飞机制造 强国有我——基于STEM理念的 “金属材料”教学设计.pdf

炫动漫文创教育 85 飞机制造 强国有我-基于 STEM 理念的“金属材料”教学设计温小红深圳市福永中学 广东 深圳 518103一、大单元教学整体分析 地位作用 新课标建议围绕学科核心概念组织教学，改变碎片化、割裂的教学倾向。在“金属材料”的上位核心概念“物质的性质与应用”的统摄下，指向金属材料次级核心概念来开展整体教学。使学生形成知识间纵向向上的联系，而且能从宏观和微观的不同视角理解物质的性质。同时在主题情境中，学生能在形成的科学观念、培养的科学思维和大概念视角下解决新的问题，将知识转化为能力。1.课标要求 课标解读 对比 2011 版及 2022 年版的课标，从主题内容上看，在新课表中增多了“金属材料”在一级主题化学与社会.跨学科实践中的体现，体现在化学、技术、工程融合解决学科问题的思路与方法。从学生要求看，增多以下表述：通过对物质的共性和差异性认识一类物质性质的方法；以及能基于真实问题情境，初步分析和解决相关的综合问题。从情境素材看，等多了航空航天的情境建议。2教材分析 教材内容 “金属材料”是化学（九年级）上册（人教版）第八单元课题 1 的内容，包括金属的共同物理性质、性质决定用途、金属材料包括纯金属和合金等三部分内容。地位作用 从教材顺序看，金属材料在学习物质空气、自然界中的水、碳和碳的氧化物等物质之后，进阶到从类的角度认识物质。也为本单元金属的化学性质、金属资源的利用和保护埋下兴趣及探究的种子。在目前学校一线教学中，往往将本节课内容一带而过，忽略了让学生在了解金属材料的过程中树立“物质性质决定用途”的观念和认识金属材料的科学利用的意识。在学校教育中，将学科前沿知识与其他学科知识整合实施 STEM 教育，有助于发展学生的跨学科素养。C919 飞机上应用的金属材料属于前沿性科学知识，可以在当前跨学科的课程理念背景下从 STEM 视角深入探讨“金属材料”的教学。3STEM 理念分析（1）创设真实情境。情境是 STEM 教育重要而又意义的组成部分，情境素材的选择与问题解决，可以让学生体验真实的生活，获得社会性成长。根据金属材料内容的特点，本次教学选取了“C919 国产大飞机的金属材料”作为支点和教学情境，从化学家、技术员和工程师三种视角出发设置多项真实情境问题，以激发学生的积极思维。（2）跨学科整合科学 S：从结构上分析金属具有共性的原因；通过实验探究合金具有更优良的特性。技术（T）：从技术层面分析金属特性及其在生活中的应用。工程（E）：飞机上各个部位的金属材料如何选用数学（M）：通过 C919 订单计算钛合金的需求量（3）培养问题解决能力问题解决能力是学生发展“实践创新”核心素养的基本要点，也是 STEM 教育培养的关键能力。倡导学生在情境中，整合科学、技术、工程、数学等领域的知识与技能合理而有效地解决问题。学生在问题解决过程中明晰金属材料的科学利用。3教学现状分析3.1 学情分析困难障碍：学生自身的知识储备量不足，而对真实的、综合的问题往往无从下手。解决方式：（1）将学习目标拆解为几个次一级的子目标，通过子目标的实现使问题获得解决；（2）通过每个环节任务的完成逐步让学生了解、掌握应用金属材料的性质，最终解决课堂提出的主问题。发展需求：对“性质决定用途”的化学观念，应用科学、技术、工程融合解决问题的思路以及从不同角度评价实际问题的能力都得到较大的发展。3.2 文献分析 文献归纳 在己有的文献和教学实践中，教师在该主题的教学中注重将金属材料这节课与生活实际相关联，将知识生活化、具体化。但是关于跨学科融合、基XUANDONGMAN文创教育 86 于 STEM 教育理念的教学设计还比较少。核心理念和创新点 本研究以“金属材料”内容为例，提出基于 STEM 教育理念的初中化学“金属材料”的教学。强调跨学科的整合，在真实情境下指向问题解决能力的培养。4教学目标与评价目标4.1 规划（纵向）单元过程目标新课标建议围绕学科核心概念组织教学，改变碎片化、割裂的教学倾向。在“金属材料”的上位核心概念“物质的性质与应用”的统摄下，指向金属材料次级核心概念来开展整体教学。使学生形成知识间纵向向上的联系，而且能从宏观和微观的不同视角理解物质的性质。同时在主题情境中，学生能在形成的科学观念、培养的科学思维和大概念视角下解决新的问题，将知识转化为能力。4.2 确定课时教学目标依据单元过程目标规划及本节教学内容特点，该节课时目标为：通过“化学家眼中的金属材料”了解金属单质的构成，发展微粒观。并学用应用物质构成的化学观念了解金属共性，深化“物质结构决定性质”的化学观念。通过“技术员眼中的金属材料”，完成一系列真实情境下的任务，依据金属材料的性质分析和评价金属材料的实际应用。以飞机制造为情境，从工程师的视角选择飞机各部位的材料，培养工程思维。并能基于“性质决定用途”初步分析和解决生产生活中相关的综合问题。（4）思考科学、技术和工程的关系，综合运用化学、数学等学科知识解决问题，发展对化学学科的兴趣。结合我国自主研发大飞机这一事件增强民族自豪感和社会责任感。二、大单元教学结构设计4.4 具体教学流程（如表 1）三、大单元教学具体实施教学设计与实施情况环节活动与问题链教学评价环节一：设计情境，引 出问题 活动 11.观看一个视频，让学生感受我们祖国的强大！一是突破了美国对中国的技术封锁，二是展示了中国的科技创新能力。提出问题，一代飞机一代材料，飞机制造应用哪些金属材料？评价活动 1（师生）评价学生在已有生活经验中知道的制造飞机的金属材料的水平层次：水平 1：铁；水平 2：铁、铝等合金；水平 3：铁、铝、钛合金等。炫动漫文创教育 87 环节二：化 学 家 眼中 的 金 属材料 活动 21.观察 C919 模型，思考外壳材质。对比不同金属实物，总结金属共同的物理性质。通过阅读铝合金资料卡片，让学生自主总结什么是合金以及合金的性能特点。实验探究，比较合金与纯金属性质的差异？演示实验，比较合金与纯金属性质的差异。评价活动 2（师生）评价学生提取信息、总结归纳的的水平层次：水平 1：总结部分金属的物理性质及合金的性质特点；水平 2：总结完整的金属的物理性及部分合金的性质特点优点；水平 3：较完整的总结金属的物理性及合金的性质特点优点。学生学习表现 1.制造飞机的金属材料 2.金属的共同物理性质 3.结构决定性质4.总结合金的组成、性能特点。环节三：技 术 员 眼中 的 金 属材料 活动 31.找金属特有物理性质，并联想在飞机中的应用？银的导电性比铜好，为什么技术员用铜制电线？阅读资料卡片，两种铁合金，在飞机制造中哪种更适合选用？评价活动 3（师生）评价学生应用模型的水平层次：水平 1：能解释用铜做导线的原因，不能辨析两种铁合金；水平 2：能多方面联想不同金属在飞机中的应用，能解释用铜做导线的原因，不能辨析两种铁合金；水平 3：能多方面联想不同金属在飞机中的应用，能解释用铜做导线的原因，能辨析两种铁合金；学生学习表现 学生查阅资料，回答问题。环 节 四：工 程 师 眼中 的 金 属材料 活动 41.制造飞机的材料应该有什么特点？2.讨论飞机各部位选用不同金属材料的原因？3.定制 C919 飞机 1000 架，需钛合金的总量多少？评价活动 4（师生）评价学生应用模型的水平层次：水平 1：能解释用铜做导线的原因，不能辨析两种铁合金；水平 2：能多方面联想不同金属在飞机中的应用，能解释用铜做导线的原因，不能辨析两种铁合金；水平 3：能多方面联想不同金属在飞机中的应用，能解释用铜做导线的原因，能辨析两种铁合金；1.飞机金属材料的特点 2.选用不同金属材料的原因 3.计算钛合金总量四、大单元教学实践反思1.基于 STEM 理念的设计，学生对于生产生活中应用金属材料的知识兴趣明显增强，愿意积极主动地去了解生产生活中金属材料的应用；2.本次教学仅仅通过观察学生的表现评测教学效果，后续还可设计更全面的评测方式，甚至进行延时评测，以检验基于 STEM 教育理念的教学效果。参考文献1 卢珊珊 毕毕林.“相对原子质量”教学重点的确定与课堂教学研究.化学教育.2012 第 9 期2 贾少鹏 陈丹.科学史在定义类概念建构中的有效运用以相对原子质量为例.中学化学.20193 沈涛涛.类比教学法在相对原子质量教学难点突破中的运用.课程篇.20124 陈伟新.利用化学史教学，培养学生的科学素养.以浙教版“相对原子质量”教学设计问题为例.课程与教学.