4.5无线电波与移动互联网 教学设计-2026-2027学年高二下学期物理教科版选择性必修第二册

该高中物理教学设计聚焦“无线电波与移动互联网”，整合LC振荡、电磁波、电磁波谱等前四节知识。以“人眼看书实物图”导入建立电磁波与信息关联，通过邮筒邮票图梳理通信史，新旧上网设备对比图区分有线无线，基站蜂窝图拆解原理，形成完整探究链条。 特色是以信息技术发展为线索，用四组实物/史料/工程图构建“关联-梳理-对比-拆解”探究链，培养科学探究能力。通过分层讨论、正误辨析发展科学思维，融入5G技术、频谱资源等课程思政，落实科学态度与责任。帮助学生建立完整物理观念，教师可直接使用素材提升教学效率。

教学设计 课程名称 无线电波与移动互联网 选用教材 高中物理教科版选修二 教学章节 第四章第五节 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 本节课是电磁振荡与电磁波整章总结拓展课，串联前四节 LC 振荡、电磁波、电磁波谱、无线电发射传播全部知识，以信息技术发展为线索落地物理知识的现实价值。第一板块依托人眼看书获取信息实物图，点明可见光属于电磁波，人类依靠各类电磁波完成信息获取、表达、存储、传递四大信息技术核心环节；第二板块借助邮筒、波波夫马可尼纪念邮票组合图，梳理人类通信演变脉络：古代人工驿传书信、烽火飞鸽，1895 年无线电报问世开启电磁波无线通信时代；第三板块依靠台式电脑有线上网、手机移动上网对比图，区分早期有线网线光缆上网与现代移动互联，明确移动互联网依靠无线电波摆脱有线线路束缚，实现随时随地信息交互；第四板块利用基站实景与蜂窝通信系统示意图，讲解手机发射功率弱，必须依靠基站中转信号，蜂窝系统以正六边形分区覆盖、连接交换中心，实现全网互通。整体搭建 “人眼可见光实物图建立电磁波与信息的基础关联→古今通信邮票实物图梳理通信技术迭代历程→新旧上网设备对比图区分有线 / 无线移动互联网→基站蜂窝系统示意图拆解手机移动通信底层原理” 完整探究链条，把抽象电磁理论与人类文明、现代数字生活紧密结合，完成第四章全部知识的综合应用与价值升华。 二、学情分析 1. 知识基础 学生已经完整学习 LC 电磁振荡、电磁波产生、电磁波谱、无线电波发射传播调制全部理论，清楚无线电波可以远距离传递信号；日常每天使用手机、无线网，熟悉移动互联网，但不明白手机信号必须依靠基站中转的物理原因；不了解通信发展千年演变，无法串联古代人工通信、早期无线电报、现代 5G 移动网络的技术逻辑；不清楚蜂窝分区设计是为高效利用无线电频谱资源，对移动交换中心全网调度功能没有认知。 2. 能力基础 学生具备单一电磁波现象基础分析能力，但按照时间顺序梳理通信技术发展史的史料归纳能力薄弱；对比有线、无线通信差异并匹配对应电磁波知识的对比分析能力不足；拆解蜂窝基站整套移动通信系统、梳理信号传输完整流程的系统综合推理能力偏弱。 3. 思维基础 学生存在多处顽固认知误区：手机自身可以远距离直接和另一台手机通信，不需要基站中转；古代信息传递完全不依靠任何电磁波；有线网络完全不使用电磁波相关技术；蜂窝分区只是单纯几何划分，没有节约频谱资源的工程目的；可见光不属于电磁波，和无线通信没有关联。 三、教学目标 1. 物理观念 建立分层完整电磁波与现代通信观念：获取、表达、存储、传递是信息技术四大核心，可见光、无线电波等全部电磁波都是人类获取传递信息的载体；人类通信历经古代人工驿传、有线电通信、无线电报、有线互联网、移动无线互联网完整发展阶段；移动互联网依靠无线电波传输信号，不受网线光缆限制，实现随时随地通信；手机发射功率弱、天线简单，无法远距离直连，依靠基站中转，蜂窝正六边形分区设计高效利用无线电频谱，基站接入移动交换中心完成全网信息调度分发。 2. 科学思维 依托人眼看书实物图建立电磁波服务信息感知的具象建模思维；借助古今通信邮票邮筒组合图建立科技发展时序梳理、继承创新的史料归纳思维；利用新旧上网设备对比图建立有线与无线通信特征对比归纳思维；依靠基站蜂窝系统示意图建立移动通信全流程分层拆解、系统分析的工程演绎思维，四层思维同步开展训练。 3. 科学探究 观察人眼看书获取信息实物图，记住可见光属于电磁波，是人类最基础的信息获取载体；看懂邮筒、波波夫马可尼纪念邮票组合图，梳理古代人工通信到无线电报的技术变革，明确电磁波开创无线通信；解读台式电脑、手机新旧上网设备对比图，区分有线固定网络与无线电波移动互联网的核心差异；分析基站实景与蜂窝通信系统示意图，梳理手机 — 基站 — 移动交换中心完整信号传输链路，理解蜂窝分区设计的工程意义；完整经历 “人眼可见光实物图建立电磁波与信息基础关联→古今通信邮票图梳理通信技术发展脉络→新旧上网设备对比图区分有线 / 移动无线互联网→基站蜂窝系统示意图拆解手机移动通信完整流程” 标准化综合探究流程。 4. 科学态度与责任 波波夫、马可尼深耕电磁实验发明无线电报，在前人麦克斯韦、赫兹理论基础上实现技术落地，体现立足理论、求真务实、勇于创新的科学精神；我国 5G 基站、移动通信技术实现自主领先，电磁物理基础学科支撑数字产业强国建设，激励学生深耕物理投身通信科技自主研发；无线电频谱属于稀缺公共资源，蜂窝分区、频段划分是规范化资源利用方案，树立遵守无线电管理法规的法治意识；移动互联网缩小城乡信息鸿沟、便利民生，体现物理技术服务大众、推动社会发展的社会价值；通信技术千年迭代，从人工车马到卫星移动通信，感受科学技术持续迭代、改变人类文明进程的强大力量；规范使用移动通信设备，合理控制电磁辐射暴露时长，树立健康安全使用电子设备的意识。 四、教学重难点 重点 电磁波是信息传递的核心载体；人类通信技术发展完整历程 移动互联网依靠无线电波传输；基站、蜂窝系统的移动通信工作原理 难点 理解手机无法远距离直连，必须依靠基站中转的物理原因 明白蜂窝正六边形分区设计是为高效、节约利用无线电频谱资源 五、教学方法 生活实景导入法：人眼看书实物图，从日常视觉感知切入电磁波信息载体； 史料图文梳理法：邮筒、科学家纪念邮票组合图，时序梳理通信发展史； 对比实景图解法：新旧上网设备实景图，对比有线网络与移动无线通信； 工程系统图解分析法：基站蜂窝系统示意图，分层拆解整套移动通信链路； 生活情境抢答辨析法：出示通信、移动互联网相关易错判断题，纠正认知偏差。 六、教学资源 教科版高中物理选择性必修第二册课本；人眼看书获取信息实物图、邮筒与波波夫马可尼纪念邮票组合图、新旧上网设备对比实景图、基站与蜂窝通信系统示意图；通信发展分层思考题；我国 5G 通信基站、移动互联网产业科普图文素材。 七、教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 环节一 人眼看书获取信息实物图引入，建立电磁波与信息基础关联（9 分钟） · 投影人眼看书获取信息实物图 · 说明人眼接收书本反射的可见光形成视觉，完成信息获取，可见光本质属于电磁波，是人类与生俱来的信息感知载体。 · 分层讲解信息技术四大核心板块：信息获取、信息表达、信息存储、信息传递，全部环节都可以依靠电磁波完成；古代依靠文字、纸张记录存储信息，传递依靠人力车马，速度缓慢；电磁波出现后实现远距离、高速、无介质束缚的信息传输。 · 抛出同桌交流任务两分钟：除了可见光，生活中还有哪些电磁波用于获取、传递信息，结合本章电磁波谱、无线电波知识举例，教师巡回倾听各组发言，收集不同观点。 · 出示全班辨析思考题：可见光不属于电磁波、人类感知信息完全不需要电磁波，判断对错，点名学生作答并完整说明理论依据。 · 过渡铺垫：人类信息传递方式历经千年变革，下一张古今通信组合图梳理从人工驿传到无线电报的技术飞跃。 · 认真观察人眼看书获取信息实物图，理解可见光作为电磁波实现视觉信息获取的基础作用。 · 完整记录信息技术四大核心内容，圈画所有电磁波均可作为信息载体核心关键词。 · 和身旁同桌相互交流生活电磁波通信思辨问题，分工说出遥控器红外线、手机无线电波、医用 X 光都属于传递获取信息的电磁波。 · 独立判断辨析题对错，完整写出纠正对应的电磁波谱基础规律，规避两类基础认知误区。 · 建立本章全部电磁波知识与人类信息活动的整体关联，为本节课通信发展史铺垫。 环节二 邮筒与波波夫马可尼纪念邮票组合图探究，梳理通信技术完整演变（10 分钟） · 投影邮筒、波波夫马可尼纪念邮票组合图 · 左侧邮筒代表古代千年人工驿传书信，右侧两张邮票纪念 1895 年波波夫、马可尼发明无线电报。 · 分层分步梳理通信发展时序：古代远距离通信依靠邮亭驿站人工运输信件，辅以烽火、飞鸽等简易应急方式，传递速度慢、距离受限；1895 年无线电报诞生，首次利用电磁波跨空间传递信号，开创无线通信新时代；后续逐步发展出广播、电视、有线互联网，最终演进为现代移动无线互联网。同步补充史料，无线电报建立在麦克斯韦电磁场理论、赫兹电磁波实验、LC 振荡电路全套物理成果之上，是理论落地技术的典型代表。 · 布置四人小组简短讨论任务三分钟：电磁波通信相比古代人工书信传递，具备哪些核心优势，分条整理。 · 汇总小组发言，统一整理对比要点：传输速度极快、不受地理道路限制、同步大批量传递信息、无需实物载体运输。 · 抛出同桌交流任务两分钟：为什么麦克斯韦、赫兹的电磁理论研究，是无线电报发明必不可少的前提。 · 认真观察邮筒与科学家纪念邮票组合图，分清古代人工通信、近代无线电报两大阶段，记住波波夫、马可尼的历史贡献。 · 完整抄写通信发展脉络：古代人工驿传→无线电报（电磁波无线通信开端）→广播电视→有线互联网→移动无线互联网。 · 四人小组围绕古今通信优势对比思辨问题充分交流，小组代表举手完整分享讨论结论。 · 和身旁同桌相互交流电磁理论前置作用思辨问题，分工说出麦克斯韦预言电磁波存在，赫兹实验证实电磁波，才有无线电报电路设计的理论基础。 · 串联第四章全部理论，明白整套电磁学研究最终服务人类通信需求。 环节三 新旧上网设备对比实景图拓展，区分有线网络与移动无线互联网（11 分钟） 投影台式电脑有线上网、手机移动上网对比实景图 左侧台式机依靠网线、光缆固定接入网络，右侧手机依靠空中无线电波随时随地联网。 分层讲解两类互联网核心差异：早期互联网必须依托双绞线、有线光缆传输信号，设备固定无法移动；现代移动互联依靠无线电波传输，不受线缆束缚，在城市、户外均可收发信息；移动互联网本质是无线电波承载数字信号，是无线电报、广播无线通信技术的升级拓展。同步结合生活举例，居家宽带是有线传输，手机 5G、无线 WiFi 属于电磁波无线传输。 抛出同桌交流任务两分钟：居家 WiFi 路由器也属于无线通信，它依靠哪种电磁波传递手机与电脑信号。 出示四道分层辨析判断题：古代通信完全不使用电磁波、手机可远距离直连不需要中转、有线网络和电磁波无关、可见光不属于信息载体，全班集体举手判断对错，逐题纠正误区。 过渡铺垫：手机体积小、发射功率弱，无法直接远距离传输信号，下一张基站蜂窝系统示意图学习手机通信的中转架构。 认真观察新旧上网设备对比实景图，直观区分有线固定上网、移动无线上网两种模式的硬件差异。 完整记录移动互联网核心特点：依托无线电波传输，摆脱线缆限制，随时随地收发数字信息。 和身旁同桌相互交流 WiFi 电磁波思辨问题，分工说出路由器依靠微波波段无线电波完成设备间信号传输。 集体判断四道辨析题对错，针对每一道错题结合本节课通信、电磁波知识完整说明纠正依据，规避四类顽固认知误区。 区分有线、无线通信对应的物理载体，完成生活场景与电磁知识匹配。 环节四 基站实景与蜂窝通信系统示意图梳理，拆解手机移动通信完整系统（12 分钟） · 投影基站实景、蜂窝通信系统示意图 · 左侧高耸信号塔为基站，右侧蜂窝图展示正六边形分区、手机、基站、移动交换中心、互联网全网连接架构。 · 分层分步讲解整套移动通信工作原理：手机体积受限，发射功率小、接收灵敏度低，无法远距离直接和其他手机通信，必须依靠大型基站中转；基站服务范围设计为正六边形，拼接成蜂窝布局，最大化覆盖区域、节约无线电频谱资源；全部基站接入移动交换中心，交换中心作为信息枢纽，分拣、调度、转发所有信号，对接市话网、互联网实现全网互通。同步联系无线电波传播知识，微波只能直线传播，密集基站消除地形遮挡，保障全域信号覆盖。 · 布置四人小组对比讨论任务三分钟：蜂窝系统采用正六边形分区，相比方形、圆形分区，在频谱资源利用、区域覆盖上有什么优势。 · 汇总小组发言，统一得出结论：正六边形无缝拼接无重叠盲区，同等数量基站覆盖面积更大，高效节约稀缺无线电频谱资源。 · 完整梳理本节课逻辑链：人眼看书实物图建立电磁波与信息获取基础关联→邮筒与科学家邮票组合图梳理千年通信技术迭代→新旧上网设备对比图区分有线固定网络与无线电移动互联网→基站蜂窝系统示意图拆解手机基站中转、蜂窝分区整套移动通信工程原理。 · 布置课后分层作业，拓展实践思考任务：观察生活中的通信基站、WiFi 路由器，说出对应的电磁波通信原理。 · 认真观察基站实景与蜂窝通信系统示意图，看懂手机、基站、移动交换中心、互联网完整信号传输链路，理解蜂窝几何分区布局。 · 完整抄写移动通信核心要点：手机功率弱，基站中转信号；蜂窝正六边形分区节约频谱资源；移动交换中心全网调度信息。 · 四人小组围绕蜂窝分区几何优势思辨问题交流，分条整理覆盖、资源利用两大优势，小组代表举手分享。 · 独立完成通信流程简答题，完整口述手机发送信息到另一台手机的全部中转步骤。 · 和身旁同桌互相口述通信发展史、移动互联网、蜂窝基站全部核心知识点，整合第四章全章电磁振荡与电磁波内容形成完整体系。 环节五 习题巩固 + 课堂总结（3 分钟） · 出示四道分层思考题：信息技术四大板块简答、通信发展时序填空、有线无线通信区分判断、蜂窝基站作用问答。 · 带领学生复盘四张配图对应的核心内容：人眼看书实物图明确可见光作为电磁波基础信息载体；邮筒与科学家纪念邮票组合图梳理从古代人工通信到无线电报的技术变革；新旧上网设备对比实景图区分有线固定网络与无线电移动互联网；基站蜂窝系统示意图掌握手机依靠基站中转、蜂窝分区节约频谱的整套移动通信原理。 · 集中纠正四类典型认知误区：古代通信无电磁波、手机可远距离直连、有线网络与电磁波无关、可见光不承载信息。 · 布置课后分层作业：基础题抄写信息技术核心内容、通信发展脉络、蜂窝系统作用；提升题完成有线无线通信区分简答题；实践作业观察记录身边无线通信设备与对应电磁波原理。 · 独立完成四道分层思考题，动笔书写完整分析、简答依据，自行对照梳理错题，标记容易混淆的通信系统逻辑。 · 跟随教师复盘本节课电磁波与通信完整探究主线，理清四张配图对应的四大核心知识板块。 · 记录四类典型认知误区，在课本对应位置标注提醒自己规避。 · 完整记录课后三层作业，区分概念识记、对比简答、生活观察三类任务。 环节六 课堂收尾 · 回扣开篇人眼看书获取信息实物图进行收尾总结：本节课我们以电磁波作为信息载体为主线，梳理人类通信从古代人工驿传到现代移动互联网的千年演变，对比有线网络与无线电移动互联的差异，依靠蜂窝系统示意图弄懂手机、基站、交换中心整套移动通信底层原理，至此电磁振荡与电磁波全章内容全部学习完毕，完整掌握从 LC 振荡、电磁波产生、发射传播到现代 5G 移动通信的整套电磁应用体系。 · 完整回顾本节课全部核心内容：电磁波作为信息载体、通信技术发展历程、移动互联网无线传输特点、基站蜂窝系统工作原理，清晰记住四张配图对应的完整探究主线，自主整合第四章全部电磁知识构建统一知识框架。 八、板书设计 九、课程思政 本节课依托人眼看书获取信息实物图、邮筒与波波夫马可尼纪念邮票组合图、新旧上网设备对比实景图、基站蜂窝通信系统示意图四组教材素材，沿着电磁波信息载体、通信千年演变、移动互联网应用、蜂窝通信工程原理的完整脉络落实多维育人目标。第一，麦克斯韦建立电磁场理论、赫兹实验证实电磁波存在，波波夫与马可尼立足前人基础发明无线电报，体现科学发展继承积累、大胆创新、求真务实的核心科研精神，引导学生学习时重视基础理论、敢于拓展应用；第二，我国自主研发 5G 通信基站、移动交换网络，在移动通信领域实现全球领先，电磁物理基础学科支撑数字科技产业自主可控，激励学生深耕物理，投身通信芯片、射频设备、卫星通信等关键领域科技强国建设；第三，无线电频谱属于国家管控稀缺公共资源，蜂窝六边形分区、频段划分是规范化资源利用方案，培养学生遵守无线电管理法规、合理利用公共资源的法治意识；第四，移动互联网普及缩小城乡信息差距，远程教育、远程医疗依靠无线电磁波落地基层，体现物理技术普惠民生、推动社会均衡发展的社会价值；第五，从车马驿传、有线电脑到便携手机移动互联，通信技术持续迭代优化，让人类信息交互突破时空限制，感受科学技术不断改善生活、联通世界的强大力量；第六，整套移动通信系统依靠基站、交换中心协同配合，培养统筹规划、分工协作的工程思维。 十、教学反思和修改 1. 教学反思 本节课四类实景、史料、工程示意图贴近生活与科技发展史，四人小组蜂窝分区优势讨论、古今通信对比辨析交流参与积极性较高，但课堂存在四类顽固认知误区，学生电磁波信息载体、手机通信中转逻辑、有线无线关联、古代通信介质的理解存在明显薄弱点：第一，大量学生认为只有手机、广播用到电磁波，忽略可见光、红外线同样是信息载体；第二，误以为手机可以不借助基站直接远距离和其他手机通信，不清楚手机发射功率、微波直线传播的物理限制；第三，割裂有线网络与电磁波，认为网线光缆完全不涉及电磁相关物理原理；第四，觉得古代所有信息传递完全不依靠任何电磁波，不了解人眼视觉依托可见光；同时部分学生自主梳理千年通信发展时序、拆解蜂窝整套通信链路的系统归纳推理能力偏弱，容易遗漏关键技术节点与中转设备功能。 2. 修改措施 第一，课前印发预习填空单，标注四大核心易错点：可见光属于电磁波信息载体、手机通信必须基站中转、有线网络关联电磁原理、古代视觉感知依靠电磁波； 第二，课堂增加四轮抢答互动练习：电磁波信息载体判断、通信发展时序填空、手机基站作用问答、蜂窝分区优势辨析，快速纠正基础认知误区； 第三，延长四人小组通信发展史梳理、蜂窝系统完整流程讨论时长，帮扶系统归纳薄弱学生梳理清晰时间脉络与信号中转链路； 第四，课后配套分层作业，基础层抄写信息技术四大板块、通信发展完整脉络、蜂窝系统全部功能；提升题完成有线通信与移动无线通信对比简答题；拓展作业居家观察记录三种无线通信设备并说明对应的电磁波应用； 第五，第四章全章复习课课前两分钟快速复盘电磁波发射、传播、无线电通信、移动蜂窝系统四大核心知识点，整合全章 LC 振荡、电磁场、电磁波谱、无线通信完整知识体系。 学科网（北京）股份有限公司 $