资源简介

《3.调查超等材料的研究进展与应用前景》课时教案
学科 初中物理 年级册别 八年级上册 共1课时
教材 沪粤版八年级上册物理教材 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本课节选自沪粤版八年级上册物理教材“新材料及其应用”章节，聚焦于半导体、超导体、石墨烯及纳米材料等前沿科技材料的特性与实际应用。内容以探究实验和资料查阅为载体，引导学生从微观结构理解材料的导电性、导热性、机械性能等物理属性，并通过真实案例增强对现代科技发展的认知。教材不仅呈现了基础物理概念，还融合了科学态度、社会责任与创新意识的培养，体现了新课标中“物理观念、科学思维、科学探究与科学态度”的核心素养要求。
学情分析
八年级学生已掌握电路基本组成、电流方向、导体与绝缘体等基础知识，具备一定的观察与推理能力。但对“半导体”“超导”“纳米材料”等抽象概念缺乏直观感知，易将“导电性好”等同于金属导体，存在认知误区。部分学生对科技前沿兴趣浓厚，但信息筛选与整合能力较弱，需教师搭建支架，提供结构化学习路径。教学中应通过实验对比、生活情境类比与多媒体辅助，突破抽象难点，激发探索欲，同时引导学生形成尊重科学、关注社会的责任意识。
课时教学目标
物理观念
1. 能准确描述晶体二极管的单向导电性，并能结合实验现象解释其在电路中的作用机制。
2. 能列举至少三种新型材料（如半导体、超导体、石墨烯）的基本物理特性，理解其区别于传统材料的本质特征。
科学思维
1. 能通过反向连接二极管的实验对比，归纳出“只允许电流单向通过”的规律，发展归纳推理能力。
2. 能基于资料分析，构建“材料结构—性质—应用”之间的逻辑链条，提升模型建构能力。
科学探究
1. 能独立设计并实施“探究二极管导电性”的小实验，完成数据记录与结论陈述。
2. 能围绕“超导材料研究进展”开展小组合作调研，撰写具有条理性的科普短文。
科学态度与责任
1. 能在讨论中表达对我国在超导领域实现“从追赶到领跑”的自豪感，树立科技自信。
2. 能意识到节能减排的重要性，主动思考新材料在环保节能中的潜在价值。
教学重点、难点
重点
1. 晶体二极管的单向导电性实验观察与原理理解。
2. 半导体、超导体、石墨烯等新型材料的核心物理特性和典型应用场景。
难点
1. 从微观层面理解半导体为何具有“可控导电性”，突破“导电性好=金属”的固有思维。
2. 在缺乏直接实验条件的情况下，如何通过资料分析有效建构“材料—技术—社会”之间的关联网络。
教学方法与准备
教学方法
议题式教学法、情境探究法、合作探究法、讲授法
教具准备
晶体二极管、电池、小灯泡、开关、导线、多媒体课件、超导材料科普视频、资料卡、小组任务单
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入：点亮“神秘开关”——谁是电路中的“守门人”？【5分钟】 一、创设情境，提出问题 （一）、展示“发光盒子”装置
1. 教师出示一个密封的黑色盒子，内部连接着电池、小灯泡和一个未知元件（实为晶体二极管），盒外仅露出两个接线柱。
2. 提问：“如果我用导线直接连接两接线柱，灯会亮吗？”
3. 学生猜测后，教师演示正向连接，灯亮；再反向连接，灯不亮。
4. 引导语：“奇怪！同样的灯泡和电池，为什么有时亮，有时不亮？这个‘神秘元件’到底是什么？它就像一位只让特定方向的人通过的‘守门人’。”
5. 板书课题：“3.胡杨超等材料的研究进展与应用前景”——聚焦“晶体二极管的单向导电性”。
二、实验探究：揭开“守门人”的真面目【15分钟】 （一）、分组实验：验证二极管的单向导电性
1. 教师分发实验器材包：1个晶体二极管、1个干电池、1个小灯泡、1个开关、若干导线。
2. 明确实验任务：按照图5-5-1（b）所示，将晶体二极管反向接在电路中，接通开关，观察小灯泡是否发光。
3. 教师强调操作安全：避免短路，注意极性标记（二极管上有色环或箭头符号）。
4. 学生分组实验，记录现象：
- 正向连接时，灯亮；
- 反向连接时，灯不亮。
5. 教师巡视指导，纠正错误接法，如极性颠倒、接触不良等。
6. 实验结束后，教师提问：“两次实验的区别是什么？为什么会出现这种差异？”
7. 引导学生初步得出结论：晶体二极管只允许电流从一个方向通过。
（二）、深化理解：从现象到本质
1. 教师播放微视频《二极管的工作原理》，动画展示电子在P-N结处的行为：
- 正向偏置：P区空穴向N区移动，N区电子向P区移动，形成电流通道。
- 反向偏置：空间电荷区变宽，阻碍载流子运动，几乎无电流。
2. 教师结合动画讲解：“这就像一条单行道，只允许车辆从A驶向B，禁止从B返回A。”
3. 提问：“在哪些设备中你会用到这样的‘单行道’？举例说明。”
4. 学生举例：手机充电器、LED灯、收音机整流电路等。
5. 教师小结：这种特性使二极管成为电子设备中不可或缺的“电子阀门”。 1. 观察“发光盒子”现象，提出猜想。
2. 分组进行正反向连接实验，记录灯泡状态。
3. 观看微视频，理解二极管工作原理。
4. 结合生活实例，说明二极管的应用场景。
评价任务 实验操作规范：☆☆☆
现象记录准确：☆☆☆
原理理解清晰：☆☆☆
设计意图 通过“神秘盒子”创设悬念，激发探究兴趣；利用实物实验与动态演示相结合的方式，将抽象的“单向导电性”具体化、可视化，帮助学生建立“现象—规律—本质”的认知链条，落实物理观念与科学思维目标。
知识拓展：走进“材料世界”——从实验室到生活【10分钟】 一、探究新型材料的奇妙特性【5分钟】 （一）、小组合作：材料卡片大搜索
1. 教师发放四张“材料特性卡”（含半导体、超导体、石墨烯、银纳米线），每组一张。
2. 任务要求：阅读卡片内容，找出该材料的三大关键词（如“导电性好”“可弯曲”“零电阻”）。
3. 教师提问引导：
- “哪种材料能在室温下传递电子速度最快？”
- “哪种材料可以反复折叠而不断裂？”
- “哪种材料在低温下电阻为零？”
4. 学生小组讨论，派代表汇报关键词。
5. 教师板书关键词，建立材料特征对照表。
二、聚焦中国力量：超导研究的“中国速度”【5分钟】 （一）、观看纪录片片段
1. 教师播放1分钟短视频《中国超导：从追赶走向领跑》
- 展示我国在高温超导材料、量子计算、磁悬浮列车等领域的突破性成果。
- 出现关键画面：北京怀柔科学城超导实验室、上海交通大学超导团队合影。
2. 教师提问：“你从视频中看到了什么？中国的超导研究处于什么水平？”
3. 学生回答：“我们已经能自主研发，不再依赖进口。”
4. 教师强调：“这背后是无数科学家几十年如一日的坚守与创新。”
5. 引导语：“我们每个人都可以成为未来的‘科研火炬手’。” 1. 小组合作阅读材料卡，提炼关键词。
2. 观看纪录片，感受中国科技成就。
3. 分享所见所感，表达民族自豪。
评价任务 关键词提取：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
表达清晰：☆☆☆
设计意图 通过卡片任务强化对新材料特性的记忆；借助真实影像资料，将抽象科技发展具象化，增强学生的国家认同感与科学使命感，体现“立德树人”的育人导向。
任务驱动：撰写一篇“未来材料”科普短文【10分钟】 一、明确任务，制定方案【3分钟】 （一）、发布“小小科普作家”挑战赛
1. 教师宣布：“现在，你们是‘未来材料科普作家’！请根据调查资料，写一篇500字左右的短文，介绍一种新型材料的研究进展与应用前景。”
2. 提供写作框架模板：
- 标题：《__________的奇迹之旅》
- 第一段：简介材料名称与基本特性
- 第二段：介绍当前研究进展（可引用我国成果）
- 第三段：畅想未来可能的应用场景
- 结尾：呼吁大家关注科技创新
3. 教师强调：语言要通俗易懂，可加入比喻。
二、小组协作，完成创作【7分钟】 （一）、分组实施，教师巡导
1. 学生按4人一组，选择一种材料（半导体/超导体/石墨烯/银纳米线）进行创作。
2. 教师巡视，给予个性化指导：
- 对表达困难者，建议使用“像……一样”句式比喻。
- 对内容空泛者，提醒补充具体事例（如“可用于柔性屏”）。
3. 鼓励学生使用“我们正在研究”“未来可能实现”等前瞻性语言。
4. 提前完成的小组可互评初稿。 1. 明确写作任务与框架。
2. 小组讨论，分工撰写短文。
3. 互相修改，完善内容。
评价任务 内容完整：☆☆☆
语言生动：☆☆☆
结构清晰：☆☆☆
设计意图 以“写作任务”作为高阶学习载体，整合信息获取、语言组织、批判性思维与社会责任感，让学生在真实表达中内化知识，实现从“知道”到“表达”的跨越，全面达成教学目标。
总结升华：材料之光，照亮未来【5分钟】 一、成果展示与交流【3分钟】 （一）、随机抽选小组分享
1. 教师邀请2-3个小组上台朗读短文。
2. 其他同学认真倾听，做好笔记，准备提问。
3. 教师点评亮点：
- “你把石墨烯比作‘超级铠甲’，太形象了！”
- “你提到‘中国造’超导磁悬浮列车，很有时代感！”
4. 全班鼓掌鼓励。
二、课堂总结与价值引领【2分钟】 （一）、教师总结升华
1. 回顾本节课核心内容：二极管的单向导电性、新型材料的神奇特性、中国科技的进步。
2. 提问：“我们今天学的这些材料，它们能改变我们的生活吗？”
3. 学生齐答：“能！”
4. 教师深情结语：“从一颗二极管到一座超导城市，科技的力量源于每一个好奇的心灵。愿你们都能成为未来的探索者，用知识点亮世界！”
5. 播放轻音乐《星辰大海》，结束课程。 1. 倾听同伴分享，积极互动。
2. 齐声回应，感受科技魅力。
3. 在音乐中回味课堂收获。
评价任务 表达流畅：☆☆☆
情感真挚：☆☆☆
参与积极：☆☆☆
设计意图 通过展示与激励，增强学生的成就感与归属感；以情感共鸣收尾，将知识学习升华为精神滋养，呼应“立德树人”根本任务，留下深远影响。
作业设计
一、基础巩固
1. 请在下列横线上填写正确的选项：
（1）晶体二极管具有__________导电性，即只允许电流从__________方向通过。
（2）制作LED灯的主要材料是__________（填字母）：
A. 导体　　B. 半导体　　C. 绝缘体　　D. 超导体
（3）当温度降低到某一临界值以下时，某些材料的电阻变为零，这种现象称为__________。
二、能力提升
2. 请根据以下信息，回答问题：
2023年，我国科学家成功研制出一种可在液氮温区（约77K）稳定运行的高温超导材料，其临界温度比以往提高了近20K。该材料被应用于新一代核聚变装置的磁约束系统。
（1）文中提到的“高温超导材料”是否意味着它在常温下就能超导？请说明理由。
（2）请你设想一下，如果未来能实现室温超导，生活中可能会有哪些变化？（至少写出两点）
三、拓展探究
3. 请查阅资料，了解“石墨烯”的发现历程，并简要写出它的三个独特优势。结合你的理解，谈谈它在未来能源存储设备中可能发挥的作用。（不少于150字）
【答案解析】
一、基础巩固
1. （1）单向；一个
（2）B
（3）超导现象
二、能力提升
2. （1）不是。因为“高温超导”是相对于传统超导材料而言的，仍需在极低温度下才能实现超导，远未达到常温。
（2）示例：①电力传输几乎无损耗，节省大量能源；②制造更高效的磁悬浮列车，实现超高速交通。
三、拓展探究
3. 石墨烯由英国曼彻斯特大学的安德烈·海姆和康斯坦丁·诺沃肖洛夫于2004年首次成功制备，两人因此获得2010年诺贝尔物理学奖。
优势：①强度极高，是钢的200倍；②导电性极佳，电子迁移率远超硅；③透光性好，可制成透明导电膜。
作用：由于其优异的导电性和高比表面积，石墨烯有望用于制造超快充电池、柔性储能器件和高效太阳能电池，显著提升能量密度与充电效率。
板书设计
3. 调查超等材料的研究进展与应用前景
一、晶体二极管：单向导电性
→ 正向：导通 → 灯亮
→ 反向：截止 → 灯不亮
（P-N结：电子流动的“单行道”）
二、新型材料特性对比
材料关键词应用举例 半导体可控导电 LED灯、芯片超导体 零电阻 磁悬浮、核聚变石墨烯 超薄、强韧 柔性屏、电池银纳米线透光、可弯折叠屏、触控屏
三、中国力量：从“追赶”到“领跑”
→ 超导研究：自主攻关，世界领先
→ 科技强国：你我皆可参与
教学反思
成功之处
1. 以“神秘盒子”导入，成功激发学生好奇心，课堂氛围活跃，学生参与度高。
2. 实验与视频结合，有效化解“单向导电性”这一抽象难点，学生理解深刻。
3. “科普写作”任务设计巧妙，既锻炼表达，又渗透家国情怀教育，实现了知行合一。
不足之处
1. 部分小组在写作时内容重复，需加强差异化指导，可提前提供不同角度范文。
2. 超导材料的微观原理虽已简化，仍有少数学生表示“听不懂”，后续可增加类比模型（如“电子滑梯”）进一步降维。
3. 时间分配略紧，成果展示环节未能让所有小组发言，下次可预留2分钟进行快速轮展。

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