人教版《课程标准》要求下的九年义务制《物理》教材九年级第十六章《能源与可持续发展》是整个义务教育阶段物理教学的最后一章。因此，本章应该在培养学生综合素质的各个方面达到了最高点。本文将沿着物理学体系的脉络对教材的特点进行剖析并对实际教学提出一些建议。
一、本章在《课程标准》中的教学目标
1、在《课程标准》中，与本章内容有关的目标有9条。其中与本章有直接关系的7条，按其内容特点可分为四种类型：
⑴现象型目标：能结合实例，说出不可再生能源和可再生能源的特点；了解核能的优点和可能带来的问题。
⑵规律型目标：初步了解在现实生活中能量的转化与转移有一定的方向性。
⑶人文型目标：能通过具体事例，说出能源与人类生存和社会发展的关系；尝试对环境温度问题发表自己的见解；了解核能的优点和可能带来的问题；了解世界和我国的能源状况。
⑷意识型目标：对于能源的开发利用有可持续发展的意识。
其中“了解核能的优点和可能带来的问题”既是现象型目标又是人文型目标。
还有2条是在第十五章《热和能》中学习的，在本章中起重要的基础与工具作用的：
有用能量转和与守恒观点分析物理现象的意识；通过能量转化和转移认识效率。
2、本章各目标之间的关系：
现象型目标 从实例与特性角度
规律性目标 从科学原理与规律角度 说明或导出 意识目标：能源可持续发展意识
人文型目标 从科学与社会综合角度
可见，从《课程标准》来看，本章的最终目标是让学生形成对能源开发利用有可持续发展的意识，其它的目标都是为了这一终极目标服务的。
这一终极目标又为学生形成对包括社会问题在内的各方面问题的可持续发展意识奠定了基础。
二、本章的教材的内容
本章教材的编写，可以分为5个部分：
第一部分——引入：由章首语太阳膜拜引入，并提出阅读指导作为自学提纲，并使学生对本章知识有一个大致的、整体性的了解。
第二部分——能源家族：介绍能源的几种不同的分类方式，常见的能源。并通过STS栏目将能源科学与社会、经济、战争等问题结合起来。从而为能源的可持续发展问题的引出打下伏笔。
第三部分——核能和太阳能：这是能源家族中的两种新能源。对这两种能源的介绍都是按照如下的顺序：物质（物体）的结构——能源的形成——能源的利用——能源的优缺点——能源与社会。从而为能源的可持续提供了典型实例。
在“核能”与“太阳能”这两部分内容之间，教材也注意联系性。教材是在“核能”中的核聚变基础上引出“太阳能”的，从而将两种新能源从教材序列和物理本质上联系起来。
第四部分——能源革命：介绍人类发展史的三次能源革命与人类进步的关系，然后用能量转化和守恒定律作为工具，讨论了能量转化、转移的方向性、能量的耗散等问题。为能源的可持续发展问题提供了理论依据。
第五部分——能源与可持续发展：在前几部分的基础上，进一步讨论能源危机、能源污染、能源开发等综合性问题，最终使学生形成能源的可持续发展的意识，实现《课程标准》中的终极目标。
可见，教材的编写意图，与《课程标准》中的课程目标是基本一致的。
三、本章教材的主要特点
作为九年义务教育阶段物理教学的最后一章，它在许多方面最大限度地体现出物理学科的教育功能：
1、最大限度的内容综合性、问题的系统性：
从人教版整个义务教育阶段的物理教材编写来看，先是讨论单一的物理知识及其在日常生活、生产中的单一应用，然后随着知识的积累，单一知识之间开始综合，知识的应用开始综合，并且逐渐由物理问题联系到其它自然学科，再联系到社会学科，最终去分析和解决现实社会中的问题。这是学习知识的最终目的之一。这种综合在本章教材中体现到了极点：
⑴物理学科内部的综合以及与技术的综合：
从能量的角度分析问题，本身就是对物理的综合。以太阳能应用为例，教材中涉及到物体的颜色与吸热本领、太阳能电池、太阳灶等问题，从而将热学、电学、光学、技术问题等知识有机地结合起来。同时又将新知识与前面学习过的旧知识之间联系起来，进一步加深了学生对前面知识的理解。
⑵物理学与其它自然科学的交叉与综合：
我们在物理学中研究的每一个问题、每一种物质，在现实中都不是孤立的物理问题，都应该是包含理工各个学科的综合问题，物理问题仅仅是问题的一个方面。本章中充分体现了这一点：
太阳的构造及能量释放、煤的形成、生物质能、世界产石油地区、太阳能热水器等等，这些问题除了涉及到物理、化学、地理、天文、生物等学科，同时还涉及到环境科学、生态科学、材料科学等问题。通过对这些问题不同侧面的阐述、讨论，使学生形成综合运用科学知识的意识。
⑶自然科学与社会科学的综合：
科学技术必须应用于社会才具有生命力。本章从正反两个方面体现了这一点：
由石油问题的讨论将政治、经济、战争联系起来；对能源革命问题的讨论，涉及到历史、社会发展史、科学技术史等问题……。不仅能使学生全面地、从大局角度地看问题，还能从系统论的角度去审视问题。这恐怕是学习的真正意义所在，是能力的重要体现。
2、最大限度的解决问题的方法性、工具运用的综合性：
与知识的综合相对应的是探索知识、解决问题的方法论的综合。本章教材中运用了众多的方法手段来解决问题，有时在解决同一个问题时还从不同的角度同时运用了多种方法。
例如，在讨论能源与可持续问题时，同时运用了坐标图像、数据分析、图片展示、表格、调查、想象等多种方法手段。在研究核裂变时运用了示意图说明、模拟演示等方法。
在其它问题上，还运用了分类、地图、流程图、上网查阅、计算机作图等方法手段。可以看出在诸多的方法手段中，各种图表的运用可谓尽善尽美，它可以使问题更直观、更形象、更趣味更容易被学生所接受。
总之，综合性运用各种方法，是解决实际复杂问题的重要手段。这也是学习的真正意义所在，是能力的另一种体现。
3、最大限度的学生主体性、获取知识的探究性：
让学生成为学习的主体，是整个教材在设计编写过程中努力追求的目标，到本章达到了最高点。如何让学生成为真正的学习主体呢？可以通过如下几步去逐步实现：
让学生主动参与探究与学习——用所学知识与方法解决日常生活中的问题——用所学知识与方法分析、解决、参与现实社会中的问题——形成主动参与关注社会问题、发表见解的意识。
本章中，通过前几步，尤其是第三步的实施，通过让学生分析、解决、参与实际社会的问题，为使学生成为真正主体做了最大的努力和最充分的准备：
⑴教材中已经给出的各种问题：分析汽车中燃料释放内能的去向，讨论提高效率的可能性；调查你周围使用能源中的不安全因素及其对环境的影响，提出几种可行的改进措施。……
⑵教材中的内容也可以让我们自己提出许多可讨论的问题：由STS“石油危机和能源科学”可提出：石油对我们世界有什么影响，石油与战争的关系等问题让学生参与讨论。由“太阳能的利用”可提出：太阳能与地球上发生的各种现象的关系，对如何更广泛、高效地利用太阳能提出建议与办法。……
让学生真正参与、成为学习主体，这既是教学的最高境界，也是培养学生能力、形成正确价值取向的重要途径，是教育的最终目的之一。
4、最大限度的知识扩展性，目标的发展性：
本章教材为内容的拓展提供了最大限度的余地和空间。整章教材的编写结构是：
目标内容1——拓展内容平台1——目标内容2——拓展内容平台2——……
也即在每一部分的目标要求内容的编排之后或同时，都由此内容扩展到与它相关的各方面内容，或提供了可以讨论其它问题的话题、平台，每个这样的平台就是一个发散点。
例如，在太阳能一节中，教材已经扩展的内容有：太阳的构造，太阳的一生，煤、石油、天然气的形成……。从教材内容可以扩展出去的问题有：恒星的一生及其三种不同的结局：白矮星、中子星及黑洞，太阳能电池的构造，地球上的各种循环现象，怎样更好地利用太阳能，如何延长太阳的寿命，在太阳晚年的人类生存问题……
本章其它已扩展和可扩展的内容有：自然界的四种相互作用力，核裂变、聚变的进一步讨论，爱因斯坦质能方程、原子弹、氢弹的构造、原理，三防问题，未来学问题，宇宙学问题，从有序到无序及热力学几率问题……
可见，本章就像一个导火索一样，激发和引导学生由此将思维发散到无限远处、探索无穷无尽的课题。本章又像一个网页，由此可以“点击”相关的各个方面内容。教师在教学过程中应充分利用好教材这一发散点的作用，为学生本身的可持续发展奠定基础。
四、对本章教学的整体性建议
由于本章综合性、方法性、交叉性、发展性等方面体现的较多，使得教学过程中有可能造成东一头、西一头的局面，显得零散、目的性不强。我们必须从这些纷乱的表面化局面中抓住本章的主线，理清思路，精心设计，才能完成本章的课程目标，并在此基础上充分利用本章的内容与特点，去极大限度地拓展、发散。
根据本章《课程标准》中的课程目标和本章教材内容的内在联系，建议按如下的思路设计本章教学的流程，流程图简述如下：
载体（实例）+工具（理论 ）+情感（意识） 探究（活动）过程 终极目标
上述流程图所表达的具体过程如下：
载体：各种能源及其特点、应用 实例角度
探 达成
究 能量转化守恒定律* 能量耗散 宏观现象方向性 终极目标：
过 工具 理论角度 能源可持续
程 热机效率* 热力学第二定律** 不可逆性** 能量转化转移方向性 发展意识
情感：兴趣 态度（反应） 价值观（领悟） 意识角度
对上述过程的说明：
各种能源及其特点从现象、实例角度说明了能源危机等问题，以引起对能源可持续发展的重视。
由第十五章《热和能》学习的内容进一步深化，从热力学第一定律和热力学第二定律这两个不同角度分析讨论各种能源问题、现象，通过能量耗散和不可逆性两个方面从理论上阐明了能源可持续发展的必然性和必要性。
利用教材的特点引起学生的兴趣，并由此让学生在亲身讨论、探究过程中感受、关注能源可持续发展问题，逐渐从情感参与角度对能源可持续发展问题形成稳定的态度、价值观。
最后，从实例、理论与意识相结合的角度使学生最终形成能源的可持续发展意识乃至于各种问题的可持续发展的思想。
在上述的教学过程中，第十五章《热和能》中学习的“能量转化和守恒定律”既是讨论各种能源问题的工具，又是讨论过程不可逆性、能量方向性的工具。因此，第十五章《热和能》的重要目标——“让学生形成从能量角度分析问题的意识”是本章的重要基础。
五、对本章教学的几点具体性建议
1、关于本章的探究教学：
虽然在《课程标准》中本章没有探究的要求，编者在教材中虽然没有明确提出有关“探究”的栏目，但是探究教学作为学生最重要的获取知识方法、形成正确价值取向的手段，在教材的其它栏目中有许多的渗透。可分为如下的几种探究方式：
⑴以实验为基础的探究：这是《课程标准》所要求的主要探究形式。在教材“太阳能的利用”中的“想想做做”里，就渗透着“探究物体的颜色与吸收辐射热的本领”这一课题。这种探究一般按照《课程标准》中的探究程序进行：提出问题——猜想——设计实验——进行实验——分析与论证——得出结论。
⑵收集资料式探究：这也是《课程标准》所要求的主要探究形式。在课本“能源家族”中的“想想议议”里，就渗透着“探究能源的分类”这一课题。这种探究一般按照《课程标准》中探究程序的另一种表述步骤进行：提出问题——制定方案——收集实例——归纳、分类、分析——得出结论。
⑶调查式探究：这种探究必须到生活、社会中进行，是对学生的高要求，是培养学生综合运用知识方法、用系统观点研究问题、培养能力与意识、真正参与社会的初步的、重要做法。在课本“能源与可持续发展”中的“动手动脑学物理”中，有课题“调查你周围使用能源中的不安全因素及其对环境的影响，提出几种可行的改进措施”。这样的探究课题在本章中有多个。这种探究的思维程序可以是：提出社会问题——制定方案——调查——分析——结论——形成物理问题——猜想——设计实验——进行实验——分析与论证——得出结论。
可见，这种探究实际是前两种探究的有机结合，是科学问题与社会问题的综合。
利用本章内容我们还可以挖掘出许多探究课题。教师在教学中应该尽可能多的将教材内容变成不同形式的探究活动，让学生去积极思考、主动参与。
2、关于实现本章终极目的的关键点——“能量转化和转移的方向性”的教学：
“能量转化和能量转移的方向性”在本章中只有极小的篇幅，但它却是实现终极目标“能源的可持续发展意识”的直接的、主要的理论依据。对它的教学，必须站在一定的高度看此问题，要先从“热力学和统计物理学”的角度以“热力学第二定律”为核心将此问题搞清，才能居高临下、收放自如地带领学生去探究这部分知识。我们可以通过如下的知识体系体会此问题：
开尔文
卡诺循环 第二类永动机 热力学第二定律 两种表述 不可逆过程
卡诺热机 克劳修斯
热机效率 卡诺定律 提高热机效率的方向
系统：无序 有序
熵增加原理 实质 过程的方向性
（态函数）熵 热力学几率：小 大
耗散结构理论 远离平衡的有序现象
有了热力学理论作指导，我们就很容易把握知识发生、发展的本质与联系，在正确的方向指导下游刃有余地、有轻有重、深入浅出地处理知识。如，通过卡诺定律所导出的提高热机效率的方向，我们就对提高效率、节能等问题有了坚实的理论依据，就可以很自如地引导学生探究具体的提高效率、节能的方法，大胆拓展、如意回归，而不必担心会搞错方向。
3、关于学生创造力的培养：
本章知识的特点是综合性强，资料多、杂、乱，但是学生动手实验并不多，如果只是采取阅读、收集资料等文科研究形式，就会对问题理解不深，也失去了物理学科的特点。因此，在充分运用这些文科方法的同时，要通过各种方法和手段想办法让学生多动手操作。只有动手与动脑相结合，才能使学生的左右脑同步发展，真正培养学生的创造力。
探究性学习的问题前面已述，这是很好的培养学生动手能力与创造力的做法。但只靠这种方法显得对学生来说太正规、程式化，缺少轻松感与情感投入。因此，除此之外，我们还应该采取一些小巧的、活泼的动手动脑方式，很好的一种做法就是设计与制作。其实这一点在教材中也多次体现。
根据本章突出STS的特点，教材中涉及到诸多的与技术有关的问题，如太阳灶、热水器、各种电站等，我们可以将太阳能的利用作为重点素材。这里提供几种让学生进行设计与制作的训练方式，供教师们参考：
可以让学生制作有关的模型，如：制作太阳能凉帽。可以进行设计方案展示或展览，如：设计太阳能住宅方案。也可以采取比赛的形式，如：钻木取火实验比赛等等。
除此之外，教材中还提供了一些很好的培养学生创造力的形式或平台：撰写小论文，召开有关社会问题的讨论会、辩论会、科学幻想、科学想象等等。
教师要充分利用这些丰富多彩的活动，为培养学生创造力、使学生主动参与教学、形成正确的价值取向打下坚实的基础。
4、关于辩证地看问题观点的养成：
本章许多问题都采用辩证的观点来讨问题，既讨论了人类能源革命、技术革命、各种能源的优点等对人类积极的影响，又讨论了污染、灾害、对能源的反面的运用、各种能源的缺点等有害的作用。通过这种讨论，使学生通过正、反两个方面的比较对可持续发展的重要性有更强的紧迫感，还能够让学生逐渐感到任何事物的两面性。教师在教学中可以通过本章许多问题引导学生从这两个方面去考虑、进行讨论，逐渐地培养学生看待事物一分为二的辩证观点，这对于他们今后的学习、生活意义重大，可以使学生用正确的心态、健康的心理面对人生。这恐怕也是我们教学的重要目标之一。
总之，本章教材作为义务教育阶段物理教学的最后一章，起着至关重要的压轴作用。它使得义务教育阶段物理教学的目的在此达到高潮，物理教育教学的意义得以充分的体现，它对学生来说是一个很好的综合能力训练场地，对教师来说是实现、检验物理教育、教学各方面效果的好素材。
注：*此内容为第十五章《热和能》的教学内容。**为本章教材的隐含内容。
