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最新消息| STEAM案例|材料性能測試——以雨傘的遮風擋雨性測試 | 2023-02-21 |
| 文章来源：由「百度新聞」平台非商業用途取用"https://new.qq.com/rain/a/20221227A06OCD00" 課程背景與目標：納米材料是一種由直徑1~50納米(1納米=10°米)的極小微粒所構成的固體新型材料。許多材料達到納米級時，會產生意想不到的光、電、磁、熱等方面的性質，通常具有高強度、高韌性、高比熱、高膨脹率、高電導率等特性，有極強的電磁波吸收能力。事實上，21世紀可以說是材料，尤其是新材料的世紀。并不僅僅是納米材料，各種材料在不同狀態下性能方面的不同表現可以決定一項工程、一項發明的成敗，從而影響整個人類文明的發展。因此，了解材料的性能，恰當地使用材料就成為非常重要的課題。材料性能學指出，分析材料性能可以從表征(規律)、機制、影響因素和測試四個方面進行。闡述每一種材料的性能時，要注重基本理論和工程應用的結合，并注意不同材料的共性和個性，這樣才能完整地表現一種特定的材料。測試是其中重要的一環。本課程通過讓三年級學生了解材料性能的概念，熟悉科學家進行科學實驗的方法，培養學生對運用工具、記錄數據，并最終得出科學結論的完整過程的認識。同時，鼓勵學生在動手實踐中深入感受和理解有關概念。課程領域：工程、物理、藝術建議年級：三年級建議時間：145分鐘課程任務：學習科學家進行實驗的基本方法，引發學習科學的興趣，嘗試運用文字記錄實驗數據和實驗現象，并做出分析。教學過程一、導入(15分鐘)1.簡述材料性能的概念，詢問學生對材料性能的認識(10分鐘)材料的性能可分為兩類。一類是特征性能，屬于材料本身固有的性質，常見的性能包括熱學性能(熱容、熱導率、熔點、沸點等)、力學性能(拉伸強度、抗沖強度等)、電學性能(電導率、電阻率、擊穿電壓等)、磁學性能(鐵磁性)、光學性能(光的反射、折射、吸收、透射以及發光、熒光等)、化學性能(如耐腐蝕性等)。另一類是功能物性，指在一定條件下和一定限度內對材料施加某種作用時，材料將這種作用轉化為另一形式功能的性質，包括熱-電轉換性能、光-熱轉換性能、光-電轉換性能、力-電轉換性能、磁-光轉換性能、電-光轉換性能、聲-光轉換性能等，它們主要用于能量轉換。2.簡單介紹材料性能中的透性(5分鐘)?透性也叫通透性，是指某形態的物質或結構具有允許某些物質的分子、離子透過的性質或程度。透性的好壞取決于物體的致密程度是否允許分子或離子在短時間內穿透過去。以水分子為例，水分子彼此之間有很強的氫鍵作用，使得其具有一定的黏性和張力作用，這使得水并不容易通過細小的孔洞。需要強調的是，許多物體只是短時間內透性不好，在一定的時間內，其他分子或離子能穿透過去。所以判斷物體的透性需要實驗驗證。二、任務執行與反思(130分鐘)(一)第一個任務的執行與反思(65分鐘)1.出示任務和評價量規(10分鐘)(1)任務：測定給定的幾種很薄的物質材料的透性，學生設計實驗，制定評價標準，完成實驗，并列出結果。(2)材料：水、移液器、會圖紙、報紙、各種材料的織物(如絲綢、棉布、人造纖維布等)、蠟紙、塑料薄膜、毛莨、手工棒、剪刀、膠水、膠帶。(3)透性實驗評價量規2.教師繼續提問(10分鐘)各組以什麼作為測量透性的評價標準?小組對測試材料要進行什麼準備?例如，是否需要進行必要的形變或者其他處理？哪些變量是需要嚴格控制以保證實驗結果的可靠性的?例如，溫度以及其他因素？大家覺得怎樣用圖表來表示實驗結果?哪些數據是必須要記錄的?你覺得是否還需要其他測量工具以使測量更加準確?提問后，給少量時間讓各小組進行溝通和準備。每個人都要寫出自己的想法和實驗計劃，然后小組討論執行什麼樣的實驗計劃。3.執行任務(20分鐘)正式執行制作任務,教師要求學生依照評價量規思考以下問題。你的預測是什麼?你們小組的預測是什麼?怎樣用一句話或者簡短的文字概括？你的設計是什麼?你們小組的設計是什麼?請分步驟敘述。你們小組以什麼作為測量透性的評價標準?你認為實驗執行的時候應該注意哪些點?如果要進行多次實驗，而使用的材料有限，有什麼事項是需要注意的？你們認為觀察到的結果該如何列入圖表?是否在實驗前就設計了這樣的表格和圖的框架?你們的框架包括了哪些內容?為何如此設計?小組分工如何?4.總結和反思(25分鐘)全部小組完成實驗后，教師組織學生討論。你們組是怎么分工的?最終哪種材料的透性最好?哪種最差?如果要制作雨傘或者其他雨具，透性最差的那種材料是否是最佳的選擇?為什麼?除了透性，還有什麼因素是應當考慮的?材料科學家應該用哪種方式描述他們的研究過程和結果?(二)第二個任務的執行與反思(65分鐘)1.出示任務和評價量規(10分鐘)(1)任務：要求學生選擇透性最佳材料制作一把雨傘，在制作之后寫一句廣告詞來介紹雨傘的性能。(2)材料：水、移液器、繪圖紙、報紙、各種材料的織物、蠟紙、塑料薄膜、毛莨、手工棒、剪刀、膠水、膠帶。(3)評價量規：雨傘制作評價量規2.教師繼續提問(10分鐘)雨傘的傘骨有什麼特點?雨傘是如何保證張開之后傘骨和傘骨之間的距離相等的?這些特點我們是否容易借鑒?你們設計的雨傘是否能經受較大的雨水從上向下的沖擊?如果不能，怎樣解決這個問題?提問后，給少量時間讓各小組進行溝通和準備。每個人都要寫出自己的想法和設計，然后小組討論使用哪種設計、如何撰寫說明書，以及以什麼樣的形式呈現說明書。3.執行任務(20分鐘)正式執行制作任務，教師要求學生依照評價量規思考以下問題。你們小組制作的雨傘，傘面選取了什麼材料?為什麼這樣選擇?除了透性，你們還對哪些問題進行了思考?得出了什麼結論或者遇到了什麼問題?你們認為雨傘制作的難點在哪里?是否可以通過改進設計解決這些問題?小組分工如何?4.總結和反思(25分鐘)全部小組完成實驗后，教師組織學生討論。如果將雨傘改成遮陽傘，你覺得需要進行哪些調整?為什麼?如果要制作可重復利用的雨衣，你覺得哪種材料合適?需要從幾個方面進行考慮?為什麼?(例如，可從透水性、透氣性、彎折疲勞性、材料強度等方面進行考慮。)如果有一天我們要成立公司，通過制作雨傘來贏利，你覺得還有哪些方面是需要繼續調查和實驗的?為什麼?文章來源：《美國STEM課例設計》作者：陳如平、李佩寧轉自：STEAM教師 關鍵字標籤：自動傘購買 |
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