资源简介

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《跨学科实践活动10 调查我国航天科技领域中新型材料、新型能源的利用》
1. 宏观辨识与微观探析：能列举我国航天工程（如长征火箭、空间站、月球车）中使用的1-2种代表性新型材料（如耐高温合金、碳纤维复合材料、特种陶瓷）和新型能源（如太阳能电池、燃料电池），并能从物质组成、结构与性质的视角，初步解释其在特定航天环境下（高温、低温、强辐射、真空）应用的科学依据。
2. 证据推理与模型认知：能通过收集和分析图文、视频等多模态资料，提取证据，归纳出航天材料、能源所具备的核心特性（如轻质高强、耐极端环境、高效转换）。能基于“性质决定用途”的模型，对航天器部件所采用的材料或能源形式进行合理性推理。
3. 科学探究与创新意识：经历“确定主题-信息检索-整理分析-成果呈现”的完整调查探究过程，初步学习从权威渠道获取、筛选、整合信息的方法。能基于航天需求，对材料或能源的性能提出创新性的改进设想或应用展望，绘制简单的“概念图”或撰写创意说明。
4. 科学态度与社会责任：在了解我国航天科技辉煌成就的过程中，增强民族自豪感和文化自信。深刻体会化学作为基础学科在服务国家重大战略需求、推动高新技术发展中的关键作用，激发投身科学、建设科技强国的志向。初步形成“科技发展需考虑资源、环境可持续性”的绿色发展观。
重点：了解我国航天领域应用的典型新型材料与能源；理解其特殊性质与航天极端环境需求之间的匹配关系；体验基于证据的调查与信息整合过程。
难点：从化学的分子、原子层面初步理解新型材料（如复合材料）的性能优势；辩证地认识航天科技发展与资源、环境的关系。
教师用：多媒体课件（含中国航天标志性成就视频剪辑、新型材料与能源的高清结构图/原理动画、相关新闻报道）、长征火箭模型（可选）、打印的“航天器部件任务卡”。
学生分组用（4-5人一组）：
信息工具：可连接互联网的平板电脑或机房电脑、笔记本、笔。
探究辅助：“太空任务书”（明确各组调查的具体方向，如“火箭发动机材料组”、“空间站能源组”、“月球车材料组”、“航天服材料组”）、“信息摘录卡”。
展示材料：A3海报纸、彩色记号笔、便利贴、剪刀、胶棒。
第一环节：天宫引航 · 情境导入 (设计时长：5分钟)
情境设计与操作：
1. 震撼开场：播放一段约90秒的混剪视频，内容涵盖长征火箭烈焰奔腾、直刺苍穹的发射瞬间，“天宫”空间站遨游星海的壮美画面，“嫦娥”探测器在月面巡游的影像，以及航天员舱内工作的场景。营造宏大、振奋的课堂氛围。
2. 焦点设问：视频结束，教师提问：“从地球到太空，从短期飞行到长期驻留，航天器要面对极度高温、严寒、强辐射、微流星撞击等极端‘魔鬼’环境。是什么在默默守护着这些大国重器和航天英雄的安全与使命？仅仅是精密的程序和强大的推力吗？”
3. 揭示课题：教师自答并引导：“在这些人类智慧结晶的‘筋骨’与‘血脉’中，蕴含着现代化学的非凡贡献——那就是层出不穷的新型材料与新型能源。今天，我们就组建数个‘航天科技情报局’，开展一项跨学科调查任务，揭秘化学如何铸就中国航天的钢铁之躯与澎湃之心。”
设计意图：以极具视觉冲击力和民族自豪感的航天影像快速凝聚学生注意力，激发探究兴趣。通过设置“极端环境如何应对”的焦点问题，将学生的思维从宏观成就引向对其背后物质基础的追问，自然切入化学视角，明确本实践活动的核心任务。
教师引导：“大国重器，材料为基，能源为脉。我们的调查任务即将开始，各‘情报小组’请领取你们的专属‘太空任务书’！”
第二环节：星海探新 · 定向调查 (设计时长：20分钟)
学生分组探究：
1. 任务部署：各小组抽取或由教师分配“太空任务书”，明确本组的调查聚焦点（例如：A组-火箭发动机与壳体材料；B组-空间站能源与温控材料；C组-月球车结构与车轮材料；D组-舱外航天服材料）。
2. 信息搜集与处理：
提供支架：教师提供预设的权威资料链接（如中国载人航天工程网、国家航天局官网相关科普栏目、知名科技媒体专题报道）及关键词建议（如“长征火箭 隔热材料”、“空间站 柔性太阳翼”、“嫦娥 月球车 复合材料”、“航天服 聚氨酯”）。
小组活动：学生扮演“科技情报员”，在指定资源范围内，分工合作，检索、阅读、筛选信息。使用“信息摘录卡”记录：① 找到了什么新型材料或能源？（名称）② 它用在哪个部位？③ 它需要应对怎样的极端环境或特殊要求？（如高温、低温、减重、防辐射）④ 它凭借什么独特的化学组成或物理/化学性质满足了要求？（如耐高温、高比强度、高效光电转换）。
3. 初步整合：组内交流摘录的信息，尝试用简洁的语言，围绕“任务需求-材料/能源特性”的逻辑线进行梳理。
设计意图：这是实践活动的核心探究环节。通过赋予具体、真实的调查任务，驱动学生进行目的明确的信息搜集与处理。“任务书”和“信息摘录卡”提供了清晰的结构化支架，帮助学生聚焦关键信息，避免在信息海洋中迷失。此过程重点培养学生从多源非连续文本中提取、筛选、整合信息的能力，这是信息时代的关键素养。
过渡设计：“各小组已获取了大量‘情报’。如何将这些零散的信息碎片，整合成一份清晰、有力的‘调查报告’，向‘总部’（全班同学）汇报我们的发现，并阐明其中的化学智慧？”
第三环节：智汇苍穹 · 成果构建 (设计时长：12分钟)
成果制作与教师指导：
1. 构建认知模型：教师引导各小组，以“性质决定用途”为核心模型，将调查成果进行可视化呈现。建议形式：制作一张小型海报，内容需包含——醒目标题（如“守护‘胖五’心脏的隔热奥秘”）、核心材料/能源名称与图片、应对的环境挑战、关键性质（用关键词突出）、简单的原理阐释或结构示意图。
2. 深化化学理解：教师巡回指导，针对各小组的初步发现，提出深化问题。例如，对调查“碳纤维复合材料”的小组，可追问：“为什么碳纤维和树脂结合后，能获得‘1+1>2’的性能？”（初步引导至复合材料各组分取长补短的概念）。对调查“太阳能电池”的小组，可联系硅等半导体材料的光电效应。
3. 准备展示：各小组确定1-2名汇报人，梳理汇报要点（1-2分钟），准备向全班分享本组的“调查发现”。
设计意图：本环节促使学生对获取的信息进行深度加工和内化。制作海报是将信息转化为结构化知识的过程，强调“性质-用途”关系的建立，是对“证据推理与模型认知”素养的落实。教师的深度提问旨在将学生的认识从“是什么”引向初步的“为什么”，建立宏观性能与微观组成/结构的联系，体现化学学科本质。
过渡设计：“精彩发现，值得分享！让我们进入‘航天科技发布会’环节，聆听各调查组的报告。请准备好，不仅要展示成果，还要接受‘现场专家’（老师和同学）的提问哦。”
第四环节：问道天工 · 发布交流 (设计时长：8分钟)
展示与辩证研讨：
1. 成果发布会：各小组依次展示海报，并进行限时汇报。汇报需聚焦“我们调查的对象是什么，它解决了什么难题，凭什么化学本领解决了这个难题”。
2. 互动与思辨：汇报后，设置提问环节。鼓励其他组同学和教师从不同角度提问，如：“这种材料有没有缺点或局限？”“除了航天，它还能用在哪些地方？”“制造或处理这种材料，会不会对环境有影响？”
3. 总结与升华：教师对学生的调查成果和讨论进行点评、总结。将各组的发现串联起来，勾勒出一幅相对完整的“中国航天材料与能源应用图谱”，并强调化学在其中的基础性、支撑性作用。
设计意图：通过模拟“科技发布会”，为学生提供公开展示、表达交流的平台，锻炼其逻辑思维与口头表达能力。互动提问环节旨在激发批判性思维和辩证思考，引导学生不仅看到科技的光辉，也思考其局限与代价，为下一环节的“绿色发展”讨论埋下伏笔。教师的总结起到画龙点睛、统整知识的作用。
过渡设计：“我们的调查揭示了化学助力航天梦想的辉煌篇章。然而，任何伟大征程都需望向更远的未来。立足当下，展望未来，航天科技的发展，特别是这些高性能材料和能源的研发与应用，如何与我们所生存的蓝色星球的可持续发展相协调？”
第五环节：创想未来 · 责任引领 (设计时长：5分钟)
应用与升华：
1. 绿色航天展望：引导学生讨论：① 航天材料（如某些复合材料）的回收再利用挑战。② 航天能源（如太阳能的无限性）的环保优势。③ 航天科技“反哺”地面生活的例子（如特种材料民用、节能技术转化）。
2. 创意畅想：发起“我的未来航天材料/能源”创意接力。学生用一句话说出一个基于化学原理的未来航天创意设想（如“能够自我修复的飞船外壳材料”、“利用月壤制造燃料”）。教师给予鼓励性点评。
3. 课堂结语：总结本课，指出化学不仅是认识世界的工具，更是改造世界、创造美好未来的力量。我国航天科技的每一次突破，都凝聚着包括化学家、材料学家在内的无数科技工作者的智慧与汗水。鼓励学生将今天的惊叹与好奇，转化为明日探索科学与报效祖国的动力。
设计意图：将课堂从对现状的调查，引向对未来的思考与责任担当。讨论“绿色航天”旨在培养学生的可持续发展观和辩证思维。“创意畅想”活动保护并激发学生的想象力和创新意识。最后的结语将学科知识、科技成就、爱国主义与个人理想有机结合，实现科学态度与社会责任素养的升华。
跨学科实践10 调查我国航天科技中的新型材料与能源
（“航天科技情报局”调查报告会）
一、 为何调查？
背景：中国航天辉煌成就 —— 面临极端太空环境挑战
核心问题：化学如何提供“物质”支撑？（材料为骨，能源为血）
二、 调查什么？(按组别摘要)
组1：[火箭] 耐高温合金/陶瓷 → 抵御数千度烈焰
组2：[空间站] 柔性太阳翼/燃料电池 → 持续高效供能
组3：[月球车] 轻质复合材料/特种橡胶 → 轻量化、适应月壤
组4：[航天服] 特种纤维/聚氨酯涂层 → 维生、防护、灵活
三、 化学何为？
设计/合成具有特定组成、结构的新物质。
赋予物质：超强、超轻、超稳、超纯、高效转换等特性。
从分子、原子层面解决问题。
四、 走向何方？
趋势：更智能、更环保、可循环、天地两用。
责任：创新发展，绿色可持续。
志向：科技强国，有我一份。
1. 高视角与实落点结合：“天宫引航”以国家重大工程创设宏大情境，有效激发学习内驱力。“星海探新”通过具体的“任务书”和“信息摘录卡”将宏大主题拆解为可操作、有聚焦的小组探究任务，确保了实践活动的全员参与和深度发生，避免了情境“高开低走”。
2. 信息素养与化学观念双线培养：本课设计清晰地呈现出两条能力培养线索。明线是“信息检索、筛选、整合、呈现”的跨学科信息素养；暗线是贯穿始终的“基于环境需求分析物质性质”的化学学科思维。二者在调查活动中相互支撑、融为一体，共同服务于学生对“化学与社会”关系的深刻理解。
3. 从“成就揭秘”到“责任思辨”的认知升华：教学设计并未止步于对科技成就的科普性介绍。“问道天工”环节的辩证提问，特别是“创想未来”对绿色、可持续的引导，推动学生的思维从了解“已经做到的事”，转向思考“如何做得更好”以及“我可能做什么”，实现了情感态度价值观的有机渗透和深度引领。
4. 资源支架与生成空间的平衡：为学生提供权威的资料链接和关键词支架，是保证课堂效率、聚焦探究目标的关键。同时，在“成果构建”和“创意畅想”环节留有充分的开放空间，鼓励学生基于证据进行个性化表达和创新性思考，兼顾了学习的规范性与创造性。
教学设计总结：
本课以调查我国航天材料与能源为项目主线，引导学生从化学视角解构国家重大科技成就。学生在“搜集-整合-发布-思辨”的实践中，深化“性质决定用途”的学科观念，体验信息处理与模型构建，感受化学的支撑价值，最终将民族自豪感、科技好奇心内化为未来发展的责任与志向。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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