高中理科教学里, “能量观”身为跨学科核心概念, 它能够把物理学科对能量本质跟转化的认知, 与之化学学科对能量本质跟转化的认知, 还有生物学科对能量本质跟转化的认知串联起来。举沪科版高中物理“电功、电功率及焦耳定律”教学之例, 打造“生活—物理—生活”的认识链条, 构筑“宏观—微观—宏观”脉络, 巧妙地将“西电东送”国家工程情境予以融合, 整合地理的状况分布, 联合化学电源机理, 结合数学建模办法等多学科知识, 探寻用“能量观”作为主线的跨学科教学路径, 助力学生搭建起系统化的能量认知体系, 提升学科核心素养以及可持续发展意识。
《现代教学》在2025年1月至2月期间刊登的文章, 名为《区域推进跨学科学习的实施路径 —— 以上海市黄浦区为例》, 一篇文章, 对这个情况, 做了十分精细详尽周全的介绍。
人类对客观世界更为本质的一种认识是“能量”, 它是自然科学领域里的核心概念, 是高中阶段, 物理、化学、生物学等学科教学中十分重要的主题, 还是这三门学科核心素养的关键组成部分。《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》, 也就是“新课标”, 提炼了物理学科核心素养, 其中“能量观念”是三大基本物理观念中的其一, 要求经由高中物理课程的学习, 学生能够用它去解释自然现象以及解决实际问题。对能量本质的认识, 对能量形式及其分类的认识, 对能量转换的认识, 对能量耗散的认识, 以及对能量守恒等概念和规律的认识, 大体可归纳为“能量观”。作为一个重要的跨学科大概念, 教学设计以“能量观”为主线, 既能促进各学科相互之间进行连接式建构, 又能推动使学生从“能量意识”转为向“能源意识”, 进而树立生态文明观念, 提升可持续发展责任感呢。
一、以“能量观”为主线的跨学科教学设计思路
对于沪科版高中物理必修3第十章第七节“电功、电功率和焦耳定律”而言, 本节课之前, 学生在物理课程那里面已学过电路、电荷、电场和等之类的相关内容, 在高中化学必修之中, 学生学习了化学和能与电能相互转化的实际意义及其重要应用、知道了常见化学电源的工作原理, 并且因此树立了变化观念与平衡思想, 在高中生物学必修课程里, 学生学习了光合作用、呼吸作用、食物链, 也树立了物质与能量观, 这些“能量观”于不同学科的体现, 为学生去建立不同学科的联系。源于跨学科知识建构的其知识, 并非仅仅限定于单一学科专属知识范畴, 还涵盖了同社会背景有着关联的那部分公共知识, 这般的公共知识存在。学生处于中图版本高中地理必修课程里, 研究了我国的多种面向地理存在状态面貌问题内容指向, 涉及地理环境、人口分布、迁移特点以及影响因素等, 还有区域资源环境承载力、人口合情合理容量等相关内容情况。地理学科自身所饱含的内容以及其同学生生活经验相互融合衔接, 从而演变成了重要的“公共知识”, 依此为学生从国家战略角度树立“能量观”给予了重要支撑帮助作用存在了。学生在高中数学必修课程里, 已学过“数学建模活动的基本过程”, 为学生解决问题呢, 提供了对重要研究方法有力的支持。
“能量观”的五部分能分成三个层次, 第一层称得上是内容层高中物理电阻定律新课标234范文网，包含“能量本质”以及“能量形式”, 第二层是策略层, 涵盖“能量转化”与“能量耗散” , 第三层乃思想层, 有“能量守恒”。本节课依据上述的那三个相应层级, 进而形成了下面的这般设计思路, 先是从我国那破解全国能源空间方面制约情况的“西气东送”这一战略工程着手引入, 之后引导学生去思索“发电”“输电”“用电”当中的“电”实际究竟是什么, 接着还要经历从“生活”迈向“物理”, 随后又从“物理”回归到“生活”, 再是从“宏观”进入到“微观”, 而后又从“微观”回到“宏观”, 以此树立起更高层级的“能量观”, 最终为从更高的视角去建立“能源观”奠定下相应的基础。教学进程里, 教师先引领学生从宏观层面领会电路与电网之中的发电、输电以及用电这三个环节的实质, 接下去, 于微观方面领会电路里上述三个环节的实质, 电场力针对电荷做功致使电势能产生变化, 以及能量转化进程里能量守恒的能量观念, 最终应用到生活中去, 运用物理语言以及工程学概念剖析特高压输电技术的特性, 从理性视界理解中国特高压输电核心技术的领先优势。具体的跨学科概念关系见下图。
二、教学目标
根据有着相关详尽要求的新课标的内容规定、学业质量标准的质量要求以及学情状况, 围绕作为关键核心的“能量观”。最终从而形成了像下面这样的教学目标。
（1）从能量的方面考量产电、输电乃至用电过程去分析这些方面这件事, 学生能够做得到；于微观层面去分析在电路各处的电荷受到的电场力这个情况, 学生能够去做去进行；电场力的功这一情况的分析这件事, 学生能够把控；理解宏观电路所含有与伴随的物理量、物理现象以及发生的能量呈现出的变化这件事, 表示学生能够达成。
（2）学生领会电功, 明晰电功率, 掌握焦耳定律, 能够凭借焦耳定律阐释生活里常见的电热现象, 感悟能源的利用效率, 增强节用资源、推动可持续发展的责任感。
（3）不同学科视角下, 学生能理解能量的本质与形式, 能明白能量的转化以及耗散情况, 还能学会从能量守恒这一角度去分析问题, 进而解决问题。
（4）分析远距离输电致使电能损耗的因素, 学生据此理解远距离输电时一般采用高压输电的缘由；关联我国人口、能源分布要点, 借助计算以及科学推理阐释高压输电技术的优势, 感受中国特高压输电技术的成果及其世界影响, 进而提升民族自豪感。
三、教学过程
处于初中阶段的学生高中物理电阻定律新课标，其对有关“能量观念“的认知历程带有分层次且不断深入的特性, 在各种不同的认知发展期间, 于认知水准方面存有质的跨越。在初中这个阶段, 学生已初步构建起能量的基本观念, 于此基础之上, 以“能量观”当作主线来开展的跨学科教学设计能够真切有效地提升教学效率。
01
基于真实问题引出：
从生活到物理
教师使用视频来介绍我国的“西电东送”工程, 在我国, 超过80%的能源资源分布于西部以及北部, 而70%以上的电力消费集中在东部和中部, 当下, 我国“西电东送”工程变成破解全国能源空间制约的关键途径, 教师提出真实问题, 那就是“怎样去实现电力长距离高效输送? ”, 围绕着这一问题, 引领学生从“电”的本质起始展开探究。
教师提出这样一个问题, 电能是属于谁的哪一种能量, 接下来学生凭借思考给出回答, 电荷于电场当中所具备的电势能, 随后教师又再次展开引导, 如果电荷一直停留于原本的位置保持不动, 即便它具有能量, 然而却没办法被我们加以利用, 那么要怎样才能够把电荷所具有的电势能源源不断地传送到用电器那里, 紧接着学生经过思考循序渐进开始明白还是得在电场力的作用之下进行定向移动, 这也就意味着要产生电流。
这般设计的意图在于, 在此处极为巧妙地开展地理问题与物理问题的结合, 从而激发学生内心的探究兴趣, 在问题设计方面, 从真实存在的“怎样去实行电力的长篇幅高效传输”这个问题开始逐步实现过渡, 往物理问题进行转变, 以此唤醒位居学生头脑之内已然存在的相关知识, 进而用以阐释现象, 针对问题展开思考, 并且能够运用物理的专业话语来表述自身的想法。
02
促进“能量观”的进阶：
从宏观到微观再到宏观
教学环节1：宏观与微观的结合，从“电能”到“电功”
有一种东西叫“电场”, 它可是学生从宏观迈向微观视线范围的关键连接点。身为教师的人, 可以借助问题连贯起来组成一条链, 来引领学生思索“电场”是怎么出现的? 是什么东西导致其衍生的? 学生没多久就会想到那个叫“电源”的事物。在这个时候, 教师经由展示图片的方式, 呈现伏打电池、干电池, 以及风力发电、光热发电这般的情况, 进而引领学生参照化学方面的知识, 去思索化学电源的原理是怎样的, 又是如何把别的种类的能量转变成电能的, 让输送电力线路里面的电荷按照一定方向移动起来形成电流, 这样一来就能把电能传送出去。从生产电一直到使用电的整个流程当中, 怎么样去计算究竟消耗掉了多少电能, 又获取到了多少以其他形式存在的能量? 教师借助“电流热效应风车”这一小实验, 直观地将能量转化展现给大家 , 教师提出问题: “这个过程里究竟消耗了多少电能? ” 学生逐渐回答出 , 能够通过电场力做功来算出消耗的电能。教师进一步提出问题: “这里的U在所涉及的微观电场里是电势差 , 那么放到宏观角度的电路中U又是什么? 功则应该是多少? ”就如此这般 , 引出了“电功”的定义及其物理意义 , 从而让学生学会去计算实际用电器当中的电能消耗。