材料的性能与规划教学设计

6.2材料的性能与规划一、课标内容要求本章学习内容为第六章第二节第一模块的探究内容在产品设计过程中，材料的选择和性能是首先要考虑的问题。为了达到产品的特定性能，材料会成为设计方案中的重要因素。在设计项目中，学生应该学会认识一些常见材料的物理和化学性质、工作性质、美学品质、成本、以及常用的加工方法等。随着科技的进步，我们不仅要让学生学会知识，更要注重自身工业素养和核心技术的培养，要注重学生的创新思维和动手能力。只有充分认识材料，了解其性能，安全、科学、使用的材料，才能以设计出更加优秀的产品。学科核心素养根据课程标准内容，本节承载的学科核心素养主要是“物化能力”，应达到“水平1——能根据设计要求选择合适的材料，了解常用材料的属性”和“水平2——能根据设计要求进行简单的技术试验，对材料进行性能测试，根据材料性能列出用料表；在实施设计方案过程中，能从环境、经济、社会、质量、美学等方面考虑材料的使用”。同时“材料的规划”这部分内容，也承载着“工程思维”的学科核心素养。三、学情分析学生能够准确区分木材、金属、塑料等常见材料，但对同类型不同材料的性能了解不足。学生的学习积极性很高，有较强的探究精神；但是在设计方案物化的过程中，对材料的选择和规划上，缺乏工程性思维。四、教学目标：1、按材料来源的不同，对材料进行正确的分类。2、掌握常用材料的基本性能。3、培养学生运用所学知识解决问题的能力。五、教学重点：1、材料的分类。2、根据材料的基本物理性能，正确选择材料，应用于设计。六、教学难点：根据材料的基本性能，正确选择材料，设计产品七、教学内容导入：课前活动，同学们观察电热水壶，不同部分由不同材料做成，想想原因，分析其材料的优缺点。新课讲授：案例分折：自行车的发展历史，结合自行车的发展历史，谈-一谈材料在产品设计中的重要性。在工程领城，-般将材料按化学成分

分为金属材料、无机非金属材料、有机高分子材料和复合材料四大类。木材、金属材料、塑料等都是常见的材料。

（一）木材木材是一种优良的造型材料，自古以来，它一直是最广泛最常用的传统材料，其自然、朴素的特性令人产生亲切感，被认为是最富于人性特征的材料。木材质轻，有天然的色泽和美丽的花纹，具有易于加工和涂饰、隔热与绝缘的特点。由天然木材制成的作品，纹理美观，自然淳朴。木材能够广泛应用的原因之一，是其具有较好的强度性能及优良的加工性能。材料的强度是指材料抵抗变形和断裂的能力。强度是评定材料质量的重要力学性能指标，是设计中选用材料的主要依据之一。根据受力种类的不同，分为抗压、抗拉、抗弯、抗剪等。活动一：探究木材的各向异性各向异性亦称“非均质性”，是指物体的全部或部分性能随方向的不同而各自表现出一定的差异的特性，即在不同的方向所测得的性能数值不同。仔细观察试验物品（两块衫木条），确定木条的纹理方向。然后徒手将木条掰断，比较两个木块所需要力量的大小。测试方向种类强度大小木材生长方向顺纹较大垂直于木材生长方向横纹较小思考：如何处理木材的“各向异性”？生活中有哪些常用木质材料？（二）金属材料金属材料指由纯金属或合金构成的材料，具有金属光泽，有良好的导热和导电性能，以及优良的力学性能和可加工性能。在现代工业社会，金属材料已成为现代产品设计中的一大主流材料。金属材料的力学性能主要包括强度、刚度、硬度等，-般以抗拉强度作为判别金属强度的指标。活动二：体验钢丝钳剪钢丝使用钢丝钳依次剪断相同粗细的铜丝、铁丝、钢丝，比较剪断不同材质的金属丝所用力的大小，观察剪切完金属丝后的钢丝钳刃口有无磨损。1.为什么用钢丝钳剪断粗细相同的不同材质的金属丝所用的力不同?2.为什么用钢丝钳可以剪断铁丝而钢丝钳的刃口却没有受到磨损?硬度是衡量金属材料软硬程度的一种性能指标，它直接影响材料的耐磨性和切削加工性。硬度往往和材料的耐磨性和耐久性联系在一起。-般情况下，材料的硬度越高，其耐磨性越好。车床、铣床上用于金属加工的刀具，其材料必须要有很高的强度和硬度。活动三：里氏硬度仪测量硬度演示实验使用硬度计测量铝合金板、黄铜板、铸铁板、不锈钢板的硬度，具体步骤如下:1.将需要测试的材料试样置于平坦、坚固的平面上，试样必须平稳放置，不得有任何晃动。2.按照硬度计说明书的操作步骤进行启动、加载、定位和测量。3.依次测量材料试样，读取硬度计上的数值，填人下表(每种材料测量3次,讨论：是不是硬度越大的材料越坚固?（三）塑料塑料是一种具有多种特性的材料。它原料来源广，性能优良(

质轻、具有绝缘性、耐腐蚀性等)，加工成型方便，具有装饰性，而且价格比较低廉，广泛应用于仪器、仪表、家用电器、包装及日常生活用品等各领域。塑料可分为热塑性塑料和热固性塑料。热塑性塑料是指在一定的温度范围内，能反复加热软化至熔融流动，冷却后能硬化成一定形状的塑料。热塑性塑料受热后可多次成型，废料可回收再利用。热固性塑料是指在初次成型后形状固化下来，不能再次热熔或软化的塑料。在隔热、耐磨、绝缘、耐高压电等恶劣环境中使用的塑料，大部分是热固性塑料。活动四：体验塑料的热塑性使用3d打印笔自由创造，体验塑料的热塑性。（四）新材料随着科技的不断发展，新材料也不断被研究制造出来。新材料是指新出现的具有优异性能或特殊功能的材料，或是传统材料改进后性能明显提高或产生新功能如超导材料、碳纤维、石墨烯、柔性玻璃、形状记忆合金等。任务五：探究形状记忆合金将由镍钛丝制成的曲别针进行任意变形（温馨提示：由于镍钛丝比较细，使其变形时不可用力去拉直，会破坏它的内部分子结构，导致其无法复原。），在杯子中准备一些热水，将变形后的曲别针放置到杯子中，观察试验对象的变化情况。参考步骤：手工变形→放入温水中→观察。讨论：使用形状记忆合金材料可以设计制作哪些产品?用来解决什么问题?任务六：组