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19. 开发新能源
课题 19. 开发新能源 课时 2课时
核心概念 4.能的转化与能量守恒；11.人类活动与环境；跨学科概念：物质与能量、系统与模型。 学习内容与要求 认识太阳能、风能、水能、地热能和生物质能等新能源；通过太阳能小车实验探究影响发电和运动效果的因素，比较能源方案。
教学目标 科学观念：知道太阳能可转化为热能和电能，了解风能、水能、地热能、生物质能等新能源的基本利用方式及能量转化链。 科学思维：能在太阳能小车实验中选择面板角度、受光面积、光源距离或遮挡等变量，控制条件并用距离、速度或电压数据判断效果。 探究实践：能规范组装和测试太阳能小车，绘制数据图；能根据地区气候、地形、需求和生态限制为情境选择能源组合。 态度责任：认识能源转型是减少污染和应对气候变化的重要途径，理解新能源也需要储能、输电、材料和生态权衡。
重点 通过太阳能小车控制变量实验理解受光条件影响能量转换，并比较多种新能源。 难点 用完整能量链解释装置工作；避免把“新能源”简单等同于零影响或无限可用。
教学准备 教师：太阳能热水器和光伏资料、太阳能小车、灯光或户外测试区、风电水电地热生物质能资料、绿色冬奥案例。 学生：太阳能电池板、小电机和车模、直尺、秒表、角度支架、遮光片、记录单。
教学思路 第一课时从太阳能热利用与光伏发电入手，学生围绕太阳能小车选择一个受光变量开展控制实验，以运动距离、时间或电压判断效果并优化方案。第二课时用能量链比较风、水、地热和生物质能，学生为海岛、山区、城市等情境提出能源组合，结合绿色冬奥认识新能源系统还需要储能、电网和节能协同。
核心问题/整合内容 核心问题：怎样让太阳能装置获得并转换更多能量？不同地区为什么要选择不同新能源组合？ 整合内容：物理（能量转化）、数学（角度和速度）、地理（资源禀赋）、工程设计、环境与社会。
第1课时 探究太阳能小车，优化受光条件
本课时核心问题：太阳能电池板怎样放置，才能让小车运行得更好？
教学环节 教学活动 二次备课
一、两种利用，建立能量链 【教师活动与语言】 师：太阳能热水器和光伏板都利用太阳，工作结果为什么不同？ 师：请围绕“光—热与光—电”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：热水器把太阳能主要转化为热能。 生：光伏板把太阳能转化为电能，再驱动电器或储存。 【学生活动组织】 观察装置结构，画出两条能量转化链。 找出吸热面、光伏板和用能部件。 小组把关键证据记录在“太阳能利用对比图”中，准备在全班交流。 【设计意图】先分清能量转换路径，为小车变量研究建立机制基础。
二、观察小车，提出变量问题 【教师活动与语言】 师：哪些因素可能影响小车速度或距离？怎样一次只研究一个？ 师：请围绕“面板、光源和负载”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：面板朝向、倾角、受光面积、光源距离和遮挡。 生：车重、路面、电机和测试时间要保持相同。 【学生活动组织】 列出候选变量，选择本组一个研究问题。 明确自变量、因变量和控制变量。 小组把关键证据记录在“太阳能小车变量表”中，准备在全班交流。 【设计意图】把开放优化问题转化为可检验的单因素实验。
三、设计测量，校准测试方法 【教师活动与语言】 师：用什么数据判断“运行更好”？起点、光源和车道怎样统一？ 师：请围绕“距离、时间或电压”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：实验或制作前先检查材料、明确分工和记录方式；操作中一次只改变一个主要条件，及时记录真实现象。 【预设学生回答】 生：可测固定时间内距离，或固定距离所需时间。 生：每种条件重复三次，取平均或中位趋势。 【学生活动组织】 画测试场地和面板角度示意。 试跑一次，解决偏航、启动延迟和光照不均问题。 小组把关键证据记录在“小车测试方案”中，准备在全班交流。 安全提醒：灯具发热时保持距离；户外测试注意车辆和强光，不直视强光源。 【设计意图】通过测量校准提高工程测试的公平性和可重复性。
四、实施实验，记录数据趋势 【教师活动与语言】 师：改变面板角度或遮挡面积后，数据怎样变化？是否存在并非越大越好的条件？ 师：请围绕“改变一个受光条件”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：面板更正对光源时通常获得能量更多。 生：角度、距离与环境有关，可能出现最佳范围。 【学生活动组织】 按三至五个水平测试并重复。 记录异常、环境光和车道情况。 小组把关键证据记录在“太阳能小车数据表”中，准备在全班交流。 【设计意图】用连续数据寻找趋势，而不是只比较两个偶然结果。
五、分析优化，解释装置表现 【教师活动与语言】 师：为什么面板朝向改变会影响运动？若光照间歇，系统还缺少什么部件？ 师：请围绕“受光—发电—运动”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：有效受光和发电量改变，电机获得的电能不同。 生：需要储能、控制或更稳定电源。 【学生活动组织】 绘制自变量—运动表现图并提出优化方案。 说明实验限制：室内灯与真实太阳不同。 小组把关键证据记录在“小车优化报告”中，准备在全班交流。 【设计意图】把数据与能量链连接，初步认识能源系统不只包括发电装置。
第2课时 比较多种新能源，设计区域能源组合
本课时核心问题：每一种新能源适合在哪里使用，怎样在优点与限制之间权衡？
教学环节 教学活动 二次备课
一、能量链分类，理解多种来源 【教师活动与语言】 师：风力机、水电站、地热电站和沼气装置中的能量怎样逐级转化？ 师：请围绕“风、水、地热和生物质”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：风和流水的动能带动机械，再由发电机转为电能。 生：地热提供热能，生物质的化学能可燃烧或发酵转化。 【学生活动组织】 为四种技术拼接能量转化卡。 比较直接供热、发电和燃料三类用途。 小组把关键证据记录在“新能源能量链表”中，准备在全班交流。 【设计意图】用统一能量语言理解不同技术，避免只记设备名称。
二、优劣比较，识别条件限制 【教师活动与语言】 师：新能源可再生，为什么仍需考虑储能、输电、材料和生态？ 师：请围绕“稳定性、密度和生态影响”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：太阳和风会波动，发电与用电时间不一定一致。 生：水坝、风场和原料种植也可能影响生态和土地。 【学生活动组织】 按资源稳定性、污染、成本、占地和可调度性比较。 把“零排放”改写为更准确的生命周期表述。 小组把关键证据记录在“新能源评估矩阵”中，准备在全班交流。 【设计意图】形成多指标评价意识，认识没有绝对完美的技术。
三、情境决策，选择能源组合 【教师活动与语言】 师：海岛、阳光充足高原、多雨山区和城市学校分别适合什么组合？ 师：请围绕“因地制宜与互补”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：实验或制作前先检查材料、明确分工和记录方式；操作中一次只改变一个主要条件，及时记录真实现象。 【预设学生回答】 生：海岛可考虑风、太阳和储能；山区可评估水能和太阳能。 生：城市学校可先节能，再利用屋顶光伏和购买绿电。 【学生活动组织】 读取四个地区资源卡，提出“主力＋补充＋储能/电网”方案。 用至少三项证据说明选择和未选原因。 小组把关键证据记录在“区域能源方案书”中，准备在全班交流。 【设计意图】在真实限制中权衡，发展工程决策和论证能力。
四、案例分析，理解绿色冬奥系统 【教师活动与语言】 师：绿色冬奥为什么不只是“用了风电”？还有哪些系统共同减排？ 师：请围绕“能源、交通和建筑协同”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：场馆节能、清洁交通、绿电输送、储能和碳管理共同作用。 生：跨地区电网把资源地能源送到负荷地。 【学生活动组织】 阅读案例，画能源系统网络图。 指出技术、管理和行为三类措施。 小组把关键证据记录在“绿色冬奥系统图”中，准备在全班交流。 【设计意图】从单个装置上升到社会技术系统，认识协同转型。
五、观点表达，形成转型主张 【教师活动与语言】 师：“立刻停用所有化石能源”是否可行？怎样表达更科学的转型方案？ 师：请围绕“可靠、清洁和可负担”先独立思考，再用完整的话说明自己的判断和理由。 师：交流时不仅要说结论，还要指出你依据的现象、数据、结构特征或生活事实。 【预设学生回答】 生：目标要减少依赖，但转型需要保障供能、就业和基础设施。 生：应节能优先、发展清洁能源、建设储能电网并分阶段替代。 【学生活动组织】 开展证据辩论，区分目标、路径和时间尺度。 写出学校未来能源改进建议。 小组把关键证据记录在“学校能源倡议书”中，准备在全班交流。 【设计意图】培养理性、负责任的能源观，避免非黑即白判断。
课堂练习
1. 太阳能热水器和光伏板分别把太阳能主要转化为什么能？
2. 太阳能小车研究面板角度时，哪些条件应保持相同？
3. 为什么风能和太阳能常需要储能或电网调节？
4. 水能、风能发电的共同能量链是什么？
5. 选择新能源方案时至少应考虑哪些因素？
参考答案：1.热能；电能；2.光源、距离、受光面积、车重、路面、电机和测试方法等；3.它们随天气和昼夜波动，发电时刻与用电需求不总一致；4.流体动能→机械能→电能；5.资源条件、稳定性、成本、生态影响、占地、储能输电和用能需求等。
板书设计 19. 开发新能源 太阳能：光→热 / 光→电 实验：一次改变一个受光条件，用数据优化 风/水：动能→机械能→电能 地热：热能 生物质：化学能 方案：因地制宜＋多能互补＋储能电网 目标：清洁、可靠、可负担
教学反思

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