以技術的視角對“材料單元”的再設計

江衛園

【摘要】本文分析了科學與技術的關系，反思了過去教學中從科學的角度設計材料課型的問題，并以“合金”一課為例，提出從技術的視角設計認識材料課型的特點：引導學生理解技術的本質，材料是技術的產品，是為了滿足人們生產生活的需要發明出來的，即通過對合金發展感受到，人的需求是無止境的，技術的發展也是無止境的。

【關鍵詞】科學 技術 教學設計

【中圖分類號】TK83 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2016）09-0214-02

材料是人類用于制造物品、器件、構件、機器或其他產品的那些物質，同時也是最近發展或正在發展之中的，具有比傳統材料更為優異的性能的一類材料，是人類賴以生存和發展的物質基礎，也是人類社會現代文明的重要支柱。縱觀人類利用材料的歷史，每一種新材料的發現和應用，都是人類的生活和生產的能力提高到一個新的水平。材料科學技術的每一次重大突破，都會引起生產技術的革命，不僅加速社會發展的進程，而且也給人類的生活帶來巨大的變化。

首師大版小學科學第5冊《常見的材料》單元，包括紙張、紡織面料、塑料、合金四課。教學參考中這樣介紹：《常見的材料》單元，主要是通過對傳統材料和新材料的介紹，向學生進行一些關于材料科學方面的啟蒙教育。教材中選擇的常見材料，其中紙張、紡織面料、木材、塑料等屬于高分子材料，陶瓷屬于無機非金屬材料，合金屬于金屬材料。可見，在過去的科學課上，是把材料當作科學知識介紹的。這樣就導致了教師在教學設計的過程中，按照學科學的方法教學屬于技術的材料。

一、從科學的角度設計“合金”一課

1.創設情景，引入新課。

你知道我們周圍的那些物品使用合金制作的嗎？

生討論回答：鋁合金門窗、不銹鋼鍋、錳鋼自行車等。

2.探究合金的特性。

（1）探究保險絲的特性：保險絲為什么能保險呢？

（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，青銅熔點低、硬度高。用青銅造的農具、工具和兵器，鋒利、耐用。戰國的編鐘，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、軍號等許多樂器都是黃銅做的。

（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，稱之為記憶合金。每一種記憶合金，都具有它自己的轉變溫度。鎳鈦合金的轉變溫度是40℃。當我們在低于這個溫度下，用外力改變了合金的形狀，只要溫度一旦達到它的轉變溫度，就恢復成原來的形狀。這些獨特的性質使它有奇妙的用途。人造衛星的天線很大，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，使它的面積大大縮小，人造衛星升空后取出天線，在太陽照射下溫度很快升到40℃以上，天線很快記憶起原來的形狀，自動伸展開了。

（6）有一些金屬、合金、化合物在低溫狀態下有超導現象，不同的材料出現超導時的溫度是各不相同的。用超導材料制成超導線圈，安裝在車輛上，產生巨大的電磁排斥力，將車輛懸空抬起來，成為磁浮列車，它速度高、噪聲小、振動小。

4.課后延伸

收集有關新合金材料的資料，以小報的形式告訴大家，互相交流。

分析：

對以上教學設計的分析，我們發現有幾個特點：

1.本教學設計是從科學的角度出發，引導學生認識合金的基本性質和用途。

2.整體的教學過程中，以學生觀察合金、閱讀關于合金的資料為主，學生獲取的大多是二手資料。

3.兩個關于合金的實驗，探究焊絲、保險絲的性質，是驗證性的實驗，主要是幫助學生認識到一些合金的性質。

二、科學與技術的異同

在本單元向學生展示的這些材料，各種紙張、紡織面料、豐富多彩的合金和塑料產品，都是技術的產物，具有技術的顯著特征，因此在教學設計的過程中，教師應該從技術的視角進行設計，而不是從科學知識的角度進行設計。因此，我們首先要明確科學與技術到底有哪些不同和聯系，才能對癥下藥。

（一）科學與技術的不同點

1.目的不同：科學的目的是對客觀事實及其發展規律的認識，是對真理的追求；技術是為了某種需要制造出產品，實現其有用的功能，是對其有效性的追求。

2.性質不同：科學知識的性質是對客觀物質世界的主觀反應，具有真理性、可檢驗性、可錯性。科學過程的性質是對客觀世界永無止境的探索過程，具有復雜性、發展性。技術是人類器官的延伸與拓展，技術性質反映了人的性質，即技術的目的是人的目的，技術需求是人的需求。人的需求是無止境的，技術的發展也是無止境的。

3.內容不同：科學的內容是客觀世界的知識，解決“是什么”和“為什么”的問題；技術的內容是世間的行動規則，解決“如何做”的問題。

4.方法不同：科學的方法是觀察與實驗；技術的方法是設計與制造。

5.功能不同：科學的功能是解釋與預測，即對事實的解釋和依規律的預測；技術的功能是實用效果，即產品或工程產生的效益。

6.評價不同：科學的評價是可證實性，即科學理論與客觀現實的一致性。技術的評價是產品的效率、經濟、安全等實用價值。

（二）科學與技術的聯系

隨著科學技術的發展，科學和技術已經變得密不可分。技術產品，從較為簡單的鉛筆到比較復雜的計算機，可以為我們提供一些手段和工具，推動我們對自然現象的研究工作。”技術為科學研究提供物質保障，科學是技術發展的理論基礎，即技術是科學的延伸，科學是技術的升華。

三、怎樣從技術的角度設計“合金”一課

通過上面的分析，我們可以技術的角度重新設計“合金”一課。

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

1.教師出示鐵絲、銅絲、鋁絲，這是我們在三年級認識的鐵絲、銅絲和鋁絲，他們都是金屬，具有哪些相同的性質？（金屬光澤、導電、導熱、延展等等）

2.這三種金屬絲，哪一根是鐵絲？（學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，比較硬一點的是鐵絲，你試一試。（紅色的是銅，兩個銀白色的，軟一些的是鋁絲，硬一些的是鐵絲）

3.出示：鐵杵磨針的故事

關于鐵，在中國歷史上有一個特別注明的故事，鐵棒磨成繡花針，你知道這個故事嗎？誰來講一講。

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

【分析】通過“鐵杵磨成針”的故事，引導孩子知道，當我們做一件事情時，只有堅持到底，才能夠取得成功。并順利引出故事中所蘊含的科學問題：鐵棒比較軟，能夠磨成針，但是磨成的針也會比較軟，不適合縫厚的物品。感受到生活中處處有科學。

4.出示：鋼針，古代的中國人特別聰明，他們經過反復嘗試，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。請你比一比鐵絲和鋼針，有什么感覺？

5.在生活中我們經常會看到鐵柵欄、鐵鍋等生銹了，像這個鐵鍋，生銹之后會影響使用壽命，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，研究人員經過反復嘗試，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題。

【分析】中國在鐵的冶煉以及發展過程中，做出了舉世共睹的貢獻，通過教師的介紹，能夠使學生感受到我們祖國的偉大，激發學生學生愛國情感。

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的物質叫作鐵合金。

7.合金的優點顯而易見，難道鐵就一無是處了嗎？（學生討論）實際機械中的鐵的用量大概占鋼鐵中的80%（按重量）。因為鐵具有鋼沒有的許多優點，例如：鐵比較軟，可塑性強，減震好，等。要是你看一臺機器，那個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：所以我們說純鐵與合金沒有好壞的區別，不同的材質有不同的用途。

【分析】合金是技術產品，技術產品為人們的需求服務，因此合金的出現一定是為了滿足人們的需要，所以合金概念的引出，是從合金的出現的目的開始。

關于鐵與鐵合金誰更好的討論，實際上是引導學生從不同的角度分析問題，鐵和鐵合金實際上并沒有好壞的區別，只是材料的特性不同，導致用途不同。希望通過這樣的討論，能夠開闊學生的思維的視野。

（二）認識生活中常見的合金

1.同學們，我們認識了鐵合金，生活中還有沒有其他的合金呢？你知道生活中還用到了哪些合金呢？

【分析】這個簡單的問題有著很重要的作用，合金在日常生活中應用廣泛，但是學生因為年齡的原因很少能夠關注，這個問題能夠引起學生對生活中合金的觀注，培養孩子關注生活、關注材料的興趣。

2.老師搜集了一些合金的資料，請大家看視頻，你認識了哪種合金，把他記錄下來。

教師播放視頻《生活中的合金》，學生匯報認識了哪幾種合金。

學生匯報交流

總結：在生活中，人們根據自己的需要，常常會把幾種金屬根據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的合金制品，同時還加入了中國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，當它出土以后，人們發現他依然鋒利無比，這足以說明中國古代的青銅合金技術非常發達，值得每一個中國人自豪。

通過認識各種各樣合金的用途，幫助學生意識到技術的發展促進了科學的進步，同時改變了我們的生活。

（三）有趣的合金小實驗

老師給大家帶來了一種合金，我們一起來了解這種合金的特點。

1.演示“保險絲”，理解保險絲的特點，遇高溫熔斷

（1）師：首先，我們把合金連入電路中，猜一猜，當閉合電路時，小燈泡會亮嗎？這說明合金具有什么性質？

看來，這種合金具有導電性。

（2）如果去掉電路中的小燈泡，你猜一猜會出現什么現象？（短路，容易發生用電事故）

請一個同學來做這個實驗，

你看到了什么？（合金斷了，電路不通了）

（3）這種合金是保險絲，它是錫（xī）銻（tī）合金，把保險絲連入電路，正常情況下，閉合開關后，電流經過用電器流回負極，但是當電流沒有經過用電器直接流回負極時，短路產生大量的熱，這時保險絲遇高溫熔斷，切斷電路，避免發生火災。

（四）有趣的記憶合金

（1）師：其實，除了我們剛剛了解的這些合金，還有許多有趣的合金，讓我們通過一個短片來認識合金中的特殊群體——記憶合金。

“記憶合金”，即擁有“記憶”效應的合金，記憶合金制成的彈簧，把這種彈簧放在熱水中，彈簧的長度立即伸長，從熱水中取出，它會立即恢復原狀。

人造衛星上龐大的太陽能板可以用記憶合金制作。發射人造衛星之前，將太陽能板折疊起來裝進衛星體內，火箭升空把人造衛星送到預定軌道后，在陽光的照射下，溫度迅速升高，折疊的太陽能板因具有“記憶”功能而自然展開，恢復原來的形狀。

記憶合金眼鏡架，反復彎折都能恢復到原來的形狀，特別適合愛運動的人。

（2）請大家仔細觀察，一會請你說一說記憶合金有哪些特點？

（3）同學們，你認為記憶合金有什么特點？

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

【分析】這個環節中孩子們認識了幾種特別有意思的記憶合金，為孩子們打開了一扇關于合金的神奇之窗，激發了孩子探究合金的興趣。

（五）拓展延伸

這節課我們認識了不同種類的合金，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于合金的資料，下次活動和大家進行交流。

綜述：

這樣的教學設計，可能沒有從科學的角度設計學生了解到的關于合金的知識多，但是卻引導學生理解了技術的本質，材料是技術的產品，是為了滿足人們生產生活的需要發明出來的即通過對合金發展感受到，人的需求是無止境的，技術的發展也是無止境的。

1.從生活需要出發感受材料是根據人們不同的生產、生活需要而發明的，人們的需求無止境，材料的發明也就沒有止境。

從鐵杵磨成針故事中的科學問題，引出由于鐵比較軟磨成的針相對來說也比較軟，縫比較厚、硬的物品時易彎，于是人們為了滿足針硬的需要，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。這就是技術的特點，材料的特點。因為材料是根據人們不同的生產、生活需要而發明的，人們的需求無止境，材料的發明也就沒有止境。所以我們看到在不同的領域，材料都在發生日新月異的變化。例如：太空領域的記憶合金，裝飾品中的彩色合金等等。

2.材料沒有好壞的不同，材料的特性不同用途不同。

合金擁有很多的鐵、銅、鋁等純金屬沒有的優點，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成原來的形狀等等。這些都是單一的金屬所不具備的特點，于是學生的心中產生了合金好，而純金屬不好的想法。通過鐵與不銹鋼用途的比較，孩子們終于認識到，材料本身沒有好壞的不同，只是材料的特性不同用途不同而已，培養了學生從不同的角度看問題的能力。

參考文獻：

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