22.3 跨学科实践：为节约能源设计方案 教案 2025-2026学年物理人教版九年级全一册

该初中物理教案聚焦跨学科实践设计家庭节约能源方案，通过1度电用途数据直观展示能源价值，结合生活浪费现象讨论，引出从家庭优化能源使用的主题，以调查表格、方案流程为学习支架梳理实践步骤。 特色在于项目式学习整合多学科知识，通过家庭能源调查、保温材料模型实验（如纸箱模拟房屋保温测试冰块质量变化）、新能源车能耗对比等活动，培养科学探究（证据收集）、科学思维（模型建构）和科学态度与责任（环保意识），为教师提供可操作实践流程，帮助学生提升问题解决与合作能力。

第3节　跨学科实践：为节约能源设计方案 教学目标 1．在经历为节约能源设计方案的过程中，能应用所学热学、能量等知识，从节能环保的角度优化家庭能源的使用。 2．在实践活动中，尝试运用能源相关知识分析家庭能源利用的情况，对家庭能源利用优化方案的有效性和可行性提出自己的见解，培养科学论证能力。 3．在为节约能源设计方案的过程中，收集信息、分析问题、提出设想，表述自己的观点，与他人协作完成方案设计，能自我反思和听取他人意见，提升与他人合作的能力。 4．在方案设计、讨论交流和展示活动中，提高合作学习能力，能与他人分享、合作，培养保护环境、节约能源、促进可持续发展的责任感。 教学重点 通过调查或模拟数据，明确家庭能源使用的主要类型与消耗量。根据调查结果，选择具体优化对象，制定具有可操作性的改进方案。 教学难点 学会用科学证据支撑决策，避免主观臆断。实践过程中，科学、工程、技术、材料等不同学科的知识整合应用。 教学过程 新课导入 【师生活动】以1度电的作用为切入点，教师先提问电能单位、引导学生猜想1度电的用途，再展示1度电可驱动家电、灌溉农田、采煤等具体数据让学生直观感知电能价值，接着呈现生活中能源浪费现象并引导学生讨论，最后点明能源有限、节能人人有责，自然引出“为节约能源设计方案”的本节课主题；学生则通过观察、举例、交流，充分认识电能的重要性与浪费问题，建立节约能源的意识。 【提出问题】我们知道电能在日常生活中的单位是kW·h（度）。那么1度电有多大的作用呢？ 能源是人类文明进步的基础和动力，能源问题和我们每个人都息息相关。我们每天开灯、开空调、坐车等，这些看似平常的行为都会用到能源。能源是有限的，所以我们应该学会去节约能源。那么，在日常生活中我们如何去节约能源呢？ 节约能源可以先从优化自己家中能源的使用入手。 【设计意图】以1度电的实际用途为直观切入点，通过具体数据让学生真切感知电能的价值，打破对“1度电”的模糊认知，建立能源珍贵的意识；让学生体会能源问题与自身息息相关，激发探究兴趣与社会责任感；自然过渡到“从家庭优化能源使用”的主题，为本节跨学科实践活动做好认知铺垫与情感准备。 新知探究 一、项目提出 【师生活动】教师通过课件展示生活中的能源浪费与环境问题，引导学生结合生活经验交流讨论，共同提出本次实践项目：为家庭节约能源设计优化方案。 在我们的生产生活中都会使用到各种各样的能源。你在生活中都遇到过哪些浪费能源、污染环境的问题? 节约资源保护环境，从身边做起，从点滴做起。 【设计意图】通过课件展示生活中空调温度过低、未关水龙头、短途频繁开车等真实能源浪费与环境污染问题，引导学生结合自身生活经验观察、思考与交流，让学生直观认识到能源浪费现象普遍存在，体会能源问题与日常生活紧密相关，激发学生节约能源、保护环境的责任意识；同时自然引出本次家庭能源使用优化方案的实践项目，明确本节课的学习任务与探究方向，为后续项目分析、实施等环节奠定情感与认知基础。 二、项目分析 【师生活动】教师通过课件呈现调查、设计、检验、改进四步方案制订流程，讲解各环节任务；学生认真倾听、记录要点，明确家庭能源使用优化方案的完整制定步骤，理解实践活动的逻辑与方向，为后续项目实施做好方法准备。 制订优化自己家能源使用的具体方案，可根据以下几个方面展开。 （1）调查：了解家庭使用能源的具体情况 （2）设计：针对性地提出优化方案 （3）检验：分析方案的有效性和可行性 （4）改进：与他人交流讨论，对方案进行改进 【设计意图】教师借助课件清晰呈现制订家庭能源使用优化方案的调查、设计、检验、改进四个核心步骤，逐一讲解各环节的任务与要求，学生认真倾听、理解并明确方案制订的完整流程，掌握本次实践活动的方法逻辑。 三、项目实施 【师生活动】教师借助课件展示家庭能源使用调查表格，引导学生结合表格分析天然气、电、汽油的用途、类型、消耗量及浪费现象，明确取暖、制冷、交通为优先优化对象；随后讲解使用新能源、提高能源效率、优化使用行为三类改进方法，组织学生对比不同保温材料与新能源车的特点，共同讨论方案可行性；接着指导学生以纸箱模型模拟房屋保温实验、对比燃油车与新能源车数据，完成方案检验；最后引导学生交流分享、归纳家庭节能具体方法。 1．调查家中能源的使用情况 调查家中能源的用途、类型，估算这些能源的消耗量。设计表格，统计自己家中能源的使用情况，并在表格中填写相应信息。 能源名称 天然气 电 汽油 能源用途 取暖 做饭 热水 制冷 电视 其他 交通 能源类型 不可再生能源 约70%来自不可再生能源，约30%来自可再生能源 不可再生能源 消耗量（年） 260 m3 1500 kW·h（度） 600 L 2．选取优化对象与确定改进方法 能源名称 天然气 电 汽油 能源用途 取暖 做饭 热水 制冷 电视 其他 交通 能源类型 不可再生能源 约70%来自不可再生能源，约30%来自可再生能源 不可再生能源 消耗量（年） 260 m3 1500 kW·h（度） 600 L 能源浪费 取暖温度过高 电器长时间待机；空调制冷温度过低；不随手关灯 过度依赖私家车 家庭能源消耗最大的三个项目为取暖、制冷、交通。 （1）根据实际的调查结果，分析家中在哪些方面的能源使用可以优化？哪些需要优先改进？ （2）优化能源使用的方法： ①在家中使用太阳能等新能源； ②提高现有能源的使用效率； ③优化家庭用车行为； ④优化家用电器使用新能源等行为。 使用新能源 提高能源使用效率 优化使用行为 取暖 安装太阳能采暖系统 墙体加装保温层 调低温度设定 制冷 屋顶安装太阳能电池板 换高能效空调，贴隔热膜及安遮阳帘 调高温度设定，减小空调开启时间 交通 新能源车取代家中的 燃油车 乘坐公交车、骑自行车 （3）确定节能方法时，需要考虑哪些方面？ 是否节约能源？能否满足人们使用需要？该收集哪些证据？怎样分析？ 是否节约能源 能否满足人们使用需要 其他 加装保温层 利用保温材料制作小屋模型进行测试 统计家庭成员对屋内温度的满意度 对比不同保温材料的价格、环保性和耐火性 更换新能源车 调查燃油车能耗值与新能源车能耗值 续航里程是否满足家庭日均里程；充电是否 方便、快捷 调查新能源车与燃油车的价格 3．制订与检验设计方案 方案一：为房屋加装保温层。 （1）明确思路 （2）选取材料 影响材料的保温性能的因素通常有材料厚度越大、热导率越小、与外界的接触面积越小，材料就越能减缓热量散失。 一些常见材料的热导率 材料 热导率/［W·（m·℃）–1］ 材料 热导率/［W·（m·℃）–1］ 铝 236 硬泡沫塑料 0.041~0.048 普通玻璃 约0.8 聚苯乙烯 约0.04 锯木屑 约0.08 岩棉 约0.04 棉花 约0.05 空气 约0.03 在为房屋选择保温材料时，除了材料的热导率，还要从材料的环保性、价格、耐火性，以及是否容易安装等方面进行评估。 材料名称 热导率 环保性 价格 耐火性 易安装程度 铝箔 橡塑棉 约0.034 橡塑材料本身无毒，铝箔层在常温下也不会释放有害物质 80~ 150 B1级 难燃 要使用专用胶水黏合 聚苯乙烯 泡沫板 约0.032 常温下无毒，接触明火或高温会释放苯乙烯等有毒气体 70~90 B2级 可燃 易切割，硬度偏软，易安装 挤塑聚苯 乙烯板 约0.028 常温下稳定无毒，300℃以上分解产生苯系物等有害气体 90~ 110 B1级 难燃 密度小、硬度更高、易安装 （3）确定方案 在选定了保温材料后，在房间的哪些位置安装保温材料？保温材料的规格应满足什么要求？门窗应该怎样进行保温处理？ 安装位置 安装尺寸（cm） 所需材料 处理方式 备注 外墙1 475×300 挤塑聚苯乙烯板 胶带固定、留缝隙通风 保温材料外层刷防潮腻子 窗户1 167×193 安装胶条、贴膜 密封、粘贴 窗户2 167×193 安装胶条、贴膜 密封、粘贴 入户门 84×216 门帘 外挂 （4）制作模型与测试 在真正实施设计方案前，需要制作一个简易模型来测试方案是否有效，并提出优化建议。如何简单有效地模拟我们的家？ 给“家”安装哪些保温材料？怎样检验保温效果？可选择身边容易获取、安装，与实际保温材料热导率相近的材料，将它安装在“家”中的相应部位。 ①模拟我们的“家” 模拟部位 模拟方案 科学依据 墙体 30 cm×30 cm×30 cm 纸箱(2个) 易获取、可安装保温层 墙体 纸箱开孔(5 cm×5 cm) 模拟真实房屋热交换薄弱点 屋顶 可开合纸板盖 便于放入冰袋及温度测量 ②检验保温效果 将质量相等的冰块装在塑料袋中，分别放入有保温材料覆盖的纸箱1和没有保温材料覆盖的纸箱2中；将两个纸箱放置在相同的环境下，经过相同的时间后将冰块取出，比较冰块质量的变化。 检验结果表明安装保温材料的纸箱保温效果更好，热量散失少，更加节约能源。 方案二：为家庭用车提供建议。 想要调查新能源汽车能否替代自己家中的燃油汽车，以减少能源消耗，并对环境更加有益。我们可以从下面几个思路开展调查和论证。 目前都有哪些种类的新能源汽车？ 新能源汽车能否满足人们的日常使用需要？ 有哪些因素促进新能源汽车的发展？ （1）新能源汽车的种类： 新能源汽车种类 工作原理 纯电动汽车 电池驱动电机，零尾气排放 混合动力汽车 油电双系统，可外接充电，短途用电、长途用油 增程式电动汽车 发动机仅发电，电机驱动车轮 氢动力车 氢氧化学反应发电，排放仅为水 （2）燃油汽车与新能源汽车能耗对比： 对比标准 某纯电动汽车 某燃油汽车 对比结果 百公里能耗 14.5 kW·h(城市) 18 kW·h(高速) 7.5 L汽油 (约50元) 电费成本低80% 碳排放(行驶15万千米) 约30吨 约43吨 纯电动减排30% 电动汽车的用车成本更低，同时能实现约30%的减排效果。 （3）新能源汽车在不同场景下的问题： 应用场景 关键问题 用户影响 低温环境 -20 ℃时磷酸铁锂电池续航衰减30%~50%，充电时间延长1倍 东北车主冬季 实际续航缩水50% 高温环境 38 ℃以上快充功率下降40%，电芯温差超安全阈值 吐鲁番车主续航缩水35%，充电耗时增加72分钟 长途高速 120 km/h时速+空调制冷，续航衰减25%~30%；充电桩覆盖不足 节假日高速服务区 排队充电超1小时 无家充条件 公共桩电价达0.6~1.8元/度，成本优势大幅削弱 年行驶2万千米时，成本接近小排量燃油车 （4）促进新能源汽车发展的因素： 因素 未来发展趋势 能源安全与资源短缺 新能源汽车的发展能减少对石油等化石能源的依赖 技术创新与产业升级 新能源汽车技术的突破推动了产业链升级 4．展示交流 在设计方案时，不仅要提供具体的优化建议，还要有充分、确凿的证据作为支撑。形成具体的方案后，需要与大家进行交流讨论，找出方案的不足和改进办法。 交流的形式可以多种多样，既可以通过举办辩论会的方式进行，也可以通过全班投票与反馈：其他小组成员根据“创新性”“充分性”“可行性”三项指标，投出“最佳创意奖”“最具潜力奖”等奖项。 5．归纳家庭能源使用优化方法 优化方向 措施 房屋保温 外墙/屋顶加装5 cm厚的聚苯板 门窗密封处理+双层玻璃 交通能源 燃油车换成纯电动车（年行驶1.5万千米） 热水与用电 安装太阳能热水器+屋顶光伏 行为优化 夏季空调调高1 ℃，冬季暖气调低2 ℃ 【设计意图】通过家庭能源调查、数据统计与浪费现象分析，让学生结合真实生活场景发现能源消耗重点问题，建立数据意识与问题意识；围绕取暖、制冷、交通三大优先优化方向，引导学生从使用新能源、提高能源效率、优化使用行为三个维度探究改进方法，培养多角度解决问题的能力；借助保温材料对比、模型实验、新能源车数据论证等环节，让学生亲历方案设计—材料选择—模型检验—可行性分析的完整实践过程，落实科学探究与动手实践能力；同时渗透节能环保理念与工程思维，帮助学生形成可落地的家庭节能方法，实现知识运用、实践探究与社会责任的统一。 课堂小结 学科网（北京）股份有限公司 $