1、 第三节 用途广泛的金属材料一、教学设计材料发展的历史从生产力的侧面反映了人类社会发展的文明史，因此，历史学家往往根据当时有代表性的材料将人类社会划分为石器时代、青铜器时代和铁器时代等。人们在大量地烧制陶瓷的实践中，熟练地掌握了高温加工技术，利用这种技术来烧炼矿石，逐渐冶炼出铜及其合金青铜，这是人类社会最早出现的金属材料。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、涂料和胶黏剂等都得到相应的发展和应用。合成高分子材料的问世是材料发展中的重大突破，从此，以金属材料、陶瓷材料
2、和合成高分子材料为主体，建立了完整的材料体系，形成了材料科学。金属材料在一个国家的国民经济中占有举足轻重的位置，因为金属材料的资源比较丰富，已积累有一整套相当成熟的生产技术，有组织大规模生产的经验，产品质量稳定，价格低廉、性能优异。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。新型的金属材料如高温合金、形状记忆合金、储氢合金、永磁合金、非晶态合金相继问世，大大扩展了金属材料的应用范围。鉴于金属材料在国民经济中的重要地位和日常生活中的广泛应用，编写一节金属材料的内容，以体现教科书内容的时代性，反映教学与生产、生活实际的联系。通过这一节的教学，让学生
3、了解金属材料的发展历史、重要作用和面临的挑战，通过激发学生的爱国热情和社会责任感来提高学生的求知欲。这是一节全新的内容，阅读性比较强。教学建议如下：1.通过金属材料发展史及有关的知识，使学生初步认识合理使用金属材料的意义学生过去对有关金属材料的知识了解不多，金属材料究竟包含哪些材料？它们有哪些功能？主要应用在哪些方面？学生对这些问题不太清楚，对金属材料的学习也就不可能有兴趣，也就达不到本节的教学目的。教师在教学中应该作一些介绍，或让学生互相交流，教师补充，让学生对金属材料形成一个初步概念。金属材料的基本元素是金属。因此，笼统地说，金属材料具有高强度、优良的塑性和韧性，耐热、耐寒，可铸造、锻造、
4、冲压和焊接，还有良好的导电性、导热性和铁磁性，因此是一切工业和现代科学技术中最重要的材料。金属材料可分为两大类：钢铁和非铁金属（或有色金属）。含碳量在2%4.3%的铁的合金为铸铁，含碳量一般在0.03%2%的铁的合金为钢。在Fe-C合金中，有目的地加入各种适量的合金元素，来提高钢铁的强度、硬度、耐磨性和耐腐蚀性等性能。常用的合金元素有Si、Mn、Cr、Ni、Mo、W、V、Ti、Nb、B等，形成了形形色色的合金铸铁或合金钢。非铁合金大体可分为：轻合金（铝合金、钛合金、镁合金、铍合金等）、重有色合金（铜合金、锌合金、锰合金、镍合金等）、低熔点合金（铅、锡、镉、铋、铟、镓、汞及其合金）、难熔合金（钨
5、合金、钼合金、铌合金、钽合金等）、贵金属（金、银、铂、钯等）和稀土金属等。其中应用最广的是铝合金。据统计，协和式超音速飞机全部结构的71%是用特殊的铝合金制造的；高速火车、汽车等交通工具对铝型材的用量需求不断加大；建筑装饰用的铝材越来越多，既漂亮、又耐腐蚀；电力系统和家用电器中铝导线的用量超过铜导线；铝箔可用于包装食品和香烟；铝合金还可用作电容器等。2.介绍金属材料面临的挑战，激发学生的社会责任感近一二十年来，金属材料的发展受到了巨大的压力，这种压力来自外部和内部两个方面。就外部来讲，从20世纪中期开始，高分子材料的崛起，尤其是工程塑料从性能到应用许多方面已能和传统的金属材料相抗衡，加上原料丰
6、富、价格便宜，产量以惊人的速度增长。与此同时，先进陶瓷材料也崭露头角，特别是在现代电子工业中占有重要地位。因此，材料领域从金属材料的一统天下转变为金属、陶瓷、高分子材料三足鼎立的新格局。从内部来讲主要是能源、资源和环境三个方面。金属材料的近百年的大力发展，某些主要的金属矿产资源日渐紧张，高品位的金属矿产很快减少，低品位的矿产使能源消耗和成本增加。金属工业是能源的最重要消耗者，也是严重的环境污染者。这些问题对金属材料今后的发展提出了有力的挑战。应对措施，一是对已有的金属材料要最大限度地提高它的质量，挖掘它的潜力，使其产生最大效益。近些年来，金属材料的制造技术有非常迅速的进步，先进的冶炼技术、精炼
7、技术、铸造技术、连铸连轧技术、成型加工技术和热处理技术在不断提高，微量杂质的技术、微量元素的合金化技术有所创新。二是开拓金属材料的新功能，以适应更高的使用要求。超高强度钢、超低碳不锈钢等新的合金钢和新的有色合金应运而生。三是加强废旧金属的回收和再利用。通过对金属材料面临的挑战和应对措施的初步介绍，可提高学生的社会责任感，有志者会明确自己努力的方向，会奋发学习，将来去承担更大的社会责任。3.积极开展社会调查活动，提高学生对金属材料的认识，增强其社会活动能力通过开展社会调查活动，去了解金属材料的组成、来源、价格和用途，从不同角度增加对金属材料的认识。尤其是通过家庭房屋的装璜，将性能和成本作为选材的
8、重要条件去考虑。社会调查活动需要认真组织，有调查目的、调查计划、调查内容、调查记录、调查总结和结果评价，以使活动收到预期的效果。4.开展多种形式的交流活动，培养学生的互助合作精神教科书中安排了角色扮演活动，这种活动学生会比较感兴趣。学生根据自己所扮演的角色，去了解这种角色的心声，然后进行交流，可以提高对某一问题的认识。这种活动既可以培养学生收集、整理资料的能力，又可以培养学生发表自己见解的能力，还可以培养学生的合作精神等。二、活动建议【实践活动1】1.对如何写有关合金的小论文提出一些具体要求，如论文的内容、调查的手段、论文的字数等。2.给学生一定的完成时间。3.论文上交后进行展评。【实践活动2
9、】针对是否应该停止使用铝制饮料罐的问题，让学生自选扮演角色，准备好表达自己看法的材料，开一次辩论会。应该注意的是，角色扮演要求学生转变角色，真正从所扮演角色的角度去考虑问题，并参加辩论。这可以使学生逐步学会站在他人的立场思考问题，对于培养学生倾听别人的意见，尊重、关心和爱护他人的情感是很有利的。三、问题交流【学与问】采用讨论的形式。初中提到的合金是在金属中加热熔合某些金属或非金属制得具有金属特征的金属材料。不同的合金具有不同的性能，与钢铁相比，主要表现在机械强度、韧性、硬度、可塑性、耐腐蚀性等方面。例如，不锈钢抗腐蚀性好，用来做医疗器械、炊具等；硬铝强度和硬度好，用来制门窗，也用于制火箭、飞机
10、、轮船等；青铜强度高、可塑性好、耐磨、耐腐蚀，用于制机器零件，等等。【思考与交流】该活动可以按教科书提示，针对“如何选用材料”进行交流。也可以让学生对自己家庭或某一单位的装璜根据教科书提示的几个方面进行调查，写出调查报告，再让学生对学校某会议室提出装璜意见。比一比谁的装璜设计最合理、最美观、最有创意。四、习题参考1.某种金属能不能成为一种应用广泛的材料，主要取决于该金属的储量、冶炼成本、市场价格等以及所具有的性能和是否易于加工等。2.建议教师引导学生查阅有关金属物理性质的一些数据（如电导率、热膨胀系数、熔点等）进行列表比较，并根据这些金属的化学活动性做一些分析和说明。3.建议教师准备一些不同用途的金属制品，让学生辨认和分析。4.建议让学生作一次家庭调查，并写出调查报告
