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2019 人教版高中物理选修第三册《第三章 热力学定
律》大单元整体教学设计[2020 课标]
一、内容分析与整合
二、《普通高中物理课程标准(2017 年版 2020 年修订)》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、单元学历案
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十三、学科实践与跨学科学习设计
十四、大单元作业设计
十五、“教-学-评”一致性课时设计
十六、大单元教学反思
一、内容分析与整合
(一)教学内容分析
高中物理选修第三册《第三章 热力学定律》是物理学中非常重要的章节,
它揭示了自然界中能量转换和守恒的基本规律。本章节包含四个主要部分:功、
热和内能的改变,热力学第一定律,能量守恒定律,以及热力学第二定律。这
些内容不仅理论性强,而且与实际生活、现代科技密切相关,是培养学生物理
学科核心素养的重要载体。
功、热和内能的改变
功与内能的关系:通过绝热过程的实验和理论推导,使学生理解功是改变
系统内能的一种方式。焦耳的实验为这一关系提供了坚实的实验基础。
热与内能的关系:热量的传递也是改变系统内能的一种方式。学生需要理
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解热量是在单纯的传热过程中系统内能变化的量度。
内能的概念:内能是系统中所有分子热运动的动能和分子间相互作用势能
的总和。这一概念的理解对于后续热力学定律的学习至关重要。
热力学第一定律
定律的表述:热力学第一定律表明,一个热力学系统的内能变化量等于外
界向它传递的热量与外界对它所做的功的和。这是能量守恒定律在热力学系统
中的具体表现。
定律的应用:学生需要学会运用热力学第一定律解决实际问题,如计算气
体在膨胀或压缩过程中的内能变化。
能量守恒定律
定律的普遍性:能量守恒定律是自然界的基本规律之一,它表明能量既不
会凭空产生,也不会凭空消失,只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一
个物体转移到另一个物体,在转化或转移的过程中,能量的总量保持不变。
定律的历史发展:通过介绍历史上科学家对能量守恒定律的探索过程,使
学生理解这一定律的确立是人类对自然界认识的重大进步。
热力学第二定律
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定律的表述:热力学第二定律揭示了自然界中宏观过程的方向性。克劳修
斯表述指出热量不能自发地从低温物体传到高温物体;开尔文表述则指出不可
能从单一热库吸收热量使之完全变成功,而不产生其他影响。
熵的概念:熵是描述系统无序程度的物理量。熵增加原理表明,一个孤立
系统的熵值总是不减少的,即系统总是自发地向无序方向发展。
(二)单元内容分析
本单元的内容涵盖了热力学的基本概念、定律以及它们在实际生活中的应
用。这些内容是物理学中理论性和应用性并重的部分,既要求学生具备扎实的
理论基础,又要求学生能够将所学知识应用于解决实际问题。
理论性强
本单元涉及的概念和定律都是物理学中的基本理论,如内能、功、热量、
热力学第一定律、能量守恒定律、热力学第二定律等。这些概念和定律的理解
需要学生具备 较 强的 抽象思维 能力和 逻辑 推理能力。
应用 广泛
热力学定律在现代科技中有 着广泛 的应用,如热 机 、 制冷机 、空 调 等 设 备
的 工 作原理都与热力学定律密切相关。热力学定律 还 涉及到 环境 保 护 、能 源利
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用等 社 会热 点 问题。
与实际生活 联 系 紧 密
本单元的内容与学生的 日 常生活 紧 密相 连 。 例 如,学生可以通过观 察电冰
箱 的 工 作过程 来 理解热力学第二定律;通过了解 汽车 发动 机 的 工 作原理 来 认识
热力学第一定律的应用。
(三)单元内容 整合
为了使学生 更好 地理解和 掌握 本单元的内容, 我 们需要将 各 个部分进 行 有
机整合 。具体 整合思路 如 下 :
以热力学第一定律为核心
热力学第一定律是 连接 功、热和内能改变的 桥梁 。通过 讲 解热力学第一定
律,可以 引 出内能、功、热量等基本概念,并进一步探 讨 这些概念之间的关系。
结合 能量守恒定律
能量守恒定律是自然界的基本规律之一,它 贯穿 于 整 个物理学体系中。在
讲 解热力学定律 时 ,可以 结合 能量守恒定律 来 加 深 学生对这些定律的理解。
联 系实际应用
通过介绍热力学定律在实际生活中的应用实 例 ,如热 机 、 制冷机 、空 调 等
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设 备的 工 作原理,可以使学生 更 加 直 观地理解这些定律的 意义 和 价 值。
融入 科学史教 育
通过介绍历史上科学家对热力学定律的探索过程,可以 激 发学生的学习 兴
趣 和探 究欲望 , 同时 培养学生的科学 精神 和人文素养。
二、《普通高中物理课程标准( 2017 年版 2020 年修订)》分解
(一)物理观念
物 质 观念
通过本单元的学习,学生应理解内能是系统中所有分子热运动的动能和分
子间相互作用势能的总和。这一观念有 助 于学生从宏观和 微 观 两 个 层面 认识物
质 的 结构 和性 质 。
运动与相互作用观念
本单元涉及的热力学过程都是物 质 运动和相互作用的 结果 。 例 如,在绝热
过程中,外界对系统做功导 致 系统内能增加;在传热过程中,热量从高温物体
传递到低温物体也是物 质 相互作用的表现。通过这些内容的学习,学生可以加
深 对运动与相互作用观念的理解。
能量观念
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能量是物理学中的核心概念之一。本单元通过 讲 解功、热和内能的改变以
及热力学定律等内容,使学生 深刻 理解能量的概念、形式、转化和守恒等基本
规律。这些内容的学习有 助 于学生形成 正 确的能量观念,为后续学习 打下 坚实
基础。
(二)科学 思维
模型建构
在本单元的学习中,学生需要 建构多 种物理 模型来 理解热力学过程和定律。
例 如,可以通过 建构 绝热过程的物理 模型来 理解功与内能的关系;通过 建构 热
机 的 工 作 模型来 理解热力学第一定律的应用等。这些 模型 的 建构 过程有 助 于培
养学生的 模型建构 能力。
科学推理
本单元涉及 多 个热力学定律的推导和应用过程。这些过程都需要学生运用
科学推理能力 来 分析和解决问题。 例 如,在推导热力学第一定律 时 ,学生需要
运用 逻辑 推理能力 来 理解和 证 明这一定律的 正 确性;在应用热力学定律解决实
际问题 时 ,学生需要运用 演绎 推理能力 来 将定律应用于具体 情境 中。
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科学论 证
科学论 证 是科学 思维 的重要 组 成部分。在本单元的学习中,学生需要通过
实验 数据 和理论推导 来 论 证 热力学定律的 正 确性。 例 如,在焦耳的实验中,学
生可以通过观 察 实验现 象 和 测 量实验 数据来 论 证 功与内能的关系;在热力学定
律的应用中,学生可以通过分析实际问题和运用定律 来 论 证 解决方 案 的 合 理性。
质疑创新
质疑创新 是科学 思维 的高 级阶段 。在本单元的学习中,学生需要 敢 于 质疑
已 有知识和理论,并通过实验和探 究来 验 证 自 己 的 猜想 和 假设 。 例 如,学生可
以 质疑 热力学第二定律的绝对性,并通过 设 计实验 来 探 究某 些 特殊情况下 热力
学第二定律的 适 用性;学生 还 可以 尝试创新 性地运用热力学定律 来 解决实际问
题或提出 新 的科学问题。
(三)科学探 究
问题提出
问题提出是科学探 究 的 起点 。在本单元的学习中,学生需要学会从 日 常生
活和自然现 象 中提出与热力学相关的问题。 例 如,学生可以提出 “ 为 什么电冰
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箱 能够 制冷?”“汽车 发动 机 的 工 作原理是 什么?” 等问题 来引 导自 己 的学习
和探 究 。
证据 收 集
证据 收 集 是科学探 究 的重要 环 节。在本单元的学习中,学生需要通过实验
观 察 、 数据测 量和文 献查阅 等方式 来 收 集 与热力学定律相关的 证据 。 例 如,在
焦耳的实验中,学生需要观 察 实验现 象 并 测 量 水 温的变化 来 收 集证据 ;在热力
学定律的应用中,学生需要通过 查阅 相关文 献 和 数据来 了解实际问题的 背景 和
条件 。
解 释 与 交流
解 释 与 交流 是科学探 究 的重要步 骤 。在本单元的学习中,学生需要运用所
学的热力学定律和原理 来 解 释 实验现 象 和解决实际问题,并与 同 学和 老师 进 行
交流讨 论。 例 如,学生可以通过解 释 焦耳实验的现 象来 论 证 功与内能的关系;
通过 交流讨 论 来 探 讨 热力学定律在实际问题中的应用和 局限 性。
反思 与 评价
反思 与 评价 是科学探 究 的总 结阶段 。在本单元的学习中,学生需要对自 己
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的探 究 过程和学习成 果 进 行反思 和 评价 。 例 如,学生可以 反思 自 己 在问题提出、
证据 收 集 、解 释 与 交流 等 环 节的 得 失和不 足 ; 评价 自 己 在学习过程中的表现和
成 果 是 否符合预期目标 等。
(四)科学 态 度与 责任
科学本 质 的认识
通过本单元的学习,学生应 深刻 认识到科学是不 断 探索和发现的过程。热
力学定律的确立是人类对自然界认识的重大进步之一, 但 它并不是绝对 真 理而
是具有相对性和 局限 性的。学生需要学会以科学的 态 度 来 对 待 知识和理论并不
断追 求 真 理。
科学 · 技 术 · 社 会 · 环境 的关系
本单元的内容涉及 多 个与现代 社 会和 环境 保 护 密切相关的热 点 问题。 例 如,
能 源利 用、 环境 保 护 、可持续发展等都是与热力学定律密切相关的实际问题。
通过学习这些内容,学生可以 更 加 深入 地理解科学 · 技 术 · 社 会 · 环境 之间的关系,
并培养自 己 的 社 会 责任感 和 环境意 识。
遵 守 道德 规 范
在科学探 究 和学习过程中,学生需要 遵 守一定的 道德 规 范 。 例 如,在实验