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人教版物理九年级上册《第十四章 内能的利用》大单元整

体教学设计

一、内容分析与整合

二、《义务教育课程标准（2022 年版）》分解

三、学情分析

四、大主题或大概念设计

五、大单元目标叙写

六、大单元教学重点

七、大单元教学难点

八、大单元整体教学思路

九、学业评价

十、大单元实施思路及教学结构图

十一、大情境、大任务创设

十二、学科实践与跨学科学习设计

十三、大单元作业设计

十四、“教-学-评”一致性课时设计

十五、大单元教学反思

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一、内容分析与整合

（一）教学内容分析

《第十四章 内能的利用》作为人教版物理九年级全册的重要组成部分，不仅承载着丰富的理论知识，

还紧密联系着学生的生活实际，旨在通过深入浅出的方式，引导学生深入理解内能的应用及其背后的科学原

理。本章内容分为三节，每一节都围绕着内能的不同方面展开，逐步构建起学生对能量转化与守恒的全面认

识。

第一节《热机》是本章的起点，它带领学生走进了热机这一将内能转化为机械能的重要装置的世界。通

过详细介绍内燃机，特别是汽油机和柴油机的基本构造和工作循环，学生不仅能够理解热机的工作原理，还

能清晰地看到内能在这些机器中是如何被转化为驱动车辆前进的机械能的。实例分析的应用，更是让学生直

观地感受到热机在现代社会中的广泛应用，从而激发起他们探索科学奥秘的兴趣。

第二节《热机的效率》则是在第一节的基础上，进一步深化了对热机性能的理解。这一节引入了热机效

率的概念，即有用功与燃料完全燃烧释放的总能量之比，这是一个衡量热机性能优劣的关键指标。通过实验

和数据分析，学生不仅学会了如何计算热机效率，更重要的是，他们开始意识到提高热机效率对于节能减排、

保护环境的重要意义，并思考了实现这一目标的可能途径，如改进燃烧技术、优化机械设计等。

第三节《能量的转化和守恒》作为本章的核心，将学生的视野从具体的热机扩展到了整个自然界中的能

量转化与守恒现象。通过理论讲解与生动的实验演示相结合，学生深刻理解到能量既不会凭空产生，也不会

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凭空消 失 ，它 只 会从一 种形 式转化为 另 一 种形 式， 或者 从一个物体转 移 到其他物体。能量守恒 定律 的 揭 示，

不仅是对自然界基本 规律 的深刻 洞察 ，也是人 类 探索和利用自然能 源 的重要基 石 。这一节的学 习 ，不仅 增强

了学生的科学 素养 ，也 培养 了他们对自然界的 敬畏 之心和保护环境的 责任 感。

《第十四章 内能的利用》通过系 统 而深入的教学内容设计，不仅 帮助 学生构建了 扎 实的物理知识体系，

更激发了他们对科学探索的热 情 ， 培养 了他们分析 问题 和解 决问题 的能 力 ，为他们 未来 成为具有科学 素养 和

社会 责任 感的人 才奠定 了 坚 实的基础。

（二）单元内容分析

本 单元 内容结构 精 心设计， 逻辑严 密，旨在全面而深入地探 讨“ 内能的利用 ” 这一核心 主题 。从热机的

基本工作原理出发， 我 们逐步深入到热机效率的提 升策略 ，并 最终触 及能量守恒 定律 的深刻理解， 形 成了一

个既系 统又 完整的知识体系。

热机的工作原理作为本 单元 的基 石 ，它不仅 揭 示了内能如何 巧妙 地转化为机械能的过 程 和机 制 ，还为 我

们后 续 的学 习奠定 了 坚 实的基础。通过详细解析热机的工作循环， 包括吸气 、 压缩 、 做 功和排 气 等 各 个 阶段 ，

我 们能够清晰地认识到内能在不同 形 式之 间 的转化和 传递 ，从而对内能利用有了 初 步 但至 关重要的认识。

在 掌握 了热机的基本工作原理之后， 我 们进一步探 讨 热机效率的提 升策略 。这一部分内容不仅是对热机

工作原理的深化和应用，更是对能 源 利用效率的深刻 反 思。面对全 球 能 源危 机和环境 污染 的 严峻挑战 ，提高

热机效率 显得尤 为 迫切 和重要。通过学 习先 进的燃烧 控制 技术、优化热机设计 以 及 采 用 新型材 料等 手段 ， 我

们能够有效地减 少 能 源浪费 和环境 污染 ，为实现可 持续 发展目标 贡献 自 己 的 力 量。

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而能量的转化和守恒 定律 作为自然界的基本 规律 ，更是 贯穿 整个 单元 学 习 的 灵魂 。它不仅为 我 们解释了

热机工作的本 质 ，还为 我 们理解更广泛的自然现象提 供 了 坚 实的理论基础。通过学 习 能量守恒 定律 ， 我 们能

够更 加 深刻地认识到能量在转化和 传递 过 程 中的不 变 性和守恒性，这对于 我 们 树立正确 的能 源 观念、 培养 节

能减排的环保意识具有深 远 的意义。

本 单元 内容不仅 涵盖 了热机的工作原理、效率提 升以 及能量守恒 定律 等核心知识点，还通过 层层递 进、

相 互支撑 的结构设计， 使我 们能够全面而深入地理解 “ 内能的利用 ” 这一重要 主题 。在学 习 过 程 中， 我 们不

仅能够 掌握专业 知识和技能，还能够 培养 分析 问题 、解 决问题 的能 力以 及 创新 意识和环保意识。这些 收获 将

对 我 们 未来 的学 习 、工作和生活产生 积极 而深 远 的 影响 。让 我 们 珍惜 这 次 学 习 的机会， 以饱满 的热 情 和 坚定

的 决 心 投 入到每一节 课程 的学 习 中， 努力 提 升 自 己 的 专业素养 和 综 合能 力 。

（三）单元内容整合

在教 育 教学过 程 中， 单元 内容的整合是提 升 学生学 习 效 果 、 促 进知识内化的重要环节。 针 对 “ 内能的利

用 ” 这一核心 主题 ， 我 们 需精 心设计教学 策略 ， 确 保学生不仅能够 掌握 基础知识，还能发展其 综 合应用能 力

和 创新 思 维 。 以下 是对 该单元 内容整合的深入 阐述：

主题串 联 ： 构建知识 网络

以“ 内能的利用 ” 为 纽 带， 我 们将本 单元 的三节内容紧密相 连 ， 形 成一个 逻辑严 密、相 互支撑 的知识体

系。通过介绍不同 种类 的热机 （ 如 蒸 汽机、内燃机、燃 气轮 机等 ） 及其工作原理，引导学生观 察 并分析它们

之 间 的 异 同，特别是效率上的 差异 。这一过 程 旨在激发学生的 好奇 心， 促使 他们 主 动思考如何提高能 源 利用

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效率， 培养问题 意识和解 决问题 的能 力 。 随 后，引入能量守恒 定律 的学 习 ， 帮助 学生理解自然界中能量转化

既 普遍又必 然， 无 论是热机工作还是 日常 生活中的 各种 现象，都 遵 循这一基本 法 则。通过这 样 的 串 联，学生

能够在 宏 观与 微 观、理论与实 践 之 间 建 立 联系， 形 成对 “ 内能利用 ” 的全面认识。

实验探 究：强 化理论与实 践 结合

理论知识的学 习需 要实验的验 证 和 支持 。为 此 ， 我 们设计了一系 列 与 课程 内容紧密相关的实验活动，如

内燃机 模型 的 拆 解与组装，让学生 亲手操 作，直观感受热机的构造和工作原理 ； 热机效率 测 量实验，则让学

生在实 践 中学 习 如何 收集 数据、分析结 果 ，从而深刻体会到提高热效率的重要性和 复杂 性。这些实验不仅 增

强 了学生的动 手 能 力 ，还通过 亲身 体验 加 深了他们对 抽 象概念的理解， 使 理论知识更 加鲜 活、具体。

跨 学科 融 合 ：拓宽 视野， 促 进深 度 学 习

在 “ 内能的利用 ” 这一 框架下 ， 我 们 积极 探索物理与其他学科的 交叉融 合，旨在 培养 学生的 跨 学科思 维

和 综 合 运 用知识的能 力 。例如，在分析热机效率 时 ，引入化学中的燃烧 反 应知识，解释不同燃料对效率的 影

响； 探 讨 能量守恒 定律时 ，联系生物体内的能量转化过 程 ，如 光 合作用和 呼吸 作用，让学生意识到能量转 换

是生 命 活动的基础。这 种跨 学科的 融 合教学，不仅丰富了 课程 内容，还 启 发了学生从 多角度审 视 问题 ， 促 进

了深 度 学 习 ，为他们的全面发展 奠定 了 坚 实的基础。

通过 主题串 联、实验探 究 和 跨 学科 融 合等 多维度 的内容整合 策略 ， 我 们 期望 学生能够更 加 深入地理解和

掌握“ 内能的利用 ” 这一 单元 知识，同 时培养 其 创新 思 维 、实 践 能 力 和 跨 学科视野，为 未来 的学 习 和生活 做

好充 分 准备 。

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二、《义务教育课程标准（ 2022 年版）》分解

根 据《义 务 教 育 物理 课程 标 准（ 2022 年版 ） 》的要 求 ，本 单元 的教学目标可 以 分解为 以下几 个方面 ：

物理观念 ： 通过本 单元 的学 习 ，学生能够 形 成对热机工作原理、热机效率及能量守恒 定律 的基本认识和

理解。具体 表 现为能够 描述 内燃机的基本构造和工作循环过 程； 理解热机效率的概念及其 影响因素；掌握 能

量守恒 定律 的内容及其在自然现象中的应用。

科学思 维：培养 学生的科学思 维 能 力 是本 单元 的重要目标之一。通过实验 操 作、数据分析等环节 培养 学

生的观 察 、 推 理、 归纳 和演 绎 能 力； 通过 跨 学科 融 合 培养 学生的 综 合思 维 能 力 和 创新 意识。

科学探 究： 引导学生 经历 科学探 究 的全过 程包括 提出 问题 、 猜想假 设、设计实验、 收集证 据、解释结论

等环节。通过 小 组合作、 讨 论 交流 等方式 培养 学生的 团队 合作 精神 和科学探 究 能 力 。

科学 态度 与 责任： 通过本 单元 的学 习使 学生认识到提高能 源 利用效率的重要性及其对环境保护的意义 ；

培养 学生的节能减排意识和可 持续 发展观念 ； 引导学生关 注 科技进步对社会发展的 影响 并承 担 相应的社会 责

任 。

三、学情分析

（一）已知内容分析

九年级学生 已经 具 备 了一 定 的物理基础知识和实验技能，他们在之前的学 习 中对 力 学、 光 学、 电 学等基

础知识有了 较 为深入的理解和 掌握 。他们能够通过观 察 实验现象、分析数据等方式进 行 科学探 究 ， 运 用 所 学

知识解 决 一些 简单 的实际 问题 。这 表 明 他们 已经 具 备 了一 定 的科学 素养 和实验 操 作能 力 ，为后 续 学 习 更 复杂

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的物理概念和原理 打 下 了 坚 实的基础。

在具体的知识 掌握 方面，九年级学生对于 力 的作用、 运 动 规律 、 光 的 传 播 与 反 射 、 电 路 的基本组成及 欧

姆 定律 等内容 已经 有了 较 为清晰的认识。他们能够 运 用这些知识进 行简单 的计算和 问题 解 决 ，比如通过受 力

分析解 决 物体 平 衡 问题 ，利用 光 的 反 射 定律 解释 日常 生活中的现象， 以 及 根 据 电 路图 连 接 简单 的 电 路 并计算

电流 、 电压 和 电 阻 等。

在实验技能方面，学生 已经 学会了如何 使 用基本的 测 量工具，如刻 度 尺 、 天平 、 电流表 、 电压表 等，能

够进 行精确 的 测 量和数据 记录 。他们也 掌握 了实验设计的基本步 骤 ， 包括 提出 问题 、作出 假 设、 制定 计 划 、

进 行 实验、 收集 数据、 得 出结论等，这为他们后 续 进 行 更 复杂 的实验探 究 提 供 了有 力 的 支持 。

（二）新知内容分析

本 单元 的 新 知内容 主 要 包括 热机的工作原理、热机效率的计算方 法 及提高途径， 以 及能量守恒 定律 的理

解和应用等方面。这些内容相对 抽 象， 但 与实际生活联系紧密， 需 要学生具 备 一 定 的 抽 象思 维 能 力 和 综 合 运

用能 力 。

热机的工作原理是本 单元 的核心内容之一。学生 需 要理解内燃机 （ 如汽油机和柴油机 ） 的工作过 程 ， 包

括吸气 、 压缩 、 做 功和排 气 四个 冲 程 ， 以 及每个 冲 程 中能量的转化和 传递 。这对于他们理解热机如何将燃料

的化学能转化为机械能 至 关重要。

热机效率的计算及提高途径也是本 单元 的重点内容。学生 需 要 掌握 热机效率的 定 义和计算方 法 ，了解 影

响 热机效率的 因素 ，并探索提高热机效率的途径。这将有 助 于他们理解能 源 的有效利用和节能减排的重要性。

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能量守恒 定律 的理解和应用是本 单元 的 另 一个重要内容。学生 需 要理解能量守恒 定律 的基本 含 义，即能

量在转化和 传递 过 程 中总量保 持 不 变 。他们还 需 要学会 运 用能量守恒 定律 分析实际 问题 ，比如计算热机中的

能量转化效率， 或者 解释自然界中的能量转化现象。

由 于内燃机在实际生活中的应用广泛 且 技术不 断 更 新换 代， 因此需 要引导学生关 注 科技发展动 态 并 培养

创新 思 维 能 力 。教 师 可 以 结合 最新 的内燃机技术进展，如 混 合动 力 汽车、 电 动汽车等，引导学生思考 未来 能

源 利用的 趋势 和 挑战 ，激发他们的 创新 意识和探索 精神 。

（三）学生学习能力分析

九年级学生的学 习 能 力 相对 较强 ， 但 存 在一 定差异 。部分学生具有 较强 的自学能 力 和探 究精神 ，能够 主

动发现 问题 并 寻 求 解 决 方 案 ； 他们 善 于 独 立 思考， 敢 于 质 疑 和 挑战 权威 ，是 班 级中的学 习 佼佼 者 。而部分学

生则可能 需 要更 多 的引导和 帮助才 能 掌握新 知识 ； 他们在学 习 过 程 中可能 遇 到 较多 的 困难 和 挑战 ， 需 要教 师

给予 更 多 的关 注 和 支持 。

针 对这 种情 况 ，教 师 在教学过 程 中 需 要 采 用分 层 教学 策略 。对于基础 较好 的学生，可 以增加拓 展性 问题

和探 究 性 问题 ， 以 激发他们的 创新 思 维 和探 究 能 力； 同 时 鼓励 他们 参 与 课 外 科 研 活动 或 竞赛 ，进一步提 升 他

们的科学 素养 和实 践 能 力 。而对于基础 较 弱 的学生，则 需 要 加强 基础知识的讲解和 巩固训练 ， 以 提高他们的

学 习 效 果； 教 师 可 以 通过个别 辅 导、 小 组合作等方式 给予 他们更 多 的 帮助 和 支持 ，让他们逐步 跟 上教学进 度 。

（四）学习障碍突破策略

针 对学生在学 习 过 程 中可能 遇 到的学 习 障碍 ，可 以采 取 以下策略 进 行 突破 ：

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创 设 情 境 ： 通过 创 设 贴近 学生生活实际的教学 情 境，激发学生的学 习 兴趣和探 究 欲 望 。例如，通过展示

汽车发动机的工作原理 模型或 播 放相关视 频 等方式， 帮助 学生更 好 地理解热机的工作原理。教 师 还可 以 引导

学生观 察身 边 的热机应用实例，如汽车、 摩托 车等，让他们感受到物理知识与生活的紧密联系。

实验探 究： 通过实验探 究 活动引导学生 亲身 参 与科学探 究 过 程 ，体验科学发现的 乐 趣。例如，设计内燃

机 模型拆 解与组装实验 或 热机效率 测 量实验等活动，让学生在实 践 中 加 深对理论知识的理解。教 师 还可 以 鼓

励 学生自 主 设计实验方 案 ， 培养 他们的 创新 思 维 和实 践 能 力 。

分 层 教学 ：针 对不同 层次 的学生 制定 不同的教学目标和学 习任务 ， 以满 足 他们的个性化 需求 。对于基础

较好 的学生，可 以增加拓 展性 问题 和探 究 性 问题； 而对于基础 较 弱 的学生，则 需 要 加强 基础知识的讲解和 巩

固训练 。教 师 还可 以 通过分 层 教学的方式，让不同 层次 的学生在 课 堂 上都有 所收获 ，提高他们的学 习积极 性

和自 信 心。

跨 学科 融 合 ： 将物理知识与化学、生物、地理等其他学科知识相结合， 拓 展学生的视野和思 维 方式。例

如，通过引入化学中的燃烧 反 应知识， 帮助 学生理解内燃机中的能量转化过 程； 通过联系生物体内的能量转

化过 程 ，引导学生思考能量守恒 定律 的 普遍 性和 必 然性。教 师 还可 以 结合地理知识，讲解不同地 区 的能 源 利

用 情 况 和环境 问题 ，让学生更 加 全面地了解能 源 与社会发展的关系。

针 对九年级学生的学 情 特点和 新 知内容的要 求 ，教 师 需 要 采 取 多种 教学 策略 和方 法来 突破 学生的学 习 障

碍 ，提高他们的学 习 效 果 和科学 素养 。通过 创 设 情 境、实验探 究 、分 层 教学和 跨 学科 融 合等方式，可 以 激发

学生的学 习 兴趣和探 究 欲 望 ， 培养 他们的 创新 思 维 和实 践 能 力 ，为他们的 未来 发展 打 下坚 实的基础。

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四、大主题或大概念设计

本 单元 的 大 主题或 大 概念设计为 “ 内能的高效利用与能量守恒的探索 ” 。这一 主题 旨在引导学生深入理

解内能的应用及其在实际生活中的重要性 ；掌握 提高能 源 利用效率的方 法 和技术 手段； 同 时 通过对能量守恒

定律 的学 习 和理解认识到自然界中能量转化的 普遍 性和 必 然性。通过这一 主题 的学 习使 学生具 备 科学探 究精

神 和 创新 思 维 能 力以 及节能减排意识和可 持续 发展观念为 未来 的学 习 和发展 打 下坚 实的基础。

五、大单元目标叙写

知识与技能

理解热机的工作原理和基本构造能够 描述 内燃机的工作循环过 程 及其能量转化特点。

掌握 热机效率的概念及其计算方 法 能够分析 影响 热机效率的 因素 并提出提高热机效率的途径。

理解能量守恒 定律 的内容及其应用能够解释自然界中 各种 能量转化现象的本 质 原 因 。

过 程 与方 法

通过实验 操 作和数据分析等方 法培养 学生的科学探 究 能 力 和实验技能。

通过 小 组合作和 讨 论 交流 等方式 培养 学生的 团队 合作 精神 和 表 达 能 力 。

通过 跨 学科 融 合 培养 学生的 综 合思 维 能 力 和 创新 意识。

情 感 态度 与 价值 观

激发学生对物理学科的兴趣和热 爱 培养 他们的科学 精神 和探 究 欲 望 。

培养 学生的节能减排意识和可 持续 发展观念引导他们关 注 科技发展对社会环境的 影响 。

培养 学生的 团队 合作 精神 和社会 责任 感引导他们 积极 参 与社会实 践 和 公益 活动为社会发展 贡献 自 己 的 力