滬粵版九年級物理上冊“電能與電功”核心素養導向教學設計（教案）

滬粵版九年級物理上冊“電能與電功”核心素養導向教學設計（教案）

一、課程標準與教材內容深度析解

（一）對應課程標準要求（2022年版義務教育物理課程標準）

本節課內容隸屬于“能量”主題下的“電磁能”核心概念。具體對應內容要求如下：

1.3.4.1從能量轉化的角度認識電能，了解電功的概念。知道電流做功的過程是將電能轉化為其他形式能的過程。

2.3.4.2知道電功的單位，會運用公式W=UIt進行簡單計算。

3.3.4.5結合實例，了解電功的測量，知道電能表的作用及其讀數方法。

4.科學探究與科學思維：經歷探究電能轉化為其他形式能量的過程，學習使用控制變量法和轉換法進行實驗設計，發展基于證據進行解釋和推理的科學思維。

（二）教材（滬粵版）地位與作用分析

“電能與電功”是九年級上冊第十五章《電能與電功率》的起始節。本章在初中物理“能量”大概念體系中起著承上啟下的樞紐作用。

1.承上：它直接建立在八年級學習的“電路”、“電壓”、“電流”、“電阻”等電學基礎知識之上，是對電的靜態性質（電路連接、歐姆定律）的動態延伸，將電學知識與能量觀正式、系統地結合起來。

2.下啟：本節“電功”概念是學習下一節“電功率”的必備基礎，同時也是理解“焦耳定律”、“家庭用電”、“電磁轉換”等后續內容的能量視角基石。因此，本節課的教學質量，直接影響學生對整個電磁能板塊乃至能量守恒觀念的理解深度。

（三）核心概念界定與學科本質

1.電能：并非一種獨立的物質形態，而是電荷（載流子）在電場中由于相對位置（電勢差）而具有的勢能，以及電荷定向移動所具有的功能的總和。在初中階段，可簡化為“電流所具有的能量”，其本質是能量的一種形式。

2.電功：量度電能轉化為其他形式能多少的物理量。其實質是電流做功的過程量，反映了能量轉化的規模。公式W=UIt是功能關系W=Fs在電學領域的具體化（U類比F，It類比s），體現了物理學概念的普適性與統一美。

3.電能與電功的關系：類似于“重力勢能”與“重力做功”的關系。用電器消耗了多少電能，電流就做了多少功，就有多少電能轉化為其他形式的能。二者數值相等，單位相同，但物理意義側重點不同。

二、學情分析與教學起點研判

（一）學生已有認知基礎

1.知識儲備：

1.2.掌握了電流、電壓、電阻的概念及歐姆定律。

2.3.理解了機械功（W=Fs）的概念，具備初步的能量及轉化觀念（如動能、勢能、內能）。

3.4.對家用電器消耗電能（電費）有生活經驗，知道電能表。

5.能力水平：

1.6.具備基本的電路連接、電流表電壓表使用的實驗技能。

2.7.初步了解控制變量法，但綜合設計探究方案的能力有待提高。

3.8.抽象思維和數學建模（從實驗數據歸納公式）能力正處于快速發展期。

9.前概念與可能障礙：

1.10.混淆點：極易混淆“電能”和“電功”，認為它們是兩個獨立的東西。

2.11.理解障礙：對“W=UIt”中各物理量為何如此相乘（即公式的物理意義）理解不深，容易陷入純數學計算。

3.12.遷移困難：將能量轉化的普遍原理與電學具體情境結合的能力不足。

（二）教學起點確定

基于以上分析，本節課的教學不能從“零”開始講述電功，而應從學生熟悉的能量轉化實例和機械功類比入手，搭建認知橋梁，引導學生在沖突中修正前概念，在探究中構建新概念，實現從“生活經驗”到“科學概念”，從“機械功”到“電功”的認知躍遷。

三、素養導向的教學目標設計

維度

具體目標表述

設計意圖與觀測點

物理觀念

1.能列舉實例說明電能可以轉化為其他形式的能，形成“電能是一種能量形式”的物質觀。

2.理解電功是電能轉化的量度，能用W=UIt解釋簡單電路中電能轉化的多少，建立“功是能量轉化的量度”的能量觀。

觀測點：學生能否正確解釋“電風扇工作時能量如何轉化”、“為何用電器通電時間越長，消耗電能越多”等問題。

科學思維

1.模型建構：通過對用電器能量轉化的分析，抽象出“電能→其他形式能”的轉化模型。

2.科學推理：能基于電流的熱效應、磁效應等現象，運用“轉換法”推斷電流做功的存在與多少。

3.科學論證：能通過實驗探究，收集證據，論證電功W與電壓U、電流I、通電時間t的定量關系，并推導出公式W=UIt。

4.質疑創新：能對“電能等于電功嗎？”等表述進行批判性思考，辨析概念的異同。

觀測點：實驗方案設計是否體現控制變量；對實驗數據表格的分析與結論歸納是否科學；小組討論中能否提出有邏輯的質疑或解釋。

科學探究

1.問題：能提出“電流做功多少與哪些因素有關？”的探究性問題。

2.設計與實施：能在教師引導下，小組合作設計出利用電動機提升重物或電熱絲加熱等方案，通過比較重物被提升的高度或溫度計示數變化來間接比較電功大小。

3.交流與評估：能規范記錄實驗數據，撰寫簡要探究報告，并能評估不同實驗方案的優缺點。

觀測點：實驗操作是否規范；數據記錄是否真實、完整；小組協作是否有效。

科學態度與責任

1.通過了解我國特高壓輸電技術、新能源發電等成就，增強科技自信與民族自豪感。

2.認識電能是二次能源，理解節約用電的社會意義和環境保護價值，初步形成節能意識與社會責任感。

3.在探究活動中養成實事求是、嚴謹認真、合作分享的科學態度。

觀測點：課堂討論中對科技成就的反應；對生活中浪費電能現象的評論；實驗過程中對待數據的態度。

四、教學重難點及突破策略

項目

內容

突破策略

教學重點

1.電功的概念建立。

2.探究電功大小的影響因素及公式W=UIt的理解與應用。

1.三重表征策略：宏觀（用電器工作現象）→微觀（電荷移動做功）→符號（W=UIt）多角度建構概念。

2.類比遷移策略：用水流做功（W=Gh=mgh）類比電流做功，將抽象概念形象化。

3.探究實證策略：設計鮮明的對比實驗，讓“看不見”的電功通過重物提升、溫度變化等“看得見”的效果顯示出來。

教學難點

1.區分“電能”與“電功”的概念。

2.理解W=UIt公式的物理意義（為何是乘積關系）。

1.概念辨析圖：利用概念圖或韋恩圖直觀展示二者的聯系（數值、單位）與區別（過程量與狀態量、轉化量與擁有量）。

2.公式溯源探究：引導學生從實驗數據出發，經歷“定性猜想（U、I、t）→實驗驗證→數據分析→歸納結論（W∝UIt）→單位匹配（1J=1V·A·s）”的全過程，理解公式是實驗規律的數學表達，而非憑空規定。

五、教學資源與技術支持

1.實驗器材（每組）：

1.2.學生電源（或電池組）、滑動變阻器、開關、導線若干。

2.3.演示電功存在：小型電動機（帶風扇葉）、電鈴、LED燈。

3.4.探究電功與U、I、t關系：

1.4.5.方案A（力效應）：微型直流電動機（帶繞線軸）、相同小重物（如鉤碼）、刻度尺（測高度）。

2.5.6.方案B（熱效應）：兩個阻值不同的電熱絲（浸在等質量等初溫的煤油中）、溫度計兩支、秒表。

6.7.電能表（實物或教學大表盤模型）、不同功率用電器（如白熾燈、節能燈、電熱水壺）。

8.信息技術：

1.9.仿真實驗：使用PhET、NOBOOK等交互式仿真軟件，動態展示電荷移動做功的微觀過程，或快速模擬不同U、I、t下電功的效果。

2.10.多媒體課件：包含特高壓輸電、三峽電站、風力/光伏發電等視頻片段；用電器能量轉化動畫；概念辨析動態圖表。

3.11.實時投屏：將學生實驗數據通過手機或攝像機即時投屏，便于全班分析討論。

12.學習材料：

1.13.導學案（含預習問題、探究記錄單、概念圖框架）。

2.14.分層鞏固練習題卡。

六、教學過程實施與評析（核心環節）

第一課時：初識電能與電功——概念的建構

環節一：情境激疑，導入課題（預計時間：8分鐘）

【教師活動】

1.播放雙視頻對比：

1.2.視頻一：繁華都市夜景，萬家燈火，高鐵飛馳，工廠機器轟鳴。

2.3.視頻二：一個偏遠山村，夜幕降臨后僅有零星燈光。

4.提出核心問題鏈：

1.5.“是什么讓我們的世界從視頻二變成視頻一？”（預設生答：電）

2.6.“電，為用電器提供了什么，才使它們工作起來？”（引導學生說出“能量”）

3.7.“這種由電提供的能量，我們稱為什么？”（引出課題：電能）

4.8.“請同學們列舉身邊消耗電能的例子，并思考：電能最終變成了什么？”

9.組織“能量轉化接龍”小活動：以“電燈”開始，學生依次說出用電器及能量轉化。如：電燈（電能→光能和內能）→電風扇（電能→動能和內能）→電熱水壺（電能→內能）……

【學生活動】

1.觀看視頻，感受電能的巨大作用。

2.積極參與問答和接龍活動，調動已有生活經驗和知識儲備。

【設計意圖與評析】

從社會發展的宏觀視角切入，賦予物理學習以時代感和使命感。通過問題鏈和游戲活動，快速聚焦“電能”及其“轉化”的本質屬性，為建立“電功是轉化量度”的觀念埋下伏筆。此環節重在激活學生的前認知，營造積極的學習心向。

環節二：實驗觀察，感知電功（預計時間：12分鐘）

【教師活動】

1.演示實驗1——電流的“力量”：

1.2.連接電路（電源、開關、電動機），電動機轉軸上系一根細線，線下端掛一個輕小重物。

2.3.閉合開關，電動機轉動將重物提起。

3.4.提問：“是誰對重物做了功？”（預設生答：電動機）“電動機的能量從哪來？”（電能）“這說明什么？”（電流可以做功，電能通過電流做功轉化為機械能）

5.演示實驗2——電流的“熱力”與“聲色”：

1.6.分別給電熱絲（靠近溫度計）、電鈴、LED燈通電，讓學生觀察現象。

2.7.追問：“這些現象共同證明了什么？”（電流在各種用電器中都能做功，將電能轉化為不同形式的能）

8.提出核心概念：

1.9.“物理學中，就把電流所做的功，叫做電功。”

2.10.板書：電功（W）——電流所做的功。電流做功的過程，就是電能轉化為其他形式能的過程。做了多少電功，就消耗了多少電能。

【學生活動】

1.觀察演示實驗，尤其關注重物被提升的“做功”現象。

2.思考并回答教師提問，嘗試用自己的語言描述“電流做功”。

【設計意圖與評析】

物理概念源于觀察。本環節通過三個現象鮮明的實驗，特別是電動機提升重物這一與機械功直接類比的實驗，將抽象的“電流做功”化為具體、可見的“機械功”，實現了概念的第一次“著陸”。教師的關鍵在于引導學生從現象中歸納本質，自己得出“電流在做功”的結論，而非直接灌輸。

環節三：深化理解，辨析概念（預計時間：10分鐘）

【教師活動】

1.引發認知沖突：

1.2.“既然電流做了功，那這個‘功’的大小和什么有關呢？請根據生活經驗猜一猜。”（預設生答：電壓、電流、時間…）

2.3.“有同學說‘我家的空調比臺燈耗電’，這里的‘耗電’指的是消耗電能多，還是電功多？電能和電功是一回事嗎？”

4.組織小組討論：提供導學案上的概念辨析框架，讓學生以小組為單位，討論“電能”與“電功”的異同點。

5.師生共建概念圖：

1.6.請小組代表發言，教師引導并板書關鍵詞。

2.7.最終形成清晰的概念關系圖：

電能(能量形式，狀態量)

↓(通過…轉化)

電功(過程量，量度轉化多少)

↓(數值上)

消耗的電能=電流所做的電功

3.8.強調：“就像‘重力勢能’和‘重力做功’的關系一樣。說‘用電器消耗了多少電能’，就等于說‘電流做了多少電功’。它們是從不同角度描述同一件事情——能量的轉化。”

9.介紹電功的單位：

1.10.國際單位：焦耳（J）。

2.11.生活常用單位：千瓦時（kW·h），俗稱“度”。

3.12.單位換算：1kW·h=3.6×10?J。通過計算一個1kW的用電器工作1小時消耗的電功來理解其大小。

【學生活動】

1.積極猜想電功的影響因素。

2.參與小組討論，嘗試辨析兩個易混淆概念。

3.跟隨教師引導，完善筆記中的概念圖。

【設計意圖與評析】

此環節是本節課概念教學的升華點。通過制造認知沖突（辨析概念）和提供結構化工具（概念圖），引導學生進行深度思維加工，從“知道”層面上升到“理解”層面，厘清概念間的邏輯關系，避免后續學習的混淆。單位換算結合生活實例，使其不再枯燥。

環節四：聯系生活，認識測量（預計時間：10分鐘）

【教師活動】

1.展示實物：出示電能表（實物或大模型），傳遞觀察。

2.問題驅動教學：

1.3.“這個儀表叫什么？安裝在何處？”（電能表，家庭電路入戶處）

2.4.“表盤上這些參數（如220V，10(40)A，50Hz，1200r/kW·h等）代表什么含義？”（重點解讀額定電壓、標定電流、每消耗1kW·h電能表轉盤轉數）

3.5.“如何讀數？（展示數字式和指針式表盤圖片）上月讀數、本月讀數、本月用電量（電功）如何計算？”

6.模擬計算活動：給出某家庭電能表月初、月末示數，讓學生計算該月消耗的電能（多少kW·h，合多少焦耳）。

【學生活動】

1.觀察電能表，閱讀表盤參數。

2.學習讀數方法，進行模擬計算。

【設計意圖與評析】

將物理知識與生活實際緊密相連，體現“從生活走向物理”的理念。通過實物觀察和問題鏈，讓學生掌握電能表這一重要工具的使用，鞏固對電功單位的理解，并為家庭用電調查等實踐作業打下基礎。

第二課時：探究電功的奧秘——公式的生成與應用

環節一：復習回顧，提出問題（預計時間：5分鐘）

【教師活動】

1.快速提問回顧上節課核心概念：什么是電功？電能與電功關系？單位？

2.聚焦核心探究問題：“上節課我們猜想電功大小可能與U、I、t有關。今天，我們就化身小小科學家，通過實驗來探究：電功究竟與電壓、電流、通電時間有怎樣的定量關系？”

【學生活動】

1.回答問題，鞏固舊知。

2.明確本節課的探究任務。

環節二：方案設計，合作探究（預計時間：20分鐘）

【教師活動】

1.引導設計思路：

1.2.“電功看不見摸不著，如何比較它的‘大小’？”（轉換法：通過電流做功產生的效果——如物體被提升的高度、液體升高的溫度——來間接比較。）

2.3.“如果要研究電功W與電壓U的關系，應該控制哪些變量不變？（I和t）如何改變U？（用滑動變阻器或改變電源電壓）”

3.4.“請各小組從老師提供的兩種方案（力效應/熱效應）中選擇一種，討論并完善導學案上的實驗設計。”

5.巡視指導：深入各小組，傾聽討論，對方案設計、電路連接、變量控制等關鍵點進行針對性指導，鼓勵不同方案的出現。

6.強調安全與規范：特別是使用學生電源時，強調先調至低電壓，檢查電路無誤后再通電；使用熱效應方案時注意溫度計的使用安全。

7.提供數據記錄表格范例（以探究W與U關系為例）：

實驗次數

電壓U(V)

電流I(A)

通電時間t(s)

重物提升高度h(cm)/溫度變化Δt(°C)

（間接反映W）

1

（控制相同）

（控制相同）

2

（控制相同）

（控制相同）

【學生活動】

1.小組合作，討論并確定實驗方案，畫出電路圖。

2.分工合作，進行實驗操作：連接電路、調節變量、記錄數據（高度h或溫度Δt、對應的U、I、t）。

3.至少完成兩組關系的探究（如W與U，W與I）。時間充足的小組可嘗試探究W與t的關系。

【設計意圖與評析】

這是培養學生科學探究能力的核心環節。教師退居引導者、支持者角色，將探究的主動權交給學生。通過開放性的方案選擇、關鍵方法的提示（轉換法、控制變量法）和實時的過程指導，讓學生在“做科學”中學習科學。不同方案的并行，也為后續的交流評估提供了豐富素材。

環節三：分析論證，形成結論（預計時間：10分鐘）

【教師活動】

1.數據分享與匯總：邀請采用不同方案的小組代表，將實驗數據（尤其是高度h或Δt與U、I的對應關系）用實物投影展示。

2.引導數據分析：

1.3.“當I和t相同時，U越大，h（或Δt）如何變化？這說明W與U有什么關系？”（正比）

2.4.“當U和t相同時，I越大，h（或Δt）如何變化？這說明W與I有什么關系？”（正比）

3.5.“觀察你們記錄的時間數據，在U和I相同時，通電時間越長，效果是累計的還是不變的？”（累計，說明W與t成正比）。

6.歸納結論：

1.7.綜合全班數據，引導學生得出：電流所做的電功W，跟用電器兩端的電壓U、通過用電器的電流I、通電時間t都成正比。

2.8.板書關系式：W∝U，W∝I，W∝t→W∝UIt。

9.推導公式與單位：

1.10.“如何把這個正比關系寫成等式？”引入比例系數k，即W=kUIt。

2.11.“這個k是多少呢？這需要我們通過單位來確定。”回顧：1J=1N·m。結合電學單位：1V=1J/C，1A=1C/s。

3.12.推導：若U取1V，I取1A，t取1s，則電功W應為1V×1A×1s=1(J/C)×1(C/s)×1s=1J。所以比例系數k=1。

4.13.最終板書公式：W=UIt。

5.14.強調各物理量的單位：W-焦(J)，U-伏(V)，I-安(A)，t-秒(s)。

【學生活動】

1.展示本組數據，傾聽他組匯報。

2.參與全班數據分析，歸納比例關系。

3.跟隨教師推導，理解公式W=UIt的來源和單位確定過程。

【設計意圖與評析】

從實驗數據到物理規律，是科學思維的關鍵飛躍。本環節通過集體論證，將個別小組的數據轉化為全班共識，增強了結論的可信度。特別是對公式W=UIt的推導，不是直接給出，而是通過單位運算自然得出，讓學生理解公式不是“天上掉下來的”，而是實驗規律與單位制統一的必然結果，深刻體會物理學的邏輯自洽之美。

環節四：公式應用，分層鞏固（預計時間：5分鐘）

【教師活動】

1.基礎應用：出示例題1——計算一個在220V電壓下，通過電流為0.5A的燈泡，通電10分鐘，電流做了多少功？

1.2.強調解題規范：單位統一（t=10min=600s），寫出公式、代入數據、得出結果、寫明答。

3.變式與聯系：

1.4.例題2——結合歐姆定律：已知一個電烙鐵電阻為484Ω，接在220V電路中，工作5min，消耗多少電能？

2.5.引導學生推導變形公式：由I=U/R，代入得W=(U2/R)t；由U=IR，代入得W=I2Rt。強調：這兩個公式在純電阻電路中適用，是W=UIt的推論。

6.發布分層練習：學生根據自身情況，從練習卡中選擇不同星級的題目當堂練習。

【學生活動】

1.學習例題的規范解答。

2.理解公式的變形及其適用條件。

3.完成分層練習，鞏固新知。

【設計意圖與評析】

將探究得到的規律應用于實際問題，完成“從物理走向社會”的閉環。通過基礎題鞏固公式應用，通過變式題建立與歐姆定律的聯系，形成知識網絡。分層練習尊重學生個體差異，讓每個學生都能獲得成功的體驗。

七、教學評價設計

1.過程性評價：

1.2.課堂觀察量表：記錄學生在小組討論、實驗探究、匯報發言中的參與度、合作精神、思維深度。

2.3.探究報告評價：對學生的實驗設計、數據記錄、分析結論進行等級評價。

3.4.概念圖繪制：評價學生對“電能”、“電功”、“能量轉化”等概念關系的理解程度。

5.終結性評價：

1.6.課后分層作業：包含概念辨析填空、電能表讀數計算、電功公式的直接應用與簡單綜合計算（結合歐姆定律）。

2.7.實踐性作業：記錄家中一周內電能表的讀數，估算家庭日平均消耗的電能（焦耳和千瓦時），并結合當地電價計算電費，撰寫一份簡單的家庭用電情況報告與節能建議。

8.核心素養表現性評價：

1.9.設置開放性情境題，如“解釋為什么新舊電池分別給同一電動機供電，提升同一重物的高度不同？”考察學生綜合運用能量觀、電功公式進行科學解釋的能力。

八、板書設計規劃

（左側主板書區，結構化呈現知識脈絡）

第十五章第一節電能與電功

一、電能

1.定義：電流具有的能量。

2.實質：