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【大单元整体教学】物理学教科版（2024）9年级上册
第6章 电功率
课题 6.4.2 跨学科实践：半导体与光伏发电（第二课时）
课型 新授课 √ 复习课 试卷讲评课 其他课
1.教学内容分析 本节课聚焦“设计校园光伏发电项目方案”的跨学科实践，融合物理、地理、工程等学科知识。内容分为两部分：一是实验探究，通过改变光照强度、入射角度、电池板连接方式，探究太阳能电池输出功率的影响因素，深化电功、电功率的应用；二是项目式任务，包括测算校园屋顶光伏理论发电量与学校用电量、确定太阳能电池板安装方式、撰写项目方案及交流展示，引导学生从多学科视角解决实际能源问题，体现“科学—技术—社会— 环境”的紧密联系。
2.学情分析 九年级学生已掌握电功、电功率的计算，具备基本实验操作能力，但跨学科整合知识的经验不足，如将物理电学规律与地理太阳高度角、工程方案设计结合；对“光伏发电项目”这类复杂实际问题，在数据测算、系统方案优化等方面的系统性思维有待培养，需要教师通过任务拆解、分步引导，帮助学生搭建探究与实践的桥梁。
3.学习目标确定与教学重难点 课标摘要： 3.4电磁能 3.4.2知道电压、电流和电阻。探究电流与电压、电阻的关系，理解欧姆定律。 3.4.3会使用电流表和电压表。 3.4.4探究并了解串联电路和并联电路中电流、电压的特点。 课标分析： 依据义务教育物理课程标准“跨学科实践”与“科学探究”的相关要求，本节课通过“探究太阳能电池输出功率的影响因素”实验，培养学生实验设计、变量控制与数据处理的科学探究能力；通过“设计校园光伏发电项目方案”的跨学科任务，融合物理、地理、工程等多学科知识，提升技术与工程实践能力；同时引导学生认识太阳能这一清洁能源的利用价值，理解能源开发与环境保护的关系，增强科学态度与责任，树立可持续发展的意识。 学习目标： 1.物理观念：理解太阳能电池输出功率与光照强度、入射角度、连接方式的关系，深化电功、电功率的实际应用。 2.科学思维：能分析实验数据归纳规律，具备跨学科问题的分析、综合与系统思维。 3.科学探究：能设计并完成 “太阳能电池输出功率影响因素” 的实验，提升实验设计、变量控制与数据处理能力。 4.科学态度与责任：通过校园光伏发电项目设计，增强对清洁能源的认知，树立节能、环保与可持续发展意识。 重点： 1.太阳能电池输出功率的影响因素。 2.校园光伏发电项目的核心步骤。 难点： 1.多因素对太阳能电池功率影响的实验探究。 2.跨学科视角下校园光伏发电项目的系统设计。
4.教学评价 评价维度具体内容学科知识评价概念理解：考查对太阳能电池输出功率影响因素的认知 知识应用：分析不同条件下光伏发电量差异的能力小组合作评价小组讨论：观察实验、项目讨论的参与度及倾听尊重表现 合作任务：评估小组分工协作、成果质量及成员贡献实验评价实验操作：评价“太阳能电池功率”实验的仪器使用、变量控制规范度 实验分析：考查数据记录完整性及归纳功率影响因素的推理能力项目实践评价项目规划：考量校园光伏项目计划、资源安排合理性 项目实施：观察数据测算、安装模拟的规范性 项目成果：评价方案分析深度、结论合理性及交流展示清晰度
5.学习活动设计
教师活动 学生活动 设计意图/学习评价
任务一：激趣导入
播放视频，要求关注“太阳光→电能”的核心设备及与半导体特性的关联； 提问：转化关键设备是什么？依赖半导体的哪种特性？，引导关联“光电特性”，过渡到“设计校园光伏发电项目方案”； 介绍学习脉络：探究核心问题→实验验证→项目设计 学生观看视频，记录 “核心设备：光伏电池板”“半导体特性：光电效应”。 学生抵抗、回答，回顾光电特性与单向导电性的区别。 学生明确学习脉络，做好实践准备。 用视频激发兴趣，衔接旧知，形成“半导体特性—光伏应用”闭环。 明确学习目标，为跨学科实践铺垫。
任务二：实践活动：设计校园光伏发电项目方案
1.拆解三个核心问题： （1）输出功率：辐照强度、温度、遮挡、电池板清洁度（共同影响转化效率）； （2）校园环境：年均光照、纬度、屋顶承重/朝向（奠定设计基础）； （3）用电匹配：分析用电负荷，设计装机容量（实现供需平衡）。 组织小组讨论：结合校园实际，各找1个有利/不利条件。 2.实验探究： （1）原理：测电压、电流，用 P=UI 算功率，用控制变量法。 （2）材料：太阳能电池板 2 片、卤素光源等（按课件列）。 （3）步骤：① 变光照强度；② 变入射角度；③ 变电池板连接方式。 组织分组实验，巡视指导操作与数据记录。 3.校园光伏项目设计 （1）测算发电量与用电量 理论发电量：公式=单块功率×日均有效光照时间×安装块数； 实际用电量：统计历史数据或按“教室/办公室用电”估算。 （2）确定安装方式 位置/太阳高度角：查电子地图得经纬度，查课件表得太阳高度角； 方位角/倾斜角：北半球最佳方位角正南，倾斜角≈本地纬度。 （3）撰写方案 差异分析：自然环境、设备、安装因素； 改进措施：对应原因提出。 （4）交流展示 组织报告会：每组派代表展示方案（核心数据、安装规划、措施），从能源 / 环保角度谈意义。 学生结合学校实际情况进行讨论、分析，并用表格梳理总结，记录核心问题与具体要素。 学生分组讨论，梳理有利或不利条件，准备分享。 学生理解“步骤—控制变量”，避免操作遗漏。 学生分组分工（接电路、调变量、读数据、记录），测不同条件下的功率。 学生分析数据，归纳结论：光照越强、角度越近 90°，功率越大；相同电池板串并联功率相近。 学生了解测算的目的和和计算公式。 学生获取经纬度与太阳高度角，记录在图上。 学生梳理差异原因，提出对应措施；按模板写方案，确保措施与原因对应。 学生小组推代表，梳理展示内容，倾听提问，记录优秀思路。 紧扣课件拆解问题，落实跨学科思维。 结合校园实际，避免理论脱节，为后续实践铺垫。 落实科学探究素养，深化P=UI应用。 为项目设计的“安装优化”提供实验依据。 通过“测算—安装—写方案—展示”四步实践，形成“数据支撑 — 空间规划—系统设计 — 成果优化”的递进式实践闭环，严格遵循课件核心要求，既避免脱离学科的 “泛实践”，也杜绝脱离实践的“纯理论”。 让学生经历完整的 “校园真实项目设计流程”，在跨学科应用（物理 + 地理 + 工程）中培养 “量化分析、系统思维、实践规划、责任意识”的综合素养，真正实现“以实践为载体，以素养为目标”的跨学科教学定位。
6.板书设计
7.特色学习资源分析、技术手段应用说明 （1）特色学习资源：教材提供“太阳能电池输出功率”的实验探究器材与步骤，便于开展分组实验，让学生直观感知物理量变化；“校园光伏发电项目”的任务框架为实践提供明确方向；结合学校实际资源，能增强实践的针对性与真实性，帮助学生建立“知识与真实世界”的联系。 （2）技术手段应用：实验环节：利用光照强度传感器、角度传感器精准测量光照、入射角度等变量，提升实验数据的准确性与科学性；项目测算：借助地理信息系统软件或电子地图，查询校园地理位置、太阳高度角等信息，辅助太阳能电池板安装角度的模拟与测算；用Excel 表格进行发电量、用电量的数据分析与可视化，支持项目方案的数据论证。
8.教学反思与改进 本节课通过实验探究与项目式学习，有效激发了学生的跨学科实践兴趣，实验环节学生能主动参与“太阳能电池功率影响因素”的探究，但部分学生对“多因素控制变量法”的应用仍不熟练，需在实验前加强方法引导；项目式任务中，学生对“物理、地理、工程知识的跨学科整合”存在困难，后续可提前分学科铺垫相关知识，或为任务设置更细致的支架。整体而言，跨学科实践让学生深刻体会到知识的实际价值，但“学科融合的引导策略”需进一步优化，以更好地提升学生的综合应用能力。

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