4.2 能源 教学设计 -2026-2027学年高二上学期物理教科版必修第三册

该高中物理教学设计围绕“能源”主题，以能量转化方向性、能源分类及可控核聚变为主线。通过空调实景图对比自然与人工能量转化，建立能量方向性和品质观念，衔接风力发电场图区分化石与可再生能源，最终以EAST核聚变装置图构建能源可持续发展探究链条。 资料亮点在于采用生活情境对比法、分类讨论法及大国重器拓展讲授法，结合实景图与科普短视频。通过空调逆向传热推理能量方向性培养科学思维，风力发电场分组讨论强化物理观念，EAST装置解读渗透科学态度与责任，助力学生系统掌握知识，提升教师教学实效。

教学设计 课程名称 能源 选用教材 高中物理教科版必修三 教学章节 第四章第二节 授课对象 高二学生 授课类型 新授课 授课学时 1课时（45分钟） 一、教学内容分析 本节课以能量守恒、能量转化方向性为基础，系统梳理能源分类、各类能源利用现状与未来新能源发展，整体分为三大逻辑板块：第一板块依托空调实景图，对比自然自发过程与人工逆向能量搬运，建立能量转化具有方向性、能量存在品质高低的核心观念，解释耗散内能难以回收再利用；第二板块借助风力发电场实景图，按形成来源、可再生性划分化石能源、风能太阳能等可再生清洁能源，梳理传统能源污染、可再生能源环保的优缺点；第三板块利用 EAST 核聚变实验装置图，介绍海水氘氚可控热核聚变，说明核聚变燃料储量巨大，是人类长远终极能源发展方向。完整搭建 “空调实景图理解能量转化方向性、能量品质损耗→风力发电场实景图区分传统化石能源与可再生清洁能源→EAST 核聚变装置图展望可控核聚变未来能源” 的能源可持续发展探究链条，树立节能、绿色低碳、探索新型清洁能源的可持续发展观念。 二、学情分析 1. 知识基础 学生掌握能量守恒定律，知道各类能量可以相互转化；见过空调、风力发电机等生活能源设备，但不清楚能量转化存在自发方向限制；只会按用途区分能源，不会从可再生性、形成周期科学划分能源；对核聚变发电原理、我国核聚变科研成果完全陌生。 2. 能力基础 学生具备基础能量转化现象观察能力，但从空调制冷逆向传热现象推理能量方向性的逻辑推理能力薄弱；对比化石能源、可再生能源优缺点并分类归纳的对比归纳能力不足；结合大国重器 EAST 装置解读前沿新能源科研价值的科技文本解读能力欠缺。 3. 思维基础 学生存在多处顽固认知误区：能量总量守恒就可以无限循环利用；只要消耗电能就能无限制逆向搬运热量；风能、煤石油都属于永久无限能源；核聚变只用于核武器爆炸，无法和平发电；新能源完全没有开发难题，可以立刻全面替代化石能源。 三、教学目标 1. 物理观念 建立能源与能量转化完整物质观念：自然界自发能量转化存在固定方向，高温向低温传热、机械能向内能耗散不可逆；外界消耗能量才能实现逆向能量转移，耗散的低品质内能难以回收利用；能源分为化石常规能源、风能太阳能水能等可再生清洁能源；可控核聚变以海水氘氚为燃料，储量极大，是长远理想清洁能源。 2. 科学思维 依托空调实景图建立自发与逆向过程对比、能量方向性推理思维；借助风力发电场实景图建立能源分类、优劣对比归纳思维；利用 EAST 核聚变装置图建立前沿物理科研、新能源发展展望思维，完整实现能量转化方向推理、能源分类对比、前沿能源科技拓展链条思维训练。 3. 科学探究 观察空调实景图，完整说明空调消耗电能实现低温向高温传热，理解自发过程不可逆、能量存在品质损耗；看懂风力发电场实景图，区分化石能源与可再生清洁能源，说出两类能源各自优缺点；分析 EAST 核聚变装置图，解释可控核聚变原理、燃料来源与长远能源价值；完整经历 “空调实景图理解能量转化方向性、能量品质损耗→风力发电场实景图区分传统化石能源与可再生清洁能源→EAST 核聚变装置图展望可控核聚变未来能源” 标准化能源探究流程。 4. 科学态度与责任 能量转化不可逆、化石能源储量有限，树立节约用电、低碳节能的生活习惯；可再生风能太阳能是绿色环保能源，支持清洁能源开发利用；我国 EAST 核聚变装置走在世界前列，体会大国重器背后科研工作者艰苦奋斗、自主创新的报国精神；能源短缺、气候污染是全球性问题，培养可持续发展、绿色环保的社会责任。 四、教学重难点 重点 能量转化具有方向性，自发过程不可逆，耗散内能无法全部回收 能源分类：化石常规能源、风能太阳能可再生清洁能源的区别 可控核聚变作为未来终极能源的优势 难点 理解 “能量总量守恒，但能量品质会降低，不能无限重复利用” 结合实例辨析可再生能源与不可再生化石能源 区分氢弹不可控爆炸与 EAST 装置和平可控核聚变 五、教学方法 生活情境对比法：空调实景图，对比自然自发传热与空调逆向制冷，推导能量转化方向性； 分类对比讨论法：风力发电场实景图，小组对比化石能源、可再生能源利弊并分类； 大国重器拓展讲授法：EAST 核聚变装置图，解读我国可控核聚变前沿科研成果。 六、教学资源 教科版必修第三册物理课本；空调实景图、风力发电场实景图、我国 EAST 热核聚变装置图；能源分类、能量方向性探究学习单；能源辨析、新能源应用综合练习题；我国核聚变科研、风电光伏产业科普短视频。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 空调实景图情境导入，理解能量转化的方向性（10 分钟） · 展示空调实景图 · 分层对比两类热传递过程： · 第一层：自然自发过程，热量只能从高温物体传向低温物体，摩擦机械能自发变成内能，这类过程不能自动反向发生； · 第二层：空调实现室内低温热量输送到室外高温环境，必须持续消耗电能，逆向转化需要外界输入能量； · 第三层：机械能耗散为空间内能后，无法全部收集重新变回机械能，能量总量不变，但品质降低、难以重复利用。 · 抛出导入思辨问题：既然能量守恒，为什么我们还要提倡节约能源？ · 组织同桌两人交流两分钟，口述自然传热与空调制冷的核心区别。 观看空调实景图，记住能量转化存在不可逆自发方向；明白能量有品质高低，耗散后难以再利用，建立节能意识。 环节二 风力发电场实景图分组讨论，区分各类能源、对比优劣（15 分钟） · 展示风力发电场实景图 · 分层梳理能源分类： · 第一层：不可再生化石能源：煤、石油、天然气，形成周期极长，开采使用带来废气污染、资源枯竭； · 第二层：可再生清洁能源：风能、太阳能、水能，循环再生、碳排放低，缺点是受天气、地域限制； · 布置四人小组任务：完整列举化石能源、可再生能源的优点与弊端，限时三分钟。 观看风力发电场实景图，能科学划分两类能源；清晰说出清洁能源环保、化石能源污染枯竭的对比特点。 环节三 EAST 核聚变装置图拓展延伸，展望可控核聚变终极能源（15 分钟） 展示我国热核聚变实验装置 分层讲解核聚变能源： 第一层：氢弹核聚变不可控、破坏性强；EAST 装置实现人工可控热核反应，和平释放巨大能量； 第二层：核聚变燃料氘氚广泛存在海水，储量几乎取之不尽，反应产物无污染，是长远理想清洁能源； 第三层：目前全球科研团队共同攻关可控核聚变，我国 EAST 装置取得多项世界领先突破。 向全班抛出辨析思考题：核聚变能源储量巨大，是否意味着现阶段可以完全放弃风电、光伏？ 观看 EAST 核聚变装置图，分清可控核聚变与氢弹爆炸本质区别；了解我国核聚变科研领先地位，认识未来新能源发展方向。 环节四 习题训练 + 课堂总结（3 分钟） 出示能量方向性辨析、能源分类判断、核聚变概念三类综合思考题，带领学生复盘空调实景图理解能量转化不可逆、风力发电场实景图对比两类能源、EAST 核聚变装置图展望未来清洁能源三大核心内容；整合三张配图梳理本节课全部知识点，梳理空调实景图、风力发电场实景图、我国 EAST 热核聚变装置图三大板块考点；纠正 “能量守恒就不用节能”“风能和煤都是无限能源”“核聚变只能制造核武器” 三类典型认知误区。 · 独立完成三道辨析题，严谨说出能量转化方向性、能源分类标准、可控核聚变优势；记录课后家庭能源使用节约实践任务。 环节五 课堂收尾（2 分钟） 回扣开篇空调实景图总结：本节课我们理解能量转化具有方向性，区分传统化石能源与可再生清洁能源，了解我国可控核聚变前沿科研成果，树立节约能源、发展绿色新能源的可持续发展理念。 完整回顾能量转化方向性、能源分类、可控核聚变全部知识点，理清 “空调实景图理解能量转化方向性、能量品质损耗→风力发电场实景图区分传统化石能源与可再生清洁能源→EAST 核聚变装置图展望可控核聚变未来能源” 完整能源探究学习思路。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托空调实景图、风力发电场实景图、我国 EAST 热核聚变装置图三组教材素材，沿着生活电器分析能量转化不可逆、风电实景对比新旧能源利弊、大国重器解读可控核聚变前沿科研的脉络开展教学，培养学生生活现象物理推理、能源分类对比、前沿科技解读的能源可持续探究品格；能量自发转化不可逆、化石能源储量有限，引导学生践行低碳节约的绿色生活方式；风能、光伏清洁能源产业蓬勃发展，体现我国绿色发展、生态文明建设的战略布局；EAST 东方超环是我国自主研发的核聚变大国重器，一代代科研人员长期攻坚克难，彰显自立自强、为国奉献的科学家精神；可控核聚变全球联合攻关，启示人类面对能源、气候问题需要全球协作，树立人类命运共同体意识。 十、教学反思和修改 教学反思：本节课依托三张生活、产业、大国重器配图开展能源可持续课，生活实例学生接受度高，但存在三处典型顽固认知误区：一是认为能量总量守恒就无需节约能源，忽略能量品质损耗；二是分不清可再生与不可再生能源，误以为煤炭可以快速再生；三是混淆氢弹不可控聚变与 EAST 和平可控核聚变；同时部分学生无法解释空调逆向传热必须耗电的底层逻辑。 修改措施：课前印制能量方向性、能源分类、核聚变概念填空预习单，标注 “能量有品质损耗、化石能源不可再生、EAST 是可控和平聚变” 核心要点；课堂增加节能观念辨析、能源分类正误、核聚变区分三类抢答练习；延长四人小组能源利弊对比、空调传热原理讨论时长；课后配套家庭节能方案设计、清洁能源产业观察实践作业，强化可持续发展观念与家国科技自信。 学科网（北京）股份有限公司 $