高中地理选择性必修3“新能源开发利用”示范课教学设计（2026年版）

高中地理选择性必修3“新能源开发利用”示范课教学设计（2026年版）

一、指导思想与理论依据  本教学设计以《普通高中地理课程标准（2017年版2020年修订）》及2025年日常修订版、2026年最新修订内容为依据，紧扣地理学科核心素养导向，落实立德树人根本任务。根据新课标“选择性必修3资源、环境与国家安全”模块的要求，学生需要了解主要自然资源的分布与开发利用，理解资源开发利用对国家安全的意义。本课以风能、光能开发利用为切入口，坚持大单元教学理念，将“新能源开发”置于“能源安全与可持续发展”的整体框架中进行教学设计。同时融入真实情境问题解决、跨学科主题学习以及项目式学习等前沿理念。本课还体现“教学评一致性”原则，将学习目标、教学过程与评价任务有机统一，设置明确的课前预习、课中探究和课后拓展环节，注重培养学生的创新精神、实践能力与科学素养，体现“五育并举”与“健康第一”的教育理念。【重要】【核心素养】二、教学内容分析  本课选自湘教版高中地理选择性必修3第二章，微专题“新能源（风能、光能）的开发利用”。在教材体系中，本章前几节已系统讲解自然资源与国家安全的关系、能源资源的类型与区域分布等基础知识。本微专题在上述铺垫之上，聚焦风能与太阳能这两类最具发展潜力的可再生能源，深入分析其开发条件、利用方式、工程技术及环境影响，既是基础知识的应用延伸，也是知识体系的综合提升。【重要】  华源证券研报显示，截至2025年10月，我国风电、光伏装机容量合计占全国发电装机约46.1%，风光已成为我国电力供应的重要组成部分-52。2025年全国风光发电量同比增长25%，占发电量比重达到22%，有力带动可再生能源电量占全国发电量近四成-。国家能源局2026年2月发布的数据显示，2025年全国可再生能源发电量达到3.99万亿千瓦时，同比增长15%，约占全部发电量的38%，全社会每10度电中有近4度是绿电-8。2026年4月最新统计数据显示，截至2026年3月底，全国累计发电装机容量39.6亿千瓦，同比增长15.5%，其中太阳能发电装机容量12.4亿千瓦，同比增长31.3%，风电装机容量6.6亿千瓦，同比增长22.4%-1。“十五五”规划纲要提出到2030年非化石能源占能源消费总量比重达25%，较“十四五”末的21.7%提升3.3个百分点-15。这一系列数据表明，风光能开发利用已成为我国能源结构转型的核心战场。本微专题的学习对于学生理解能源安全、生态文明建设与国家发展战略具有重要意义，同时也为后续学习碳达峰碳中和、新型电力系统等内容奠定基础。【基础】【热点】  【跨学科链接】本课涉及物理学科（能量转换原理、光伏发电的光电效应）、生物学科（光伏治沙的植被恢复、风电场对鸟类迁徙的影响）、化学学科（钙钛矿与叠层电池的材料科学）、工程学（发电机组设计与储能技术）、经济学（绿电交易与成本下降）以及政治学科（国际气候治理与能源安全），具有显著的跨学科融合特征。在教学中应引导学生体会地理学与相邻学科的内在联系，培养综合思维素养。【拓宽视野】三、学情分析  【基础】【重要】授课对象为高二年级学生，已完成必修地理的学习，掌握了自然地理与人文地理的基本概念和分析方法。在知识储备方面，学生已了解我国能源消费结构、能源资源分布特征等基础知识，对风能、太阳能有一定的感性认识，但关于风力发电机组、光伏电池板的技术原理、规模化开发的工程模式、发电并网的技术难题以及全生命周期的环境影响等内容较为陌生，需要系统建构。  在能力发展方面，高二学生已具备一定的图文信息提取与综合分析能力，能够阅读和分析能源结构图、发电量变化曲线等统计图表，但在统筹考虑自然条件、技术水平、经济效益、生态环境约束等多因素协同作用方面的综合分析能力仍有待提升。部分学生对新能源产业的战略意义认识不足，对国家“双碳”战略与“十五五”规划目标缺乏整体把握。【难点】  【思维方法】本课着力于培养学生“要素综合”与“区域综合”的地理思维，帮助学生构建“自然条件—技术路径—经济可行—生态环境—政策导向”的资源开发综合分析框架，引导学生认识真实地理问题的多维性和复杂性，逐步形成系统分析区域资源开发问题的地理思维习惯。四、教学目标  【核心素养维度】  （一）区域认知。【重要】能够运用地图和资料，阐述我国风能资源、太阳能资源的空间分布格局，说明三级风能资源区和五类太阳能资源区的划分依据，归纳“三北”地区、东部沿海地区和青藏高原等不同区域风能、光能资源开发的自然条件差异。  （二）综合思维。【重要】【核心素养】能够从自然地理条件、技术经济可行性、生态环境约束、政策导向保障等多维度综合分析风能、光能的开发条件与限制因素；能够以产业链思维，从资源开发、设备制造、电力输送、并网消纳等全过程理解新能源开发的系统性问题。  （三）人地协调观。【核心素养】能够辩证认识风能、光能开发利用中经济效益与生态环境影响的关系，理解新能源开发与生态保护协同推进的重要性，树立人与自然和谐共生的人地协调观。  （四）地理实践力。【基础】能够通过典型案例分析，初步掌握资源环境问题的研究方法和地理信息技术在能源规划中的应用；能够结合本地风能、太阳能资源状况设计小型新能源利用方案，提升地理实践与社会参与能力。  （五）国家安全观与国际视野。【热点】理解新能源开发利用对保障国家能源安全、应对气候变化、实现“双碳”目标的重要意义，增强家国情怀与全球视野。五、教学重难点  【重要】教学重点：风能、光能的资源特点与分布格局；风电场与光伏电站的选址条件与开发模式；风能、光能开发利用对国家能源安全与绿色发展的战略意义。  【难点】【高频考点】教学难点：风电场与光伏电站的工程技术原理（风力发电机的出力特性、光伏电池的光电转换原理）；高比例风光并网带来的电力系统稳定性挑战及应对举措；新能源开发与生态保护的协同路径。六、教学策略与资源  （一）教学方法。采用“问题驱动式探究”与“情境案例教学”相结合的策略。以“为什么我国风光装机容量增长全球最快”为总驱动性问题，下设“风如何变成电”“光如何变成电”“风电场和光伏电站建在哪里”“风光电如何并网和消纳”“风光开发对环境有何影响”“风光开发如何服务国家战略”等子问题小组合作探究。同时运用大单元教学理念，将本课置于“能源安全与可持续发展”单元整体框架中，与前一阶段学习的化石能源形成对比，为后续学习储能技术、能源转型等内容进行衔接铺垫。【教学亮点】  （二）教学手段。采用多媒体课件辅助教学，穿插风力发电工作原理动画演示、光伏发电过程示意图解、全国风能资源分布动态图、2021—2025年风光装机变化柱状图、“沙戈荒”新能源基地航拍影像、“疆电入渝”特高压工程实景视频、储能电站运行模拟动画等多媒体材料，增强教学直观性。【拓宽视野】  （三）教学资源。官方网站权威数据（国家能源局统计数据）、学术论文中关于风光资源评估与生态影响的研究成果、企业公开资料中的技术创新资讯、时事新闻中的重大工程进展报道等。【基础】七、教学过程设计  【教学设计·教学过程】  （一）课堂导入——风光电力的“中国速度”（5分钟）【基础】  教师呈现三组对比数据：2015年底我国风光装机合计约1.7亿千瓦，2020年底约5.3亿千瓦，2025年底达到18.4亿千瓦，历史性地超过火电，跃居系统第一大电源-18。教师提问：“从‘补充能源’到‘主体能源’，我国风光发电为何能在短短十年内实现跨越式发展？”引导学生初步感知风光能源发展的“加速度”，激发探究兴趣。这一导入设计体现了大单元教学中“承上启下”的思想，即从本单元前一阶段学习的传统能源现状过渡到新能源的快速发展，形成知识的前后呼应。  （二）环节一：风能资源——天地之间蕴藏的巨大能量（15分钟）  1.风能的基本概念与资源特点。【基础】引导学生明确风能是利用风力驱动风力发电机组旋转发电的能量形式，本质上是太阳辐射能通过大气环流转换而来的二次能源，具有可再生、清洁、分布广泛、能量密度低、间歇性强与波动性大的特点。相较于常规电源，风电等效转动惯量很小、一次调频能力不足，在高比例接入时易造成电网频率波动-52。【难点】【易错点】  2.我国风能资源分布格局。【重要】【高频考点】展示中国风能资源分布图，引导学生读图分析。我国风能资源呈现“两大主区+一个潜力区”的空间格局。主区一为“三北”地区，包括东北、华北、西北的广阔草原戈壁，稳定风能资源丰富，是我国陆上风电开发的主战场，2025年风光新增装机的79%集中于此-8。主区二为东部沿海及近海海域，受海陆风及台风外围环流影响，风速较大，是我国海上风电的主阵地。潜力区为青藏高原及云贵高原的山脊地带，受海拔和地形影响也具备一定开发潜力，但高海拔严寒环境对机组可靠性提出了更高要求。  3.风电机组与风电场。【基础】展示风力发电机组结构图，介绍塔筒、机舱、叶片、发电机等关键部件及其工作原理。风力发电机额或定风速为机组达到额定功率时的风速，过低无法启动发电、过高必须停机保护。风电场是若干台风电机组按一定间距排列组成的发电群，科学优化微观选址可有效减少机组间的尾流效应对发电效率的影响。  课外拓展：可安排学生查阅当年全球最大单机容量海上风电机组的型号与性能参数，了解我国在大型风电机组制造领域的全球领先地位。  （三）环节二：太阳能资源——取之不尽的清洁之光（12分钟）【基础】  1.太阳能资源禀赋。【重要】展示中国太阳能资源分布图，说明我国年太阳辐射总量的空间分异规律：青藏高原太阳辐射最强，西北地区次之，东部沿海较低，四川盆地是全国太阳辐射最低值中心（多云雾天气导致日照时数显著偏少）。据此将我国分为五类太阳能资源区，其中青藏高原、西北地区属于最丰富区和很丰富区，是我国地面光伏电站的首选布局区；东部地区太阳能资源虽相对贫乏，但分布式光伏在城乡建筑屋顶尚有巨大开发潜力。  2.光伏发电原理与组件。【重要】结合示意图讲解光伏效应。太阳光照射至PN结结构的半导体材料时，光子激发电子跃迁产生电子空穴对，在内建电场作用下形成电动势，接通外电路即可输出直流电。光伏组件（太阳能电池板）由硅片焊接而成，数百个组件串并联并配备逆变器将直流电转换为交流电方可并网。【基础】  3.光伏电站分类。【基础】集中式光伏电站建设于沙漠、戈壁、荒地等未利用土地，规模大、并网电压等级高，是国家“沙戈荒”新能源基地的主要开发形式；分布式光伏主要建设于工业园区、公共建筑、居民住宅屋顶及“光伏+农业”大棚，就地消纳、上网灵活。引导学生评价两类光伏模式的优缺点，培养辩证思维能力。  （四）环节三：风光开发的核心技术突破与成本演化（10分钟）【热点】【拓展延伸】  1.技术创新突破效率天花板。2025年SNEC光伏展上，我国企业发布了两项颠覆性技术：大面积晶硅—钙钛矿两端叠层太阳能电池经美国国家可再生能源实验室权威认证转换效率达33%，刷新全球大面积叠层电池效率纪录；BC背接触电池组件效率亦突破26%-23。隆基绿能还基于HIBC高低温复合钝化背接触技术推出700瓦组件，在同等功率下面积减少0.4平方米，功率密度提高34瓦/平方米-23。2025年12月，《科学》杂志刊发了一项重大突破——南京大学牵头联合中加德三国团队成功造出7200平方厘米的钙钛矿光伏巨膜，稳定发电效率达17.2%，一次性通过业界最严苛的IEC61215全项认证-。与此同时，还有一项重要突破将叠层电池转换效率提升至34%，经国家光伏质检中心认证为33.61%，在65℃高温下连续运行1200小时后性能衰减仅3.8%，解决了钙钛矿材料长期以来的热稳定性难题-22。【跨学科链接——化学工程】  2.成本大幅下降激活产业竞争力。我国风电、光伏产业凭借规模化生产与技术进步推动成本持续下降，2025年风机出口额首破百亿元、出口量同比增长约50%，太阳能电池出口量同比增长97%，显示出我国新能源装备制造业的强大国际竞争力-18。  （五）环节四：风光开发的空间战略与重大工程（10分钟）【热点】【重要】  1.“沙戈荒”大基地战略布局。【高频考点】自“十四五”规划明确提出以沙漠、戈壁、荒漠地区为重点建设大型风电光伏基地以来，广袤的西北内陆已加速从生态脆弱区跃升为驱动全球清洁能源产业链的核心引擎-。“沙戈荒”新能源基地累计投产风光装机已超过1.5亿千瓦，在“三北”不毛之地上筑起了“新能源长城”-18。2026年国家能源局明确全力推进第二、三批基地项目建设，协同推进基地建设与生态治理，推进库布齐、腾格里、柴达木沙漠等光伏治沙实验项目建设-19。2025年已建成我国首个“沙戈荒”新能源大基地——新疆天山北麓基地-。若羌新能源基地规划总装机近1900万千瓦，是南疆首个千万千瓦级“沙戈荒”风光火储外送基地项目-。  2.海上风电从近海走向深远海。【基础】全国海上风电累计并网装机超4700万千瓦，连续5年位居全球第一-18。“十五五”期间将重点推动一批深远海海上风电项目开工建设，海上风电开发将由近海向深远海推进-19。  3.水风光一体化与特高压送出通道。在主要流域积极推进水风光一体化基地规划建设，将水电的调节优势与风电、光伏的清洁优势高效整合，实现多能互补-19。我国首个投产送电的“沙戈荒”新能源基地外送特高压直流工程——“疆电入渝”工程，线路全长2260千米，依托“风光火储多能互补”模式，配套1420万千瓦电源中新能源装机占比超七成，每年可向重庆输送超180亿千瓦时清洁能源-44。【拓展延伸——跨流域资源配置模式】  （六）环节五：风光并网的“最后一公里”——储能与消纳（10分钟）【难点】【高频考点】  1.并网挑战的科学原理。【难点】风光出力具有随机性与波动性，对电力系统的安全稳定运行构成较大挑战。部分地区新能源快速发展，而灵活调节资源建设滞后，消纳压力日益增大-16。电网需要保障高频率的电力供需实时平衡，而风光发电的出力预测误差迫使并网侧必须配套充足灵活调节容量。【基础】  2.新型储能体系建设——绿色“充电宝”。【热点】截至2025年底，全球电力储能装机中新型储能累计达到278.7GW，同比增长68.5%-。我国抽水蓄能装机6594万千瓦，同时电化学储能因可控性高、响应速度快、建设周期短等优势迅速普及-8-52。山东省2026年新能源高水平消纳行动方案提出，2026年新型储能装机达到1400万千瓦，抽水蓄能在运在建装机达1000万千瓦左右-51。在山东潍坊寒亭区，泊南中核储能电站作为“绿色充电宝”，在新能源大发时充电、负荷高峰时放电，有效提升了新能源消纳水平-16。部分地区已在新能源消纳困难时段优先调度新型储能，实现“应调尽调”，有效减少弃风弃光-52。  （七）环节六：风光开发的生态环境影响（12分钟）【核心素养·人地协调观】【难点】  1.正面效应。引导学生从协同视角分析，风电、光伏开发替代化石能源的碳减排效应显著。“疆电入渝”工程每年可减排二氧化碳约1600万吨，相当于种植9亿棵树-44。在荒漠地区，光伏电站的板下遮阴可减少土壤水分蒸发、促进植被恢复，配合清洗面板的滴灌工程可实现“光伏+治沙”的生态修复正向循环。库布齐沙漠等光伏治沙实验项目正是这一协同理念的重要实践场所-19。【热点】  2.负面挑战。光伏开发可能造成土地空间占用、栖息地破碎化等生态扰动。有国际研究表明，未经合理空间规划的光伏快速发展可能会与生物多样性保护产生冲突-。风力发电机运转存在噪声影响，旋转叶片可能对鸟类特别是迁徙猛禽造成碰撞伤亡，构成风电开发最受关注的生态争议；光伏面板的水面镜面效应可能吸引水鸟误降，而风电与光伏的空间叠加则可能形成指向鸟类的累积影响效应-。动态鸟类飞行保护概念试图通过在鸟类高密度迁徙时段对风机实施临时停机以减少碰撞风险，从动态时间尺度协调风光开发与生物多样性保护之间的关系-。引导学生辩证分析风光开发的环境效益与生态成本的关系，理解风光开发不应以牺牲生态环境为代价，而应在选址设计、建设运营全过程纳入生态保护修复措施，实现能源开发与生态保护的最优协同。【跨学科链接——生态学】  【设计意图】本环节是落实人地协调观核心素养的关键板块。通过正反两方面分析风光开发的生态环境影响，帮助学生完整认知资源开发的地球系统效应，培养系统思维和辩证思维能力，深化对生态文明建设科学内涵的理解。同时融入国际研究视野，为我国风光开发的生态友好型路线提供理论支撑。  （八）环节七：国家战略与“双碳”目标（8分钟）【热点】【核心素养·国家安全观】  1.新能源开发的战略意义。我国能源消费总量位居全球首位，油气对外依存度长期偏高风险使能源安全面临严峻挑战。大力发展风光等本土可再生能源——我国风光技术可开发量远超当前全部能源需求量——是破解“能源不可能三角”（安全可靠、经济可行、绿色低碳）的根本路径。“十四五”我国可再生能源装机占比已达60%左右，“十五五”将继续以更大力度推进非化石能源发展，加快构建新型电力系统-15。【重要】  2.“十五五”规划与双碳目标。2026年4月24日，《经济日报》发布权威解读称，“十五五”规划纲要新增非化石能源占能源消费总量比重指标，明确到2030年达到25%，较“十四五”末提升3.3个百分点-15。国家发展改革委秘书长袁达强调，我国未来能源增量绝大部分需依靠非化石能源满足，要充分认识风光等可再生能源由“补充能源”向“主体能源”转变的历史性意义-15。引导学生理解2025年全国新增可再生能源发电量5193亿千瓦时已覆盖全社会用电增量5161亿千瓦时这一里程碑数据的内涵——增量需求已全部由绿色能源满足，风光等可再生能源的存量替代进程正在加速推进-8。  3.全球治理的中国担当。在全球气候变化应对的紧迫大背景下，我国风光产业的跨越式发展为全球应对气候变化注入强劲绿色动能，体现负责任大国的使命担当。引导学生将本课所学置于人类命运共同体与可持续发展议程的全球视野中加以理解，增强家国情怀与国际理解。【核心素养·国际视野】  （九）巩固练习（6分钟）  设计三类分层练习。基础类：绘制我国风能、太阳能资源分布简图，标注主要富集区；运用“疆电入渝”工程的相关材料，系统分析跨区域能源输送的经济效益、环境效益与社会效益。综合类：呈现某风光富集区的自然地理数据和社会经济资料，要求学生综合考量各项约束为该区规划合理的风光开发方案，分析潜在环境效应并提出可行性生态保护建议。【培优拓展】  （十）课堂小结与作业布置（2分钟）  师生共同回顾本课核心框架：资源特点→分布格局→开发技术→战略布局→并网消纳→环境影响→国家战略。作业为：调研本地风能或太阳能利用现状，撰写500字调查报告；完成配套学案的实践性作业。八、教学评价设计  【教学评一致性】采用形成性评价与终结性评价相结合的方式。形成性评价包括课堂提问的即时反馈、小组讨论表现观察、探究任务过程评价等。终结性评价包括配套学案练习完成情况、课后调查报告质量等。评价结果计入学生过程性学习档案。九、板书设计