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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 6.4.1 跨学科实践：半导体与光伏发电（第一课时）
课型 新授课 √ 复习课 试卷讲评课 其他课
1.教学内容分析 本节属于跨学科实践内容，以“半导体与光伏发电”为载体，融合物理与科技、生活的联系。教材先通过光伏发电场景引入，介绍半导体“导电性能介于导体与绝缘体之间”的基本概念及典型材料；接着阐述半导体“掺杂微量其他元素可显著提升导电能力”的特性，以及N型、P型半导体结合制成二极管等器件的知识；再通过“二极管的导电性”实验探究其单向导电特性；最后从集成电路、光伏发电、传感器、LED 等多领域，展现半导体技术对现代科技与社会生活的关键作用。内容既涵盖半导体基础特性，又突出其技术应用价值，体现物理知识与实际的深度融合。
2.学情分析 九年级学生已掌握“导体、绝缘体”的分类及电路基本工作原理，具备初步实验观察与分析能力。但“半导体”属于新材料范畴，其“掺杂改性能”“单向导电”等特性抽象且超出日常认知，学生对半导体技术的“原理—应用”关联缺乏深入理解。需通过直观实验、生活实例辅助，帮助学生从“已知（导体/绝缘体）”过渡到“新知（半导体）”。
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，本节要求学生掌握串、并联电路等效电阻的规律，能运用欧姆定律推导并理解等效电阻公式，学会用“等效电路”简化复杂电路的分析；同时，通过实验探究与理论推导的过程，培养科学推理能力，建构“等效替代”的物理模型，掌握以简驭繁的电路研究方法；此外，还要增强运用物理知识解决实际问题的意识（如维修电路、分析电阻箱工作原理等），体会物理与技术、生活的联系，提升科学素养。 学习目标： 1.物理观念：知道半导体导电性能的特殊性，理解二极管的单向导电性。 2.科学思维：通过对比导体、绝缘体与半导体的导电差异，分析“掺杂改性能”的逻辑；从二极管实验现象归纳导电规律，培养分析与归纳能力。 3.科学探究：能自主完成“二极管导电性”实验，观察、记录现象并分析结果，提升实验探究技能。 4.科学态度与责任：了解半导体技术对芯片、光伏发电等领域的核心作用，增强对科技与社会发展关系的认识，激发探索兴趣。 重点： 1.半导体的基本特性。 2.二极管的单向导电特性及实验探究。 3.半导体在集成电路、光伏发电等领域的广泛应用。。 难点： 1.半导体“掺杂后导电能力变化”的微观理解。 2.二极管单向导电性的原理性理解。
4.教学评价 评价维度具体内容学科知识评价概念理解：理解半导体、二极管特性； 知识应用：能解释LED 发光、光伏发电等现象；小组合作评价小组讨论：参与小组讨论的积极性； 合作任务：合作任务的分工与成果质量；实验评价实验操作：二极管实验操作是否规范； 实验观察与分析：能否分析实验中“亮暗”现象推理单向导电性；技术应用评价技术认知：知晓芯片、光伏发电等半导体应用； 拓展思考：能简单说清其对科技发展的作用。
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
展示“漫山遍野的光伏电池板”图片：清洁能源正悄悄走进千家万户，引导学生观察并思考：这些能将太阳能转化为电能的光伏电池板，核心材料是什么？它为什么能实现能量转化？ 呈现半导体定义：导电性能介于导体和绝缘体之间，如硅、锗、砷化镓。结合生活实例补充：我们手机里的芯片、晚上用的 LED 灯，核心材料也是这种特殊材料——半导体。 抛出疑问：半导体的特殊到底体现在哪里？它为什么能成为光伏、芯片等技术的核心？引出本节课探究主题。 学生仔细观察光伏电站图片，联想生活经验，如手机充电、LED 照明。尝试说出与半导体相关的设备，初步感知半导体的应用场景。 学生理解半导体的定义，结合生活经验，初步建立对半导体的感性认知。 学生针对 “光伏电池板如何用半导体发电”“半导体与铜（导体）、玻璃（绝缘体）的区别” 等疑问进行思考、探究。 从直观、优美的实景图切入，避免抽象概念的生硬导入，激发学生对半导体的好奇心，同时呼应 “光伏发电”的跨学科主题。 通过“生活实例+核心疑问”，搭建“生活现象 — 科学问题”的桥梁，为后续探究半导体特性埋下伏笔。
任务二：认识半导体
1.认识半导体 半导体的导电性可通过掺杂、温度或光照进行调控。 针对“掺杂”，重点展开：掺杂形成 N型/P型半导体，结合文字“掺入磷（P）或硼（B）可分别形成N型（电子导电）或P型（空穴导电）半导体，进而构成二极管、三极管等核心电子器件”。 强调“掺杂是改变半导体导电能力的关键方式”。 针对“温度、光照”，简要补充：温度升高或光照增强时，半导体中的载流子数量会增加，导电能力也会随之提升，比如光敏电阻就是利用光照调控导电性。 举例展示“二极管、三极管”的实物图或示意图：N型与P型半导体结合后，可制成二极管、三极管等核心电子器件，这些器件是构成芯片、光伏电池的基础。建立“半导体特性—器件制作”的逻辑链。 组织“概念辨析”互动：在黑板上列出材料（铜、硅、玻璃、锗、橡胶、砷化镓），请学生上台将材料分类到“导体、半导体、绝缘体”三类中。 2.二极管的导电性 布置实验任务：先把一个发光二极管、一节干电池和开关串联，再把发光二极管反向接入电路，观察有什么变化？同时展示实验装置示意图。 讲解实验器材的作用，强调“发光二极管长脚为正极，短脚为负极”“串联电路的连接顺序”。 演示实验操作： 正向接入：按照“干电池正极→开关→发光二极管正极→发光二极管负极→干电池负极”的顺序连接电路，闭合开关，引导学生观察“发光二极管亮了”的现象，标注电流方向。 反向接入：调整二极管方向，按照“干电池正极→开关→发光二极管负极→发光二极管正极→干电池负极” 的顺序连接电路，闭合开关，引导学生观察 “发光二极管没亮”的现象，标注电流方向。 引导归纳结论：二极管具有单向导电性，即只允许电流从它的正极流向负极，反向几乎不能导电。 提问：两次实验唯一的区别是什么？现象差异说明二极管的导电有什么规律？引导学生自主归纳“单向导电性”的结论。 学生认真倾听半导体调控方式的讲解，重点记录“掺杂”的具体过程：磷→N型→电子导电；硼→P型→空穴导电。 学生了解温度升高或光照增强时，半导体中的载流子数量会增加，导电能力也会随之提升。 学生观察二极管、三极管的图片，记录“N型+P型半导体→半导体器件”的逻辑关系，理解“半导体特性是制作器件的基础”。 学生根据半导体定义和典型材料，判断黑板上材料的类别，如“铜是导体、硅是半导体、玻璃是绝缘体”，对错误分类（如将锗归为绝缘体）进行纠正，强化对半导体材料的记忆。 学生分组领取实验器材（2人一组：发光二极管 1 个、1.5V 干电池1节、开关1个、导线若干），按照演示的步骤进行实验操作。 正向接入：连接电路后闭合开关，观察到“发光二极管亮了”，记录现象及电流方向（“正极→负极”）。 反向接入：调整二极管方向后连接电路，闭合开关，观察到“发光二极管没亮”，记录现象及电流方向（“负极→正极”）。 学生小组讨论：结合两次实验现象，分析“现象差异的原因”，尝试归纳“二极管只允许电流从正极流向负极”的规律，每组推选1名代表分享讨论结果。 围绕课件中“半导体特性”的核心内容，重点拆解“掺杂”这一关键调控方式，结合示意图和文字讲解，帮助学生理解抽象的“载流子”概念，落实“物理观念”中对半导体特性的认知。 通过“概念辨析”互动，强化学生对“导体、半导体、绝缘体”的分类认知，避免概念混淆；建立“半导体特性—器件制作”的逻辑链，为后续学习二极管特性和半导体应用奠定知识基础，培养“科学思维”中的逻辑推理能力。 严格按照实验步骤和现象开展探究活动，让学生通过“动手操作—观察现象—归纳结论”的过程，直观感知二极管的单向导电特性，落实“科学探究”中“实验操作、现象记录、结论推理”的核心素养。 通过小组讨论和代表分享，培养学生的合作交流能力；补充其他单向导电元件，帮助学生建立 “特性—元件类别”的关联，为后续学习半导体应用铺垫知识，同时避免局限于单一元件的认知。
任务三：半导体的应用
半导体无处不在。它们控制着计算机、手机、汽车、飞机、医院中的 CT 机、无人机、导弹以及生活中无处不在的其他电子设备。 逐一举例讲解： 信息设备：计算机、手机中的芯片，由半导体集成二极管、三极管制成，是设备的大脑，控制数据处理和信号传输。 交通设备：汽车的电子控制系统、飞机的导航设备，依赖半导体传感器和芯片实现精准控制。 医疗设备：医院的 CT 机，通过半导体探测器接收射线信号，转化为电信号后形成图像，辅助诊断。 半导体广泛应用于集成电路、通信设备、光伏发电、激光与照明、大功率电源转换等领域。 结合领域补充具体应用： 光伏发电：光伏电池板利用半导体的光电特性，将太阳能直接转化为电能，是清洁能源的重要来源。 激光与照明：LED 灯利用半导体的电光特性，将电能转化为光能，比传统灯泡更节能。 人们利用半导体的这些特性，制成了热敏电阻、光敏电阻等传感元件，以及二极管、三极管、整流器等电子元件，还发明了半导体激光器、LED 光源、太阳能电池、芯片等器件。 梳理“特性—器件—应用”的逻辑：半导体的可调控特性→制成传感元件、电子元件、功能器件→应用于多领域和多设备，形成知识闭环。 学生了解半导体在生活中无处不在。 学生结合教师讲解，尝试整理“半导体应用分类”，按： 设备类型（计算机/手机/CT机等） 应用领域（集成电路/光伏发电等） 核心器件（芯片/ 光伏电池/LED 等） 分类记录，并标注每个应用对应的半导体特性（如 “光伏发电—光电特性”“LED灯—电光特性”）。 学生结合生活经验，补充教师未提及的半导体应用（如“智能手表的传感器、充电宝的电源管理芯片”），丰富对半导体应用的认知。 梳理“特性—器件—应用”的逻辑关系，如“半导体掺杂特性→制成芯片→应用于计算机”，理解半导体从“特性”到“实际应用”的转化过程。 学生阅读、了解半导体在我们的生活中无处不在，结合实例了解生活中常见设备应用半导体的原理。 通过分类梳理和补充生活应用，培养学生的知识梳理能力和联系生活的能力。 围绕举例的应用场景、领域和器件，系统讲解半导体的实际价值，帮助学生建立“抽象特性—具体应用”的关联，落实“物理观念” 中对半导体应用的认知。 梳理“特性—器件 — 应用”逻辑，培养 “科学思维”中的系统思维能力，同时让学生体会半导体对科技和社会发展的推动作用，增强“科学态度与责任”。
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：教材提供丰富的图像资源，如漫山光伏电池板、芯片、手机传感器、空间站太阳能电池板等，直观呈现半导体的应用场景；“二极管导电性”实验器材简单，如发光二极管、干电池、开关等，便于课堂分组实验或学生自主探究。 （2）技术手段应用：利用多媒体展示半导体应用的视频，让学生动态感知技术细节；实验环节可用实物投影展示学生的实验操作与现象，便于全班观察、交流与分析。
8.教学反思与改进 本节教学中，通过生活场景引入和实验探究，有效激发了学生兴趣，学生能积极参与二极管实验并观察到明显的单向导电现象，对半导体的广泛应用也形成了丰富认知。但“半导体掺杂改性能”的微观讲解较抽象，部分学生理解不足，后续可结合“载流子数量变化”的简单类比或动画演示优化；此外，跨学科实践的开放性可进一步增强，如课前布置 “半导体应用资料收集” 任务，课堂开展小组分享，能更充分培养学生的自主探究与跨学科整合能力。

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