用途广泛的金属材料教学设计发表日期：2008年6月27日 已经有495位读者读过此文黑龙江省佳木斯市第二中学 常桂平教学目标：知识与技能：掌握常见合金的重要用途；了解新型材料的性能与用途；初步学会正确选用金属材料。过程与方法：通过分组学习、查阅资料、采访调查、汇报交流等活动，培养学生综合实践能力。情感态度与价值观：通过综合实践活动，提高学生学习兴趣，培养学生的互助合作精神和社会责任感。教学重点、难点：常见合金的重要应用和金属材料的正确选用教学方法、手段：自学探究、汇报交流教学用具：资料、多媒体、录像机学习探究的过程：第一阶段：活动内容确定将本节的标题用途广泛的金属材料作为课题。然后，教师与学生共同研究教材，根据教材内容以及围绕金属材料的利用与社会发展的主线确定了三个方面的活动内容：一、常见合金的重要用途 二、新型金属材料 三、如何选用金属材料学生根据自己的兴趣自由选择题目，从而确定三个学习小组并选出每组的负责人。根据各组题目研究的内容，各小组对成员进行分工。第二阶段：资料收集利用课余时间，各小组针对相应的题目自己查找资料、图片、自己设计采访计划，并到有关部门进行调查采访。第三阶段：信息整理各组对收集、采访到的信息资料进行编辑、整理，制成必要的演示文稿、图片。教师则在整个过程中是一名组织者、引导者、参与者。第四阶段：成果汇报以小组单位进行成果汇报，实现资料共享 、知识共享，从而使每位同学对“用途广泛的金属材料”都有一个清晰、完整的认识。教师可针对各小组的汇报进行总结，并提出一些问题，强化学生对相关知识的掌握。（下面的部分主要是“成果汇报”阶段的教学组织过程。）汇报过程、内容引入课题【教师】经过一周的学习和调查，相信同学们都回有很大的收获。今天我将和同学们一起汇报交流、互相学习、使我们对用途广泛的金属材料有一个更加清晰、完整的认识。首先请吴一狄同学为大家介绍材料的发展（结合图片介绍，材料见附录）【教师】从介绍中我们了解到：材料的发展从一个侧面反映了时代的进步；金属材料的使用曾推动了生产力的发展。金属材料分为纯金属和合金。请问什麽是合金？【学生回答】【教师】合金有哪些优良性能？请举例说明。【学生回答】【教师】你知道合金在生活中有哪些用途吗？举例说明。【学生】结合实例说明（有的带来了实物）【教师】请出第一小组主持人。第一小组汇报【主持人】我们小组研究的课题是：常见合金的应用，我们小组主要通过对教材的学习以及上网查阅，得到以下材料，现在就请我组成员分别向大家汇报铜合金、钢和铝合金的相关知识。（介绍的同时播放图片，文字材料参见附录，）1、 铜合金2、 钢3、 铝合金【主持人】小结【教师】由第一小组的汇报我们知道不同成分的合金的性能不同、用途不同。问：铝是地壳中含量最多的金属，为什麽铜合金已使用5000年，铁已使用3000年，而铝才大量使用100多年呢？【学生回答】【教师】请出第二小组主持人。第二小组汇报【主持人】第二小组的课题是：新型金属材料和新型合金。首先我们为大家介绍新型金属材料。（介绍的同时播放图片，文字材料参见附录，主持人串联词略）1、 型金属（1）金属纤维（2）超导材料（3）磁性材料2、 新型合金（1）轻质合金（2）形状记忆合金（3）超耐热合金 （4）钛合金【主持人】简单介绍其它新型金属材料：储氢合金、减振合金、生物医学材料、智能材料、稀土金属等。【教师】第二小组的同学将我们带入了金属材料精彩而又神奇的世界，我在和同学们一起学习的过程中了解到：金属铝的光反射性能特别好。有这样一则设想：只要人们制作一个面积达几十平方千米的巨大反射镜，并在表面镀一层铝，把它发射到天空，就成了人造小月亮，通过它将太阳光反射到地面，可使地面夜晚亮度是农历十五的10100倍。到那时我们将不再有黑夜。希望我们的同学努力学习，将来实现这一设想。知道了金属的广泛用途，我们将如何选择材料呢？请出第三小组的主持人第三小组汇报【主持人】大家好，我们是进行社会调查的第三小组。我们根据课程要求“正确选用金属材料”做了一次采访。课题的主要内容就是门窗材料的选择，所以我们来到了主售装潢材料的千嬉大厦，现在就请大家观看我们在千嬉大厦里拍摄的小短片。（播放录像，主持人简单解说。）【学生发言】自主发言（第三组成员发言后其他同学参与发言）【主持人】总结选材依据【教师】第三小组同学的汇报让我们学会了选择材料。问：假设我们要制造货币或硬币，你认为可选择什麽金属？【学生】自由发言【教师】根据学生回答简单加以小结、说明。教师总结通过今天的汇报交流，同学们对用途广泛的金属材料有了更加清晰的认识。课后实践：参考题目：（任选一题）1、任选你感兴趣的关于合金的课题进行调查，完成一篇关于合金的小论文。2、你知道金属材料是怎么分类的吗？请查阅资料获取答案吧。3、 试从不同的社会角色分析：是否应停止使用铝质饮料罐？附录：学生课前介绍：金属材料的应用与社会发展的关系在人类社会的发展进程中，金属起着重要的作用，它从侧面反映了人类社会发展的文明史，从5000年前使用青铜器，3000年前进入铁器时代，直到20世纪铝合金成为仅次于铁金属材料，几千年来，人类一直努力探求从矿石中获得金属的方法，人们在大量烧制陶瓷的实践中，熟练的掌握了高温加工技术，利用这种技术逐渐冶炼出了铜及其合金青铜，这是人类最早出现的金属材料。金属材料在一个国家的国民经济中占有举足轻重的地位，因为金属材料的资源比较丰富，现已积累有一整套相当成熟的生产技术，有组织大规模的生产经验，比如说铝，在现在生活中随处可见，铝锅、铝壶但是在100多年前还是一种罕见的贵金属，Al的最大优点就是轻盈，它的重量只有同体积钢铁的1/3 。因此，在航空中上得到广泛应用，现代飞机70是铝合金和铝制的。所以，科研人员叫它“会飞的金属”。第二次世界大战后，各国致力于恢复经济，发展工农业生产，对材料提出质量小、强度高、价格低等一系列新的要求。具有优异性能的工程塑料部分地代替了金属材料，合成纤维、合成橡胶、涂料和胶粘剂等都得到相应的发展和应用。此外，金属材料自身还在不断发展，传统的钢铁工业在冶炼、浇铸、加工和热处理等方面不断出现新工艺。随着科学技术的不断进步，新型金属材料的相继问世，将更好的服务于我们的生活。活动一：常见合金的广泛应用1、铜合金铜合金具有优异的导电、导热性能，良好的耐腐蚀性能，易于加工成型，又有足够的强度、弹性和耐腐蚀性，广泛用于建筑、电气、造船和化工等许多重要的工业领域。铜合金的种类很多。根据传统的分类方法，铜合金可分为紫铜、黄铜（Cu-Zn）、白铜（Cc-Ni）、和青铜（Cu与Sn Al Be Si Mn Cr Cd Zr Ti等元素组成的合金统称）四类。根据合金使用时的状态或成型方法，又可将其分为铸造铜合金和变形铜合金。铸造铜合金与变形铜合金的区别主要是：铸造合金通常无论是热加工或者冷加工，都较难以塑性变形。虽然某些合金化元素，如铅、锡、铁和铝，既可以添加到变形合金，也可以添加到铸造合金，但一般在铸造合金中的添加量多于变形合金中的添加量。添加到铸造合金的元素目的是改善金属液的流动性、铸造组织或强度。某些元素添加到变形合金中，可能会导致加工性能变差。铸造合金中的杂质含量要高一些。铸造合金的电导率要低于变形合金。（展示图片）2、钢钢是用量最大、用途最广泛的合金。钢结构的容重虽然较大，但与其它建筑材料相比，它的强度却高很多，因而当承受的荷载和条件相同时，钢结构要比其它结构要轻，便于运输和安装，塑性好，使钢结构一般不会因为偶然超载或局部超载而突然断裂破坏。钢材内部组织比较均匀，非常接近匀质，钢材的这些性能对钢结构的安全可靠提供了充分的保证。钢的分类及性能用途见屏幕（教材中的图表）。（图片展示）3、铝合金铝在地壳中的含量为7.73%，是地壳中含量最多的金属元素。人们发现了电解法炼铝之后，铝成为应用最广泛的第二大金属。铝的密度很小，仅为2.7g/3。铝具有优良的导电性能和导热性。铝还具有强还原性，它能与许多金属氧化物发生置换反应。同时放出大量的热。所以铝热剂常用来冶炼难熔金属和焊接钢轨等。虽然它比较软，但可制成各种铝合金，如：硬铝、超硬铝、防锈铝、铸铝等。这些铝合金广泛应用于飞机、汽车、火车、船舶等制造工业。（图片展示）活动二：新型金属材料1、新型金属（1） 金属纤维金属纤维具有很多重要的特性。如导电和导热性，高抗拉强度，高弹性模量及高熔点等。由于金属纤维的密度很高，所以他们只能增强那些对减轻重量无特别要求的材料。铁别是混凝土和橡胶。1959年首次将钢纤维混入轮胎。目前90%以上的汽车轮胎都使用钢纤维。将不锈钢混入织物中可以消除静电，用钨丝来制备B或SiC纤维和白炽灯的灯丝。在纺织行业中，用铝丝来制作带金属光泽的装饰线。(图片展示)（2） 超导材料超导材料主要应用有：核磁共振成像、核磁共振谱仪、超导储能、超导电缆、磁悬浮列车等。（图片展示）磁悬浮列车磁悬浮列车是由日本制造的，但现在在我国的上海也有了自己的磁悬浮列车。（图片展示）它的原理是利用磁悬浮使列车悬浮起来。脱离地面的接触支撑。因而使列车速度达到500km/h，相当于地面飞机。超导线圈可产生磁悬浮列车所需的强大磁场。日本的山梨新实验干线全长42.8km，于1997年通车，列车的最高速度可达550km/h。所用的超导线圈为Cu-Nb-Ti合金的超导线。每个线圈重60kg。总计用超导线2T。（3） 磁性材料（稀土永磁）稀土永磁材料的最大特点是使得器件体积大幅度减小，结构紧凑，有助于电器设备小型化。主要应用：1、机电类；电动机、发电机、磁选机、电磁式仪表、传感器、电磁开关等；2、家用电器及设备类；照相机、收录机、激光唱机、录像机、空调、冰箱等；3、医疗器械类；心电图仪、核磁共振成像仪、X射线成像仪、磁疗仪、磁按摩器以及外科手术器械等；4、办公用品类；计算机、打印机、复印机等；5、其他：用于卫星导航的微波器件、用于航天飞机和陀螺仪的磁轴承、磁悬浮列车等。看来科技的几次巨大的飞跃都与稀土永磁有关。（结合生活实例和图片）2、新型合金（1）轻质合金铝锂合金具有高比强度、高比刚度且相对密度小的特点，如用作现代飞机蒙皮材料，一架大型客机可减轻重量50kg。以波音747为例，每减轻1kg，一年可获利2000美元，钛合金比钢轻，耐腐蚀、无磁性、强度高、是用于航空和舰艇的理想材料。（图片展示）（2）超耐热合金钴镍合金能耐1200oC的高温，可用于喷气飞机和燃气轮机的构件。钴镍铁非磁性耐热合金在1200oC时仍具有高强度、韧性好的特点。可用于航天飞机的部件和原子反应堆的控制棒等。寻求符合耐高温、可长时间运行、耐腐蚀、高强度等要求的合金材料，仍是今后研究的方向。（3）形状记忆合金大家好，我向大家介绍的是形状记忆合金。当时我一听“记忆”，我就想金属怎么会有记忆力呢？于是我就上网查了一些相关资料，记忆合金是具有金属橡胶性、高弹性、高强度等特点。在较低温度时，受力会发生形变。而当我们再给它加热的时候，它就会恢复原来的形状，像这样的金属有：镍钛合金、铜镉合金、铜铝锌合金等。现如今记忆合金的应用也十分广泛，调节装置离合器，医疗上的应用等。如矫正牙齿用的牙套。还有一个是很贴近我们学生的，那就是眼镜，那么记忆合金的优良性能，我已经向大家介绍了。所以，如果同学们想配眼睛就可选用记忆合金做的眼镜了。（4）钛合金钛合金按组织可分三类；钛合金具有强度高密度小，韧性