第二节 能源的利用方式教学设计高中物理粤教版2019必修 第三册-粤教版2019

第二节能源的利用方式教学设计高中物理粤教版2019必修第三册-粤教版2019课题：XX课时：1授课时间：2025设计思路一、设计思路以能源分类为切入点，结合教材中化石能源与可再生能源的案例，引导学生分析不同能源的转化方式（如燃烧发电、光伏转换），通过能量转化效率计算，理解能源利用的方向性与局限性，联系“双碳”目标讨论可持续发展，渗透科学态度与社会责任，培养学生解决实际能源问题的能力。核心素养目标分析二、核心素养目标分析通过能源分类与转化方式的学习，形成“能量转化与守恒”的物理观念，理解能源利用的本质；分析不同能源转化效率，培养模型建构与推理论证的思维；结合教材案例探究能源利用中的问题，提升科学探究能力；联系“双碳”目标，树立可持续发展的科学态度与社会责任。学习者分析三、学习者分析1.学生已掌握能量守恒定律、功与能的关系，初步了解能源分类（化石能源、可再生能源），但对能源利用方式的系统性分析及能量转化效率计算尚不熟练。2.学生对新能源技术（如光伏、风电）兴趣浓厚，具备一定的实验观察能力和逻辑推理能力，偏好结合生活实例的探究式学习，抽象模型建构能力有待提升。3.可能难以深入理解能源利用的方向性（如能量耗散）及效率的物理意义，区分直接利用（如燃烧取暖）与转化利用（如发电）时易混淆，联系“双碳”目标分析实际问题时，理论与实践结合能力不足。教学资源四、教学资源1.软硬件资源：多媒体教室（投影仪、计算机）、物理实验套件（模拟能量转化装置）、教材、教师教学用书、学生练习册。2.课程平台：智慧课堂平台、校园学习管理系统。3.信息化资源：能源利用方式视频（化石能源燃烧、光伏发电、风力发电演示）、能量转化流程图、能源效率计算案例PPT、新能源技术图片资料库。4.教学手段：讲授法、案例分析结合课本实例、小组讨论探究能源转化效率、多媒体辅助展示实验过程与数据。教学过程设计（一）导入环节（5分钟）

教师活动：展示家庭用电缴费单和新闻图片“我国提出‘双碳’目标”，提问：“同学们每月缴纳的电费，这些电主要来自哪些能源？它们是如何转化为电能的？”播放短视频：火力发电厂燃烧煤炭、风力发电机转动、光伏电站在阳光下工作的画面。

学生活动：观察图片和视频，思考并回答问题（如“我家电来自火电厂，烧煤发电”“风电场的风车转起来就能发电”）。

教师总结：“能源利用方式直接影响能源效率和环境影响，今天我们就来学习《第二节能源的利用方式》。”

（二）讲授新课（20分钟）

1.能源分类与转化方式（8分钟）

教师活动：结合课本图2-2，引导学生回顾能源分类（化石能源、可再生能源），提问：“这些能源直接利用和转化利用有什么区别？”展示案例：直接利用（燃烧煤炭取暖，化学能→内能）；转化利用（光伏发电，光能→电能；火力发电，化学能→内能→机械能→电能）。

学生活动：小组讨论，举例说明直接利用和转化利用的实例（如“太阳能热水器是直接利用，太阳能电池是转化利用”）。

教师点拨：“直接利用效率高但能量形式单一，转化利用可满足多种需求但存在能量耗散。”

2.能量转化效率与方向性（7分钟）

教师活动：结合课本“信息窗”，讲解能量转化效率公式η=有用能量/总能量×100%，展示火力发电效率约30%-40%、光伏发电效率约15%-25%的数据。提问：“为什么效率都低于100%？这反映了什么物理规律？”

学生活动：计算例题（1kg煤完全燃烧释放3×10⁷J，发电1×10⁷J，求效率），思考并回答“能量在转化过程中会散失到周围环境中，符合热力学第二定律”。

教师总结：“能源利用受方向性限制，提高效率是关键。”

3.能源利用与可持续发展（5分钟）

教师活动：结合“双碳”目标，引导学生分析不同能源的环境影响（化石能源排放CO₂，可再生能源清洁）。提问：“作为高中生，我们能为节能减排做什么？”

学生活动：讨论并发言（如“随手关灯”“使用节能电器”“宣传新能源”）。

（三）巩固练习（15分钟）

1.基础练习（5分钟）

教师活动：发放练习题，完成课本P43“练习与评价”第1、2题（能源分类、转化方式判断）。

学生活动：独立完成，同桌互评，教师巡视指导。

2.小组探究（8分钟）

教师活动：布置任务：“以小组为单位，设计一个提高家庭能源利用效率的方案，需说明涉及的能源转化方式及效率提升措施。”提供案例：家庭光伏+储能系统。

学生活动：小组讨论，绘制方案流程图（如“太阳能电池板→蓄电池→家用电器，减少电网损耗”），推选代表展示。

教师点评：“方案结合了能源转化和效率提升，体现了科学思维与社会责任。”

3.拓展思考（2分钟）

教师活动：提问：“若让你为学校设计节能方案，你会优先考虑哪种能源？为什么？”

学生活动：发言（如“太阳能，清洁且可再生”），教师总结：“能源选择需兼顾效率、经济性和环保性。”

（四）课堂小结（5分钟）

教师活动：引导学生梳理本节课核心内容（能源分类、转化方式、效率计算、可持续发展），提问：“通过学习，你对能源利用有了哪些新认识？”

学生活动：总结回答（如“能源利用要考虑效率和环保，可持续发展很重要”）。

教师升华：“希望大家将所学知识应用于生活，做能源的节约者和推广者。”教学资源拓展1.拓展资源

（1）能源分类与转化案例：化石能源（煤、石油、天然气）的直接燃烧利用（如家庭燃气灶化学能→内能）与转化利用（如火力发电化学能→内能→机械能→电能）的详细流程，结合课本图2-2补充生物质能（秸秆沼气发酵化学能→生物能→沼气燃烧热能）和核能（核裂变释放核能→热能→机械能→电能）的转化路径。

（2）能量转化效率数据：不同能源利用方式的实际效率对比，如燃煤电厂效率30%-40%、燃气轮机电厂效率50%-60%、风力发电效率35%-45%、光伏电池效率15%-25%-30%（最新技术），以及热机效率与卡诺定理的关联（教材“信息窗”延伸）。

（3）能源利用方向性实例：汽车内燃机中燃料燃烧后废气带走的热量（无法再利用）、电池放电后化学能不可逆转化为电能，说明能量耗散与热力学第二定律在能源利用中的体现，结合教材“讨论与交流”深化“能源品质”概念。

（4）可持续发展实践：我国“西电东送”工程中水电、火电、风电的互补调配，新能源汽车推广中电能（光伏/风电）替代化石能源的案例，以及家庭节能技术（如LED灯替代白炽灯能效提升5倍以上）的具体应用。

（5）新能源技术前沿：氢燃料电池（化学能→电能，产物为水，零排放）、潮汐能发电（潮汐能→机械能→电能，稳定性优于风能）、地热能直接供暖（地热能→热能，效率可达80%以上）的技术原理，与课本中可再生能源部分形成知识补充。

2.拓展建议

（1）生活观察记录：学生连续一周记录家庭能源使用情况（如天然气做饭时长、空调耗电量、热水器类型），分析直接利用（天然气灶）与转化利用（电饭煲，涉及发电环节）的效率差异，计算家庭能源结构占比，提出1-2条节能改进措施（如使用节能电器、调整空调温度）。

（2）模拟实验探究：利用简易装置（如酒精灯、温度计、水量杯）模拟不同燃料（酒精、蜡烛）的加热效率，测量相同质量燃料加热相同水的温度变化，计算η=cmΔt/Q总，对比数据理解能量转化中的损失，结合教材“实践与拓展”撰写实验报告。

（3）跨学科资料调研：查阅地理教材中“我国能源分布”章节，结合物理能源转化知识，分析“北煤南运”“西气东输”的能源输送方式合理性；或从化学角度探究化石燃料燃烧的化学反应方程式，计算相同质量煤、天然气、氢气的热值差异，理解能源选择的经济性与环保性。

（4）社会热点案例分析：收集“双碳”目标下本地新能源项目（如光伏扶贫电站、校园光伏屋顶）的新闻报道，分析其能源转化方式、效率及社会效益，制作“校园节能方案”海报，涵盖能源类型选择、设备改造建议、预期节能效果，渗透社会责任素养。

（5）科普阅读拓展：阅读《能量的故事》《可再生能源导论》等书籍中“能源利用的历史演变”（从薪柴到化石能源再到新能源）、“未来能源展望”（核聚变、太空太阳能电站）等章节，撰写读后感，结合教材“STS”栏目思考能源技术与人类社会发展的关系。课堂七、课堂评价1.课堂评价：通过提问“能源直接利用与转化利用的实例”“能量转化效率计算公式”等问题，检测学生对基础知识的掌握；观察小组讨论“家庭节能方案设计”时的参与度与逻辑推理能力，关注学生对能源利用方向性（如能量耗散）的理解深度；随堂测试完成课本P43“练习与评价”第3题（不同能源效率计算），批改后统计正确率，对效率计算错误的学生进行个别辅导，确保突破“能量转化效率”重难点。2.作业评价：批改“家庭能源使用记录与节能方案”作业，重点关注能源转化路径分析（如“天然气灶直接利用效率80%，电饭煲转化利用效率30%”）、节能措施的可行性（如“更换LED灯能效提升5倍”），点评时标注优秀案例（如“结合光伏发电的校园节能方案”），对方案中混淆能源类型的学生反馈“需明确可再生能源与不可再生能源的区别”，鼓励学生结合“双碳”目标优化方案，强化社会责任素养。反思改进措施八、反思改进措施（一）教学特色创新1.以“双碳”目标为情境主线，将抽象能源利用与国家战略结合，学生参与度高，社会责任感自然渗透。2.小组设计节能方案环节，学生从“学知识”转向“用知识”，物理模型与实际生活紧密联系，提升核心素养。（二）存在主要问题1.部分学生对多步能量转化效率计算（如火力发电中化学能→内能→机械能→电能的效率叠加）理解不透彻，易混淆单步与总效率关系。2.小组讨论时，个别学生依赖组长，主动探究和表达不足，影响全员参与效果。（三）改进措施1.增加阶梯式计算练习，先练单步转化（如太阳能热水器效率），再过渡到多步（如火电厂），用流程图拆解每步能量损失，强化逻辑建模。2.小组任务采用“角色卡”分工，设“数据分析师”“方案设计师”“汇报员”等角色，轮换担任，确保每位学生深度参与，教师巡回指导时重点关注内向学生。板书设计①能源分类与利用方式

-化石能源：煤、石油、天然气（不可再生）

-可再生能源：太阳能、风能、水能、生物质能

-直接利用：化学能→内能（如燃烧取暖）

-