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苏教版小学科学三年级上册第五单元《材料的演变》
第20课《纳米材料》详细教学设计
一、活动主题
未来厅——小身材，大本领：走进神奇的纳米世界
二、课程标准依据
本教学设计严格遵循《义务教育科学课程标准（2022年版）》与《义务教育课程方案（2022年版）》的指导思想。
1.核心概念：对应“1.物质的结构与性质”中的“1.1 物质具有一定的特性与功能”，并初步渗透“18.技术、工程与社会”及“13.工程设计与物化”中关于新材料与科技创新的内容。
2.学习内容与要求：3-4年级学生应能“知道一些新材料（如纳米材料）及其简单应用”。本课旨在引导学生初步认识纳米材料，了解其特殊性能及在生活中的应用，感受材料科学的前沿发展。
3.课程理念：坚持素养导向，强化学科实践。通过创设“未来厅”策展的科幻情境，引导学生通过观察、比较、资料分析等探究方法，感知纳米材料的“小尺度”与“大性能”，理解科技发展如何创造新材料以解决新问题，激发对前沿科技的好奇心和探索欲。
三、教材分析
本课是苏教版三年级上册第五单元《材料的演变》的第4课，也是本单元的最后一课。教材在学生学习了天然材料、人造材料（如纺织、建筑材料）的基础上，引入“纳米材料”这一前沿科技领域的概念。教材通常通过介绍纳米尺度、纳米材料的特殊性能（如疏水性、抗菌性等）及其在服装、涂料、医疗等领域的应用实例，让学生感知材料科学的最新发展。本课是单元学习的升华，旨在拓宽学生视野，理解材料演变永无止境，科技发展不断创造新的可能，培养学生的创新意识和对未来科技的兴趣。
四、教学目标
1.科学观念：知道纳米是一个极小的长度单位；了解纳米材料具有一些特殊性能（如超疏水、自清洁、抗菌等）；知道纳米材料在生活中有一些应用（如纳米服装、纳米涂料、纳米口罩等）。
2.科学思维：能通过对比观察（如荷叶效应与纳米布料），初步感知纳米材料的特殊性能；能基于图文资料，简单分析纳米材料的特性与其用途之间的关系。
3.探究实践：能在教师引导下，进行简单的对比观察实验（如滴水实验），描述现象并尝试解释；能通过查阅图文资料、小组讨论，收集和整理关于纳米材料应用的信息。
4.态度责任：感受纳米科技的神奇与魅力，激发对前沿科学技术的兴趣和好奇心；了解我国在纳米科技领域取得的一些成就，增强民族自豪感和科技自信；初步树立“科技改变生活，创新引领未来”的科学价值观。
五、教学重难点
1.教学重点：初步建立“纳米”是极小尺度的概念；了解纳米材料的一些特殊性能及其简单应用。
2.教学难点：理解“纳米尺度”的抽象性；初步建立“结构决定性能，性能决定用途”的材料学基本观念在纳米尺度的体现。
六、教学准备
1.教师准备：多媒体课件（含“材料时光博物馆·未来厅”策展任务书、纳米尺度对比图/动画视频、荷叶效应视频、纳米材料应用图片/实物（如纳米布料样品、有纳米涂层的眼镜布或手机膜）、普通布料、滴管、水、学习任务单、策展人星级评价表）。
2.学生准备：铅笔、彩笔。
七、教学过程
（一）情境导入，展望未来材料
教师活动：
“各位‘材料时光博物馆’的未来策展师们，经过前面三厅的探索，我们穿越了材料的‘起源’、装扮了‘霓裳’、构筑了‘家园’。今天，我们将走进最激动人心的展厅——‘未来厅’！（展示课件，呈现充满科技感的未来城市、智能服装、新型医疗器械等图片）未来的世界，材料会变成什么样？会不会有能自我修复的衣服？会不会有比钢铁还坚硬却像羽毛一样轻的材料？科学家们已经在微观世界里找到了答案——那就是神奇的纳米材料！它虽然‘小’到肉眼根本看不见，却拥有令人惊叹的‘大’本领。今天，我们的终极策展挑战就是：**为‘未来厅’策划‘纳米材料奇幻展’，揭开纳米世界的神秘面纱！**大家准备好进入这个微观的巨人世界了吗？”
学生活动：
观看充满未来感的图片，被“纳米”这一新奇概念吸引，明确本节课充满挑战和趣味的探索任务。
设计理念： 延续单元大情境，自然引出本课主题。通过设问和充满视觉冲击力的图片，激发学生对未来材料和纳米世界的好奇心与探索欲，为后续学习营造浓厚的科幻氛围。
（二）探究活动一：认识“纳米”——有多小？
教师活动：
“要认识纳米材料，首先要明白‘纳米’到底有多小。我们的头发丝已经很细了，但它的直径大约有5万到10万纳米。（展示头发丝与纳米尺度的对比图）1纳米只有十亿分之一米！如果我们把一个苹果放大到地球那么大，那么1纳米大概就像这个苹果上的一颗小樱桃。这么小的尺度，我们的眼睛是绝对看不到的，需要借助像扫描隧道显微镜这样的超级‘眼睛’。” （播放一段简短的动画，展示从宏观物体不断放大，直到看到原子、分子，最后定位到纳米尺度的过程。） “在纳米尺度下，材料的性质可能会发生奇妙的变化。这就是纳米材料的神奇之处。请大家完成《学习任务单》第一部分：用你自己的话，或者画一画，来描述一下你对‘纳米有多小’的理解。”
学生活动：
（1）观看对比图和动画，直观感受纳米尺度的微小。
（2）尝试用自己的语言或图画描述对“纳米”尺度大小的理解，记录在任务单上。
（3）分享交流，用比喻等方式形象化地表达“纳米”的微小。
设计理念： 将抽象的“纳米尺度”概念具体化、形象化。通过对比、比喻和动画演示，帮助学生建立直观的认知，化解教学难点。体现“自主学习”，鼓励学生用自己的方式理解和表达。
教学评一体化： 结合“策展人星级评价表（活动4）”中“概念理解”维度，对学生能否用形象的方式描述纳米尺度进行评价。
（三）探究活动二：发现纳米之“奇”——以荷叶为例
教师活动：
“纳米世界虽然小，但它的‘本领’可一点都不小！大自然早就给了我们启示。（展示荷叶图片或实物）大家观察过雨后的荷叶吗？水珠在荷叶上是什么样子的？” （引导学生回忆或描述：水珠是一颗颗滚动的，不会散开浸湿荷叶。） “对，这就是著名的‘荷叶效应’。科学家们通过显微镜发现，荷叶表面有无数个纳米级的小突起，这些突起让水珠无法‘抓住’荷叶，只能滚落，同时还带走了灰尘，让荷叶总是干干净净。这就是纳米结构带来的‘超疏水’和‘自清洁’功能！” “现在，让我们化身‘仿生学家’，做一个对比实验。每个小组有两块布：一块是普通棉布，另一块是经过纳米技术处理的布料。请用滴管分别在两块布上滴一滴水，仔细观察水珠的形状和布料被浸湿的情况，把你们的发现记录在任务单上。” （巡视指导，引导学生重点观察：普通布上的水很快摊开、浸湿；纳米布上的水呈水珠状，滚动后布料仍是干的。） “哪个小组来汇报你们的‘重大发现’？这说明了什么？” （引导学生总结：纳米布料像荷叶一样，具有疏水、不沾水的特性。进而点明：科学家模仿荷叶的纳米结构，制造出了具有类似功能的人造材料。）
学生活动：
（1）观察荷叶图片或实物，聆听教师讲解，理解“荷叶效应”及其背后的纳米原理。
（2）小组合作，进行普通布料与纳米布料的滴水对比实验。
（3）仔细观察并记录实验现象，分析纳米布料的特性。
（4）分享交流实验发现，在教师引导下理解“仿生学”与纳米材料设计的关系。
设计理念： 体现“探究学习”和“合作学习”。从学生熟悉的自然现象（荷叶滴水）入手，引出纳米结构的奇妙性能。通过简单的对比实验，让学生亲手验证纳米材料的特性，将抽象的性能转化为直观可感的现象，符合三年级学生的认知特点。渗透“仿生学”思想，体现科学与自然的联系。
教学评一体化： 结合“策展人星级评价表（活动4）”中“实验观察”与“现象分析”维度，对学生的实验操作规范性、观察细致度和结论归纳能力进行评价。
（四）探究活动三：畅想纳米之“用”——改变生活
教师活动：
“拥有了疏水、自清洁的本领，纳米材料就能大显身手了！它已经悄悄走进了我们的生活。（展示一组纳米材料应用图片或实物：防水防污的服装、自清洁玻璃、抗菌纳米口罩、纳米涂料、纳米药物等）” “请各小组化身‘纳米应用侦察兵’，根据老师提供的图文资料包，选择1-2种你们最感兴趣的纳米材料应用，讨论并完成任务单第三部分：它用在了哪里？利用了纳米材料的什么‘本领’？给我们的生活带来了什么改变？” （提供图文资料，巡视指导小组讨论。） “侦察兵们，快来分享你们的侦察成果吧！比如，纳米口罩和普通口罩有什么不同？” （引导学生说出：纳米口罩的纤维更细密，能有效阻隔更小的细菌和病毒，防护效果更好。） “还有哪些令人惊叹的应用？比如，利用纳米材料制造的‘碳纳米管’，强度是钢铁的100倍，重量却只有其六分之一，未来可能用于建造太空电梯！” “我们国家在纳米科技领域也取得了世界瞩目的成就，比如在纳米催化、纳米药物输送等方面都处于领先地位。这就是科技创新的力量！”
学生活动：
（1）观看纳米材料应用的图片或实物，感受其广泛用途。
（2）小组合作，阅读分析图文资料，选择感兴趣的应用进行讨论。
（3）记录讨论结果，建立“材料特性-应用领域-生活改变”的初步联系。
（4）分享交流，了解更多的纳米应用实例和我国的相关成就。
设计理念： 体现“合作学习”和资料分析能力培养。通过提供丰富的图文资料，引导学生自主搜集、整理信息，将纳米材料的特性与具体应用联系起来，理解科技如何服务生活。引入我国科技成就，自然进行爱国主义教育和科学精神熏陶。
跨学科融合： 可适当联系语文（资料阅读与信息提取）、美术（设计未来纳米产品草图）。
（五）总结升华，策展未来与寄语
教师活动：
“同学们，今天的‘未来厅’探索之旅真是太精彩了！我们认识了小到极致的‘纳米’，发现了它从荷叶那里获得的灵感，更看到了它如何以巨大的‘本领’改变我们的衣食住行乃至医疗、航天。” “现在，我们可以充满信心地为‘材料时光博物馆’的‘未来厅’布展了！从远古的天然材料，到不断改良的人造材料，再到今天能‘定制性能’的纳米材料，材料的演变史，就是一部人类不断认识自然、学习自然、超越自然的创新史！” “作为未来的主人，你们也许就是下一个发现或发明革命性新材料的人。也许未来会有能感知情绪而变色的‘心情布料’，能吸收污染并净化空气的‘生态墙壁’，甚至能直接在体内修复组织的‘智能纳米机器人’……一切皆有可能！” “我们的‘材料科学实验室’开放日系列策展活动到此圆满落幕！但科学的探索永无止境。希望你们永远保持今天这份对未知世界的好奇心，像科学家一样去观察、去思考、去创造，用智慧和汗水，共同绘制更加美好的未来材料图景！”
学生活动：
回顾整个单元的探索历程，理解材料演变的脉络和科技创新的意义。完成学习任务单，畅想未来纳米材料的可能应用，情感得到升华，树立科学志向。
设计理念： 总结本课核心，并回顾整个单元，将“材料的演变”主题升华到人类科技创新史的高度。通过畅想未来，激发学生的想象力和创新意识。结尾充满激励和展望，将科学知识学习与科学精神、社会责任感的培养融为一体，完美收官单元学习。
八、作业设计
1.基础作业（必做）：“家庭纳米侦察员”。在家里找一找，有没有标有“纳米”字样或宣称使用了纳米技术的产品（如某些衣物、清洁剂、涂料等），观察或了解一下它有什么特别的功能。
2.提升作业（选做）：“未来纳米设计师”。展开想象，画一幅“未来的纳米产品”设计图（如纳米医疗机器人、纳米环保房屋等），并简单标注它可能具有的特殊功能。
3.拓展作业（挑战）：“中国纳米成就小调查”。通过网络或书籍，查找一项我国科学家在纳米科技领域取得的重要成就或突破，制作成一张简单的“科技成就卡”。
九、教学反思
本课作为单元结尾，成功营造了探索未来科技的氛围。“纳米尺度”的引入通过形象比喻和动画变得易于理解。“荷叶效应”和滴水实验的设计，巧妙地将纳米材料的抽象特性转化为学生可观察、可操作的直观现象，符合三年级学生的认知水平。小组讨论纳米应用环节，有效拓展了学生的视野，并自然融入了国情教育。整个教学设计紧扣“神奇”与“应用”两个关键词，激发了学生对前沿科学的浓厚兴趣。需要注意的是，对于“纳米结构改变性能”的微观机理不宜过度深究，保持在本学段“知道其存在和效果”的认知层面即可。教学中应鼓励学生大胆想象，保护他们的好奇心和创造力。
《学习任务单》——未来厅纳米材料探秘员
班级：__________ 姓名：__________ 探秘员编号：__________
任务一：认识“纳米”——它到底有多小？
看了老师的讲解和动画，请用你的方式描述或画出“纳米”有多小。 （可以写一句话，也可以画一幅简单的对比图） 我认为1纳米就像：______________________________________________________ （例如：就像把一粒小米放在足球场上那么不起眼）
任务二：实验发现——纳米材料的神奇本领
对比实验：在普通布料和纳米布料上各滴一滴水，仔细观察。
普通 布料
纳米 布料
实验结论：纳米布料具有像______一样的本领，叫做______（如：超疏水、不沾水）。
任务三：应用侦察——纳米材料改变生活
小组讨论，选择1-2种纳米材料的应用，完成下表。
例子：纳米口罩 医疗防护 纤维更细，能阻挡更小的病毒细菌 防护效果更好，更安全
1.
2.
任务四：畅想未来——我的纳米创意
如果未来你可以发明一种纳米材料或产品，你希望它是什么？它有什么神奇的本领？
我的未来纳米创意名称：__________________________________________
它的神奇本领：_________________________________________________ （可以简单画一画它的样子）
探秘员自我评价：
今天我认识了神奇的纳米世界，我的观察和思考可以得（ ）颗星！我对未来材料科学（非常感兴趣 / 有点兴趣 / 还想了解更多）。☆☆☆
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
21世纪教育网(www.21cnjy.com)

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