以技术的视角对“材料单元”的再设计

江卫园

【摘要】本文分析了科学与技术的关系，反思了过去教学中从科学的角度设计材料课型的问题，并以“合金”一课为例，提出从技术的视角设计认识材料课型的特点：引导学生理解技术的本质，材料是技术的产品，是为了满足人们生产生活的需要发明出来的，即通过对合金发展感受到，人的需求是无止境的，技术的发展也是无止境的。

【关键词】科学 技术 教学设计

【中图分类号】TK83 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2016）09-0214-02

材料是人类用于制造物品、器件、构件、机器或其他产品的那些物质，同时也是最近发展或正在发展之中的，具有比传统材料更为优异的性能的一类材料，是人类赖以生存和发展的物质基础，也是人类社会现代文明的重要支柱。纵观人类利用材料的历史，每一种新材料的发现和应用，都是人类的生活和生产的能力提高到一个新的水平。材料科学技术的每一次重大突破，都会引起生产技术的革命，不仅加速社会发展的进程，而且也给人类的生活带来巨大的变化。

首师大版小学科学第5册《常见的材料》单元，包括纸张、纺织面料、塑料、合金四课。教学参考中这样介绍：《常见的材料》单元，主要是通过对传统材料和新材料的介绍，向学生进行一些关于材料科学方面的启蒙教育。教材中选择的常见材料，其中纸张、纺织面料、木材、塑料等属于高分子材料，陶瓷属于无机非金属材料，合金属于金属材料。可见，在过去的科学课上，是把材料当作科学知识介绍的。这样就导致了教师在教学设计的过程中，按照学科学的方法教学属于技术的材料。

一、从科学的角度设计“合金”一课

1.创设情景，引入新课。

你知道我们周围的那些物品使用合金制作的吗？

生讨论回答：铝合金门窗、不锈钢锅、锰钢自行车等。

2.探究合金的特性。

（1）探究保险丝的特性：保险丝为什么能保险呢？

（2）探究焊丝的特性：焊丝为什么能焊金属呢？

3.介绍合金的基本性质和用途

（1）纯铜比铁软。在铜中加入一定的锡、铅，一起冶炼，得到的合金，叫做青铜。

跟纯铜比，青铜熔点低、硬度高。用青铜造的农具、工具和兵器，锋利、耐用。战国的编钟，商代的司母戊鼎都是用青铜造的。青铜还可以铸造塑像。

在青铜中加入铍，制成“铍青铜”，弹性极好，可以造手表的游丝，精密仪器上的弹簧，以及高速轴承、齿轮等。

（2）黄铜是铜和锌的合金，锣、钹、军号等许多乐器都是黄铜做的。

（3）白铜是铜和镍的合金，可以制各种光亮闪闪的器皿。

（4）钢是一种铁合金，不锈钢的成分中除了铁外，还有铬、镍、铝、硅等。

（5）镍钛合金、金镉合金、铜铝镍合金等都具有记忆能力，称之为记忆合金。每一种记忆合金，都具有它自己的转变温度。镍钛合金的转变温度是40℃。当我们在低于这个温度下，用外力改变了合金的形状，只要温度一旦达到它的转变温度，就恢复成原来的形状。这些独特的性质使它有奇妙的用途。人造卫星的天线很大，不好带，人们用镍钛合金在40℃以上做成天线，然后冷却到40℃一下，再折叠成小球团，使它的面积大大缩小，人造卫星升空后取出天线，在太阳照射下温度很快升到40℃以上，天线很快记忆起原来的形状，自动伸展开了。

（6）有一些金属、合金、化合物在低温状态下有超导现象，不同的材料出现超导时的温度是各不相同的。用超导材料制成超导线圈，安装在车辆上，产生巨大的电磁排斥力，将车辆悬空抬起来，成为磁浮列车，它速度高、噪声小、振动小。

4.课后延伸

收集有关新合金材料的资料，以小报的形式告诉大家，互相交流。

分析：

对以上教学设计的分析，我们发现有几个特点：

1.本教学设计是从科学的角度出发，引导学生认识合金的基本性质和用途。

2.整体的教学过程中，以学生观察合金、阅读关于合金的资料为主，学生获取的大多是二手资料。

3.两个关于合金的实验，探究焊丝、保险丝的性质，是验证性的实验，主要是帮助学生认识到一些合金的性质。

二、科学与技术的异同

在本单元向学生展示的这些材料，各种纸张、纺织面料、丰富多彩的合金和塑料产品，都是技术的产物，具有技术的显著特征，因此在教学设计的过程中，教师应该从技术的视角进行设计，而不是从科学知识的角度进行设计。因此，我们首先要明确科学与技术到底有哪些不同和联系，才能对症下药。

（一）科学与技术的不同点

1.目的不同：科学的目的是对客观事实及其发展规律的认识，是对真理的追求；技术是为了某种需要制造出产品，实现其有用的功能，是对其有效性的追求。

2.性质不同：科学知识的性质是对客观物质世界的主观反应，具有真理性、可检验性、可错性。科学过程的性质是对客观世界永无止境的探索过程，具有复杂性、发展性。技术是人类器官的延伸与拓展，技术性质反映了人的性质，即技术的目的是人的目的，技术需求是人的需求。人的需求是无止境的，技术的发展也是无止境的。

3.内容不同：科学的内容是客观世界的知识，解决“是什么”和“为什么”的问题；技术的内容是世间的行动规则，解决“如何做”的问题。

4.方法不同：科学的方法是观察与实验；技术的方法是设计与制造。

5.功能不同：科学的功能是解释与预测，即对事实的解释和依规律的预测；技术的功能是实用效果，即产品或工程产生的效益。

6.评价不同：科学的评价是可证实性，即科学理论与客观现实的一致性。技术的评价是产品的效率、经济、安全等实用价值。

（二）科学与技术的联系

随着科学技术的发展，科学和技术已经变得密不可分。技术产品，从较为简单的铅笔到比较复杂的计算机，可以为我们提供一些手段和工具，推动我们对自然现象的研究工作。”技术为科学研究提供物质保障，科学是技术发展的理论基础，即技术是科学的延伸，科学是技术的升华。

三、怎样从技术的角度设计“合金”一课

通过上面的分析，我们可以技术的角度重新设计“合金”一课。

（一）从生活中的材料入手，初步建构铁合金的概念，了解金属和合金没有好坏的区别，只是作用不同

1.教师出示铁丝、铜丝、铝丝，这是我们在三年级认识的铁丝、铜丝和铝丝，他们都是金属，具有哪些相同的性质？（金属光泽、导电、导热、延展等等）

2.这三种金属丝，哪一根是铁丝？（学生分不清铁丝和铝丝）

老师为你提供一条信息，在两根银色的金属丝中，比较硬一点的是铁丝，你试一试。（红色的是铜，两个银白色的，软一些的是铝丝，硬一些的是铁丝）

3.出示：铁杵磨针的故事

关于铁，在中国历史上有一个特别注明的故事，铁棒磨成绣花针，你知道这个故事吗？谁来讲一讲。

如果学生讲不清，播放视频，请你边看视频边想：这个故事告诉我们一个什么道理？（小结，这个故事告诉我们做事情要有毅力，只要坚持到底就一定能够成功）。但是从科学的角度来说，铁比较软，做成针后就和我们手里的铁丝粗细差不多，你觉得在用它缝衣服的过程中，可能会遇到哪些困难？（例如针容易弯）出示PPT，怎样才能让铁针硬一些，缝厚衣服的时候不容易弯呢？

【分析】通过“铁杵磨成针”的故事，引导孩子知道，当我们做一件事情时，只有坚持到底，才能够取得成功。并顺利引出故事中所蕴含的科学问题：铁棒比较软，能够磨成针，但是磨成的针也会比较软，不适合缝厚的物品。感受到生活中处处有科学。

4.出示：钢针，古代的中国人特别聪明，他们经过反复尝试，在铁中加入了不同比例的碳，制成了钢，硬度比铁硬了很多，做成钢针。请你比一比铁丝和钢针，有什么感觉？

5.在生活中我们经常会看到铁栅栏、铁锅等生锈了，像这个铁锅，生锈之后会影响使用寿命，怎样才能让铁锅不生锈呢？（制成不锈钢、做成搪瓷的）出示不锈钢锅，研究人员经过反复尝试，在铁中加入了铬、镍、锰、氮等金属，制成了不锈钢，硬度大而且不生锈，解决了铁容易生锈的问题。

【分析】中国在铁的冶炼以及发展过程中，做出了举世共睹的贡献，通过教师的介绍，能够使学生感受到我们祖国的伟大，激发学生学生爱国情感。

6.像钢和不锈钢这样，在铁中加入一些金属或者非金属，形成的具有金属性质的物质叫作铁合金。

7.合金的优点显而易见，难道铁就一无是处了吗？（学生讨论）实际机械中的铁的用量大概占钢铁中的80%（按重量）。因为铁具有钢没有的许多优点，例如：铁比较软，可塑性强，减震好，等。要是你看一台机器，那个大架子和一般的大的零件就是铁的。比较小的大多是钢的。

教师总结：所以我们说纯铁与合金没有好坏的区别，不同的材质有不同的用途。

【分析】合金是技术产品，技术产品为人们的需求服务，因此合金的出现一定是为了满足人们的需要，所以合金概念的引出，是从合金的出现的目的开始。

关于铁与铁合金谁更好的讨论，实际上是引导学生从不同的角度分析问题，铁和铁合金实际上并没有好坏的区别，只是材料的特性不同，导致用途不同。希望通过这样的讨论，能够开阔学生的思维的视野。

（二）认识生活中常见的合金

1.同学们，我们认识了铁合金，生活中还有没有其他的合金呢？你知道生活中还用到了哪些合金呢？

【分析】这个简单的问题有着很重要的作用，合金在日常生活中应用广泛，但是学生因为年龄的原因很少能够关注，这个问题能够引起学生对生活中合金的观注，培养孩子关注生活、关注材料的兴趣。

2.老师搜集了一些合金的资料，请大家看视频，你认识了哪种合金，把他记录下来。

教师播放视频《生活中的合金》，学生汇报认识了哪几种合金。

学生汇报交流

总结：在生活中，人们根据自己的需要，常常会把几种金属根据不同的比例熔化在一起，形成合金。

【分析】在《生活中的合金》视频中，老师提供了一些常见的合金制品，同时还加入了中国历史上非常著名的合金文物介绍，比如2000多年前的越王勾践剑，当它出土以后，人们发现他依然锋利无比，这足以说明中国古代的青铜合金技术非常发达，值得每一个中国人自豪。

通过认识各种各样合金的用途，帮助学生意识到技术的发展促进了科学的进步，同时改变了我们的生活。

（三）有趣的合金小实验

老师给大家带来了一种合金，我们一起来了解这种合金的特点。

1.演示“保险丝”，理解保险丝的特点，遇高温熔断

（1）师：首先，我们把合金连入电路中，猜一猜，当闭合电路时，小灯泡会亮吗？这说明合金具有什么性质？

看来，这种合金具有导电性。

（2）如果去掉电路中的小灯泡，你猜一猜会出现什么现象？（短路，容易发生用电事故）

请一个同学来做这个实验，

你看到了什么？（合金断了，电路不通了）

（3）这种合金是保险丝，它是锡（xī）锑（tī）合金，把保险丝连入电路，正常情况下，闭合开关后，电流经过用电器流回负极，但是当电流没有经过用电器直接流回负极时，短路产生大量的热，这时保险丝遇高温熔断，切断电路，避免发生火灾。

（四）有趣的记忆合金

（1）师：其实，除了我们刚刚了解的这些合金，还有许多有趣的合金，让我们通过一个短片来认识合金中的特殊群体——记忆合金。

“记忆合金”，即拥有“记忆”效应的合金，记忆合金制成的弹簧，把这种弹簧放在热水中，弹簧的长度立即伸长，从热水中取出，它会立即恢复原状。

人造卫星上庞大的太阳能板可以用记忆合金制作。发射人造卫星之前，将太阳能板折叠起来装进卫星体内，火箭升空把人造卫星送到预定轨道后，在阳光的照射下，温度迅速升高，折叠的太阳能板因具有“记忆”功能而自然展开，恢复原来的形状。

记忆合金眼镜架，反复弯折都能恢复到原来的形状，特别适合爱运动的人。

（2）请大家仔细观察，一会请你说一说记忆合金有哪些特点？

（3）同学们，你认为记忆合金有什么特点？

总结：合金的世界真是丰富多彩。除了常见、常用的合金外，还有许多我们意想不到的特殊的合金。

【分析】这个环节中孩子们认识了几种特别有意思的记忆合金，为孩子们打开了一扇关于合金的神奇之窗，激发了孩子探究合金的兴趣。

（五）拓展延伸

这节课我们认识了不同种类的合金，这只是合金世界的很小的一部分，希望大家课后能够搜集关于合金的资料，下次活动和大家进行交流。

综述：

这样的教学设计，可能没有从科学的角度设计学生了解到的关于合金的知识多，但是却引导学生理解了技术的本质，材料是技术的产品，是为了满足人们生产生活的需要发明出来的即通过对合金发展感受到，人的需求是无止境的，技术的发展也是无止境的。

1.从生活需要出发感受材料是根据人们不同的生产、生活需要而发明的，人们的需求无止境，材料的发明也就没有止境。

从铁杵磨成针故事中的科学问题，引出由于铁比较软磨成的针相对来说也比较软，缝比较厚、硬的物品时易弯，于是人们为了满足针硬的需要，在铁中加入了不同比例的碳，制成钢针。为了防止铁锅生锈，在铁中加入镍、锰等金属制成不锈钢。这就是技术的特点，材料的特点。因为材料是根据人们不同的生产、生活需要而发明的，人们的需求无止境，材料的发明也就没有止境。所以我们看到在不同的领域，材料都在发生日新月异的变化。例如：太空领域的记忆合金，装饰品中的彩色合金等等。

2.材料没有好坏的不同，材料的特性不同用途不同。

合金拥有很多的铁、铜、铝等纯金属没有的优点，例如白铜比纯铜硬，颜色也由紫红色变成了白色；记忆合金具有记忆功能，在折叠的情况下，能够在一定的温度恢复成原来的形状等等。这些都是单一的金属所不具备的特点，于是学生的心中产生了合金好，而纯金属不好的想法。通过铁与不锈钢用途的比较，孩子们终于认识到，材料本身没有好坏的不同，只是材料的特性不同用途不同而已，培养了学生从不同的角度看问题的能力。

参考文献：

[1]叶宝生.小学科学课程中的技术教育因素及教学策略，课程·教材·教法第35卷第10期，2015年10月，81—82