沪粤版九年级物理上册“电能与电功”核心素养导向教学设计（教案）

沪粤版九年级物理上册“电能与电功”核心素养导向教学设计（教案）

一、课程标准与教材内容深度析解

（一）对应课程标准要求（2022年版义务教育物理课程标准）

本节课内容隶属于“能量”主题下的“电磁能”核心概念。具体对应内容要求如下：

1.3.4.1从能量转化的角度认识电能，了解电功的概念。知道电流做功的过程是将电能转化为其他形式能的过程。

2.3.4.2知道电功的单位，会运用公式W=UIt进行简单计算。

3.3.4.5结合实例，了解电功的测量，知道电能表的作用及其读数方法。

4.科学探究与科学思维：经历探究电能转化为其他形式能量的过程，学习使用控制变量法和转换法进行实验设计，发展基于证据进行解释和推理的科学思维。

（二）教材（沪粤版）地位与作用分析

“电能与电功”是九年级上册第十五章《电能与电功率》的起始节。本章在初中物理“能量”大概念体系中起着承上启下的枢纽作用。

1.承上：它直接建立在八年级学习的“电路”、“电压”、“电流”、“电阻”等电学基础知识之上，是对电的静态性质（电路连接、欧姆定律）的动态延伸，将电学知识与能量观正式、系统地结合起来。

2.下启：本节“电功”概念是学习下一节“电功率”的必备基础，同时也是理解“焦耳定律”、“家庭用电”、“电磁转换”等后续内容的能量视角基石。因此，本节课的教学质量，直接影响学生对整个电磁能板块乃至能量守恒观念的理解深度。

（三）核心概念界定与学科本质

1.电能：并非一种独立的物质形态，而是电荷（载流子）在电场中由于相对位置（电势差）而具有的势能，以及电荷定向移动所具有的功能的总和。在初中阶段，可简化为“电流所具有的能量”，其本质是能量的一种形式。

2.电功：量度电能转化为其他形式能多少的物理量。其实质是电流做功的过程量，反映了能量转化的规模。公式W=UIt是功能关系W=Fs在电学领域的具体化（U类比F，It类比s），体现了物理学概念的普适性与统一美。

3.电能与电功的关系：类似于“重力势能”与“重力做功”的关系。用电器消耗了多少电能，电流就做了多少功，就有多少电能转化为其他形式的能。二者数值相等，单位相同，但物理意义侧重点不同。

二、学情分析与教学起点研判

（一）学生已有认知基础

1.知识储备：

1.2.掌握了电流、电压、电阻的概念及欧姆定律。

2.3.理解了机械功（W=Fs）的概念，具备初步的能量及转化观念（如动能、势能、内能）。

3.4.对家用电器消耗电能（电费）有生活经验，知道电能表。

5.能力水平：

1.6.具备基本的电路连接、电流表电压表使用的实验技能。

2.7.初步了解控制变量法，但综合设计探究方案的能力有待提高。

3.8.抽象思维和数学建模（从实验数据归纳公式）能力正处于快速发展期。

9.前概念与可能障碍：

1.10.混淆点：极易混淆“电能”和“电功”，认为它们是两个独立的东西。

2.11.理解障碍：对“W=UIt”中各物理量为何如此相乘（即公式的物理意义）理解不深，容易陷入纯数学计算。

3.12.迁移困难：将能量转化的普遍原理与电学具体情境结合的能力不足。

（二）教学起点确定

基于以上分析，本节课的教学不能从“零”开始讲述电功，而应从学生熟悉的能量转化实例和机械功类比入手，搭建认知桥梁，引导学生在冲突中修正前概念，在探究中构建新概念，实现从“生活经验”到“科学概念”，从“机械功”到“电功”的认知跃迁。

三、素养导向的教学目标设计

维度

具体目标表述

设计意图与观测点

物理观念

1.能列举实例说明电能可以转化为其他形式的能，形成“电能是一种能量形式”的物质观。

2.理解电功是电能转化的量度，能用W=UIt解释简单电路中电能转化的多少，建立“功是能量转化的量度”的能量观。

观测点：学生能否正确解释“电风扇工作时能量如何转化”、“为何用电器通电时间越长，消耗电能越多”等问题。

科学思维

1.模型建构：通过对用电器能量转化的分析，抽象出“电能→其他形式能”的转化模型。

2.科学推理：能基于电流的热效应、磁效应等现象，运用“转换法”推断电流做功的存在与多少。

3.科学论证：能通过实验探究，收集证据，论证电功W与电压U、电流I、通电时间t的定量关系，并推导出公式W=UIt。

4.质疑创新：能对“电能等于电功吗？”等表述进行批判性思考，辨析概念的异同。

观测点：实验方案设计是否体现控制变量；对实验数据表格的分析与结论归纳是否科学；小组讨论中能否提出有逻辑的质疑或解释。

科学探究

1.问题：能提出“电流做功多少与哪些因素有关？”的探究性问题。

2.设计与实施：能在教师引导下，小组合作设计出利用电动机提升重物或电热丝加热等方案，通过比较重物被提升的高度或温度计示数变化来间接比较电功大小。

3.交流与评估：能规范记录实验数据，撰写简要探究报告，并能评估不同实验方案的优缺点。

观测点：实验操作是否规范；数据记录是否真实、完整；小组协作是否有效。

科学态度与责任

1.通过了解我国特高压输电技术、新能源发电等成就，增强科技自信与民族自豪感。

2.认识电能是二次能源，理解节约用电的社会意义和环境保护价值，初步形成节能意识与社会责任感。

3.在探究活动中养成实事求是、严谨认真、合作分享的科学态度。

观测点：课堂讨论中对科技成就的反应；对生活中浪费电能现象的评论；实验过程中对待数据的态度。

四、教学重难点及突破策略

项目

内容

突破策略

教学重点

1.电功的概念建立。

2.探究电功大小的影响因素及公式W=UIt的理解与应用。

1.三重表征策略：宏观（用电器工作现象）→微观（电荷移动做功）→符号（W=UIt）多角度建构概念。

2.类比迁移策略：用水流做功（W=Gh=mgh）类比电流做功，将抽象概念形象化。

3.探究实证策略：设计鲜明的对比实验，让“看不见”的电功通过重物提升、温度变化等“看得见”的效果显示出来。

教学难点

1.区分“电能”与“电功”的概念。

2.理解W=UIt公式的物理意义（为何是乘积关系）。

1.概念辨析图：利用概念图或韦恩图直观展示二者的联系（数值、单位）与区别（过程量与状态量、转化量与拥有量）。

2.公式溯源探究：引导学生从实验数据出发，经历“定性猜想（U、I、t）→实验验证→数据分析→归纳结论（W∝UIt）→单位匹配（1J=1V·A·s）”的全过程，理解公式是实验规律的数学表达，而非凭空规定。

五、教学资源与技术支持

1.实验器材（每组）：

1.2.学生电源（或电池组）、滑动变阻器、开关、导线若干。

2.3.演示电功存在：小型电动机（带风扇叶）、电铃、LED灯。

3.4.探究电功与U、I、t关系：

1.4.5.方案A（力效应）：微型直流电动机（带绕线轴）、相同小重物（如钩码）、刻度尺（测高度）。

2.5.6.方案B（热效应）：两个阻值不同的电热丝（浸在等质量等初温的煤油中）、温度计两支、秒表。

6.7.电能表（实物或教学大表盘模型）、不同功率用电器（如白炽灯、节能灯、电热水壶）。

8.信息技术：

1.9.仿真实验：使用PhET、NOBOOK等交互式仿真软件，动态展示电荷移动做功的微观过程，或快速模拟不同U、I、t下电功的效果。

2.10.多媒体课件：包含特高压输电、三峡电站、风力/光伏发电等视频片段；用电器能量转化动画；概念辨析动态图表。

3.11.实时投屏：将学生实验数据通过手机或摄像机即时投屏，便于全班分析讨论。

12.学习材料：

1.13.导学案（含预习问题、探究记录单、概念图框架）。

2.14.分层巩固练习题卡。

六、教学过程实施与评析（核心环节）

第一课时：初识电能与电功——概念的建构

环节一：情境激疑，导入课题（预计时间：8分钟）

【教师活动】

1.播放双视频对比：

1.2.视频一：繁华都市夜景，万家灯火，高铁飞驰，工厂机器轰鸣。

2.3.视频二：一个偏远山村，夜幕降临后仅有零星灯光。

4.提出核心问题链：

1.5.“是什么让我们的世界从视频二变成视频一？”（预设生答：电）

2.6.“电，为用电器提供了什么，才使它们工作起来？”（引导学生说出“能量”）

3.7.“这种由电提供的能量，我们称为什么？”（引出课题：电能）

4.8.“请同学们列举身边消耗电能的例子，并思考：电能最终变成了什么？”

9.组织“能量转化接龙”小活动：以“电灯”开始，学生依次说出用电器及能量转化。如：电灯（电能→光能和内能）→电风扇（电能→动能和内能）→电热水壶（电能→内能）……

【学生活动】

1.观看视频，感受电能的巨大作用。

2.积极参与问答和接龙活动，调动已有生活经验和知识储备。

【设计意图与评析】

从社会发展的宏观视角切入，赋予物理学习以时代感和使命感。通过问题链和游戏活动，快速聚焦“电能”及其“转化”的本质属性，为建立“电功是转化量度”的观念埋下伏笔。此环节重在激活学生的前认知，营造积极的学习心向。

环节二：实验观察，感知电功（预计时间：12分钟）

【教师活动】

1.演示实验1——电流的“力量”：

1.2.连接电路（电源、开关、电动机），电动机转轴上系一根细线，线下端挂一个轻小重物。

2.3.闭合开关，电动机转动将重物提起。

3.4.提问：“是谁对重物做了功？”（预设生答：电动机）“电动机的能量从哪来？”（电能）“这说明什么？”（电流可以做功，电能通过电流做功转化为机械能）

5.演示实验2——电流的“热力”与“声色”：

1.6.分别给电热丝（靠近温度计）、电铃、LED灯通电，让学生观察现象。

2.7.追问：“这些现象共同证明了什么？”（电流在各种用电器中都能做功，将电能转化为不同形式的能）

8.提出核心概念：

1.9.“物理学中，就把电流所做的功，叫做电功。”

2.10.板书：电功（W）——电流所做的功。电流做功的过程，就是电能转化为其他形式能的过程。做了多少电功，就消耗了多少电能。

【学生活动】

1.观察演示实验，尤其关注重物被提升的“做功”现象。

2.思考并回答教师提问，尝试用自己的语言描述“电流做功”。

【设计意图与评析】

物理概念源于观察。本环节通过三个现象鲜明的实验，特别是电动机提升重物这一与机械功直接类比的实验，将抽象的“电流做功”化为具体、可见的“机械功”，实现了概念的第一次“着陆”。教师的关键在于引导学生从现象中归纳本质，自己得出“电流在做功”的结论，而非直接灌输。

环节三：深化理解，辨析概念（预计时间：10分钟）

【教师活动】

1.引发认知冲突：

1.2.“既然电流做了功，那这个‘功’的大小和什么有关呢？请根据生活经验猜一猜。”（预设生答：电压、电流、时间…）

2.3.“有同学说‘我家的空调比台灯耗电’，这里的‘耗电’指的是消耗电能多，还是电功多？电能和电功是一回事吗？”

4.组织小组讨论：提供导学案上的概念辨析框架，让学生以小组为单位，讨论“电能”与“电功”的异同点。

5.师生共建概念图：

1.6.请小组代表发言，教师引导并板书关键词。

2.7.最终形成清晰的概念关系图：

电能(能量形式，状态量)

↓(通过…转化)

电功(过程量，量度转化多少)

↓(数值上)

消耗的电能=电流所做的电功

3.8.强调：“就像‘重力势能’和‘重力做功’的关系一样。说‘用电器消耗了多少电能’，就等于说‘电流做了多少电功’。它们是从不同角度描述同一件事情——能量的转化。”

9.介绍电功的单位：

1.10.国际单位：焦耳（J）。

2.11.生活常用单位：千瓦时（kW·h），俗称“度”。

3.12.单位换算：1kW·h=3.6×10⁶J。通过计算一个1kW的用电器工作1小时消耗的电功来理解其大小。

【学生活动】

1.积极猜想电功的影响因素。

2.参与小组讨论，尝试辨析两个易混淆概念。

3.跟随教师引导，完善笔记中的概念图。

【设计意图与评析】

此环节是本节课概念教学的升华点。通过制造认知冲突（辨析概念）和提供结构化工具（概念图），引导学生进行深度思维加工，从“知道”层面上升到“理解”层面，厘清概念间的逻辑关系，避免后续学习的混淆。单位换算结合生活实例，使其不再枯燥。

环节四：联系生活，认识测量（预计时间：10分钟）

【教师活动】

1.展示实物：出示电能表（实物或大模型），传递观察。

2.问题驱动教学：

1.3.“这个仪表叫什么？安装在何处？”（电能表，家庭电路入户处）

2.4.“表盘上这些参数（如220V，10(40)A，50Hz，1200r/kW·h等）代表什么含义？”（重点解读额定电压、标定电流、每消耗1kW·h电能表转盘转数）

3.5.“如何读数？（展示数字式和指针式表盘图片）上月读数、本月读数、本月用电量（电功）如何计算？”

6.模拟计算活动：给出某家庭电能表月初、月末示数，让学生计算该月消耗的电能（多少kW·h，合多少焦耳）。

【学生活动】

1.观察电能表，阅读表盘参数。

2.学习读数方法，进行模拟计算。

【设计意图与评析】

将物理知识与生活实际紧密相连，体现“从生活走向物理”的理念。通过实物观察和问题链，让学生掌握电能表这一重要工具的使用，巩固对电功单位的理解，并为家庭用电调查等实践作业打下基础。

第二课时：探究电功的奥秘——公式的生成与应用

环节一：复习回顾，提出问题（预计时间：5分钟）

【教师活动】

1.快速提问回顾上节课核心概念：什么是电功？电能与电功关系？单位？

2.聚焦核心探究问题：“上节课我们猜想电功大小可能与U、I、t有关。今天，我们就化身小小科学家，通过实验来探究：电功究竟与电压、电流、通电时间有怎样的定量关系？”

【学生活动】

1.回答问题，巩固旧知。

2.明确本节课的探究任务。

环节二：方案设计，合作探究（预计时间：20分钟）

【教师活动】

1.引导设计思路：

1.2.“电功看不见摸不着，如何比较它的‘大小’？”（转换法：通过电流做功产生的效果——如物体被提升的高度、液体升高的温度——来间接比较。）

2.3.“如果要研究电功W与电压U的关系，应该控制哪些变量不变？（I和t）如何改变U？（用滑动变阻器或改变电源电压）”

3.4.“请各小组从老师提供的两种方案（力效应/热效应）中选择一种，讨论并完善导学案上的实验设计。”

5.巡视指导：深入各小组，倾听讨论，对方案设计、电路连接、变量控制等关键点进行针对性指导，鼓励不同方案的出现。

6.强调安全与规范：特别是使用学生电源时，强调先调至低电压，检查电路无误后再通电；使用热效应方案时注意温度计的使用安全。

7.提供数据记录表格范例（以探究W与U关系为例）：

实验次数

电压U(V)

电流I(A)

通电时间t(s)

重物提升高度h(cm)/温度变化Δt(°C)

（间接反映W）

1

（控制相同）

（控制相同）

2

（控制相同）

（控制相同）

【学生活动】

1.小组合作，讨论并确定实验方案，画出电路图。

2.分工合作，进行实验操作：连接电路、调节变量、记录数据（高度h或温度Δt、对应的U、I、t）。

3.至少完成两组关系的探究（如W与U，W与I）。时间充足的小组可尝试探究W与t的关系。

【设计意图与评析】

这是培养学生科学探究能力的核心环节。教师退居引导者、支持者角色，将探究的主动权交给学生。通过开放性的方案选择、关键方法的提示（转换法、控制变量法）和实时的过程指导，让学生在“做科学”中学习科学。不同方案的并行，也为后续的交流评估提供了丰富素材。

环节三：分析论证，形成结论（预计时间：10分钟）

【教师活动】

1.数据分享与汇总：邀请采用不同方案的小组代表，将实验数据（尤其是高度h或Δt与U、I的对应关系）用实物投影展示。

2.引导数据分析：

1.3.“当I和t相同时，U越大，h（或Δt）如何变化？这说明W与U有什么关系？”（正比）

2.4.“当U和t相同时，I越大，h（或Δt）如何变化？这说明W与I有什么关系？”（正比）

3.5.“观察你们记录的时间数据，在U和I相同时，通电时间越长，效果是累计的还是不变的？”（累计，说明W与t成正比）。

6.归纳结论：

1.7.综合全班数据，引导学生得出：电流所做的电功W，跟用电器两端的电压U、通过用电器的电流I、通电时间t都成正比。

2.8.板书关系式：W∝U，W∝I，W∝t→W∝UIt。

9.推导公式与单位：

1.10.“如何把这个正比关系写成等式？”引入比例系数k，即W=kUIt。

2.11.“这个k是多少呢？这需要我们通过单位来确定。”回顾：1J=1N·m。结合电学单位：1V=1J/C，1A=1C/s。

3.12.推导：若U取1V，I取1A，t取1s，则电功W应为1V×1A×1s=1(J/C)×1(C/s)×1s=1J。所以比例系数k=1。

4.13.最终板书公式：W=UIt。

5.14.强调各物理量的单位：W-焦(J)，U-伏(V)，I-安(A)，t-秒(s)。

【学生活动】

1.展示本组数据，倾听他组汇报。

2.参与全班数据分析，归纳比例关系。

3.跟随教师推导，理解公式W=UIt的来源和单位确定过程。

【设计意图与评析】

从实验数据到物理规律，是科学思维的关键飞跃。本环节通过集体论证，将个别小组的数据转化为全班共识，增强了结论的可信度。特别是对公式W=UIt的推导，不是直接给出，而是通过单位运算自然得出，让学生理解公式不是“天上掉下来的”，而是实验规律与单位制统一的必然结果，深刻体会物理学的逻辑自洽之美。

环节四：公式应用，分层巩固（预计时间：5分钟）

【教师活动】

1.基础应用：出示例题1——计算一个在220V电压下，通过电流为0.5A的灯泡，通电10分钟，电流做了多少功？

1.2.强调解题规范：单位统一（t=10min=600s），写出公式、代入数据、得出结果、写明答。

3.变式与联系：

1.4.例题2——结合欧姆定律：已知一个电烙铁电阻为484Ω，接在220V电路中，工作5min，消耗多少电能？

2.5.引导学生推导变形公式：由I=U/R，代入得W=(U²/R)t；由U=IR，代入得W=I²Rt。强调：这两个公式在纯电阻电路中适用，是W=UIt的推论。

6.发布分层练习：学生根据自身情况，从练习卡中选择不同星级的题目当堂练习。

【学生活动】

1.学习例题的规范解答。

2.理解公式的变形及其适用条件。

3.完成分层练习，巩固新知。

【设计意图与评析】

将探究得到的规律应用于实际问题，完成“从物理走向社会”的闭环。通过基础题巩固公式应用，通过变式题建立与欧姆定律的联系，形成知识网络。分层练习尊重学生个体差异，让每个学生都能获得成功的体验。

七、教学评价设计

1.过程性评价：

1.2.课堂观察量表：记录学生在小组讨论、实验探究、汇报发言中的参与度、合作精神、思维深度。

2.3.探究报告评价：对学生的实验设计、数据记录、分析结论进行等级评价。

3.4.概念图绘制：评价学生对“电能”、“电功”、“能量转化”等概念关系的理解程度。

5.终结性评价：

1.6.课后分层作业：包含概念辨析填空、电能表读数计算、电功公式的直接应用与简单综合计算（结合欧姆定律）。

2.7.实践性作业：记录家中一周内电能表的读数，估算家庭日平均消耗的电能（焦耳和千瓦时），并结合当地电价计算电费，撰写一份简单的家庭用电情况报告与节能建议。

8.核心素养表现性评价：

1.9.设置开放性情境题，如“解释为什么新旧电池分别给同一电动机供电，提升同一重物的高度不同？”考察学生综合运用能量观、电功公式进行科学解释的能力。

八、板书设计规划

（左侧主板书区，结构化呈现知识脉络）

第十五章第一节电能与电功

一、电能

1.定义：电流具有的能量。

2.实质：