跨学科实践： 信息的编码与传递教学设计 2026-2027学年沪科版（五四学制）物理九年级下学期

文本解读

本节课选自初中物理沪科版（五四学制）九年级下册第15章“电磁波及其应用”第2节，是在上一节认识电磁波的存在及波谱的基础上，进一步学习电磁波在传递能量与传递信息两大方向的广泛应用，并开展“信息的编码与传递”跨学科实践活动。教材从学生熟悉的移动通信切入，依次呈现电磁波“家族”的成员谱系、微波炉与γ射线“手术”等能量传递应用、无线电广播与移动通信等信息传递应用，最后以我国北斗卫星导航系统、“神舟”飞船、“嫦娥”探测器、“中国天眼”等重大科技成就为载体，展现电磁波技术对生活方式与社会进步的巨大推动。本节内容与信息技术、数学中的编码知识深度交叉，是发展学生跨学科实践能力与科学态度责任素养的重要课时。

教学目标

1.【物理观念】 知道电磁波可以传递能量和信息，能说出微波炉、γ射线“手术”、无线电广播、移动通信、卫星导航等典型应用中电磁波所起的作用。

2.【科学思维】 通过对比不同波段电磁波的特点与用途，体会“性质决定用途”的逻辑关系，学会用分类、类比的方法分析实际问题。

3.【科学探究】 经历“设计简单发报机”跨学科实践任务，通过查阅资料、方案设计、制作调试与成果交流，提升信息收集、编码转换与团队协作能力。

4.【科学态度与责任】 结合北斗导航、天宫课堂等我国科技成就，增强民族自豪感；通过讨论电磁波技术的利与弊，树立安全、合理使用电磁波技术的责任意识。

重点难点

教学重点：了解电磁波在传递能量和传递信息两方面的典型应用，理解“音频信号加载到高频电磁波上发射”的调制过程。

教学难点：理解信号调制与基站中继的通信原理；在跨学科实践活动中体会编码传递信息的优势，认识二进制编码的物理与数学基础。

课时安排

1课时

教学过程

新课导入

（一）情境创设

同学们，从清晨被手机闹钟唤醒，到放学路上扫码骑行，再到夜晚与家人视频通话，我们的一天始终被一种看不见的“信使”包围着。它翻山越岭、穿云破雾，把声音、图像和数据瞬间送到世界每个角落。它，就是电磁波。上一节课，我们认识了电磁波“家族”的成员；今天，我们将走进它们的“工作岗位”，看看电磁波是如何传递能量、传递信息，又是怎样改变整个世界的。

（二）问题激趣

（教师在大屏幕上播放两段视频：微波炉加热食物、神舟飞船与地面站的通信画面）

师：同样是电磁波，为什么它在微波炉里能“加热饭菜”，到了太空却能“传回月面图像”？

（学生自由回答，教师引导）

师：电磁波有两大“本领”——传递能量和传递信息。本领不同，用途各异。今天我们就沿着这两条主线，并完成一项特殊的跨学科实践任务，一起揭开电磁波应用的奥秘。（板书课题）

探究新知

任务一：梳理电磁波“家族”，明确两大本领

1. 复习回顾

请同学们结合上一节所学，说出电磁波“家族”中按波长从长到短排列的主要成员。

【要点点拨】无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线、X射线、γ射线。频率范围很广，医疗检测使用的X射线、各种颜色的可见光以及红外线、紫外线等不可见光都是电磁波“家族”的成员。

2. 归纳两大本领

阳光让人感觉温暖，电视新闻让我们了解外部世界——请据此归纳电磁波的两大本领。

【要点点拨】和光一样，所有电磁波都可以传递能量；电磁波也能传递信息。这两大本领正是本节认识电磁波应用的两条主线。

探究新知

任务二：探究电磁波传递能量的应用

1. 微波炉

观察微波炉工作视频，思考：食物为什么能迅速变热？

【要点点拨】食物中的水分在微波作用下温度会迅速升高，利用微波可以加热食物。微波是一种波长较短的电磁波，它使食物中的水分子高速振动，通过摩擦生热从内部加热食物。

2. γ射线“手术”

阅读教材，了解γ射线在医疗中的应用。

【要点点拨】γ射线是一种能量很高的高频电磁波，利用它可以进行立体定向无创“手术”，不用开刀即可精准摧毁病灶，体现了电磁波传递能量的临床价值。

3. 遥感技术

观看遥感无人机监测作物生长的图片资料，说一说遥感技术的用途。

【要点点拨】遥感是一种远距离非接触式获取目标特征信息的技术。人造地球卫星、飞机等装配的遥感设备能够捕获来自地面物体的电磁波，通过分析获知物体的形状、温度等信息，广泛应用于环境监测、资源普查、农业生产预测、防灾减灾、国家安全等领域。

4. 温室效应

结合示意图解释温室效应与电磁波的关系。

【要点点拨】地球表面吸收阳光的能量后，会向外辐射波长较长的电磁波，大气中的二氧化碳等温室气体能阻碍这种电磁波继续向外层空间辐射，进而造成温室效应。这说明电磁波传递能量的过程也会受到物质的阻碍与调控。

文本探究

任务三：探究电磁波传递信息的应用

1. 无线电广播

思考：广播电台的声音是怎样“飞”到收音机里的？

【要点点拨】长波可用于潜艇通信，中短波可用于无线电广播。话筒首先将声音转化为随声波变化的电信号，叫做音频信号；再将音频信号加载到高频电流上，经调制、放大，最后转化成高频电磁波发射到空中。收音机将接收到的高频电磁波还原成音频信号，经放大后通过扬声器播放出来。即使在互联网发达的今天，应急救灾包和家用轿车中，收音机仍有用武之地。

2. 移动通信

讨论：两部手机相隔千里，为什么一拨就通？

【要点点拨】手机功率比较小，发射的电磁波传输距离不够远，容易被建筑物遮挡，所以两部手机A、B要通过包含基站在内的移动通信设备和线路才能进行通信。目前我国移动通信技术已居于世界领先地位。

文本探究

任务三（续）：从北斗到太空——电磁波与国家科技力量

1. 北斗卫星导航系统

观看山东日照港全自动化集装箱码头的资料，思考导航卫星如何定位。

【要点点拨】导航卫星利用电磁波对地面设备定位。我国自主研制的北斗卫星导航系统抗遮挡能力强，服务精度高，还能提供通信业务，已广泛应用于港口定位等领域。北斗系统的运行不仅促进了国家经济建设，而且使我国摆脱了对其他导航系统的依赖，维护了国家安全。

2. 太空探索中的电磁波

举例说明电磁波在人类探索太空中的作用。

【要点点拨】“神舟”载人飞船通过电磁波向地面接收站发回信息，“嫦娥”探测器通过电磁波把月球表面的图像传回地球，“中国天眼”射电望远镜通过接收星体辐射的微弱电磁波探测宇宙中极其遥远的天体。电磁波的应用极大地改变了人们的生活方式，推动了社会的进步。

文本探究

任务四：跨学科实践——信息的编码与传递

1. 追溯编码的历史

用声波传递信息时容易受到干扰，导致信息失真。我国古代先民如何避免烽燧之间传递的信息走样？