初中科学九年级：能量及其存在形式探究课

初中科学九年级：能量及其存在形式探究课一、教学内容分析

“能量”是《义务教育科学课程标准（2022年版）》中物质科学领域的核心概念，是统领力、热、声、光、电乃至生命、地球系统的跨学科大观念。本课作为能量主题的起始与奠基，其知识图谱围绕“能量的定义与特征”、“能量的多种存在形式（机械能、内能、电磁能、化学能等）”及“不同形式能量之间的转化”展开，认知要求从具体现象的感知（识记）上升到本质属性的抽象概括（理解），并初步建立“能量守恒”的观念，为后续学习功、能量转化与守恒定律铺设关键认知阶梯。

在过程方法上，本课是训练科学思维与探究实践的绝佳载体。课标强调通过观察、实验、推理来建构科学概念。我们将引导学生从丰富多彩的日常生活与科技现象中“看见”能量，运用分类与比较的方法辨析不同能量形式的特点，并初步尝试用“能量”这一统一视角分析和解释自然现象，体验模型建构（将复杂现象抽象为能量转移与转化图景）的思维过程。其素养价值渗透于科学观念的初步形成（世界的物质性与统一性）、科学思维的训练（抽象概括、模型认知）以及科学态度与社会责任的萌芽（认识到能量是经济社会发展的基础，关注能源问题）。

从学情诊断看，九年级学生已具备力、热、光、电等零散的物理知识以及化学变化伴随能量变化的生活经验，对“能量”一词耳熟能详，但普遍停留在“使物体运动或发生变化的东西”这一模糊前概念层面，易将能量与力、物质混淆，对不同形式能量的本质区别及相互转化的普遍性缺乏系统性认识。部分学生抽象概括能力较弱，从具体实例中抽取出“能量”这一抽象概念存在困难。为此，教学将采用“现象铺陈共性归纳概念提炼辨析应用”的路径，通过大量直观、有趣的实验和实例搭建认知脚手架。课堂中将通过“举例说说哪里有能量”、“这幅能量转化图对吗”等即时提问和小组讨论，动态评估学生概念建构的清晰度，并针对理解困难的学生提供更具体的实例类比（如将内能比喻为“分子们的运动会”），为思维敏捷的学生设计“为未知现象设计能量追踪方案”的挑战任务，实现差异化支持。二、教学目标

知识目标：学生能准确陈述能量是物体做功本领的量度这一核心定义，并据此判断物体是否具有能量；能系统识别并举例说明动能、势能、内能、化学能、电磁能等五种以上能量形式；能清晰描述至少三个包含能量形式转化的生活实例，初步感知转化过程中的总量守恒。

能力目标：学生能够通过观察与分析具体现象，归纳出不同现象背后共通的能量特征，发展抽象概括能力；能够运用分类与比较的方法，依据产生原因或存储方式对能量形式进行区分；能够绘制简单的能量转化流程图，并用以解释或预测简单系统中的能量变化过程。

情感态度与价值观目标：学生在探究能量多样性与统一性的过程中，感受自然现象的奇妙与科学理论的简洁之美，激发对物质世界本原的好奇心；在小组合作列举能量实例与讨论转化过程时，养成乐于分享、尊重证据、协同探索的科学交流态度。

科学思维目标：本课重点发展学生的模型建构思维与跨学科系统思维。引导学生将纷繁复杂的自然与技术现象，抽象为“能量源传递/转化能量受体”的初步模型；学会用“能量”这一统一的概念框架，去联结力学、热学、电磁学等不同领域的知识，形成初步的系统分析视角。

评价与元认知目标：学生能够依据“定义准确、举例恰当、转化关系清晰”的标准，对同伴列举的能量实例或绘制的转化图进行初步评价；能在课堂小结时，反思自己是从“知道一些例子”到“理解一个概念”的认知跃迁过程，明确“从具体到抽象”是学习科学概念的重要方法。三、教学重点与难点

教学重点：能量概念的理解及其多种存在形式的辨析。能量作为贯穿整个科学课程的核心大概念，其定义的明晰是后续一切相关学习的基础。从学业评价看，能否准确理解能量的本质（做功本领），并以此为依据判断和分析能量，是区分机械记忆与概念性理解的关键，也是中考中分析复杂能量问题能力的起点。

教学难点：能量概念的抽象性与能量转化过程中“损耗”的初步感知。难点成因在于，能量看不见摸不着，学生需从大量具体“能做功”的现象中剥离出共同属性，完成从感性具体到理性抽象的思维跨越。同时，在分析如摩擦生热等转化实例时，学生容易产生“能量消失了”的迷思概念，对能量转化中形式虽变但总量守恒的初步感知构成障碍。突破方向在于采用“归纳演绎”循环策略：先大量举例归纳共性，再用定义去演绎判断新实例，并在分析转化时，刻意引导学生追踪“看似消失的能量去了哪里”。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：教学课件（含丰富图片、短视频：风车发电、电池供电、食物消化等）；能量形式分类磁贴卡片；小球、斜面、弹簧、橡皮筋、铁丝、火柴、手摇发电机、小灯泡等实验套件（分组用）。1.2学习材料：分层学习任务单（含“能量侦察记录表”、“能量转化分析图”）；课堂巩固练习分层题卡。2.学生准备2.1预习任务：观察家中或上学路上，找出5个你认为“有能量”的事物或现象，并简单记录。2.2物品准备：科学笔记本、笔。3.环境布置3.1座位安排：46人异质分组围坐，便于合作探究与讨论。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设与问题引爆：同学们，我们每天吃饭充电，汽车加油奔跑，电灯通电发光。大家课前也找了很多“有能量”的例子。但我有个疑问：一块静止的石头有能量吗？有的同学点头，有的摇头。别急，我们来看个视频（播放“多米诺骨牌推倒大厦”或“山坡滚石”视频）。看，石头动了就能造成巨大影响！那么，能量到底是什么？它有哪些“化身”？我们怎么能“看见”它、描述它？今天，我们就化身“能量侦探”，揭开它的神秘面纱。2.路径明晰：我们的侦查分三步走：第一步，从大家找到的例子中，总结能量的共同特征，给它下一个“通缉令”；第二步，根据能量的不同“藏身之处”，给它分分类；第三步，跟踪能量，看看它如何“改头换面”从一个地方跑到另一个地方。第二、新授环节任务一：归纳共性，为能量下“定义”教师活动：首先，让我们召开“能量线索发布会”。请各小组派代表，分享你们课前找到的“有能量”的例子，并简单说明理由。我将关键词记录在黑板上（如：运动的子弹、高举的重锤、发热的暖气、通电的电机、充满电的手机、面包……）。然后，我会引导追问：“这些例子千差万别，为什么你们都觉得它们有能量？”“如果说能量是‘能使物体做功的本领’，那么‘本领’体现出来了吗？怎么体现的？”接着，呈现“拉弓蓄势待发”和“弓箭离弦飞行”的对比图，提问：“这两种情况下，弓和箭有能量吗？分别是什么能量？如何证明？”最后，引导学生从诸多实例中抽象出共性的表述：一个物体如果能够对外做功，我们就说它具有能量。能量是物体做功本领的量度。并强调，这个“能够”很重要，它表示一种“本领”或“能力”，无论当前是否正在做功。学生活动：积极参与小组讨论和全班分享，列举实例并尝试阐述理由。在教师引导下，比较不同实例，思考其共同点。针对对比图进行思考与辩论，理解“能够做功”的含义。尝试用自己的话复述能量的定义。即时评价标准：1.举例是否恰当，能否初步关联“做功”或“引起变化”。2.在讨论中，能否倾听他人观点，并基于实例提出自己的见解。3.最终能否较为准确地说出能量的核心定义（不要求字字精确，但“做功本领”要点需涵盖）。形成知识、思维、方法清单：1.★能量的定义：物体能够对外做功，我们就说这个物体具有能量。能量是物体做功本领的量度。它是描述物体状态的一个物理量。（教学提示：这里的“能够”是关键，区别于“正在”。）2.▲如何判断物体有无能量：核心是判断它是否“能够”对外做功。可以设想一个合理的场景，看它是否能对其他物体产生力的作用并使其发生位置或状态的变化。3.科学方法：从大量具体、个别的现象中，寻找共同特征，抽象概括出一般性结论，这是定义科学概念的基本方法。任务二：依据特征，为能量分“类别”教师活动：能量这位“嫌疑人”很会伪装，有不同的“化身”。接下来，我们对黑板上的例子进行分类“建档”。出示分类指导：“请根据能量产生或存储的原因不同，尝试将这些例子分成几大类。”巡视指导，倾听各组的分类标准。邀请有代表性的一组上台，用磁贴卡片展示分类结果并说明理由。随后，教师进行梳理和规范命名：因运动而具有的动能；因被举高或发生弹性形变而存储的势能（统称机械能）；物体内部所有分子热运动的动能和分子势能的总和叫内能（热能）；储存在燃料、食物等物质中的化学能；与电荷流动和电磁场相关的电磁能……“大家摸摸自己，你现在具有什么能？”（内能、化学能）。“教室里发光的灯管呢？”（电磁能为主，也伴随内能）。学生活动：小组合作，对实例进行分类，并讨论分类依据。上台展示小组分类成果。聆听教师总结，认识各类能量的规范名称及其基本成因。积极参与互动提问，应用新概念进行判断。即时评价标准：1.分类是否基于一定的逻辑标准（如能量的来源或存储方式）。2.能否将新学习的能量类型名称与具体实例正确对应。3.小组合作中分工是否明确，讨论是否有效。形成知识、思维、方法清单：4.★能量的主要形式：动能、重力势能、弹性势能、内能（热能）、化学能、电磁能（光能、电能等）是常见的能量形式。5.辨析要点：不同形式的能量，其“产生原因”或“存储方式”不同。例如，动能与物体的质量和速度有关；重力势能与质量和高度有关；化学能存储在物质的化学结构中，通过化学反应释放。6.科学思维：分类是整理知识、深化理解的重要工具。分类需依据统一的、本质的标准进行。任务三：追踪转化，初绘能量“关系网”教师活动：能量不仅能“变身”，还能“跑动”。让我们玩个“能量接力赛”。演示实验1：释放摆锤，敲击木块。提问：“摆锤下落过程中，能量形式如何变化？撞击时，能量传给了谁？最终能量去哪了？”引导学生描述：重力势能→动能→（撞击）→木块动能+声能+内能（木块和摆锤变热）。“有没有同学感觉到，能量好像在变少？比如，摆锤最后停下来了，它的能量没了吗？”引出关键讨论：并非消失，而是转化成了其他形式（主要是内能）散失了。演示实验2：用手快速反复弯折铁丝，触摸弯折处。“我的手做功消耗的化学能，变成了什么？”（铁丝的内能增加，温度升高）。提供更多图片或短视频（如太阳能电池板充电、电动车行驶），小组合作分析其中的能量转化链条。学生活动：仔细观察演示实验，描述观察到的现象。在教师引导下，一步步分析能量形式的转化与转移过程。参与关键讨论，思考能量“去向”问题。小组合作分析给定情境，用“→”绘制简单的能量转化流程图，并派代表进行讲解。即时评价标准：1.分析能量转化时，逻辑链条是否清晰、完整。2.能否初步意识到，在转化和转移过程中，能量的总量保持不变（守恒）。3.绘制的流程图是否准确反映了主要转化路径。形成知识、思维、方法清单：7.★能量转化与转移：能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从一种形式转化为另一种形式。8.★能量守恒观念（初步）：在能量转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。这是一个普遍规律。（教学提示：此处的“损耗”是指转化为难以利用的形式，如内能散失到环境中，但并未消失。）9.▲实例分析框架：分析任何涉及能量的过程，都可以追踪“初始能量形式→转化/转移过程→最终能量形式”。第三、当堂巩固训练

现在，请大家根据自己对能量概念的理解程度，选择适合的“能量侦探”等级任务卡进行挑战。基础层（全体必做）：1.判断下列说法是否正确，并改正错误：（1）静止的物体没有能量。（2）燃料燃烧放热，化学能转化为内能。2.指出下列物体主要具有哪种形式的能量：空中飞行的飞机；拉长的橡皮筋；餐桌上的米饭。综合层（多数学生尝试）：分析“水力发电站”工作过程中的能量转化链条（从水库中的水开始，到电灯发光结束）。尝试画出流程图，并思考在整个链条中，是否有能量“损失”？它可能去了哪里？挑战层（学有余力选做）：设计一个简单的“永动机”方案（画示意图），并运用今天所学的能量观念，分析它为什么不可能成功。或者，探讨“食物链”中能量是如何传递和转化的。反馈机制：学生独立完成后，小组内交换“基础层”答案互评。教师投影展示有代表性的“综合层”流程图，邀请学生讲解并集体评议。对“挑战层”的思路进行课堂简要分享，肯定其思维深度，不做对错评判，留作课后思考。第四、课堂小结

知识整合：同学们，今天我们完成了精彩的能量侦查。现在，请大家用2分钟时间，在笔记本上画出本节课的思维导图，核心是“能量”，向外辐射出定义、形式、转化与守恒三大分支。“谁能用一句话，告诉一位没来上课的同学，能量是什么？”

方法提炼：回顾一下，我们今天是如何认识一个抽象概念的？（从例子中归纳定义，用分类来梳理，通过追踪转化来深化理解。）这就是科学常用的“具体抽象具体”的认识路径。

作业布置：1.必做（基础性）：完成课后练习中关于能量形式判断与简单转化分析的基础题目；从家中再找出3个包含能量转化的实例，并用文字简要描述。2.选做（拓展性）：撰写一篇短文《假如世界没有能量转化》，发挥想象，描述世界可能的样子。3.探究/创造（选择性挑战）：利用身边的简单材料（如橡皮筋、吸管、小车等），设计制作一个能展示至少两种能量转化的小装置或模型，并附上说明。六、作业设计

基础性作业（全体必做）：1.填空题：物体能够对外______，表示这个物体具有能量。飞行的子弹具有______能，拉弯的弓具有______能。2.选择题：关于能量形式转化的判断。3.简答题：列举生活实例，说明化学能转化为内能的过程。

拓展性作业（建议大多数学生完成）：“家庭能量审计”小项目：选择家中一个常用电器（如电灯、电热水壶），调查其额定功率，估算它工作一小时所消耗的电能（度），并追踪这些电能主要转化成了哪些形式的能量（如光能、内能等）。以图文形式提交一份简单的审计报告。

探究性/创造性作业（学有余力学生选做）：探究任务：“摩擦生热”中的能量转化定量感知实验设计。尝试设计一个简单的对比实验（如不同材质摩擦、不同压力下摩擦），用手持温度计或感官初步比较内能增加的差异，并尝试用能量转化的观点解释。或者，创作一套“能量形式与转化”的卡牌游戏，包含不同能量卡和转化规则卡。七、本节知识清单及拓展1.★能量定义：物体能够对外做功，表示这个物体具有能量。能量是做功本领的量度。它是状态量。（核心之核心，判断一切问题的出发点。）2.★动能：物体由于运动而具有的能量。影响因素：质量、速度。一切运动的物体都具有动能。3.★重力势能：物体由于被举高而具有的能量。影响因素：质量、高度。通常以地面为参考平面。4.★弹性势能：物体由于发生弹性形变而具有的能量。影响因素：材料、形变程度。5.机械能：动能和势能（重力势能、弹性势能）的统称。6.★内能（热能）：物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和。一切物体在任何温度下都具有内能。温度是分子平均动能的标志。7.★化学能：储存在物质内部，通过化学反应才能释放出来的能量。如燃料、食物、电池。8.★电磁能：与电荷运动（电能）和电磁场（光能、电磁辐射）相关的能量。是现代社会中应用最广泛的能量形式之一。9.★能量转化：能量从一种形式变成另一种形式的过程。如摩擦生热（机械能→内能）。10.★能量转移：能量从一个物体转移到另一个物体的过程。如热传递（内能转移）。11.★能量守恒定律（初步）：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。（自然界最普遍的定律之一，是批判“永动机”的理论基石。）12.辨析：能量与力：力是物体间的相互作用，是改变物体运动状态的原因；能量是物体状态的表征，是做功能力的量度。有力作用不一定做功，有能量的物体不一定正在做功。13.辨析：能量与物质：能量是物质的属性，不能脱离物质而单独存在。但能量本身不是物质。14.常见转化实例：太阳能→化学能（光合作用）→化学能→内能+机械能（燃烧、运动）→电能（发电机）→……几乎所有的自然和工程过程都伴随着能量转化。15.▲核能：储存在原子核内部，通过核反应（裂变或聚变）释放的巨大能量。是太阳能等众多能量的终极来源。16.▲能量的“品质”：不同形式的能量，其可利用程度（品质）不同。内能转化为机械能时，总有一部分能量耗散为低温热源的内能，其品质下降。这涉及到热力学第二定律的初步思想。17.科学史视角：“能量”概念的形成经历了漫长的过程，从“活力”、“力”等模糊观念，到19世纪焦耳等人通过精确实验确立热功当量，最终由亥姆霍兹等人系统提出能量守恒定律，是物理学统一的里程碑。18.跨学科联系：生物学中的新陈代谢、生态系统能量流动；地理学中的地热能、水能；化学中的反应热；技术工程中的各种发动机、发电机、电池，都是能量原理的具体体现。八、教学反思

（一）教学目标达成度分析从课堂问答、任务单完成情况及巩固练习反馈来看，绝大多数学生能够准确运用能量的定义判断简单情境下物体是否具有能量（知识目标达成良好）。在列举能量形式时，对于动能、势能、化学能识别准确率高，但对“内能”的普遍性（尤其是对静止、低温物体也具有内能）理解存在迟疑，需在后续课程中结合分子动理论强化。能力目标方面，学生初步掌握了绘制简单能量流程图的方法，但在分析复杂、多路径的转化（如汽车行驶）时，逻辑完整性不足，这符合现阶段认知水平。情感与思维目标在小组合作和“永动机”讨论环节有积极体现，学生表现出浓厚兴趣和初步的批判性思维苗头。

（二）教学环节有效性评估导入环节的“静止石头”之问和震撼视频，成功制造认知冲突，激发了探究欲望。新授环节三个任务层层递进，逻辑清晰。“任务一”中学生举例丰富，但教师需更敏锐地捕捉其中错误前概念（如将“力”等同于能量），并及时介入辨析。“任务二”的分类活动，小组讨论热烈，但部分组分类标准混乱，今后可提供更明确的分类维度提示卡作为支架。“任务三”中关于能量“损耗”的讨论是亮点，虽然学生不能完全理解热力学第二定律，但已初步建立起“能量并未消失，只是变得分散”的定性观念，为后续学习守恒定律清除了关键障碍。巩固训练的分层设计满足了不同学生需求，挑战题激发了优秀生的深度思考。

（三）学生表现与差异化应对