意识，共同促进人与自然的和谐发展。
案例
我国是塑料制品生产、消费和出口大国。据国家统计局统计，2021年1月至12月，塑料制品总产量8004万吨，同比增长5.27%。我国塑料制品产品门类众多。
从细分市场来看，2021年我国塑料薄膜产量1608.71万吨，占比20.1%；日用塑料产量701.53万吨，占比8.76%；人造合成革产量320.16万吨，占比4%；泡沫塑料产量260.09万吨，占比3.25%；其他塑料产量5113.49万吨，占比63.89%。塑料在人类生活中的需求和产量是巨大的，大多数塑料仍然被用作使用寿命极短的一次性产品。随意使用和丢弃的大量塑料垃圾，逐渐成为人类难以处理的环境问题。
探究
通过调研及查阅相关资料，了解塑料对环境的影响。
知识窗
环境降解材料
自20世纪70年代起，人类大量使用和废弃高分子塑料，导致白色污染日益严重。于是，人们开始研发环境降解材料。环境降解材料是指在自然环境的作用下，经过自然吸收、消化、分解而不产生固体废弃物的一类材料，如生物降解塑料和可降解无机磷酸盐陶瓷材料等。这些材料在方便人们使用的同时，可以最大限度地减少对环境的破坏。
例如，用淀粉做的一次性牙签（如图1-6所示）（参见教材P8）以植物淀粉为原料，通过固化、成形、磨削制成，遇水可以自然分解，经济环保，能避免大量砍伐树木，是国际绿色工业浪潮的必然产物。再如，甘蔗制作白糖后的甘蔗渣经加工后也可以作为墙面的装饰材料，外观精美，同时完全可以实现生物降解。
综合实践活动
巧用纸材设计制作创意纸箱车
1．活动目的：探究纸质材料的性能，综合运用所学的知识，设计新颖、实用的纸箱车，探究影响纸箱车结构稳定性和强度的因素，锻炼同学们基本的技术设计能力和创新实践能力。
2．活动要求：只能使用纸质材料和棉线，不得使用其他材料，工具自选。
3．活动过程：
（1）纸箱车的外观设计，制订活动方案。每个小组成员先独立设计纸箱车的外观图，然后组内讨论，确定本小组的最终外观设计图，并制订本组活动方案，如图1-7（参见教材P9）所示。
（2）制作纸箱车。各小组分批进入制作室，依据本小组的设计方案分工合作制作纸箱车，如图1-8（参见教材P9）所示。
（3）成果展示与交流评价。各小组完成作品之后，先进行纸箱车外观展示评比，然后进行载人性能比赛评分，最后评出各组的综合总分，并进行经验交流等，如图1-9（参见教材P9）所示。
思考
1．纸质材料的优缺点分别是什么？
2．如何有效增大纸板的承重和抗弯性能？
课后作业
习 题
1．常见的金属材料有哪些？它们的物理性质和化学性质分别是什么？
2．找一找，生活中哪些物品用到了复合材料，并说明复合材料有哪些性质？
3．新型环保材料与传统材料相比有哪些优点？
板书设计
第一章 材料与加工
第一节 常见材料特性
一、金属材料特性
二、非金属材料特性
三、复合材料特性
四、新型环保材料特性
五、材料对环境与社会的影响
教学反思
通用技术
选择性必修7：智能家居应用设计
普 通 高 中 教 科 书
主 编 刘琼发
副 主 编：李 榕 周卫星 朱美健 席春玲
本册主编：万录品
编写人员：周欢伟 徐 超 王水云 万录品
广东教育出版社
广东科技出版社

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