20.3 跨学科：电磁波与信息技术 核心素养教学设计（表格式）2026-2027学年沪科版物理九年级全一册

该初中物理教学设计聚焦电磁波与信息技术核心知识，涵盖光纤通信、现代电信网络及互联网。通过赫兹实验、马可尼通信到5G发展的历史脉络导入，结合手机通信等生活场景，引导学生从感性经验过渡到原理探究。 此设计突出跨学科融合，通过“迷你实验室”让学生动手观察光在光纤中的传播（科学探究），分析电信网络示意图推理信号路径（科学思维），借助5G、北斗案例增强科技自信（科学态度与责任）。丰富的视频资源和实验活动，助力学生提升探究能力与跨学科思维，为教师提供系统教学支架。

《20.3跨学科：电磁波与信息技术》教学设计 课题 3.跨学科：电磁波与信息技术 单元 20 学科 物理 年级 九 教材分析 本课时选自沪科版九年级物理第二十章《电磁波与信息时代》的第三节“跨学科：电磁波与信息技术”，是一节融合物理、信息科技、工程应用与社会发展的综合性课程。教材以学生熟悉的生活场景为切入点，如手机通信、互联网学习、卫星导航等，系统介绍了光纤通信、现代电信网络（卫星通信、微波通信、移动通信）、互联网以及第五代移动通信技术（5G）的基本原理与应用。内容不仅涵盖电磁波在信息传递中的核心作用，还通过“迷你实验室”引导学生观察光在光纤中的传播现象，理解全反射原理；并通过“物理聊吧”“请提问”等栏目激发学生探究兴趣，培养跨学科思维。教材图文并茂，配有图20-11至图20-21等十余幅示意图，直观展示光纤结构、蜂窝基站布局、5G概念图、北斗导航系统等关键知识点，帮助学生建立从抽象原理到现实应用的认知桥梁。本节内容强调科学与技术的融合，注重培养学生的信息意识、科学思维与社会责任感，是落实新课标“科学态度与责任”“技术•工程•社会”理念的重要载体。 2022新课标要求 1.知识融合：以电磁波的产生、传播等物理本质为核心，衔接信息技术里5G、光纤通信等应用，关联卫星轨道等地理相关知识。​ 2.素养培养：借北斗、天链系统等案例增强科技自信；结合生活中的通信设备教学，落实从生活到物理、再到社会的理念。 学习 目标与核心素养 1.物理观念： （1）能从跨学科视角了解电磁波与信息技术的关联，能了解光纤通信、现代电信网络、互联网等及其与生产生活的关联； （2）能体会电磁技术应用对人类生活和社会发展带来的影响。 2.科学思维： （1）能通过分析图20-14现代电信网络示意图，推理手机通话过程中信号的传递路径与转换过程； （2） 能比较光纤通信与传统电线通信的优劣，归纳其大容量、抗干扰强的特点，并能运用类比方法理解“蜂窝”基站布局的优势。 3.科学探究： （1） 能动手完成“观察光在光纤中的传播”实验，记录并描述光在直、弯、环状光纤中的传播现象； （2） 能基于实验现象提出“光为何不会从光纤外层逸出”的科学问题，并结合教材图20-12理解内外层折射率差异导致全反射的原理。 3.科学态度与责任： （1）能通过查阅资料或课堂讨论，举例说明5G、北斗等我国自主研发的通信技术对国家发展和人民生活的积极影响； （2）能辩证看待信息技术发展带来的便利与挑战（如隐私安全、数字鸿沟），树立合理使用科技、服务社会的责任意识。 学情分析 九年级学生已具备一定的物理基础知识，学习过声波、光的折射与反射、电流与电路等内容，对“波”的概念有初步认知，但对电磁波的本质及其在信息传递中的具体机制仍较为模糊。学生日常生活中频繁使用手机、Wi-Fi、导航等依赖电磁波的技术产品，具有丰富的感性经验，但缺乏对其工作原理的系统理解，容易将电磁波与声波、机械波混淆。此外，学生对“光纤如何传光不漏”“5G为何更快”“北斗如何定位”等问题充满好奇，具备较强的探究欲望。然而，本课涉及较多抽象概念（如频率、波长、信号调制、全反射等），且知识跨度大，涵盖物理、通信、信息技术等多个领域，学生在跨学科整合能力上尚显不足。因此，教学中需借助生活实例、实验观察和可视化图表降低认知难度，通过情境驱动和任务引导促进知识建构，帮助学生实现从“知其然”到“知其所以然”的思维跃迁。 重点 通过实验观察，理解光在光纤中的传播原理；结合实例，掌握光纤通信的传输特点及其优势。 难点 理解光在光纤中传播时不会跑到外层的原理；分析光纤通信在信息传输中的实际应用及其重要性。 材料准备 彩色透明纸、手电筒、一束光纤 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 导入新课 情境导入 1888年，赫兹用实验首次证实了电磁波的存在；短短20年后，马可尼利用电磁波实现了跨洋无线电通信；如今，5G、卫星互联网、物联网让信息传递速度突破极限！电磁波彻底改变了人类的沟通方式。本节我们将学习我们身边的几种典型的通信技术。 观看图片，聆听讲解 从生活熟悉的信息技术场景切入，引发认知冲突，自然关联课题，激发探究兴趣。 讲授新课 一、光纤通信 1.光纤：光纤是光导纤维的简称，是由玻璃或塑料等材料制成的纤维。光纤是利用光波（即可见光）传播信号的，是信息社会传送各种信息的主要工具。 细如发丝的光纤 2.光纤传送信息的容量大 一根光纤能同时传输相当于10 000根电线所传输的信息量。随着科学技术的发展, 光纤能传送的信息容量还会更大。 拓展延伸 高锟与光导纤维 1966 年，33 岁的华裔科学家高锟提出：光通过直径仅几微米的玻璃纤维就可以用来传输大量信息。高锟因此获得 2009 年诺贝尔物理学奖。根据这一理论制造的光导纤维。 光导纤维 高锟（1933-2018） 迷你实验室 3.观察光在光纤中的传播 （1）实验器材 彩色透明纸、手电筒、一束光纤 （2）实验步骤 ①先将彩色透明纸蒙在手电筒的玻璃上，再将一束光纤的一端垂直放置其上。观察不同颜色的光在光纤中传播的现象。 ②把光纤弯曲成不同的角度，甚至成环状，重复上面的实验步骤。 ③观察光在弯曲光纤中传播的现象，跟同学们一起讨论为什么会出现这些现象。 （3）实验视频 （4）结论：不同颜色的光都能沿着光纤传播，不管光纤怎样弯曲，从它的一端射入的光都会顺着它传播，再从它的另一端射出。 4.光在光导纤维中的传播原理 光发生多次全反射 光在光导纤维中的传播原理是光的全反射。光纤很细，由内芯和外套两层组成，内芯的折射率比外套的大，光传播时在内芯与外套的界面上发生全 5.光纤通信的优点 ①传输容量大：单根光纤可同时传输数百万路电话或数千路电视信号。②传输距离远：信号衰减极弱，无中继传输距离可达数十公里，减少设备成本。 ​③抗电磁干扰能力强：光纤不导电、不辐射电磁波，不受雷电、工业干扰，信号稳定。 ④保密性好：光信号在光纤内传播，不易泄露，难以窃听。 6.光纤通信网络：由于光纤传输信号容量及抗干扰能力的优异特性，现已成为互联网地面信号传输的主要媒介，由其组建的网络又称为光纤通信网络。 通过光纤传送的若干电视频道信号 拓展延伸 光导纤维的应用：光纤通信、医学上的内窥镜。 如果把光导纤维聚集成束，使纤维在两端排列的相对位置一样，图像就可以从一端传到另一端。 二、现代电信网络 人们经常使用电话，其实，要打通一个电话可没想象中那么简单。电话系统由许多有线、无线网络构成。 电话网络示意图 1.卫星通信 （1）卫星通信系统由通信卫星、地面站和传输系统三部分组成。卫星把地面站送来的信号接收下来，进行放大，然后转发给另外的地面站。 （2）卫星通信的优缺点 ①卫星通信的优点 覆盖范围广：可跨越海洋、沙漠等网络盲区，实现全球覆盖。 通信距离远：单颗卫星即可连接数千公里外的终端，无需大量地面中继站。 部署灵活：适用于应急通信、偏远地区通信，快速组网。 容量较大：现代卫星可支持语音、数据、视频等多业务并发传输。 ②卫星通信的缺点 时延较高：信号往返卫星需0.25秒左右，实时性差。 受环境影响大：暴雨、暴雪等天气会干扰信号，导致通信质量下降。​ 成本高昂：卫星制造、发射及地面设备投入大，使用费用较高。 轨道资源有限：地球同步轨道容量稀缺，存在频率干扰风险。 2.微波通信 （1）微波通信像接力赛，每隔几十千米修建一座接力站，接收并放大信号，继续传送。这就像接力赛跑一样，一棒传一棒，可以把信息传递到远方。 （2）微波通信的优点和缺点 ①优点：频率高，传播信息的容量大；质量好，可传送很远的距离；大致沿直线传播，受大气干扰小，收到的信号强且稳定。 ②缺点：需要大量的中继站进行信号处理，受地形限制较大。 3.移动通信 （1）移动电话用微波信号与电话网络联系，既是无线电发射台又是无线电接收台。 移动通信的基地台是参考蜂窝的构造布局的，大大增加了无线电覆盖的有效面积，因此移动电话也被称为“蜂窝电话”。 蜂窝 移动通信的基站 学 科 综 合 视频：第五代移动通信技术 想一想 你知道国际电信联盟（ITU）定义了 5G 的八大关键性能指标是什么？ 5G 移动通信概念图 其中高速率、低时延、大连接成为 5G 最突出的特征，用户体验速率达 1 Gbps，时延低至 1 ms，用户连接能力达每平方千米百万连接，另外还有移动性，频谱效率，流量密度，能量效率等性能都大大提高。 三、互联网 1.互联网 （1）互联网将分布于世界各地的计算机网络连接起来，用来传送计算机信号。 （2）互联网使信息在全球范围内得到了高速共享。 想一想 阅读课文并根据自己对互联网的认识说一说互联网有哪些应用？ 2. 互联网的应用 （1）获取信息与传播 人们通过计算机，进入互联网这个信息高速公路，足不出户就可获得世界各地的各种信息，也可通过社交软件、自媒体分享内容。 （2）沟通与社交 即时通讯（微信、QQ）、视频通话（Zoom、腾讯会议）、社交网络（微博、抖音），实现跨时空人际、群体互动。网络让我们即使远隔千山万水，也仿佛近在咫尺。 （3）教育与学习 互联网为我们提供了崭新的学习方式— 网络学校。互联网让图书馆和实验室都能“进入”你的家里，随时随地打开计算机，你就可开始学习。 在线课程（网易云课堂、Coursera）、远程教育、题库工具、虚拟实验室，打破教育时空限制。 （4）网上医院 网上医院使医生与患者能通过互联网及时传递信息，患者无需和医生面对面，就能获得专业咨询和诊断。 （5）生活服务 在线购物（淘宝、京东）、外卖点餐（美团、饿了么）、出行预订（滴滴、携程）、政务办理（电子税务局、政务APP），简化日常事务。 （6）娱乐与休闲：流媒体（腾讯视频、Netflix）、网络游戏、在线音乐、直播互动，丰富精神生活。 （7）工作与生产 远程办公（钉钉、飞书）、云存储（百度网盘、阿里云）、在线协作（石墨文档、腾讯文档）、企业数字化管理（ERP系统），提升工作效率。 （8）金融与商务：网上银行、移动支付（支付宝、微信支付）、数字货币、跨境电商、在线投融资，革新金融交易模式。 学 科 综 合 跨越千年：从烽火台到“5G + 北斗”导航 烽火传递信息 卫星导航示意图 阅读课文了解从烽火台到 “5G + 北斗”导航的内容。 视频：5G+北斗导航 阅读课文了解光纤 了解高锟与光导纤维 动手实验观察光在光纤中的传播，并得出实验结论 了解光在光导纤维中的传播原理，讨论总结光纤通信的优点 通过示意图辅助、阅读课文聆听讲解，系统梳理现代电信网络的组成与工作机制 探讨卫星通信的优缺点 阅读课文了解微波通信、移动通信 观看视频 阅读课文了解互联网 的定义以及应用 锻炼学生的自主学习能力 拓展学生的知识面 锻炼学生的动手能力以及归纳总结能力 锻炼学生的逻辑思维能力和归纳总结能力 突破 “系统协同” 的难点，培养系统思维能力 锻炼学生的归纳总结能力 锻炼学生的自主学习能力 了解第五代移动通信技术 体会互联网已经融入我们的生活，锻炼学生的归纳总结能力 课堂练习 1．关于电磁波和现代通信，下列说法错误的是（ ） A．光纤通信具有传输信息量大、抗干扰能力强、损耗小等优点 B．微波、超声波、无线电波都属于电磁波 C．卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站进行通信的 D．卫星通信、光纤通信都可以用来传递信息 【答案】B 【详解】A．光纤通信的优点是传输信息量大、抗干扰能力强及光能损耗小等，故A正确，不符合题意； B．微波、无线电波都属于电磁波，超声波不属于电磁波，故B错误，符合题意。 C．卫星通信是利用人造地球卫星作为中继站进行通信的，故C正确，不符合题意。 D．卫星通信、光纤通信都可以用来传递信息，故D正确，不符合题意。 故选B。 2．2024年春运期间，我国自主生产的C919飞机首次投入春运，深受国人的喜爱。此飞机在空中飞行时，跟地面上联系用的是（ ） A．光纤通信 B．超声波 C．广播和电视 D．电磁波 【答案】D 【详解】飞机在空中飞行时，与地面联系是利用电磁波。因为电磁波可以在真空中和空气中传播，而超声波不能在真空中传播且传输距离有限，光纤通信需要铺设光缆，广播和电视本质也是电磁波，但属于单向传播的民用信号，非专用航空通信手段。故D符合题意，ABC不符合题意。 故选D。 3.光纤通信是利用________从光导纤维的一端射入，在内壁上多次_____ ，从另一端射出来传递信息的；它传播信息的速度_____ （选填“大于”“小于”或“等于”）3×108 m/s 。 【答案】激光 反射 小于 【详解】[1][2][3]光纤通信是利用激光传输信息的，从光纤的一端射入，在内壁上多次反射后在另一端放射出来，然后在接收端，检测器收到光信号后把它变换成电信号，经解调后恢复原信息。光在光导纤维中传播的速度小于 ,因为光在真空中速度最快，在介质中速度会变慢。 学生练习 巩固本节的知识 课堂小结 跨学科：电磁波与信息技术 1.光纤通信 （1）光纤：是由玻璃或塑料等材料制成的纤维 （2）传播原理：光的全反射 光纤通信的优点 2.现代电信网络 卫星通信、微波通信、移动通信 3.互联网 （1）互联网将分布于世界各地的计算机网络连接起来，用来传送计算机信号。 (2)互联网的应用 学生总结教师补充 让学生对本节知识有个系统理解 板书 一、光纤通信 1.光纤：光纤是光导纤维的简称，是由玻璃或塑料等材料制成的纤维。 2.光在光导纤维中的传播原理是光的全反射。 3.光纤通信的优点 二、现代电信网络 1.卫星通信：星把地面站送来的信号接收下来，进行放大，然后转发给另外的地面站。 2.微波通信：微波通信像接力赛，每隔几十千米修建一座接力站，接收并放大信号，继续传送。这就像接力赛跑一样，一棒传一棒，可以把信息传递到远方。 3.移动通信 移动电话用微波信号与电话网络联系，既是无线电发射台又是无线电接收台。 三、互联网 互联网将分布于世界各地的计算机网络连接起来，用来传送计算机信号。 2. 互联网的应用 对照板书回顾 夯实本节基础 课外拓展 /课外阅读内容 1.推荐《电磁波的奇妙旅行》图文结合，直观展示电磁波传播过程 2.趣味问答：《为什么Wi-Fi能穿墙？——电磁波小常识》解答学生常见疑问。 特色资源分析和技术手段说明 视频资源哔哩哔哩官网，抖音等，可视化PPT资源 教学反思 本次“电磁波与信息技术”教学围绕新课标“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念展开，聚焦初中学生抽象思维薄弱的特点设计教学，但实际实施中仍有可优化之处，具体反思如下： 抽象概念具象化仍需加强后续可增加实物演示，通过“可感知的现象”推导抽象本质，契合初中生“直观认知优先”的思维特点。 互动环节的参与度需均衡，部分学生因操作不熟练未能充分参与。下次教学可提前录制简化版实验视频，课前让学生预习步骤，课堂上分组时搭配动手能力强弱的学生，同时增加教师巡场指导频次，确保每位学生都能参与体验，落实新课标“面向全体学生”的要求。 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页） 学科网（北京）股份有限公司 $