探秘内能：从分子运动到能量观念的深化-新九年级物理衔接课程教学设计

探秘内能：从分子运动到能量观念的深化——新九年级物理衔接课程教学设计一、教学内容分析  本课隶属人教版九年级物理全一册第十三章《内能》，是学生在学习了宏观机械能后，首次系统接触微观粒子层面的能量形式，是构建完整“能量”观念的关键一环。从《义务教育物理课程标准（2022年版）》看，本课内容位于“能量”主题下的“内能”部分，要求通过实验认识内能，了解内能的利用。知识图谱上，它上承“分子动理论”，为理解“内能”提供微观基石；下启“比热容”、“热机”及“能量守恒定律”，是研究热现象、热传递和能量转化的核心枢纽。核心概念包括内能的定义、内能与温度的关系、改变内能的两种方式（做功和热传递）。课标强调在探究实践中形成观念，这要求我们将“宏观感知与微观解释相结合”的物理思想方法贯穿始终，通过类比、建模和实验探究，引导学生跨越从直观感受到抽象概念的认知鸿沟。其素养价值深远：在建构内能概念的过程中，发展学生的物质观念和能量观念；在探究改变内能方式的实验中，培养科学探究能力与实事求是的科学态度；在讨论内能应用（如古代钻木取火、现代热机）时，渗透科技与社会发展的关联意识，体现科学·技术·社会·环境（STSE）的育人导向。  学情研判方面，作为新九年级学生，他们已具备初步的分子动理论知识和温度概念，对“能量”有模糊的生活感知。然而，“内能”的抽象性（看不见的微观粒子动能和势能总和）是首要认知障碍，学生极易将内能与热量、温度混淆。常见的思维误区包括：“0℃的物体内能为零”、“热量是物体含有的”、“做功和热传递在效果上等效，本质也相同”。教学对策上，需设计多重感官刺激和认知阶梯：利用生动的类比（如将分子运动类比为操场上奔跑的学生）降低抽象度；设计对比性实验（如摩擦生热与热水烫手）凸显两种改变方式的异同；编制概念辨析题组，于动态评估中精准诊断并纠正迷思概念。对于理解较快的学生，可引导其深入探讨“内能、热量、温度”的三角关系，或尝试用分子动理论解释更复杂的热现象；对于需要更多支持的学生，则通过可视化动画、小组互助和教师个别指导，夯实微观图景的构建。二、教学目标  知识目标：学生能准确阐述内能是物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和；能辨析内能与温度、热量的区别与联系，说出“温度影响分子动能，是内能变化的主要标志”；能完整表述改变物体内能的两种方式——做功和热传递，并能举例说明其在生产生活中的应用。  能力目标：学生能运用类比和模型建构的方法，将微观的分子运动与宏观的内能概念相联系；能设计简单实验（如摩擦铁丝、压缩气体）验证做功可以改变内能，并规范记录、分析现象；能在具体情境（如冰熔化、车胎放气）中，综合运用相关知识进行推理和解释。  情感态度与价值观目标：在探究实验中，学生能表现出对自然现象的好奇心和严谨求实的科学态度；在小组讨论中，能倾听同伴观点，协作完成任务；通过了解内能利用的历史与现状，初步认识科技进步对人类社会发展的双重影响，树立节能与环保意识。  科学思维目标：重点发展学生的“微观建模”和“科学推理”能力。通过构建“分子运动分子动能/势能内能”的思维模型，将抽象概念具体化；通过分析“摩擦为何生热”、“热传递的条件是什么”等问题链，锻炼基于证据的逻辑推理和因果分析能力。  评价与元认知目标：学生能够依据教师提供的“概念关系辨析评价量规”，对同伴关于内能、温度、热量的辨析表述进行初步评价；能在课堂小结时，反思自己是如何通过类比和实验突破理解障碍的，并梳理出学习此类抽象概念的有效策略。三、教学重点与难点  教学重点：内能的概念及改变物体内能的两种方式。确立依据在于：从课程标准看，内能是“能量”大概念下的核心子概念，是理解后续所有热学知识（如热传递规律、热机原理）的基石。从学业评价看，内能的概念辨析、改变方式判断及其在生活现象中的应用，是各类考试的高频考点，且常以综合性情境题出现，重在考查学生对能量观念的深层理解与应用能力。  教学难点：从微观角度理解内能的概念，以及正确区分热量与内能。难点成因在于：内能的“微观性”和“总和性”超越了学生的直接感官经验，需要极强的抽象思维能力。而“热量”作为一个过程量，描述的是内能转移的多少，与学生习惯的“物体含有…”的实体思维模式相冲突，极易与状态量“内能”混淆。突破方向在于：设计层层递进的认知活动，从复习分子动理论入手，借助可视化工具和精当类比，逐步搭建从微观到宏观的桥梁；并通过大量对比性实例和针对性辨析练习，强化对“热量是过程量”这一本质属性的认识。四、教学准备清单  1.教师准备    1.1媒体与教具：多媒体课件（含分子热运动动画、内能概念建构图示、生活实例图片与视频）；板书设计预案（预留概念对比区、思维导图生成区）。    1.2实验器材：演示用——压缩空气引火仪、温差发电演示装置（或铁丝、砂纸、气球、热水、冰水等）；分组用（每4人一组）——粗铁丝（约20cm）、砂纸、小块凡士林、电子温度计（或感温贴纸）。    1.3文本材料：分层学习任务单（含前测题、探究记录表、分层巩固练习）、概念辨析卡片。  2.学生准备    2.1知识准备：复习分子动理论的基本内容；预习课本本节内容，记录困惑。    2.2物品准备：常规文具。  3.环境布置    3.1座位安排：四人小组合作式座位，便于讨论与实验。    3.2区域划分：教室前方设置演示实验区，侧板预留作品展示区。五、教学过程第一、导入环节  1.创设认知冲突情境：“同学们，先请大家伸出手，左手触摸这光滑的金属块，右手触摸这块毛茸茸的泡沫，感受一下温度有什么不同？……是不是感觉金属块更凉一些？现在，我们用温度计实际测量一下。看，温度计显示它们都是室温25℃！为什么我们的感觉会和实际测量‘打架’呢？”（通过触觉与测量结果的矛盾，迅速激发好奇。）  1.1提出核心驱动问题：“感觉的‘冷热’其实与我们皮肤和内能的交换速率有关。这引出了一个更深层的问题：除了宏观的运动具有机械能，物体内部看似静止，是否也蕴含着能量？这种‘内在’的能量是什么？它由什么决定？我们又该如何改变它？”（将生活疑惑升华为科学问题。）  1.2勾勒学习路径：“今天，我们就化身微观世界的侦探，从熟悉的分子动理论出发，一起去发现并定义这种‘内能’。我们将通过亲手实验，揭开改变它的两大‘法宝’，最终解释开篇的谜题，并理解更多生活中的热现象。大家准备好了吗？我们的探秘之旅现在开始！”第二、新授环节  任务一：从微观世界“唤醒”内能  教师活动：首先引导学生回顾：“谁能用分子动理论的三句话，描述一下眼前这块金属内部的微观图景？”根据学生回答，板书强调：分子在永不停息地做无规则运动（有动能），分子间有相互作用力（有势能）。接着，运用动画放大展示：“大家看，这亿万个‘分子小精灵’，它们有的在狂奔，有的在振动，动能不一；它们之间有的在‘拥抱’，有的在‘疏远’，势能也不同。那么，所有这些分子的动能和势能加起来，会是什么呢？”引出内能定义。并追问：“根据定义，你们觉得一块铁和一杯水，谁的内能一定更大？……0℃的冰有内能吗？为什么？”引导学生理解“一切物体都有内能”，并初步感知内能大小与质量、温度、状态等有关。  学生活动：回顾并口述分子动理论。观看动画，在教师引导下，将“所有分子”与“总和”建立联系，尝试说出内能的概念。针对教师追问展开小组简短讨论，发表看法，可能产生争议（如关于0℃物体）。  即时评价标准：①能否准确回忆分子动理论要点；②在定义内能时，是否关注到“所有”和“总和”这两个关键词；③讨论时，观点是否尝试从微观构成上寻找依据。  ★核心概念——内能：物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和。教学提示：这是奠基性概念，务必讲透“所有”和“总和”，强调其是状态量，属于物体本身。可通过类比“一个班级的总成绩是所有同学成绩的总和”来辅助理解。  ▲关键辨析点——内能不为零：因为分子永不停息地运动（动能永不为零），所以任何物体，在任何温度下（即使绝对零度无法达到），都具有内能。这是与机械能（可以为零）的重要区别。  任务二：厘清“温度”、“内能”与“热量”的三角关系  教师活动：承接上一任务中的争议，明确：“看来，内能的大小判断是个复杂问题。但有一个因素对它影响最直接——温度。”引导学生思考：“温度升高，分子运动会怎样？分子动能总和呢？那内能通常如何变化？”建立温度与内能的定性联系。随后，抛出核心辨析：“‘物体含有热量’这句话对吗？热传递过程中，传递的到底是什么？”通过烧水例子：炉火加热水，水的内能增加，增加的内能来源于火焰。指出“热量”是过程量，只存在于热传递过程中，描述的是内能转移的多少。总结：“温度是‘活跃度尺子’，内能是‘库存’，热量是‘物流单’。”  学生活动：跟随教师逻辑，理解温度是分子平均动能的标志，并影响内能。针对“热量”辨析，进行深入思考和小辩论，尝试用“过程”和“转移”来重新表述生活中的说法（如“吸收热量”）。  即时评价标准：①能否说出“温度影响分子平均动能，是内能变化的标志”；②能否识别“含有热量”这类说法的错误，并尝试用“内能”或“热传递”进行纠正。  ★核心关系——温度与内能：对于同一物体，温度升高，内能通常增大（状态不变时）。教学提示：强调“通常”和“同一物体”，为后续比热容概念埋下伏笔，避免绝对化。  ★核心概念——热量：在热传递过程中，物体间内能转移的多少。是过程量，单位为焦耳。易错警示：热量不是物体蕴含的属性，不能说“含有”、“具有”热量，只能说“吸收”或“放出”热量。  任务三：实验探究——“做功”改变内能  教师活动：提出问题：“除了静静地热传递，我们能否‘主动出击’，让物体的内能发生变化？”演示实验1：快速多次按压压缩空气引火仪，硝化棉燃烧。“大家看到了什么？机械功怎么就让棉絮着火了？”引导学生分析：活塞压缩气体做功，机械能转化为内能，气体温度骤升。演示实验2（或让学生尝试）：让气球在脸上快速摩擦。“脸感觉怎么样？这时是谁对谁做功？能量如何转化？”随后布置分组实验：“请各组用砂纸反复快速摩擦铁丝一端，10秒后，用手小心触碰或用温度计测量摩擦处，记录现象和感受。”巡视指导，关注操作安全。  学生活动：观察震撼的演示实验，惊叹并思考能量转化。体验气球摩擦，描述感觉。进行分组实验，动手摩擦、触摸（或测量）、记录，并与同伴交流现象。  即时评价标准：①实验操作是否规范、安全；②能否准确描述观察到的现象（如铁丝变热、温度上升）；③在讨论中，能否尝试用“做功”、“能量转化”来解释现象。  ★核心规律——做功改变内能：对物体做功，物体内能增加（机械能转化为内能）；物体对外做功，内能减少（内能转化为机械能）。应用实例：压缩点火、摩擦生热、打气筒发热。  ●学科方法——实验归纳法：通过多个具体做功实验（压缩、摩擦），归纳得出普遍结论，是物理学中建立规律的重要方法。  任务四：对比强化——“热传递”改变内能  教师活动：提问：“刚才我们‘用力’改变了内能，有没有更‘温和’的方式？”展示图片：晒太阳取暖、铁锅炒菜、冰块降温。引导学生归纳这些现象的共同点：存在温度差，能量从高温物体传到低温物体。明确这就是热传递。让学生对比：“把铁丝放在热水里（热传递）和用力摩擦铁丝（做功），都能让它升温、内能增加，这两种方式有本质区别吗？”引导学生从能量形式是否转化、过程发生条件等角度对比。  学生活动：观察生活实例图片，归纳热传递发生的条件（温度差）和方向（高温到低温）。开展小组讨论，对比做功与热传递的异同，完成学习任务单上的对比表格。  即时评价标准：①能否准确概括热传递的条件和方向；②在对比讨论中，能否从“能量形式转化”和“能量转移”的角度区分两者本质。  ★核心规律——热传递改变内能：物体吸收热量，内能增加；放出热量，内能减少。条件：存在温度差。方向：从高温物体到低温物体。  ▲思维提升——两种方式的等效与本质区别：在改变内能的效果上可以等效。但本质不同：做功是其他形式能与内能的相互转化（如机械能→内能）；热传递是内能在物体间的转移（内能→内能）。  任务五：建模与整合——建构“内能及其改变”思维模型  教师活动：引导学生回顾整个探索过程：“现在，我们有了‘内能’这个新武器，再来看看开头的‘触摸之谜’。为什么温度相同的金属和泡沫，感觉不同？”鼓励学生用今天所学解释：因为金属导热性好，手触摸时，热传递快，手的内能迅速转移给金属，所以感觉“凉”。接着，组织学生以小组为单位，在白板上绘制“内能及其改变”的简易思维导图或概念图，核心应包括：内能定义、影响因素、改变方式（做功与热传递的对比）、相关概念（温度、热量）辨析。  学生活动：运用内能和热传递知识，尝试解释导入时的生活谜题。小组合作，整合本节核心概念与规律，绘制结构化知识图。  即时评价标准：①生活现象解释是否准确运用了“热传递速率”和“内能转移”的概念；②绘制的思维导图是否逻辑清晰、概念关系正确、关键点无遗漏。  ★知识整合——概念网络：将内能置于与温度、热量、分子动理论、能量转化与守恒的关联网络中理解，避免知识孤立。  ●学科思维——模型建构：用思维导图将零散知识点系统化、结构化，是深化理解、促进记忆的高阶思维工具。第三、当堂巩固训练  基础层（全体必做）：1.判断下列说法正误并改正：“0℃的冰没有内能。”“物体温度越高，含有的热量越多。”“对物体做功，物体的内能一定增加。”2.列举生活中通过做功和热传递改变物体内能的实例各两个。  综合层（多数学生完成）：3.情境分析：a.自行车打气筒壁会发热，请用两种不同的物理知识解释其原因。b.一块0℃的冰从外界吸收了热量，最终熔化成了0℃的水。此过程中，冰的内能如何变化？温度如何变化？说明了什么？  挑战层（学有余力选做）：4.开放思考：有人说：“摩擦生热和钻木取火，都是将机械能转化成了内能，所以‘热’是被创造出来的。”你同意吗？请结合能量观念进行评述。  反馈机制：基础题采用同伴互评，交换批改并讨论；综合题由小组代表分享解题思路，教师点评关键点并澄清可能的混淆；挑战题请有想法的学生简要陈述，教师进行鼓励性总结，点明能量守恒的观点，为后续学习铺垫。所有练习均提供标准解析或思路提示。第四、课堂小结  引导学生进行结构化总结与元认知反思：“请大家合上课本，回忆一下，今天我们是怎么一步步‘探秘’内能的？你最大的收获或最清晰的点是什么？还有哪些模糊的地方？”邀请几位学生分享他们的学习路线图（如：从微观粒子出发→定义内能→区分温度热量→找到两种改变方式→解释生活现象）。教师最后用精炼的语言和板书上的思维导图进行收束，强调内能作为能量形式的一种，其观念建立的重要性。布置分层作业（见第六部分），并预告下节课：“今天我们知道了如何改变内能，但不同物质，升高相同的温度，需要吸收的热量一样吗？这背后又隐藏着什么秘密呢？我们下节课继续探究。”六、作业设计  基础性作业（必做）：1.完成教材本节后配套的基础练习题。2.绘制本节知识点的思维导图。3.撰写一篇物理日记，记录今天课堂上最让你印象深刻的一个实验或一个观点，并说明原因。  拓展性作业（建议完成）：4.调查家中或社区中利用内能（通过热传递或做功）的器具（如暖气、空调、汽车发动机、电钻），选择其中一种，分析其工作时内能改变的主要方式及能量转化或转移情况，制作成一张简单的科普小报。  探究性/创造性作业（选做）：5.设计一个家庭小实验，验证“做功可以改变物体的内能”，录制短视频（需包含实验操作、现象记录和原理讲解）。或6.查阅资料，了解“永动机”为什么不可能实现，从能量守恒的角度写一篇短评（300字以内）。七、本节知识清单及拓展  ★1.内能（核心概念）：物体内部所有分子热运动的动能与分子势能的总和。理解要点：①“一切物体”在任何情况下都有内能；②是状态量，对应于物体某一时刻的状态；③具有宏观量（总和）与微观解释（分子动理论）的双重属性。  ★2.内能的影响因素（核心原理）：对于同一物体，温度升高，内能通常增大；状态改变（如熔化、汽化），内能一般变化（分子势能变化显著）。对于不同物体，还取决于质量、材料、物态等。教学提示：强调“通常”，避免学生形成“温度高内能一定大”的片面认识（需考虑质量等因素）。  ★3.改变内能的两种方式（核心规律）：（1）做功：实质是其他形式的能与内能的相互转化。对物体做功，其内能增加；物体对外做功，其内能减少。（2）热传递：实质是内能在物体间的转移。条件：温度差。方向：高温→低温。结果：高温物体内能减少，低温物体内能增加，直到温度相同（热平衡）。  ▲4.做功与热传递的异同（深度辨析）：等效性：在改变内能的效果上可以等效。本质区别：做功是能量的转化，热传递是能量的转移。此区分是理解能量守恒定律的关键基础。  ★5.热量（核心概念）：在热传递过程中，传递内能的多少。是过程量，单位焦耳（J）。易错点：不能说“物体具有热量”，只能说“吸收”或“放出”热量。  ●6.温度、内能、热量的三角关系（方法整合）：温度：表示物体的冷热程度，是分子平均动能的标志（微观），是状态量。内能：与温度、质量、状态等有关，是状态量。热量：是热传递过程中内能转移的量度，是过程量。关系简图：温度变化→通常引起内能变化；热传递→引起内能变化（伴随热量转移）；做功→引起内能变化（伴随能量转化）。  ▲7.实验归纳法（学科方法）：通过压缩空气引火、摩擦铁丝等多个具体实验现象，归纳出“做功可以改变内能”这一普遍结论。这是物理学探索规律的基本方法之一。  ▲8.能量观念（素养渗透）：内能是能量的一种重要形式。学习内能及其改变，是从机械能到更普遍能量观念的重要扩展，为建立“能量守恒与转化”这一物理学大观念奠定基础。教学提示：在教学中始终渗透“能量不会凭空产生或消失，只会转化或转移”的思想萌芽。八、教学反思  （一）目标达成度分析本节课预设的知识与能力目标基本达成。通过课堂观察和当堂练习反馈，绝大多数学生能准确复述内能定义，识别改变内能的方式，并能用所学解释“摩擦生热”等简单现象。核心证据在于，在“综合层”情境分析题中，约70%的学生能完整、正确地用两种方式解释打气筒发热。然而，在“温度、内能、热量”的精准辨析上，仍有部分学生存在混淆，尤其是在语言表述上，如仍会说“热量传递”，需在后续课程中持续强化。  （二）教学环节有效性评估导入环节的“触摸谜题”迅速抓住了学生注意力，效果显著。新授环节的五个任务梯度基本合理，“从微观唤醒”到“对比建模”符合认知规律。其中，任务三（实验探究做功）是高潮，压缩空气引火仪的震撼演示和分组摩擦实验的亲身体验，极大地调动了学生积极性，使抽象的“做功改变内能”变得直观可感。学生边做边惊呼：“真的热了！”“老师，我们这组温度升高了3℃！”这种直接的感官反馈是任何讲解都无法替代的。任务五（建模整合）时间稍显仓促，部分小组的思维导图较为简略，反映出在有限时间内完成高质量知识整合的挑战。今后可考虑将此环节部分内容移至课后作业，或提供更结构化的模板支架。  （三）学生表现与差异化关照剖析课堂中，学生表现呈现明显分层。约30%的“先行者”思维活跃，能迅速建立微观图景，并在对比做功与热传递时提出深刻见解（如“做功像是自己努力赚钱，热传递像是别人转账”）。对于他们，挑战层思考题和探究性作业提供了合适的延伸空间。约60%的“跟随者”在任务单和小组讨论的支撑下，能较好地跟随教