22.3跨学科实践_为节约能源设计方案--2025-2026学年人教2024版物理九年级全册教学同步课件(28页PPT)

(共28张PPT)
22.3跨学科实践_
为节约能源设计方案
第二十二章 能源与可持续发展
人教版2024版物理九年级全册【精做课件】
授课教师：********
班 级：********
时 间：********
跨学科实践_为节约能源设计方案教案
一、教学目标
（一）知识与技能目标
学生能够综合运用物理学科中能量守恒、电路原理、热传递等知识，化学学科中能源化学反应原理，生物学科中生态系统能量流动知识，以及地理学科中能源资源分布知识，深入分析能源浪费现象与节能潜力。
熟练掌握节能技术和产品的原理与应用，如 LED 照明、节能电器、新能源设备等，并能将其融入节能设计方案中，同时学会运用数学知识进行节能效果的数据计算与分析。
学会使用绘图软件、测量工具等，完成节能方案的设计、绘制与展示，能够撰写详细的节能方案报告，准确阐述设计思路与预期效果。
（二）过程与方法目标
通过开展实地调研、收集数据等活动，有效提升学生的信息收集与处理能力、观察分析能力，培养学生从实际场景中发现能源问题的敏锐度。
在小组合作设计节能方案过程中，显著增强学生的团队协作能力、沟通交流能力和分工协作能力，学会在团队中发挥各自学科优势，共同解决问题。
经历从发现能源问题、提出解决方案、设计方案、实践验证到优化方案的完整项目过程，掌握项目式学习方法，提高学生跨学科解决实际问题的能力和创新实践能力。
（三）情感态度与价值观目标
充分激发学生对能源节约问题的关注和责任感，培养学生的节能意识和环保意识，引导学生在日常生活中自觉践行节能行为。
通过成功设计节能方案，增强学生的成就感和自信心，让学生体会跨学科知识融合解决实际问题的价值，激发学生对多学科学习的兴趣。
培养学生的社会责任感和创新精神，鼓励学生为推动社会可持续发展贡献自己的智慧和力量，树立节约资源、保护环境的社会担当。
二、教学重难点
（一）教学重点
引导学生综合运用多学科知识，准确分析能源使用现状和存在的浪费问题，找出节能关键环节。
指导学生掌握节能方案设计的方法和步骤，包括方案构思、技术选择、数据计算、图纸绘制等，确保方案具有科学性和可行性。
培养学生团队协作能力，促进学生在跨学科合作中有效沟通，共同完成节能方案设计与实践。
（二）教学难点
帮助学生打破学科界限，实现多学科知识的深度融合与灵活运用，解决节能设计中的复杂问题。
确保节能方案在实际应用中的可行性和有效性，需要考虑成本、技术实现难度、用户接受度等多方面因素，引导学生进行全面综合的方案优化。
培养学生创新思维，使学生在节能设计中突破常规思路，提出具有创新性和前瞻性的节能方案。
三、教学方法
项目驱动法：以 “为节约能源设计方案” 为核心项目任务，驱动学生主动开展跨学科学习与实践，激发学生的学习动力和探索欲望。
小组合作法：组织学生分组进行节能方案设计，促进学生之间的交流与合作，发挥不同学科背景学生的优势，共同完成项目任务。
实地调研法：安排学生到学校、社区、企业等场所进行实地调研，了解能源使用情况，收集一手数据，为节能方案设计提供现实依据。
案例分析法：引入国内外成功的节能案例，如绿色建筑节能设计、工业节能改造项目等，引导学生分析案例中的节能思路和方法，为自身设计提供参考。
技术指导法：在学生进行节能方案设计过程中，针对节能技术应用、软件使用、数据计算等方面提供专业指导，帮助学生解决技术难题。
四、教学过程
（一）项目导入（10 分钟）
情境创设：播放一段关于全球能源危机和环境问题的视频，展示传统能源过度消耗导致的资源短缺、环境污染等画面，如煤炭燃烧产生的雾霾、石油开采对海洋生态的破坏等。提问学生：“面对日益严峻的能源形势，我们能做些什么来节约能源、保护环境？” 引发学生的思考和讨论，激发学生参与节能设计的积极性。
任务布置：明确本次跨学科实践任务 —— 为学校、社区或家庭等特定场所设计一套切实可行的节约能源方案。介绍方案设计的基本要求，如方案需涵盖多种节能措施、具有创新性和可操作性、包含节能效果分析等，让学生了解项目目标和方向。
（二）知识准备与跨学科融合（20 分钟）
学科知识回顾：
物理学科：回顾能量守恒定律、电路电阻与功率关系、热传递方式（传导、对流、辐射）等知识，引导学生思考如何运用这些知识减少能源损耗，如通过改善建筑保温性能减少热量散失。
化学学科：介绍常见能源的化学反应原理，如化石能源燃烧过程、新能源（氢能等）的制备与利用原理，让学生了解能源转化过程中的化学变化，为节能方案中的能源替代提供理论支持。
生物学科：讲解生态系统能量流动规律，强调能量在生态系统中的传递效率和损耗，引导学生从生态平衡角度思考节能的重要性，如推广生物能利用、减少对不可再生能源的依赖。
地理学科：展示全球和我国能源资源分布地图，分析不同地区能源资源的特点和差异，让学生了解因地制宜选择节能措施的重要性，如在太阳能资源丰富地区推广太阳能利用。
跨学科案例分析：以某绿色建筑节能设计为例，分析该案例中如何综合运用物理（隔热材料、自然通风设计）、化学（太阳能光伏发电）、生物（绿色植被降温）、地理（根据当地气候条件设计建筑朝向）等多学科知识实现节能目标。引导学生讨论案例中的节能亮点和可借鉴之处，帮助学生建立跨学科思维模式。
（三）实地调研与问题分析（30 分钟）
分组与分工：将学生分成若干小组，每组 5 - 6 人，根据学生的学科特长和兴趣进行分工，如设组长、数据收集员、技术分析员、绘图员、报告撰写员等。每个小组确定调研场所，如学校教室、实验室、学生宿舍，或社区居民楼、公共设施等。
实地调研：各小组前往调研场所，运用测量工具（如温度计、电能表、照度计等）和问卷调查等方式，收集能源使用数据和相关信息。例如，测量教室的照明亮度、空调使用时间和耗电量，调查居民家庭的能源消费习惯等。同时，观察能源浪费现象，如长明灯、设备待机耗电等，并做好记录。
问题分析：调研结束后，各小组对收集的数据和信息进行整理和分析。运用多学科知识，从能源使用效率、设备性能、用户行为等方面深入剖析存在的能源浪费问题及其原因。例如，从物理角度分析设备能耗高的原因可能是电路电阻过大或能效等级低；从社会行为角度分析能源浪费可能与用户节能意识淡薄有关。形成问题分析报告，为节能方案设计提供依据。
（四）节能方案设计（60 分钟）
方案构思：各小组根据问题分析报告，结合多学科知识，进行节能方案的构思。鼓励学生大胆创新，提出多种节能措施和想法，如采用智能控制系统实现照明和电器的自动开关，利用太阳能、风能等新能源替代部分传统能源，设计节能灌溉系统用于社区绿化等。小组内成员充分讨论，筛选出可行的节能措施，形成初步的方案框架。
技术选择与计算：针对选定的节能措施，深入研究相关技术原理和产品应用。例如，若选择 LED 照明替代传统白炽灯，需了解 LED 灯的发光原理、能效比、使用寿命等技术参数，并通过数学计算对比两者的能耗差异和成本效益。对于新能源利用方案，要考虑当地的资源条件和技术可行性，进行发电量、设备成本等方面的计算和分析，确保方案具有科学依据。
方案绘制与撰写：绘图员使用绘图软件（如 AutoCAD、SketchUp 等）或手绘方式，绘制节能方案的示意图和布局图，清晰展示节能设备的安装位置、管道走向等。报告撰写员根据方案构思和技术分析，撰写详细的节能方案报告，内容包括项目背景、问题分析、节能措施、技术说明、预期节能效果（如每年节约电量、减少碳排放数据）、实施步骤和预算等。小组内成员共同审核方案，进行修改和完善，确保方案的完整性和可行性。
（五）方案展示与评价（25 分钟）
方案展示：各小组依次进行节能方案展示，通过 PPT 演示、图纸讲解、实物模型展示等方式，向全班同学介绍本小组的设计思路、节能措施、预期效果等内容。展示过程中，鼓励小组成员积极互动，回答其他小组和教师提出的问题，进一步阐述方案的细节和优势。
多元评价：采用学生自评、小组互评和教师评价相结合的多元评价方式。学生自评主要反思自己在项目中的参与度、贡献和收获；小组互评从方案的创新性、可行性、节能效果、跨学科融合程度、展示效果等方面对其他小组的方案进行评价；教师评价则从专业知识应用、团队协作、创新思维、实践能力等维度进行全面评价，肯定优点，指出不足，并提出改进建议。根据评价结果，评选出优秀节能方案。
（六）方案优化与实践（课后延伸）
方案优化：各小组根据评价意见，对节能方案进行进一步优化和完善，调整不合理的设计，补充缺失的内容，提高方案的质量和可行性。
实践尝试：鼓励学生将优化后的方案在实际场所中进行小规模实践尝试，如在学校的某间教室或自己家中应用节能措施，观察实际效果，收集反馈数据，为后续方案的改进提供依据。同时，引导学生在实践过程中不断总结经验，培养学生的实践能力和解决实际问题的能力。
这份教案围绕跨学科节能实践设计，旨在提升学生综合能力。你可对教学环节时长、调研场所、评价标准等方面提出想法，我会进一步优化完善。
5
课堂检测
4
新知讲解
6
变式训练
7
中考考法
8
小结梳理
学习目录
1
复习引入
2
新知讲解
3
典例讲解
1. 掌握节能的基本原理和方法。（重点）
2. 设计并实施节能方案。（重点）
学习目标
知识点1　项目提出
知识全解
随着社会的发展，人们对能源的需求越来越大。然而，过度使用能源不仅会造成资源浪费，还会对环境产生负面影响。因此，我们提出了这个项目——为节约能源设计一套方案。
1.项目背景
知识点1　项目提出
知识全解
2.项目目标
我们的目标是设计出一个既实用又有效的节能方案，以减少能源的浪费，同时提高大家的节能意识。
知识点2　项目分析
知识全解
一、分析现状
首先，我们需要对当前的能源使用情况进行调查和分析。了解学校、家庭以及社区中能源的使用状况，找出浪费能源的问题所在。
调查目标：
统计家庭各用途能源消耗量
识别主要能源消费领域（采暖/制冷/生活热水/交通）
知识点2　项目分析
知识全解
一、分析现状
能源用途 采暖 做饭 生活热水 制冷 其他电器 交通
能源名称 天然气 电 汽油
能源类型 不可再生能源 约70%为不可再生能源，约30%为可再生能源 不可再生能源
消耗量（年） 200m3 1000kW·h 500L
某个家庭的能源使用情况
知识点2　项目分析
知识全解
通过调查和分析，我们可以确定出一些浪费能源的问题，如长时间开启电器、不合理使用空调等。
二、确定问题
知识点2　项目分析
知识全解
针对这些问题，我们可以探讨出一些解决方案。如使用节能电器、合理使用空调等。同时，我们还可以从物理学的角度出发，探讨如何通过科学的方法来节约能源。
三、探讨解决方案
① 优先改进方向：
基于消耗量排序确定优化优先级
结合改造可行性评估
② 优化方法选项：
新能源应用：加装太阳能电池板
技术升级：提升现有设备能效
行为优化：改善家庭用车习惯
知识点2　项目分析
知识全解
三、探讨解决方案
观察现象 关联原理 数据采集方法 优化方向
热水器反复加热 热力学第二定律 记录每日加热次数 加厚保温层/智能控温
西晒房间空调高耗 辐射传热系数 温度监测24小时曲线 Low-E玻璃贴膜
手机充电器发热 焦耳定律(Q=I Rt) 红外测温+功率检测 改用氮化镓充电器
知识点3 项目实施
知识全解
一、制订计划
根据我们的分析和探讨结果，制订出一份详细的节能方案计划。包括实施步骤、时间安排等。
知识点3 项目实施
知识全解
按照计划进行实施。包括在学校、家庭和社区中推广节能知识，引导大家养成节能习惯等。同时，我们还可以通过实验来验证我们的节能方案是否有效。
二、实施计划
知识点3 项目实施
知识全解
三、监测与评估
分析角度 需收集证据 分析方法
节能有效性 能耗对比数据/设备效率参数 季度用电量同比分析
使用需求匹配度 续航测试数据/场景适应性 用户满意度问卷调查
展示交流
知识全解
一、成果展示
在项目实施完成后，我们可以进行一次成果展示。展示我们的节能方案、实施过程以及实施效果等。让大家了解我们的工作成果和收获。
展示交流
知识全解
二、交流与讨论
在展示过程中，我们可以与同学们进行交流和讨论。分享我们的经验和心得，同时也可以听取大家的意见和建议。这有助于我们进一步完善我们的节能方案。
【项目提出】
1.随着人们生活水平的提高，消耗的能源越来越多，虽然自
然界的能量是守恒的，由于能量转化和转移具有______性，
可利用的能源在减少，能源危机加重，为了节约能源，从家
庭入手，制定节约能源的方案。
方向
【项目分析】
2.家中利用的能源主要有三个方面，一是家用电器消耗____
能，二是煮饭的燃气灶和烧水的燃气热水器利用________，
三是汽车和摩托车主要消耗汽油，要节约能源需要从这三个
方面入手。
电
天然气
【项目实施】
3.调查后统计的数据如下：
能源 用途 采暖 做饭 生活用 热水 电器工作 交通
名称 天然气 电能 汽油
能源 用途 采暖 做饭 生活用 热水 电器工作 交通
分类 ______（填“可”或“不 可”）再生能源 ____ （填“一”或 “二”）次能 源 ________
（填“清洁”或
“非清洁”）能
源
不可
二
非清洁
续表
能源 用途 采暖 做饭 生活用 热水 电器工作 交通
改进 方法 选用太阳能热水器， 利用______能 加热水 选用节能等 级较高的电 器 选用电动汽车
说明：夏季耗电最多（主要是空调） 太阳
续表
4.夏季耗电最多，是因为空调属于大功率用电器，且工作时
间很长，为节能环保，国务院办公厅规定公共建筑夏季空调
温度设置不____（填“高”或“低”）于 。房间不能长时间
保持恒定的温度，是因为房子的隔热性____
（填“好”或“差”），节约能源从房屋的隔热性入手，选择隔
热材料装修房屋的墙壁可以节约空调所用电能。
低
差
【交流合作】
5.小明选择了几种保温材料，下表是常用的材料参数：
项目 1号 2号 3号
聚氨酯泡沫 聚苯乙烯泡沫 岩棉
传热系数 0.033 0.042 0.065
防火性能 阻燃 级 阻燃 级 不燃 A
级
吸水性%
项目 1号 2号 3号
聚氨酯泡沫 聚苯乙烯泡沫 岩棉
隔音性 好 好 一般
最高使用温度/ 75 65 600
1.4 1.0 2.4
续表
（1）外墙保温材料如果脱落会造成危险，所以应该选密度
较____的材料。同学们观察发现表格中缺少密度信息，于是
需要测量材料的______和______。
小
质量
体积
（2）当保温材料的厚度一定时，为了方便比较材料的性能，
在表格中的项目里引入参数“”，单位为 。同学们观察
表格中的 ，猜想它可能与材料密度有一定关系。已知保温
材料厚度均为，请推导出与材料密度 的关系 ____。
（结果用已知量的符号表示）
（3）小滨同学的叔叔家在陕北，他打算给自建房外墙安装
保温材料，因为陕北冬季气温很低且年降水量少，所以他选
择外墙保温材料时应优先考虑__________（填“传热系数”或
“吸水性”）（注：传热系数越大，保温性能越差），所以他
选择表格中的___号保温材料比较合适。
传热系数
1
本课小结
为节约能源提出方案
项目实施
项目提出
项目分析
谢谢观看！