以技術(shù)的視角對(duì)“材料單元”的再設(shè)計(jì)

江衛(wèi)園

【摘要】本文分析了科學(xué)與技術(shù)的關(guān)系，反思了過(guò)去教學(xué)中從科學(xué)的角度設(shè)計(jì)材料課型的問(wèn)題，并以“合金”一課為例，提出從技術(shù)的視角設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)材料課型的特點(diǎn)：引導(dǎo)學(xué)生理解技術(shù)的本質(zhì)，材料是技術(shù)的產(chǎn)品，是為了滿足人們生產(chǎn)生活的需要發(fā)明出來(lái)的，即通過(guò)對(duì)合金發(fā)展感受到，人的需求是無(wú)止境的，技術(shù)的發(fā)展也是無(wú)止境的。

【關(guān)鍵詞】科學(xué) 技術(shù) 教學(xué)設(shè)計(jì)

【中圖分類(lèi)號(hào)】TK83 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2016）09-0214-02

材料是人類(lèi)用于制造物品、器件、構(gòu)件、機(jī)器或其他產(chǎn)品的那些物質(zhì)，同時(shí)也是最近發(fā)展或正在發(fā)展之中的，具有比傳統(tǒng)材料更為優(yōu)異的性能的一類(lèi)材料，是人類(lèi)賴(lài)以生存和發(fā)展的物質(zhì)基礎(chǔ)，也是人類(lèi)社會(huì)現(xiàn)代文明的重要支柱。縱觀人類(lèi)利用材料的歷史，每一種新材料的發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用，都是人類(lèi)的生活和生產(chǎn)的能力提高到一個(gè)新的水平。材料科學(xué)技術(shù)的每一次重大突破，都會(huì)引起生產(chǎn)技術(shù)的革命，不僅加速社會(huì)發(fā)展的進(jìn)程，而且也給人類(lèi)的生活帶來(lái)巨大的變化。

首師大版小學(xué)科學(xué)第5冊(cè)《常見(jiàn)的材料》單元，包括紙張、紡織面料、塑料、合金四課。教學(xué)參考中這樣介紹：《常見(jiàn)的材料》單元，主要是通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)材料和新材料的介紹，向?qū)W生進(jìn)行一些關(guān)于材料科學(xué)方面的啟蒙教育。教材中選擇的常見(jiàn)材料，其中紙張、紡織面料、木材、塑料等屬于高分子材料，陶瓷屬于無(wú)機(jī)非金屬材料，合金屬于金屬材料?？梢?jiàn)，在過(guò)去的科學(xué)課上，是把材料當(dāng)作科學(xué)知識(shí)介紹的。這樣就導(dǎo)致了教師在教學(xué)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，按照學(xué)科學(xué)的方法教學(xué)屬于技術(shù)的材料。

一、從科學(xué)的角度設(shè)計(jì)“合金”一課

1.創(chuàng)設(shè)情景，引入新課。

你知道我們周?chē)哪切┪锲肥褂煤辖鹬谱鞯膯幔?/p>

生討論回答：鋁合金門(mén)窗、不銹鋼鍋、錳鋼自行車(chē)等。

2.探究合金的特性。

（1）探究保險(xiǎn)絲的特性：保險(xiǎn)絲為什么能保險(xiǎn)呢？

（2）探究焊絲的特性：焊絲為什么能焊金屬呢？

3.介紹合金的基本性質(zhì)和用途

（1）純銅比鐵軟。在銅中加入一定的錫、鉛，一起冶煉，得到的合金，叫做青銅。

跟純銅比，青銅熔點(diǎn)低、硬度高。用青銅造的農(nóng)具、工具和兵器，鋒利、耐用。戰(zhàn)國(guó)的編鐘，商代的司母戊鼎都是用青銅造的。青銅還可以鑄造塑像。

在青銅中加入鈹，制成“鈹青銅”，彈性極好，可以造手表的游絲，精密儀器上的彈簧，以及高速軸承、齒輪等。

（2）黃銅是銅和鋅的合金，鑼、鈸、軍號(hào)等許多樂(lè)器都是黃銅做的。

（3）白銅是銅和鎳的合金，可以制各種光亮閃閃的器皿。

（4）鋼是一種鐵合金，不銹鋼的成分中除了鐵外，還有鉻、鎳、鋁、硅等。

（5）鎳鈦合金、金鎘合金、銅鋁鎳合金等都具有記憶能力，稱(chēng)之為記憶合金。每一種記憶合金，都具有它自己的轉(zhuǎn)變溫度。鎳鈦合金的轉(zhuǎn)變溫度是40℃。當(dāng)我們?cè)诘陀谶@個(gè)溫度下，用外力改變了合金的形狀，只要溫度一旦達(dá)到它的轉(zhuǎn)變溫度，就恢復(fù)成原來(lái)的形狀。這些獨(dú)特的性質(zhì)使它有奇妙的用途。人造衛(wèi)星的天線很大，不好帶，人們用鎳鈦合金在40℃以上做成天線，然后冷卻到40℃一下，再折疊成小球團(tuán)，使它的面積大大縮小，人造衛(wèi)星升空后取出天線，在太陽(yáng)照射下溫度很快升到40℃以上，天線很快記憶起原來(lái)的形狀，自動(dòng)伸展開(kāi)了。

（6）有一些金屬、合金、化合物在低溫狀態(tài)下有超導(dǎo)現(xiàn)象，不同的材料出現(xiàn)超導(dǎo)時(shí)的溫度是各不相同的。用超導(dǎo)材料制成超導(dǎo)線圈，安裝在車(chē)輛上，產(chǎn)生巨大的電磁排斥力，將車(chē)輛懸空抬起來(lái)，成為磁浮列車(chē)，它速度高、噪聲小、振動(dòng)小。

4.課后延伸

收集有關(guān)新合金材料的資料，以小報(bào)的形式告訴大家，互相交流。

分析：

對(duì)以上教學(xué)設(shè)計(jì)的分析，我們發(fā)現(xiàn)有幾個(gè)特點(diǎn)：

1.本教學(xué)設(shè)計(jì)是從科學(xué)的角度出發(fā)，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)合金的基本性質(zhì)和用途。

2.整體的教學(xué)過(guò)程中，以學(xué)生觀察合金、閱讀關(guān)于合金的資料為主，學(xué)生獲取的大多是二手資料。

3.兩個(gè)關(guān)于合金的實(shí)驗(yàn)，探究焊絲、保險(xiǎn)絲的性質(zhì)，是驗(yàn)證性的實(shí)驗(yàn)，主要是幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到一些合金的性質(zhì)。

二、科學(xué)與技術(shù)的異同

在本單元向?qū)W生展示的這些材料，各種紙張、紡織面料、豐富多彩的合金和塑料產(chǎn)品，都是技術(shù)的產(chǎn)物，具有技術(shù)的顯著特征，因此在教學(xué)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，教師應(yīng)該從技術(shù)的視角進(jìn)行設(shè)計(jì)，而不是從科學(xué)知識(shí)的角度進(jìn)行設(shè)計(jì)。因此，我們首先要明確科學(xué)與技術(shù)到底有哪些不同和聯(lián)系，才能對(duì)癥下藥。

（一）科學(xué)與技術(shù)的不同點(diǎn)

1.目的不同：科學(xué)的目的是對(duì)客觀事實(shí)及其發(fā)展規(guī)律的認(rèn)識(shí)，是對(duì)真理的追求；技術(shù)是為了某種需要制造出產(chǎn)品，實(shí)現(xiàn)其有用的功能，是對(duì)其有效性的追求。

2.性質(zhì)不同：科學(xué)知識(shí)的性質(zhì)是對(duì)客觀物質(zhì)世界的主觀反應(yīng)，具有真理性、可檢驗(yàn)性、可錯(cuò)性?？茖W(xué)過(guò)程的性質(zhì)是對(duì)客觀世界永無(wú)止境的探索過(guò)程，具有復(fù)雜性、發(fā)展性。技術(shù)是人類(lèi)器官的延伸與拓展，技術(shù)性質(zhì)反映了人的性質(zhì)，即技術(shù)的目的是人的目的，技術(shù)需求是人的需求。人的需求是無(wú)止境的，技術(shù)的發(fā)展也是無(wú)止境的。

3.內(nèi)容不同：科學(xué)的內(nèi)容是客觀世界的知識(shí)，解決“是什么”和“為什么”的問(wèn)題；技術(shù)的內(nèi)容是世間的行動(dòng)規(guī)則，解決“如何做”的問(wèn)題。

4.方法不同：科學(xué)的方法是觀察與實(shí)驗(yàn)；技術(shù)的方法是設(shè)計(jì)與制造。

5.功能不同：科學(xué)的功能是解釋與預(yù)測(cè)，即對(duì)事實(shí)的解釋和依規(guī)律的預(yù)測(cè)；技術(shù)的功能是實(shí)用效果，即產(chǎn)品或工程產(chǎn)生的效益。

6.評(píng)價(jià)不同：科學(xué)的評(píng)價(jià)是可證實(shí)性，即科學(xué)理論與客觀現(xiàn)實(shí)的一致性。技術(shù)的評(píng)價(jià)是產(chǎn)品的效率、經(jīng)濟(jì)、安全等實(shí)用價(jià)值。

（二）科學(xué)與技術(shù)的聯(lián)系

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，科學(xué)和技術(shù)已經(jīng)變得密不可分。技術(shù)產(chǎn)品，從較為簡(jiǎn)單的鉛筆到比較復(fù)雜的計(jì)算機(jī)，可以為我們提供一些手段和工具，推動(dòng)我們對(duì)自然現(xiàn)象的研究工作?！奔夹g(shù)為科學(xué)研究提供物質(zhì)保障，科學(xué)是技術(shù)發(fā)展的理論基礎(chǔ)，即技術(shù)是科學(xué)的延伸，科學(xué)是技術(shù)的升華。

三、怎樣從技術(shù)的角度設(shè)計(jì)“合金”一課

通過(guò)上面的分析，我們可以技術(shù)的角度重新設(shè)計(jì)“合金”一課。

（一）從生活中的材料入手，初步建構(gòu)鐵合金的概念，了解金屬和合金沒(méi)有好壞的區(qū)別，只是作用不同

1.教師出示鐵絲、銅絲、鋁絲，這是我們?cè)谌昙?jí)認(rèn)識(shí)的鐵絲、銅絲和鋁絲，他們都是金屬，具有哪些相同的性質(zhì)？（金屬光澤、導(dǎo)電、導(dǎo)熱、延展等等）

2.這三種金屬絲，哪一根是鐵絲？（學(xué)生分不清鐵絲和鋁絲）

老師為你提供一條信息，在兩根銀色的金屬絲中，比較硬一點(diǎn)的是鐵絲，你試一試。（紅色的是銅，兩個(gè)銀白色的，軟一些的是鋁絲，硬一些的是鐵絲）

3.出示：鐵杵磨針的故事

關(guān)于鐵，在中國(guó)歷史上有一個(gè)特別注明的故事，鐵棒磨成繡花針，你知道這個(gè)故事嗎？誰(shuí)來(lái)講一講。

如果學(xué)生講不清，播放視頻，請(qǐng)你邊看視頻邊想：這個(gè)故事告訴我們一個(gè)什么道理？（小結(jié)，這個(gè)故事告訴我們做事情要有毅力，只要堅(jiān)持到底就一定能夠成功）。但是從科學(xué)的角度來(lái)說(shuō)，鐵比較軟，做成針后就和我們手里的鐵絲粗細(xì)差不多，你覺(jué)得在用它縫衣服的過(guò)程中，可能會(huì)遇到哪些困難？（例如針容易彎）出示PPT，怎樣才能讓鐵針硬一些，縫厚衣服的時(shí)候不容易彎呢？

【分析】通過(guò)“鐵杵磨成針”的故事，引導(dǎo)孩子知道，當(dāng)我們做一件事情時(shí)，只有堅(jiān)持到底，才能夠取得成功。并順利引出故事中所蘊(yùn)含的科學(xué)問(wèn)題：鐵棒比較軟，能夠磨成針，但是磨成的針也會(huì)比較軟，不適合縫厚的物品。感受到生活中處處有科學(xué)。

4.出示：鋼針，古代的中國(guó)人特別聰明，他們經(jīng)過(guò)反復(fù)嘗試，在鐵中加入了不同比例的碳，制成了鋼，硬度比鐵硬了很多，做成鋼針。請(qǐng)你比一比鐵絲和鋼針，有什么感覺(jué)？

5.在生活中我們經(jīng)常會(huì)看到鐵柵欄、鐵鍋等生銹了，像這個(gè)鐵鍋，生銹之后會(huì)影響使用壽命，怎樣才能讓鐵鍋不生銹呢？（制成不銹鋼、做成搪瓷的）出示不銹鋼鍋，研究人員經(jīng)過(guò)反復(fù)嘗試，在鐵中加入了鉻、鎳、錳、氮等金屬，制成了不銹鋼，硬度大而且不生銹，解決了鐵容易生銹的問(wèn)題。

【分析】中國(guó)在鐵的冶煉以及發(fā)展過(guò)程中，做出了舉世共睹的貢獻(xiàn)，通過(guò)教師的介紹，能夠使學(xué)生感受到我們祖國(guó)的偉大，激發(fā)學(xué)生學(xué)生愛(ài)國(guó)情感。

6.像鋼和不銹鋼這樣，在鐵中加入一些金屬或者非金屬，形成的具有金屬性質(zhì)的物質(zhì)叫作鐵合金。

7.合金的優(yōu)點(diǎn)顯而易見(jiàn)，難道鐵就一無(wú)是處了嗎？（學(xué)生討論）實(shí)際機(jī)械中的鐵的用量大概占鋼鐵中的80%（按重量）。因?yàn)殍F具有鋼沒(méi)有的許多優(yōu)點(diǎn)，例如：鐵比較軟，可塑性強(qiáng)，減震好，等。要是你看一臺(tái)機(jī)器，那個(gè)大架子和一般的大的零件就是鐵的。比較小的大多是鋼的。

教師總結(jié)：所以我們說(shuō)純鐵與合金沒(méi)有好壞的區(qū)別，不同的材質(zhì)有不同的用途。

【分析】合金是技術(shù)產(chǎn)品，技術(shù)產(chǎn)品為人們的需求服務(wù)，因此合金的出現(xiàn)一定是為了滿足人們的需要，所以合金概念的引出，是從合金的出現(xiàn)的目的開(kāi)始。

關(guān)于鐵與鐵合金誰(shuí)更好的討論，實(shí)際上是引導(dǎo)學(xué)生從不同的角度分析問(wèn)題，鐵和鐵合金實(shí)際上并沒(méi)有好壞的區(qū)別，只是材料的特性不同，導(dǎo)致用途不同。希望通過(guò)這樣的討論，能夠開(kāi)闊學(xué)生的思維的視野。

（二）認(rèn)識(shí)生活中常見(jiàn)的合金

1.同學(xué)們，我們認(rèn)識(shí)了鐵合金，生活中還有沒(méi)有其他的合金呢？你知道生活中還用到了哪些合金呢？

【分析】這個(gè)簡(jiǎn)單的問(wèn)題有著很重要的作用，合金在日常生活中應(yīng)用廣泛，但是學(xué)生因?yàn)槟挲g的原因很少能夠關(guān)注，這個(gè)問(wèn)題能夠引起學(xué)生對(duì)生活中合金的觀注，培養(yǎng)孩子關(guān)注生活、關(guān)注材料的興趣。

2.老師搜集了一些合金的資料，請(qǐng)大家看視頻，你認(rèn)識(shí)了哪種合金，把他記錄下來(lái)。

教師播放視頻《生活中的合金》，學(xué)生匯報(bào)認(rèn)識(shí)了哪幾種合金。

學(xué)生匯報(bào)交流

總結(jié)：在生活中，人們根據(jù)自己的需要，常常會(huì)把幾種金屬根據(jù)不同的比例熔化在一起，形成合金。

【分析】在《生活中的合金》視頻中，老師提供了一些常見(jiàn)的合金制品，同時(shí)還加入了中國(guó)歷史上非常著名的合金文物介紹，比如2000多年前的越王勾踐劍，當(dāng)它出土以后，人們發(fā)現(xiàn)他依然鋒利無(wú)比，這足以說(shuō)明中國(guó)古代的青銅合金技術(shù)非常發(fā)達(dá)，值得每一個(gè)中國(guó)人自豪。

通過(guò)認(rèn)識(shí)各種各樣合金的用途，幫助學(xué)生意識(shí)到技術(shù)的發(fā)展促進(jìn)了科學(xué)的進(jìn)步，同時(shí)改變了我們的生活。

（三）有趣的合金小實(shí)驗(yàn)

老師給大家?guī)?lái)了一種合金，我們一起來(lái)了解這種合金的特點(diǎn)。

1.演示“保險(xiǎn)絲”，理解保險(xiǎn)絲的特點(diǎn)，遇高溫熔斷

（1）師：首先，我們把合金連入電路中，猜一猜，當(dāng)閉合電路時(shí)，小燈泡會(huì)亮嗎？這說(shuō)明合金具有什么性質(zhì)？

看來(lái)，這種合金具有導(dǎo)電性。

（2）如果去掉電路中的小燈泡，你猜一猜會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？（短路，容易發(fā)生用電事故）

請(qǐng)一個(gè)同學(xué)來(lái)做這個(gè)實(shí)驗(yàn)，

你看到了什么？（合金斷了，電路不通了）

（3）這種合金是保險(xiǎn)絲，它是錫（xī）銻（tī）合金，把保險(xiǎn)絲連入電路，正常情況下，閉合開(kāi)關(guān)后，電流經(jīng)過(guò)用電器流回負(fù)極，但是當(dāng)電流沒(méi)有經(jīng)過(guò)用電器直接流回負(fù)極時(shí)，短路產(chǎn)生大量的熱，這時(shí)保險(xiǎn)絲遇高溫熔斷，切斷電路，避免發(fā)生火災(zāi)。

（四）有趣的記憶合金

（1）師：其實(shí)，除了我們剛剛了解的這些合金，還有許多有趣的合金，讓我們通過(guò)一個(gè)短片來(lái)認(rèn)識(shí)合金中的特殊群體——記憶合金。

“記憶合金”，即擁有“記憶”效應(yīng)的合金，記憶合金制成的彈簧，把這種彈簧放在熱水中，彈簧的長(zhǎng)度立即伸長(zhǎng)，從熱水中取出，它會(huì)立即恢復(fù)原狀。

人造衛(wèi)星上龐大的太陽(yáng)能板可以用記憶合金制作。發(fā)射人造衛(wèi)星之前，將太陽(yáng)能板折疊起來(lái)裝進(jìn)衛(wèi)星體內(nèi)，火箭升空把人造衛(wèi)星送到預(yù)定軌道后，在陽(yáng)光的照射下，溫度迅速升高，折疊的太陽(yáng)能板因具有“記憶”功能而自然展開(kāi)，恢復(fù)原來(lái)的形狀。

記憶合金眼鏡架，反復(fù)彎折都能恢復(fù)到原來(lái)的形狀，特別適合愛(ài)運(yùn)動(dòng)的人。

（2）請(qǐng)大家仔細(xì)觀察，一會(huì)請(qǐng)你說(shuō)一說(shuō)記憶合金有哪些特點(diǎn)？

（3）同學(xué)們，你認(rèn)為記憶合金有什么特點(diǎn)？

總結(jié)：合金的世界真是豐富多彩。除了常見(jiàn)、常用的合金外，還有許多我們意想不到的特殊的合金。

【分析】這個(gè)環(huán)節(jié)中孩子們認(rèn)識(shí)了幾種特別有意思的記憶合金，為孩子們打開(kāi)了一扇關(guān)于合金的神奇之窗，激發(fā)了孩子探究合金的興趣。

（五）拓展延伸

這節(jié)課我們認(rèn)識(shí)了不同種類(lèi)的合金，這只是合金世界的很小的一部分，希望大家課后能夠搜集關(guān)于合金的資料，下次活動(dòng)和大家進(jìn)行交流。

綜述：

這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)，可能沒(méi)有從科學(xué)的角度設(shè)計(jì)學(xué)生了解到的關(guān)于合金的知識(shí)多，但是卻引導(dǎo)學(xué)生理解了技術(shù)的本質(zhì)，材料是技術(shù)的產(chǎn)品，是為了滿足人們生產(chǎn)生活的需要發(fā)明出來(lái)的即通過(guò)對(duì)合金發(fā)展感受到，人的需求是無(wú)止境的，技術(shù)的發(fā)展也是無(wú)止境的。

1.從生活需要出發(fā)感受材料是根據(jù)人們不同的生產(chǎn)、生活需要而發(fā)明的，人們的需求無(wú)止境，材料的發(fā)明也就沒(méi)有止境。

從鐵杵磨成針故事中的科學(xué)問(wèn)題，引出由于鐵比較軟磨成的針相對(duì)來(lái)說(shuō)也比較軟，縫比較厚、硬的物品時(shí)易彎，于是人們?yōu)榱藵M足針硬的需要，在鐵中加入了不同比例的碳，制成鋼針。為了防止鐵鍋生銹，在鐵中加入鎳、錳等金屬制成不銹鋼。這就是技術(shù)的特點(diǎn)，材料的特點(diǎn)。因?yàn)椴牧鲜歉鶕?jù)人們不同的生產(chǎn)、生活需要而發(fā)明的，人們的需求無(wú)止境，材料的發(fā)明也就沒(méi)有止境。所以我們看到在不同的領(lǐng)域，材料都在發(fā)生日新月異的變化。例如：太空領(lǐng)域的記憶合金，裝飾品中的彩色合金等等。

2.材料沒(méi)有好壞的不同，材料的特性不同用途不同。

合金擁有很多的鐵、銅、鋁等純金屬?zèng)]有的優(yōu)點(diǎn)，例如白銅比純銅硬，顏色也由紫紅色變成了白色；記憶合金具有記憶功能，在折疊的情況下，能夠在一定的溫度恢復(fù)成原來(lái)的形狀等等。這些都是單一的金屬所不具備的特點(diǎn)，于是學(xué)生的心中產(chǎn)生了合金好，而純金屬不好的想法。通過(guò)鐵與不銹鋼用途的比較，孩子們終于認(rèn)識(shí)到，材料本身沒(méi)有好壞的不同，只是材料的特性不同用途不同而已，培養(yǎng)了學(xué)生從不同的角度看問(wèn)題的能力。

參考文獻(xiàn)：

[1]葉寶生.小學(xué)科學(xué)課程中的技術(shù)教育因素及教學(xué)策略，課程·教材·教法第35卷第10期，2015年10月，81—82