資源簡介

(共28張PPT)
22.3跨學科實踐_
為節約能源設計方案
第二十二章 能源與可持續發展
人教版2024版物理九年級全冊【精做課件】
授課教師：********
班 級：********
時 間：********
跨學科實踐_為節約能源設計方案教案
一、教學目標
（一）知識與技能目標
學生能夠綜合運用物理學科中能量守恒、電路原理、熱傳遞等知識，化學學科中能源化學反應原理，生物學科中生態系統能量流動知識，以及地理學科中能源資源分布知識，深入分析能源浪費現象與節能潛力。
熟練掌握節能技術和產品的原理與應用，如 LED 照明、節能電器、新能源設備等，并能將其融入節能設計方案中，同時學會運用數學知識進行節能效果的數據計算與分析。
學會使用繪圖軟件、測量工具等，完成節能方案的設計、繪制與展示，能夠撰寫詳細的節能方案報告，準確闡述設計思路與預期效果。
（二）過程與方法目標
通過開展實地調研、收集數據等活動，有效提升學生的信息收集與處理能力、觀察分析能力，培養學生從實際場景中發現能源問題的敏銳度。
在小組合作設計節能方案過程中，顯著增強學生的團隊協作能力、溝通交流能力和分工協作能力，學會在團隊中發揮各自學科優勢，共同解決問題。
經歷從發現能源問題、提出解決方案、設計方案、實踐驗證到優化方案的完整項目過程，掌握項目式學習方法，提高學生跨學科解決實際問題的能力和創新實踐能力。
（三）情感態度與價值觀目標
充分激發學生對能源節約問題的關注和責任感，培養學生的節能意識和環保意識，引導學生在日常生活中自覺踐行節能行為。
通過成功設計節能方案，增強學生的成就感和自信心，讓學生體會跨學科知識融合解決實際問題的價值，激發學生對多學科學習的興趣。
培養學生的社會責任感和創新精神，鼓勵學生為推動社會可持續發展貢獻自己的智慧和力量，樹立節約資源、保護環境的社會擔當。
二、教學重難點
（一）教學重點
引導學生綜合運用多學科知識，準確分析能源使用現狀和存在的浪費問題，找出節能關鍵環節。
指導學生掌握節能方案設計的方法和步驟，包括方案構思、技術選擇、數據計算、圖紙繪制等，確保方案具有科學性和可行性。
培養學生團隊協作能力，促進學生在跨學科合作中有效溝通，共同完成節能方案設計與實踐。
（二）教學難點
幫助學生打破學科界限，實現多學科知識的深度融合與靈活運用，解決節能設計中的復雜問題。
確保節能方案在實際應用中的可行性和有效性，需要考慮成本、技術實現難度、用戶接受度等多方面因素，引導學生進行全面綜合的方案優化。
培養學生創新思維，使學生在節能設計中突破常規思路，提出具有創新性和前瞻性的節能方案。
三、教學方法
項目驅動法：以 “為節約能源設計方案” 為核心項目任務，驅動學生主動開展跨學科學習與實踐，激發學生的學習動力和探索欲望。
小組合作法：組織學生分組進行節能方案設計，促進學生之間的交流與合作，發揮不同學科背景學生的優勢，共同完成項目任務。
實地調研法：安排學生到學校、社區、企業等場所進行實地調研，了解能源使用情況，收集一手數據，為節能方案設計提供現實依據。
案例分析法：引入國內外成功的節能案例，如綠色建筑節能設計、工業節能改造項目等，引導學生分析案例中的節能思路和方法，為自身設計提供參考。
技術指導法：在學生進行節能方案設計過程中，針對節能技術應用、軟件使用、數據計算等方面提供專業指導，幫助學生解決技術難題。
四、教學過程
（一）項目導入（10 分鐘）
情境創設：播放一段關于全球能源危機和環境問題的視頻，展示傳統能源過度消耗導致的資源短缺、環境污染等畫面，如煤炭燃燒產生的霧霾、石油開采對海洋生態的破壞等。提問學生：“面對日益嚴峻的能源形勢，我們能做些什么來節約能源、保護環境？” 引發學生的思考和討論，激發學生參與節能設計的積極性。
任務布置：明確本次跨學科實踐任務 —— 為學校、社區或家庭等特定場所設計一套切實可行的節約能源方案。介紹方案設計的基本要求，如方案需涵蓋多種節能措施、具有創新性和可操作性、包含節能效果分析等，讓學生了解項目目標和方向。
（二）知識準備與跨學科融合（20 分鐘）
學科知識回顧：
物理學科：回顧能量守恒定律、電路電阻與功率關系、熱傳遞方式（傳導、對流、輻射）等知識，引導學生思考如何運用這些知識減少能源損耗，如通過改善建筑保溫性能減少熱量散失。
化學學科：介紹常見能源的化學反應原理，如化石能源燃燒過程、新能源（氫能等）的制備與利用原理，讓學生了解能源轉化過程中的化學變化，為節能方案中的能源替代提供理論支持。
生物學科：講解生態系統能量流動規律，強調能量在生態系統中的傳遞效率和損耗，引導學生從生態平衡角度思考節能的重要性，如推廣生物能利用、減少對不可再生能源的依賴。
地理學科：展示全球和我國能源資源分布地圖，分析不同地區能源資源的特點和差異，讓學生了解因地制宜選擇節能措施的重要性，如在太陽能資源豐富地區推廣太陽能利用。
跨學科案例分析：以某綠色建筑節能設計為例，分析該案例中如何綜合運用物理（隔熱材料、自然通風設計）、化學（太陽能光伏發電）、生物（綠色植被降溫）、地理（根據當地氣候條件設計建筑朝向）等多學科知識實現節能目標。引導學生討論案例中的節能亮點和可借鑒之處，幫助學生建立跨學科思維模式。
（三）實地調研與問題分析（30 分鐘）
分組與分工：將學生分成若干小組，每組 5 - 6 人，根據學生的學科特長和興趣進行分工，如設組長、數據收集員、技術分析員、繪圖員、報告撰寫員等。每個小組確定調研場所，如學校教室、實驗室、學生宿舍，或社區居民樓、公共設施等。
實地調研：各小組前往調研場所，運用測量工具（如溫度計、電能表、照度計等）和問卷調查等方式，收集能源使用數據和相關信息。例如，測量教室的照明亮度、空調使用時間和耗電量，調查居民家庭的能源消費習慣等。同時，觀察能源浪費現象，如長明燈、設備待機耗電等，并做好記錄。
問題分析：調研結束后，各小組對收集的數據和信息進行整理和分析。運用多學科知識，從能源使用效率、設備性能、用戶行為等方面深入剖析存在的能源浪費問題及其原因。例如，從物理角度分析設備能耗高的原因可能是電路電阻過大或能效等級低；從社會行為角度分析能源浪費可能與用戶節能意識淡薄有關。形成問題分析報告，為節能方案設計提供依據。
（四）節能方案設計（60 分鐘）
方案構思：各小組根據問題分析報告，結合多學科知識，進行節能方案的構思。鼓勵學生大膽創新，提出多種節能措施和想法，如采用智能控制系統實現照明和電器的自動開關，利用太陽能、風能等新能源替代部分傳統能源，設計節能灌溉系統用于社區綠化等。小組內成員充分討論，篩選出可行的節能措施，形成初步的方案框架。
技術選擇與計算：針對選定的節能措施，深入研究相關技術原理和產品應用。例如，若選擇 LED 照明替代傳統白熾燈，需了解 LED 燈的發光原理、能效比、使用壽命等技術參數，并通過數學計算對比兩者的能耗差異和成本效益。對于新能源利用方案，要考慮當地的資源條件和技術可行性，進行發電量、設備成本等方面的計算和分析，確保方案具有科學依據。
方案繪制與撰寫：繪圖員使用繪圖軟件（如 AutoCAD、SketchUp 等）或手繪方式，繪制節能方案的示意圖和布局圖，清晰展示節能設備的安裝位置、管道走向等。報告撰寫員根據方案構思和技術分析，撰寫詳細的節能方案報告，內容包括項目背景、問題分析、節能措施、技術說明、預期節能效果（如每年節約電量、減少碳排放數據）、實施步驟和預算等。小組內成員共同審核方案，進行修改和完善，確保方案的完整性和可行性。
（五）方案展示與評價（25 分鐘）
方案展示：各小組依次進行節能方案展示，通過 PPT 演示、圖紙講解、實物模型展示等方式，向全班同學介紹本小組的設計思路、節能措施、預期效果等內容。展示過程中，鼓勵小組成員積極互動，回答其他小組和教師提出的問題，進一步闡述方案的細節和優勢。
多元評價：采用學生自評、小組互評和教師評價相結合的多元評價方式。學生自評主要反思自己在項目中的參與度、貢獻和收獲；小組互評從方案的創新性、可行性、節能效果、跨學科融合程度、展示效果等方面對其他小組的方案進行評價；教師評價則從專業知識應用、團隊協作、創新思維、實踐能力等維度進行全面評價，肯定優點，指出不足，并提出改進建議。根據評價結果，評選出優秀節能方案。
（六）方案優化與實踐（課后延伸）
方案優化：各小組根據評價意見，對節能方案進行進一步優化和完善，調整不合理的設計，補充缺失的內容，提高方案的質量和可行性。
實踐嘗試：鼓勵學生將優化后的方案在實際場所中進行小規模實踐嘗試，如在學校的某間教室或自己家中應用節能措施，觀察實際效果，收集反饋數據，為后續方案的改進提供依據。同時，引導學生在實踐過程中不斷總結經驗，培養學生的實踐能力和解決實際問題的能力。
這份教案圍繞跨學科節能實踐設計，旨在提升學生綜合能力。你可對教學環節時長、調研場所、評價標準等方面提出想法，我會進一步優化完善。
5
課堂檢測
4
新知講解
6
變式訓練
7
中考考法
8
小結梳理
學習目錄
1
復習引入
2
新知講解
3
典例講解
1. 掌握節能的基本原理和方法。（重點）
2. 設計并實施節能方案。（重點）
學習目標
知識點1　項目提出
知識全解
隨著社會的發展，人們對能源的需求越來越大。然而，過度使用能源不僅會造成資源浪費，還會對環境產生負面影響。因此，我們提出了這個項目——為節約能源設計一套方案。
1.項目背景
知識點1　項目提出
知識全解
2.項目目標
我們的目標是設計出一個既實用又有效的節能方案，以減少能源的浪費，同時提高大家的節能意識。
知識點2　項目分析
知識全解
一、分析現狀
首先，我們需要對當前的能源使用情況進行調查和分析。了解學校、家庭以及社區中能源的使用狀況，找出浪費能源的問題所在。
調查目標：
統計家庭各用途能源消耗量
識別主要能源消費領域（采暖/制冷/生活熱水/交通）
知識點2　項目分析
知識全解
一、分析現狀
能源用途 采暖 做飯 生活熱水 制冷 其他電器 交通
能源名稱 天然氣 電 汽油
能源類型 不可再生能源 約70%為不可再生能源，約30%為可再生能源 不可再生能源
消耗量（年） 200m3 1000kW·h 500L
某個家庭的能源使用情況
知識點2　項目分析
知識全解
通過調查和分析，我們可以確定出一些浪費能源的問題，如長時間開啟電器、不合理使用空調等。
二、確定問題
知識點2　項目分析
知識全解
針對這些問題，我們可以探討出一些解決方案。如使用節能電器、合理使用空調等。同時，我們還可以從物理學的角度出發，探討如何通過科學的方法來節約能源。
三、探討解決方案
① 優先改進方向：
基于消耗量排序確定優化優先級
結合改造可行性評估
② 優化方法選項：
新能源應用：加裝太陽能電池板
技術升級：提升現有設備能效
行為優化：改善家庭用車習慣
知識點2　項目分析
知識全解
三、探討解決方案
觀察現象 關聯原理 數據采集方法 優化方向
熱水器反復加熱 熱力學第二定律 記錄每日加熱次數 加厚保溫層/智能控溫
西曬房間空調高耗 輻射傳熱系數 溫度監測24小時曲線 Low-E玻璃貼膜
手機充電器發熱 焦耳定律(Q=I Rt) 紅外測溫+功率檢測 改用氮化鎵充電器
知識點3 項目實施
知識全解
一、制訂計劃
根據我們的分析和探討結果，制訂出一份詳細的節能方案計劃。包括實施步驟、時間安排等。
知識點3 項目實施
知識全解
按照計劃進行實施。包括在學校、家庭和社區中推廣節能知識，引導大家養成節能習慣等。同時，我們還可以通過實驗來驗證我們的節能方案是否有效。
二、實施計劃
知識點3 項目實施
知識全解
三、監測與評估
分析角度 需收集證據 分析方法
節能有效性 能耗對比數據/設備效率參數 季度用電量同比分析
使用需求匹配度 續航測試數據/場景適應性 用戶滿意度問卷調查
展示交流
知識全解
一、成果展示
在項目實施完成后，我們可以進行一次成果展示。展示我們的節能方案、實施過程以及實施效果等。讓大家了解我們的工作成果和收獲。
展示交流
知識全解
二、交流與討論
在展示過程中，我們可以與同學們進行交流和討論。分享我們的經驗和心得，同時也可以聽取大家的意見和建議。這有助于我們進一步完善我們的節能方案。
【項目提出】
1.隨著人們生活水平的提高，消耗的能源越來越多，雖然自
然界的能量是守恒的，由于能量轉化和轉移具有______性，
可利用的能源在減少，能源危機加重，為了節約能源，從家
庭入手，制定節約能源的方案。
方向
【項目分析】
2.家中利用的能源主要有三個方面，一是家用電器消耗____
能，二是煮飯的燃氣灶和燒水的燃氣熱水器利用________，
三是汽車和摩托車主要消耗汽油，要節約能源需要從這三個
方面入手。
電
天然氣
【項目實施】
3.調查后統計的數據如下：
能源 用途 采暖 做飯 生活用 熱水 電器工作 交通
名稱 天然氣 電能 汽油
能源 用途 采暖 做飯 生活用 熱水 電器工作 交通
分類 ______（填“可”或“不 可”）再生能源 ____ （填“一”或 “二”）次能 源 ________
（填“清潔”或
“非清潔”）能
源
不可
二
非清潔
續表
能源 用途 采暖 做飯 生活用 熱水 電器工作 交通
改進 方法 選用太陽能熱水器， 利用______能 加熱水 選用節能等 級較高的電 器 選用電動汽車
說明：夏季耗電最多（主要是空調） 太陽
續表
4.夏季耗電最多，是因為空調屬于大功率用電器，且工作時
間很長，為節能環保，國務院辦公廳規定公共建筑夏季空調
溫度設置不____（填“高”或“低”）于 。房間不能長時間
保持恒定的溫度，是因為房子的隔熱性____
（填“好”或“差”），節約能源從房屋的隔熱性入手，選擇隔
熱材料裝修房屋的墻壁可以節約空調所用電能。
低
差
【交流合作】
5.小明選擇了幾種保溫材料，下表是常用的材料參數：
項目 1號 2號 3號
聚氨酯泡沫 聚苯乙烯泡沫 巖棉
傳熱系數 0.033 0.042 0.065
防火性能 阻燃 級 阻燃 級 不燃 A
級
吸水性%
項目 1號 2號 3號
聚氨酯泡沫 聚苯乙烯泡沫 巖棉
隔音性 好 好 一般
最高使用溫度/ 75 65 600
1.4 1.0 2.4
續表
（1）外墻保溫材料如果脫落會造成危險，所以應該選密度
較____的材料。同學們觀察發現表格中缺少密度信息，于是
需要測量材料的______和______。
小
質量
體積
（2）當保溫材料的厚度一定時，為了方便比較材料的性能，
在表格中的項目里引入參數“”，單位為 。同學們觀察
表格中的 ，猜想它可能與材料密度有一定關系。已知保溫
材料厚度均為，請推導出與材料密度 的關系 ____。
（結果用已知量的符號表示）
（3）小濱同學的叔叔家在陜北，他打算給自建房外墻安裝
保溫材料，因為陜北冬季氣溫很低且年降水量少，所以他選
擇外墻保溫材料時應優先考慮__________（填“傳熱系數”或
“吸水性”）（注：傳熱系數越大，保溫性能越差），所以他
選擇表格中的___號保溫材料比較合適。
傳熱系數
1
本課小結
為節約能源提出方案
項目實施
項目提出
項目分析
謝謝觀看！

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