資源簡介

12.4《 能源和可持續(xù)發(fā)展》課時教案
學科 物理 年級冊別 高二上冊 共1課時
教材 人教版（2019）高中物理必修第三冊 授課類型 新授課 第1課時
教材分析
教材分析
本節(jié)內(nèi)容位于人教版高中物理必修第三冊第十二章第四節(jié)，是電磁學與能源社會應用的融合點。教材從能量轉(zhuǎn)化與守恒定律出發(fā)，引出能源利用的基本原理，系統(tǒng)介紹了常規(guī)能源與新能源的分類、特點及其在現(xiàn)代社會中的應用現(xiàn)狀。通過實例分析能源利用對環(huán)境的影響，引導學生理解“可持續(xù)發(fā)展”的物理內(nèi)涵。本節(jié)不僅鞏固了能量守恒的思想，還拓展了物理知識在現(xiàn)實社會中的價值體現(xiàn)，為學生形成科學的能源觀和責任感奠定基礎(chǔ)。
學情分析
高二學生已具備能量守恒、電能轉(zhuǎn)化等基礎(chǔ)知識，具備一定的邏輯推理與抽象思維能力。但在能源與環(huán)境問題的認知上，多停留在新聞層面，缺乏系統(tǒng)的科學理解。學生對新能源技術(shù)如太陽能、核能等有好奇但存在誤解。同時，該年齡段學生關(guān)注社會議題，具備初步的價值判斷能力。教學中需結(jié)合真實情境，引導其從物理視角分析能源問題，克服“抽象概念難理解”“數(shù)據(jù)繁雜難記憶”的學習障礙，通過議題式教學激發(fā)探究興趣，提升科學思維與社會責任意識。
課時教學目標
物理觀念
1. 理解能源的分類標準，掌握常規(guī)能源與新能源的基本特征及其能量轉(zhuǎn)化方式。
2. 認識能量轉(zhuǎn)化與守恒定律在能源利用中的核心地位，能分析典型能源系統(tǒng)的能量流動過程。
科學思維
1. 能通過比較、歸納等方法，分析不同能源的優(yōu)缺點，構(gòu)建能源評價的多維思維模型。
2. 運用物理原理對能源利用中的效率問題進行定量或定性推理，提升系統(tǒng)分析能力。
科學探究
1. 通過小組合作查閱資料、分析數(shù)據(jù)，探究某一新能源的技術(shù)原理與應用前景。
2. 設計簡單的能源利用效率調(diào)查方案，體驗科學探究的基本流程。
科學態(tài)度與責任
1. 形成節(jié)約能源、保護環(huán)境的意識，理解可持續(xù)發(fā)展的必要性。
2. 增強作為未來公民在能源問題上的社會責任感，能理性看待能源政策與技術(shù)發(fā)展。
教學重點、難點
重點
1. 能源的分類及各類能源的特點與能量轉(zhuǎn)化方式。
2. 能量守恒在能源系統(tǒng)中的體現(xiàn)與可持續(xù)發(fā)展的物理基礎(chǔ)。
難點
1. 理解能源利用效率的物理本質(zhì)及其對可持續(xù)發(fā)展的影響。
2. 綜合多因素（技術(shù)、環(huán)境、經(jīng)濟）評價能源方案，形成系統(tǒng)性思維。
教學方法與準備
教學方法
議題式教學法、情境探究法、合作探究法、講授法
教具準備
多媒體課件、能源數(shù)據(jù)圖表、新能源技術(shù)視頻、小組任務卡、評價量表
教學環(huán)節(jié) 教師活動 學生活動
情境導入：能源危機的警鐘
【5分鐘】 一、播放視頻，引發(fā)思考 （一）、播放一段關(guān)于全球能源消耗與氣候變化的紀錄片片段
視頻內(nèi)容展示：城市夜景燈火通明、工廠煙囪排放濃煙、北極冰川加速融化、極端天氣頻發(fā)等畫面交替出現(xiàn)，背景音為低沉的旁白：“人類文明的每一次躍遷，都伴隨著能源的更替。煤炭點燃了工業(yè)革命，石油驅(qū)動了現(xiàn)代交通。然而，當我們享受著便利時，地球正在發(fā)出警告——能源的過度消耗與環(huán)境污染正威脅著人類的未來。”
教師引導語：“同學們，剛才的畫面中，你看到了什么？感受到了什么？這些現(xiàn)象背后，隱藏著怎樣的物理規(guī)律？我們今天就從物理學的角度，走進《能源與可持續(xù)發(fā)展》的世界。”
（二）、提出驅(qū)動性問題，開啟探究之旅
教師在黑板上寫下核心問題：“如果地球的能源只夠用50年，我們該怎么辦？”并補充：“這不是科幻小說，而是科學家基于當前消耗速度做出的預警。作為未來的建設者，你是否有責任思考這個問題？今天的物理課，我們要用科學的眼光，尋找答案。”
教師進一步引導：“能源不僅是技術(shù)問題，更是物理問題。能量守恒定律告訴我們，能量不會憑空產(chǎn)生或消失，但可用能量卻在不斷耗散。我們?nèi)绾卧跐M足發(fā)展需求的同時，實現(xiàn)能源的永續(xù)利用？這，就是可持續(xù)發(fā)展的核心命題。” 1. 觀看視頻，記錄關(guān)鍵畫面與數(shù)據(jù)。
2. 思考并回答教師提出的問題。
3. 分享對能源危機的初步感受。
4. 明確本節(jié)課的學習任務與目標。
評價任務 觀察能力：☆☆☆
問題意識：☆☆☆
情感共鳴：☆☆☆
設計意圖 通過真實震撼的視聽情境，激發(fā)學生對能源問題的關(guān)注與危機感。以“50年倒計時”這一具象化問題引發(fā)認知沖突，喚醒學生的社會責任意識。將抽象的能源問題與物理定律（能量守恒）建立聯(lián)系，為后續(xù)學習提供思維錨點，實現(xiàn)從“生活感知”到“科學思考”的過渡。
新知建構(gòu)：能源的分類與轉(zhuǎn)化
【12分鐘】 一、系統(tǒng)講解能源分類體系 （一）、展示能源分類樹狀圖，逐層解析
教師在PPT上呈現(xiàn)清晰的能源分類結(jié)構(gòu)圖：
能源 → 按來源分：一次能源（天然存在）與二次能源（加工轉(zhuǎn)換）
一次能源 → 可再生能源（太陽能、風能、水能、生物質(zhì)能、地熱能）與非可再生能源（化石能源：煤、石油、天然氣；核燃料：鈾、钚）
二次能源 → 電能、汽油、柴油、氫能等
教師逐項解釋：“一次能源是自然界直接提供的，如太陽輻射、地下熱能；二次能源則是人類通過技術(shù)手段轉(zhuǎn)化而來的，如火力發(fā)電廠將煤的化學能轉(zhuǎn)化為電能。可再生能源理論上可無限循環(huán)，而非可再生能源儲量有限，用一點少一點。”
（二）、結(jié)合實例分析能量轉(zhuǎn)化路徑
教師以“火力發(fā)電”為例，詳細拆解能量轉(zhuǎn)化鏈條：
化學能（煤） → 熱能（燃燒） → 機械能（蒸汽推動汽輪機） → 電能（發(fā)電機）
強調(diào)：“每一步轉(zhuǎn)化都有能量損失，最終效率僅為30%~40%。這就是為什么我們說‘節(jié)約用電’本質(zhì)上是節(jié)約一次能源。”
再以“太陽能光伏發(fā)電”為例：
光能（太陽輻射） → 電能（光伏效應）
指出：“雖然轉(zhuǎn)化效率目前約15%--22%，但能源來源無限且無污染，是未來重要方向。”
二、組織學生繪制能量轉(zhuǎn)化流程圖 （一）、分發(fā)任務卡，明確繪制要求
教師為每組發(fā)放任務卡，要求選擇一種能源（如風能發(fā)電、水力發(fā)電、核能發(fā)電、電動汽車電能來源等），繪制其完整的能量轉(zhuǎn)化流程圖，并標注每一環(huán)節(jié)的能量形式。
（二）、巡視指導，糾正概念錯誤
教師在學生繪制過程中巡視，重點糾正常見誤區(qū)：如“電能是一次能源”、“風能可以直接驅(qū)動電器”等。強調(diào)電能是典型的二次能源，必須通過轉(zhuǎn)化獲得。對核能的“核能→熱能→機械能→電能”路徑進行重點說明，澄清“核能直接發(fā)電”的誤解。 1. 聽講并記錄能源分類體系。
2. 理解不同能源的能量轉(zhuǎn)化過程。
3. 小組合作繪制選定能源的能量轉(zhuǎn)化流程圖。
4. 展示并講解本組繪制的流程圖。
評價任務 分類準確：☆☆☆
轉(zhuǎn)化清晰：☆☆☆
表達完整：☆☆☆
設計意圖 通過結(jié)構(gòu)化圖示與實例分析，幫助學生建立系統(tǒng)的能源知識框架。以“能量轉(zhuǎn)化鏈”為核心線索，強化物理觀念的形成。小組繪制流程圖的活動促進知識內(nèi)化，培養(yǎng)合作學習能力。教師及時糾正錯誤概念，確保科學準確性，為后續(xù)的比較分析奠定基礎(chǔ)。
合作探究：新能源的未來之路
【15分鐘】 一、發(fā)布探究任務，明確分工 （一）、宣布“新能源發(fā)展聽證會”模擬活動
教師宣布：“現(xiàn)在，我們進入‘新能源發(fā)展聽證會’環(huán)節(jié)。你們將代表不同利益方，就‘是否應大規(guī)模發(fā)展核能’這一議題展開辯論。每組抽取角色卡：政府能源部門、環(huán)保組織、核電企業(yè)、普通市民。”
提供資料包：包含核能原理簡介、我國核電站分布圖、核電效率數(shù)據(jù)（約33%）、核廢料處理現(xiàn)狀、福島核事故簡述、公眾接受度調(diào)查等。
（二）、指導學生構(gòu)建論證框架
教師提示：“請從物理原理、能源效率、環(huán)境影響、安全風險、經(jīng)濟成本等維度收集證據(jù)。例如，核電能量密度極高，1千克鈾-235相當于2700噸標準煤；但核廢料放射性可持續(xù)數(shù)千年，需深地質(zhì)封存。”
二、組織小組討論，生成觀點 （一）、小組內(nèi)部討論，整合信息
各組根據(jù)角色立場，篩選資料，形成支持或反對大規(guī)模發(fā)展核能的觀點。教師巡視，引導學生用物理語言表達，如“核裂變釋放的結(jié)合能遠大于化學能”“中子慢化劑的作用是提高鏈式反應效率”等。
（二）、準備陳述與反駁
每組推選發(fā)言人，準備3分鐘陳述。其他成員準備應對可能的質(zhì)疑。教師提醒：“辯論不是爭吵，而是用證據(jù)和邏輯說服他人。尊重對方觀點，理性表達。”
三、開展聽證會，促進深度對話 （一）、主持聽證會流程
教師擔任主持人，按順序邀請各組發(fā)言。每組陳述后，其他組可提問或反駁。例如，環(huán)保組織質(zhì)問：“如何保證萬年尺度的核廢料安全？”核電企業(yè)回應：“采用多重屏障系統(tǒng)與智能監(jiān)測技術(shù)，風險可控。”
（二）、適時介入，深化物理理解
當討論陷入情緒化時，教師引導：“讓我們回到物理本質(zhì)。核能的風險是否可以通過技術(shù)進步降低？比如第四代核反應堆的固有安全性設計。同時，我們也不能忽視‘能源三角’——供應安全、經(jīng)濟可及、環(huán)境可持續(xù)，三者如何平衡？” 1. 抽取角色卡，明確立場與任務。
2. 查閱資料，提取關(guān)鍵物理信息。
3. 小組討論，構(gòu)建論證邏輯。
4. 參與聽證會，陳述觀點并回應質(zhì)疑。
評價任務 論據(jù)充分：☆☆☆
邏輯嚴密：☆☆☆
表達得體：☆☆☆
設計意圖 通過模擬聽證會的形式，將抽象的能源政策轉(zhuǎn)化為真實的社會議題。學生在角色代入中體驗多元視角，學會用物理知識支撐社會決策。活動融合了信息提取、邏輯推理、語言表達等多維能力，提升科學探究與社會責任意識。教師適時引導，確保討論不偏離科學軌道，實現(xiàn)知識、能力與價值觀的協(xié)同發(fā)展。
總結(jié)升華：做能源文明的傳承者
【8分鐘】 一、歸納知識結(jié)構(gòu)，強化物理觀念 （一）、回顧本節(jié)課核心內(nèi)容
教師在黑板上逐步構(gòu)建板書框架，帶領(lǐng)學生回顧：“今天我們從能源分類入手，理解了能量轉(zhuǎn)化的鏈條，認識到效率的重要性；通過聽證會，體會到能源選擇的復雜性。最終，我們回歸到能量守恒定律——它不僅是自然法則，更是人類文明的警鐘：每一次能源的揮霍，都是對地球有限資源的透支。”
（二）、引入“能源金字塔”模型
教師展示“可持續(xù)能源金字塔”：底層是節(jié)能與能效提升，中層是可再生能源，頂層是清潔化石能源與核能。強調(diào)：“最可持續(xù)的能源，是‘不用的能源’。節(jié)約優(yōu)先，才是根本。”
二、情感升華，寄語未來 （一）、引用名言，引發(fā)共鳴
教師深情講述：“愛因斯坦曾說：‘復利是世界第八大奇跡。’而我想說，浪費的累積，也是另一種‘復利’——每一度被浪費的電，每一升被空轉(zhuǎn)的汽油，都在加速地球的負擔。我們無法回到煤炭時代，但我們可以選擇更智慧的未來。”
（二）、發(fā)出倡議，落實行動
“從今天起，讓我們做一名‘能源偵探’：記錄家庭一周用電量，分析哪些可以節(jié)約；關(guān)注新能源技術(shù)進展，理性看待每一次能源變革。正如《寂靜的春天》作者卡森所警示的：‘我們走的太快，忘了為什么出發(fā)。’在追求發(fā)展的路上，愿我們始終記得——地球，是我們唯一的家園。” 1. 跟隨教師回顧知識要點。
2. 理解能源金字塔的內(nèi)涵。
3. 傾聽教師總結(jié)，產(chǎn)生情感共鳴。
4. 思考個人在能源節(jié)約中的行動。
評價任務 知識整合：☆☆☆
價值認同：☆☆☆
行動意愿：☆☆☆
設計意圖 通過結(jié)構(gòu)化回顧，幫助學生形成系統(tǒng)的知識網(wǎng)絡。引入“能源金字塔”模型，深化對可持續(xù)發(fā)展路徑的理解。以富有哲理的語言和真實名言進行情感升華，將物理知識上升為生命關(guān)懷與文明責任，激發(fā)學生內(nèi)在的行動力，實現(xiàn)從“知道”到“認同”再到“踐行”的跨越。
課堂小結(jié)
【5分鐘】 一、學生自主總結(jié) （一）、邀請學生分享收獲
教師提問：“請用一句話，說說你今天最大的收獲。”
預設回答：
“我明白了電能是二次能源，節(jié)約用電就是節(jié)約煤炭。”
“核能很強大，但必須謹慎對待。”
“可持續(xù)發(fā)展不是口號，而是每個人的選擇。”
（二）、教師補充完善
教師補充：“今天我們不僅學了能源知識，更學會了一種思維方式——用物理的眼光看世界。能源問題沒有標準答案，但科學精神、責任意識和系統(tǒng)思維，是我們應對未來挑戰(zhàn)的利器。” 1. 主動分享學習收獲。
2. 傾聽他人觀點，拓展認知。
3. 反思自身能源行為。
4. 明確后續(xù)學習方向。
評價任務 表達清晰：☆☆☆
理解深刻：☆☆☆
反思自覺：☆☆☆
設計意圖 通過學生自主總結(jié)，檢驗學習效果，促進知識內(nèi)化。教師補充提升，強化核心素養(yǎng)目標。鼓勵反思與表達，培養(yǎng)元認知能力，為后續(xù)學習埋下伏筆。
作業(yè)設計
一、家庭能源審計報告
1. 調(diào)查家中主要電器（冰箱、空調(diào)、電視、洗衣機、電熱水器等）的額定功率（單位：瓦）和每日平均使用時間（單位：小時）。
2. 計算每種電器的日耗電量（單位：度 = 千瓦·時），公式：耗電量 = 功率 × 使用時間 ÷ 1000。
3. 統(tǒng)計家庭日總耗電量，并估算月電費（按0.6元/度計算）。
4. 分析：哪種電器耗電最多？提出至少兩條節(jié)能建議（如更換LED燈、減少待機時間、合理設置空調(diào)溫度等）。
5. 撰寫一份300字左右的《家庭能源使用與節(jié)能建議報告》。
二、新能源技術(shù)調(diào)研
1. 選擇一種你感興趣的新能源技術(shù)（如光伏發(fā)電、風力發(fā)電、氫能汽車、地熱供暖、潮汐能等）。
2. 查閱資料，回答以下問題：
（1）該技術(shù)的基本工作原理是什么？（用物理語言描述）
（2）目前在我國的應用現(xiàn)狀如何？（舉例說明）
（3）它有哪些優(yōu)勢和面臨的挑戰(zhàn)？
3. 制作一份A4紙大小的“新能源技術(shù)科普小報”，圖文并茂，可手繪或打印。
【答案解析】
一、家庭能源審計報告
示例：冰箱功率150W，日用24小時，耗電3.6度；空調(diào)功率1500W，日用5小時，耗電7.5度……總耗電約15度/日，月電費約270元。建議：空調(diào)溫度夏季不低于26℃，冬季不高于20℃；電器不用時拔掉插頭。
評分標準：數(shù)據(jù)真實、計算正確、建議合理。
二、新能源技術(shù)調(diào)研
示例：光伏發(fā)電原理——光生伏特效應，光子激發(fā)半導體產(chǎn)生電子-空穴對，形成電流。我國青海、寧夏等地建有大型光伏電站。優(yōu)勢：清潔可再生；挑戰(zhàn)：受天氣影響、儲能成本高。
評分標準：原理準確、信息真實、表達清晰。
板書設計
能源與可持續(xù)發(fā)展
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一、能源分類
一次能源 → 可再生（太陽能、風能...）
　　　　　→ 非可再生（煤、石油、核能）
二次能源 → 電能、汽油...
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二、能量轉(zhuǎn)化鏈
化學能 → 熱能 → 機械能 → 電能（火電）
光能 → 電能（光伏）
核能 → 熱能 → 機械能 → 電能
效率：30%~40%｜15%~22%｜≈33%
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三、可持續(xù)發(fā)展
能源金字塔：
　　　頂層：核能、清潔煤
　　中層：可再生能源
底層：節(jié)能與能效（最重要）
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核心：能量守恒 + 責任意識 = 可持續(xù)未來
教學反思
成功之處
1. 以“能源危機”情境導入，有效激發(fā)學生興趣與社會責任感，課堂參與度高。
2. “新能源聽證會”活動設計新穎，學生在角色扮演中深入理解能源問題的復雜性，科學思維與表達能力得到鍛煉。
3. 板書結(jié)構(gòu)清晰，突出“能量轉(zhuǎn)化鏈”與“能源金字塔”兩大核心模型，幫助學生構(gòu)建系統(tǒng)認知。
不足之處
1. 聽證會環(huán)節(jié)時間略緊，部分小組未能充分展開辯論，可考慮延長2-3分鐘或分兩課時進行。
2. 對核能原理的講解仍顯淺層，部分學生對“鏈式反應”“中子慢化”等概念理解模糊，需補充更直觀的動畫演示。
3. 作業(yè)中家庭用電調(diào)查可能受數(shù)據(jù)獲取限制，部分學生難以準確統(tǒng)計，可提供簡化模板或替代方案。

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