第四节 跨学科实践：设计节能环保小屋（表格式教学设计）物理新教材北师大版九年级全一册

该初中物理教学设计聚焦能源分类、节能技术原理等核心知识，以水利发电站工作原理情境导入，衔接前序能源、热传递等知识，构建“能源认知-选址分析-设计实践-模型制作”的学习支架。 特色在于跨学科实践任务链，通过实验探究保温材料性能、小组合作完成选址报告与模型制作，培养科学探究能力与创新思维，强化科学态度与环保责任。如太阳能转化装置制作等实例，提升学生实践能力，助力教师实现理论与实践深度融合。

第四节 跨学科实践：设计节能环保小屋（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第四节 跨学科实践：设计节能环保小屋 教学目标 物理观念 理解能源分类（一次 / 二次、可再生 / 不可再生），掌握节能技术的物理原理（隔热、光能利用） 科学思维 通过小组设计，培养 “平衡节能与舒适” 的创新思维 科学探究 用实验测试材料保温性，综合多学科知识优化设计 科学态度 与责任 增强环保意识，树立 “科技服务生活” 的责任感 教材分析 本节《跨学科实践：设计节能环保小屋》是北师大版九年级全一册第十六章的综合内容，承接前序能源、热传递、能量转化等相关知识，遵循 “能源认知→选址分析→设计实践→模型制作” 的逻辑线索展开。首先通过水利发电站工作原理情境引入能源主题，依次讲解能源分类、能源危机及解决方案，再通过跨学科实践任务，引导学生结合多学科知识设计并制作节能环保小屋模型，最后通过成果展示与评价实现理论与实践的结合，是培养学生物理观念、科学思维、探究能力和环保责任的关键实践章节。 学情分析 九年级学生已掌握热传递、能量转化等基础物理知识，对太阳能、风能等新能源有初步认知，具备一定的动手操作和小组合作能力。但对能源分类的标准、节能技术的物理原理理解不够深入，缺乏多学科知识整合应用的经验，在平衡节能与居住舒适性的设计中容易出现片面性，需要通过情境引导、实验探究和实践操作逐步突破难点。 教学重点 清洁能源转化原理；建筑节能的物理措施（保温、采光） 教学难点 多学科知识整合优化设计；平衡节能与居住舒适性 教学准备 能源分类相关图片（化石能源、风能、水能等）、水力发电站工作原理示意图、保温材料（泡沫板、棉花等）、小型太阳能板、LED 灯、导线、纸箱、塑料板、小风扇、课件（包含典例习题、实践任务指导） 教学过程 导入新课 展示水利发电站工作原理示意图，讲解 “提高上游水位增加水的势能，高水位的水推动水轮机转动，带动发电机发电” 的过程。 【提问】人类社会的现代化离不开能源，我们身边还有哪些能源？这些能源如何分类？面对日益严峻的能源危机，我们可以通过哪些技术手段实现节能环保？今天，我们通过跨学科实践一同探索 “设计节能环保小屋” 的奥秘。 【设计意图】通过实际能源利用案例引入，引发学生对能源相关问题的思考，自然切入本节课核心实践主题。 实践任务 一、认识能源 【核心概念讲解】 1. 能源的定义：能够提供能量的物质都被称为能源，如煤炭、风能、水能、电能、石油、柴草等，各种能源的利用极大地促进了人类文明的发展。 2. 人类利用能源的历程：原始社会的柴薪能源→第一次工业革命的化石能源→第二次工业革命的电气时代→第三次工业革命的新能源时代。 3. 能源分类： （1）按能源的基本形态分类：一次能源（以天然形式存在于自然界的能源，如化石能源、风能、水能、地热能）；二次能源（由一次能源加工转化而来的能源，如电能、酒精）。 （2）一次能源按能否在短期内再生分类：不可再生能源（短期内无法从自然界得到补充，如化石能源、核能）；可再生能源（可以在自然界里源源不断地得到，如风能、水能、太阳能）。 4. 能源危机与解决方案： （1）当前能源结构：以化石能源为主。 （2）能源危机的核心原因：化石能源不可再生；能量转化有方向性与损耗；能源使用伴随污染。 （3）缓解能源危机的关键：开发新能源（核能、可再生能源）、提高能源利用效率、节约能源。 （4）常见新能源对比： 【典例1】太阳是人类能源的宝库，下列说法错误的是（　　） A．太阳能是一次能源 B．太阳能是太阳内部发生聚变释放的能量 C．太阳能电池把太阳能转化为电能 D．集热器可以吸收太阳辐射并将其转化为化学能 【答案】D 【详解】A．太阳能能够从自然界中直接获取，是一次能源，故A正确，不符合题意； B．太阳内部每时每刻都发生核聚变释放出巨大的核能，太阳能是一个巨大的核能火炉，故B正确，不符合题意； C．太阳能电池把太阳能直接转化为电能，故C正确，不符合题意； D．集热器可以吸收太阳辐射，将太阳的光能转化为内能，故D错误，符合题意。 故选D。 【典例2】节约资源和保护环境是我国的基本国策。下列叙述不符合节能环保要求的是（　　） A．重复使用节能环保购物袋，减少使用一次性用品 B．短距离上下楼不乘电梯，尽量减少电梯使用次数 C．公共建筑夏季室内空调温度设置一般不低于 D．手机充完电后，不必拔下充电器 【答案】D 【详解】A．重复使用节能环保购物袋，减少使用一次性用品符合节能环保要求，故A不符合题意； B．短距离上下楼不乘电梯，尽量减少电梯使用可节约用电，符合节能环保要求，故B不符合题意；   C．公共建筑夏季室内空调温度设置一般不低于26°C，有利于节约电能，符合节能环保要求，故C不符合题意；   D．手机充完电后，充电器插在电源上仍会消耗电能，浪费能源，不符合节能要求，故D符合题意。 故选D。 实践任务 二、为节能环保小屋选址 【核心内容讲解】 1. 我国能源分布特点：总量丰富，但人均占有量不多，分布不均匀。水资源集中在西南地区；煤炭资源分布在西部和北部地区；西北地区太阳能丰富；沿海地区和西北地区风能丰富。 2. 选址的 3 大核心因素： （1）能源可及性：根据拟利用的新能源类型选择选址，如依赖太阳能供电应优先选择西北地区。 （2）气候适应性：结合当地气候条件设计节能措施，如炎热地区侧重隔热，寒冷地区侧重保温。 （3）地形与环境：选择地形平坦、环境适宜的区域，避免恶劣地形对小屋使用和能源利用的影响。 【实践活动引导】 活动要求：小组合作，结合我国能源分布特点和选址核心因素，为节能环保小屋选择合适地址，撰写选址报告，说明选址理由及拟利用的新能源类型。 实践任务 三、设计节能环保小屋 【核心概念讲解】 1. 节能技术分类及应用： （1）能源供给类：太阳能（屋顶安装太阳能热水器、光伏板发电）；风能（小型风力发电机供电）。 （2）建筑节能类：外墙使用保温材料（减少热量流失）；门窗安装隔热玻璃（夏天隔热、冬天保温）；夏季利用遮阳帘降低室温。 2. 设计要求： （1）标注关键尺寸（采用同一比例尺，如 1:100）； （2）明确标注节能技术与材料（如 “屋顶：太阳能板”“墙体：泡沫板”）； （3）兼顾功能需求（包含卧室、厨房、卫生间等基本空间，标注采光、通风口）。 【实践活动引导】 活动要求：小组根据选址报告，结合节能技术原理，绘制节能环保小屋设计草图，用思维导图梳理设计思路，重点说明能源选择、节能措施的物理原理。 【典例3】如图是一种新型的风光互补景观照明灯，其太阳能电池板和风力发电机产生的电能，输送至蓄电池储存起来，供路灯照明使用，下列解释正确的是（　　） A．蓄电池夜晚放电时将电能转化为化学能 B．照明灯工作时，将风能转化为光能 C．太阳能电池板将电能转化为太阳能 D．利用风力发电时，“风扇”将风能转化为电能 【答案】D 【详解】A．蓄电池夜晚放电时，是将储存的化学能转化为电能，为照明灯供电。故A错误； B．照明灯工作时，消耗的是电能，将电能转化为光能和内能。故B错误； C．太阳能电池板的作用是吸收太阳能，将太阳能转化为电能。故C错误； D．利用风力发电时，“风扇”即风力发电机的叶片被风吹动，带动内部的发电机工作，将风能转化为电能，并储存起来。故D正确。 故选D。 【典例4】人类的发展离不开能源，“碳达峰、碳中和”是我国对世界做出的庄严承诺。对于能量和能源，下列说法正确的是（　　） A．现代生活离不开电，电能是一次能源 B．新能源的开发和利用技术难、成本高、无实用价值 C．风能、水能、太阳能等可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向 D．能量取之不尽，用之不竭，所以不用节约能源 【答案】C 【详解】A．电能不能直接从自然界获取，属于二次能源，故A错误； B．新能源的开发和利用技术难、成本高，但有实用价值，故B错误； C．风能、水能、太阳能等大多数可再生能源清洁、无污染，可以保证不会严重影响环境，是未来理想能源的一个重要发展方向，故C正确； D．有些能源使用以后不能再被利用，还会越用越少，所以要节约能源，故D错误。 故选C。 实践任务 四、制作节能环保小屋 【核心概念讲解】 1. 模型制作核心技术： （1）保温隔热技术： ①核心目标：减少小屋内外的热传递，保持室内温度稳定。 ②技术原理：控制热传递的三种方式（热传导、热对流、热辐射）。 ③材料选择：泡沫板、棉花等保温材料。 （2）新能源转化装置： ①核心目标：将太阳能转化为电能，为小屋提供照明。 ②技术原理：太阳能板→电能→LED 灯（能量转化路径）。 ③材料选择：小型太阳能板（5V）、LED 灯、导线、电池盒（备用电源）。 （3）采光与节水技术： ①采光技术：利用光的反射与折射增强自然采光，材料选择铝箔反光板、透明塑料膜。 ②节水技术：收集雨水用于模拟绿化浇灌，材料选择塑料瓶、导管、小水盆。 2. 制作步骤： （1）保温隔热结构制作：制作双层墙体（外层硬纸板 + 内层泡沫板，接缝用胶水密封）；用透明塑料膜制作窗户，边缘用胶带密封。 （2）新能源转化装置安装：连接电路（太阳能板正负极分别与 LED 灯正负极连接，胶带固定接口）；将太阳能板固定在屋顶，倾斜角度 30°-45°，面向光源；调试装置（对准阳光或台灯，观察 LED 灯是否亮起）。 （3）采光与节水装置安装：在小屋侧面安装透明塑料膜窗户，外侧下方安装倾斜 45° 的铝箔反光板；将裁剪底部的塑料瓶固定在屋顶边缘作为集雨槽，用导管连接至小水盆。 【实践活动引导】 活动要求：小组根据设计草图，按照制作步骤合作完成模型制作，注意材料裁剪整齐、密封严实，避免缝隙；制作过程中记录遇到的问题及解决方法。 成果展示与评价 【展示要求】 1. 介绍设计思路（选址、能源选择、功能布局）； 2. 讲解核心技术与物理原理（重点说明保温、能源转化、采光 / 节水的物理依据）； 3. 演示模型功能（如 LED 灯照明、雨水收集、反光采光）； 4. 分享创新点与改进方向。 【评价标准】 1. 科学性（物理原理正确，技术应用合理）：4 分； 2. 创新性（设计有新意，材料利用巧妙）：3 分； 3. 可行性（模型制作规范，功能可实现）：2 分； 4. 表达清晰（讲解有条理，语言简洁）：1 分。 【评价方式】小组互评 + 教师点评 课 堂 练 习 1．如图是某地区使用的“风光互补”景观照明灯。它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，下列说法正确的是（    ） A．光电池板是将太阳能转化为化学能 B．照明灯工作时，LED灯是将内能转化为电能 C．利用风力发电时，机械能转化为电能 D．蓄电池放电时，蓄电池将化学能转化为光能 【答案】C 【详解】A．光电池板的作用是将太阳能转化为电能，而不是化学能，故A错误； B．照明灯工作时，LED灯是将电能转化为光能，同时可能有少量内能，但主要是电能转化为光能，不是将内能转化为电能，故B错误； C．利用风力发电时，“小风扇”转动，将机械能转化为电能，故C正确； D．蓄电池放电时，是将化学能转化为电能，而不是直接转化为光能，电能再通过照明灯转化为光能，故D错误。 故选C。 2．太阳能电池帆板（简称“电池板”）是为各类太空飞行器提供能源的装置，电池板是把太阳能转化成 （填“一次”或“二次”）能源—电能；我国最新建成的“华龙一号”核电站采用的核反应方式与太阳内部的核反应是 （填“相同”或“不相同”）的，该反应用到的核原料属于 （选填“可再生”或“不可再生”）能源，核电站的大规模应用可显著减少温室气体排放，助力实现碳中和目标。 【答案】 一次 不相同 不可再生 【详解】[1]一次能源是指自然界中以原有形式存在的、未经加工转换的能量资源，太阳能属于一次能源。太阳能电池帆板将太阳能直接转化为电能，这里的电能是由一次能源太阳能直接转化而来的，所以也是一次能源。 [2]“华龙一号”核电站采用的是核裂变反应，在反应堆中，原子核裂变并释放出能量。而太阳内部发生的是核聚变反应，是将氢原子融合成氦原子，释放出大量的能量。所以二者核反应方式不相同。 [3]核电站所用的核燃料是矿产资源，如铀等，这些核燃料在地球上的储量是有限的，属于不可再生资源，会越用越少，不可能在短期内从自然界得到补充。 3．据统计，我省光伏发电输出创历史新高，光伏发电的核心部件是光电板。光电板吸收太阳能的多少是技术关键，它与什么因素有关？小明猜想光电板吸收太阳能的多少可能与光电板的面积、光照时间、光电板的颜色有关。根据以上猜想，小明设计实验方案，进行了实验探究，实验数据记录如表所示： 序号 光电板的面积（m2） 光照时间（min） 光电板表面所涂颜色 LED灯发光时间（min） 1 0.1 10 黑色 30 2 0.1 20 黑色 60 3 0.3 10 黑色 90 4 0.3 10 白色 5 (1)该实验中光电板吸收太阳能的多少是通过 反映。 (2)由表中1、3两组数据，可初步得到的结论是 。由表中数据分析可知，制作太阳能光电板用 色较好。 (3)在安装光伏板时，需综合考虑地理位置、季节及光伏板类型等多重因素。季节变化亦需考虑，夏季可适当增大角度避免过热，冬季则可减小角度以充分吸收阳光。根据以上信息，请你提出一个可探究的科学问题： 。 【答案】(1)LED灯发光时间；(2)光电板吸收太阳能的多少与光电板的面积有关；黑；(3)光电板吸收太阳能的多少是否与光电板的角度有关 【详解】（1）通过比较表格中的数据可知，该实验中光电板吸收太阳能的多少是通过LED灯发光时间反映。 （2）[1]由表中1、3两组数据，即它们的面积不同，光照时间和颜色相同，LED灯发光时间不同，可初步得到的结论是光电板吸收太阳能的多少与光电板的面积有关。 [2]由表中3、4数据分析可知，制作太阳能光电板用黑色较好。 （3）在安装光伏板时，需综合考虑地理位置、季节及光伏板类型等多重因素。季节变化亦需考虑，夏季可适当增大角度避免过热，冬季则可减小角度以充分吸收阳光。根据以上信息，可提出一个可探究的科学问题：光电板吸收太阳能的多少是否与光电板的角度有关。 板 书 设 计 第四节 跨学科实践：设计节能环保小屋 一、认识能源 1. 定义：提供能量的物质 2. 历程：柴薪→化石→电气→新能源 3. 分类：一次 / 二次；可再生 / 不可再生 4. 危机与解决方案：开发新能源、提高效率、节约能源 二、小屋选址 核心因素：能源可及性、气候适应性、地形与环境 三、小屋设计 1. 能源供给：太阳能、风能 2. 建筑节能：保温材料、隔热玻璃、遮阳帘 3. 设计要求：尺寸、技术标注、功能布局 四、模型制作 1. 核心技术：保温隔热、新能源转化、采光节水 2. 成果展示与评价：科学性、创新性、可行性、表达清晰 课 堂 小 结 第四节 跨学科实践：设计节能环保小屋 课 后 作 业 1.习题作业：完成课本“自我检测”剩余题目； 2.拓展作业：调研自己家或社区的节能设施（如 LED 灯、太阳能热水器、保温门窗）。 教 学 反 思 原创精品资源学科网独家享有版权，侵权必究！1 学科网（北京）股份有限公司 $