《學(xué)習包-太陽能的利用》設(shè)計

《學(xué)習包—太陽能的利用》教學(xué)設(shè)計一、教學(xué)任務(wù)分析學(xué)習包－《太陽能的利用》是能量守恒定律一章在實際中的一個應(yīng)用。太陽能不僅具有巨大的經(jīng)濟、社會效益，還能緩解能源緊缺，美化生活環(huán)境，實現(xiàn)社會、經(jīng)濟、資源和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展。因此，在中學(xué)物理課程中引入此內(nèi)容的學(xué)習，既富有時代性，又具有非常重要的現(xiàn)實意義。本節(jié)內(nèi)容重點放在科學(xué)探究過程的實踐、科學(xué)方法的運用和相關(guān)知識的靈活應(yīng)用上，對改變學(xué)生學(xué)習方式來說具有重要的意義。學(xué)習本節(jié)內(nèi)容所需準備的知識和技能主要有：（1）能的轉(zhuǎn)化與守恒；（2）能源的開發(fā)與利用；（3）DIS溫度傳感器的使用。將“太陽能的利用”內(nèi)容分成若干個子課題，學(xué)生分組，并認領(lǐng)探究的課題。通過子課題1，簡要介紹太陽能的相關(guān)知識，引出太陽能資源的含義、優(yōu)缺點、利用途徑；通過子課題2，重點探究太陽能的熱利用；通過子課題3，重點探究太陽能發(fā)電。通過實例分析，聯(lián)系太陽能的來源進行相關(guān)的計算、引入“物理模型”、“等效替代”等物理學(xué)中常用的思想方法。本節(jié)內(nèi)容采用學(xué)習包的形式編寫，目的在于改變傳統(tǒng)的教與學(xué)的方式，在教師指導(dǎo)下，學(xué)生通過自主活動，做到“資料自己找，實驗自己做，問題自己答，小結(jié)自己寫，效果自己評”，在探究活動中體驗合作探究的學(xué)習過程、認識研究性學(xué)習的特點，感悟科學(xué)方法的應(yīng)用和科學(xué)態(tài)度對探究的成功的重要作用，為今后的持續(xù)發(fā)展奠定基礎(chǔ)。二、教學(xué)目標1、知識與技能（1）知道太陽能資源的含義、優(yōu)缺點、利用途徑、基本技術(shù)以及人們利用與開發(fā)太陽能的歷史和現(xiàn)狀。（2）理解太陽輻射和太陽常數(shù)。（3）學(xué)會用DIS溫度傳感器，探究影響太陽能轉(zhuǎn)化為熱能效率的因素、上海地區(qū)太陽輻射的特點以及測試悶曬式太陽能集熱箱效率和性能。（4）學(xué)會使用一些基本的太陽能系列產(chǎn)品，并在此基礎(chǔ)上進行小制作、小改造或小發(fā)明。（5）初步學(xué)會完成對各種實驗表格的設(shè)計與填寫，并能完成課題報告的撰寫。2、過程與方法（1）在研究“太陽能利用”課題的過程中，通過小組成員間分工合作，獲取、搜集、處理、表達信息的過程，感受科學(xué)探究的一般過程和方法。（2）通過查閱有關(guān)太陽能能源的資料，認識太陽能能源的基本知識以及利用與開發(fā)的歷史和現(xiàn)狀。（3）通過DIS實驗，感受信息技術(shù)對探究活動的支撐作用。（4）通過搜集有關(guān)利用太陽能開發(fā)的產(chǎn)品及該產(chǎn)品的圖片和工作原理，掌握家用太陽能裝置和一些基本的太陽能系列產(chǎn)品的使用方法，并運用所學(xué)知識進行小制作、小改造和小發(fā)明。（5）通過經(jīng)歷太陽能開發(fā)利用的學(xué)習與實踐過程，認識調(diào)查法、實驗法，控制變量法，物理模型，等效替代等科學(xué)研究方法和物理思想。3、情感、態(tài)度與價值觀（1）根據(jù)子課題研究內(nèi)容，通過小組成員間明確各自擔任的角色和任務(wù)，在探究的過程，體驗具體分工、合作的愉悅和經(jīng)驗，增強責任感，樂于與人合作，并善于與人合作。（2）在動腦、動手實踐中，

通過使用、改造或設(shè)計太陽能利用的器具，激發(fā)利用與開發(fā)太陽能的興趣，提高動手實踐與大膽創(chuàng)新的能力。

（3）通過學(xué)習與實踐過程，體驗探究學(xué)習的樂趣，懂得合理、科學(xué)使用太陽能的方法以及重要意義，增強保護環(huán)境、節(jié)能的使命感。（4）通過多角度、多層次、多方式對問題展開思考和剖析，在解決問題的過程中，體驗成功的愉悅感和成就感。三、教學(xué)重點和難點重點：（1）太陽能利用的相關(guān)知識。（2）探究影響太陽能轉(zhuǎn)化為熱能效率的因素、上海地區(qū)太陽輻射的特點以及測試悶曬式太陽能集熱箱效率和性能。難點：（1）運用利用太陽能的有關(guān)知識進行小制作、小改造和小發(fā)明。（2）理解太陽輻射和太陽常數(shù)。四、教學(xué)資源1、器材：（1）研究影響太陽能轉(zhuǎn)化為熱能效率因素的實驗器材：小包裝純凈水（250ml左右）空瓶四個，30cm×40cm聚乙烯透明塑料袋三個，20cm×20cm黑紙一張，光亮、平整鋁箔包裝紙若干，高40cm的支架4個，DIS（溫度傳感器，數(shù)據(jù)采集器，計算機等）或溫度計等。（2）研究上海地區(qū)太陽輻射特點的實驗器材：小包裝純凈水（250ml左右）空瓶若干，橡皮塞（鉆孔），DIS（溫度傳感器，數(shù)據(jù)采集器，計算機等）或溫度計，支架等。（3）研究悶曬式太陽能集熱箱效率和性能的實驗器材：聚苯乙烯泡沫塑料，松軟物體（棉花，羽絨等）、蓋板玻璃等；各種顏色的材料（紙張、布匹等），DIS（溫度傳感器，數(shù)據(jù)采集器，計算機等）或溫度計等。（4）研究太陽能發(fā)電的實驗器材：太陽能電池板，太陽能小車、太陽能風車等制作材料。（5）其他所需器材。2、Internet網(wǎng)絡(luò)、圖書資料等。3、課件：自制課件、Flash動畫等。4、錄像：太陽能利用的視頻資料。五、教學(xué)設(shè)計思路本設(shè)計的內(nèi)容主要包括四個方面：一是太陽能利用的相關(guān)知識簡介；二是太陽能的熱利用；三是太陽能發(fā)電；四是建立“太陽輻射物理模型”及對“太陽常量”的理解。本設(shè)計的基本思路是：學(xué)生組成小組，在教師的指導(dǎo)下根據(jù)總課題“太陽能的利用”提出系列性問題或子課題，然后通過學(xué)生自主學(xué)習、查找資料、交流討論、探究實驗解決問題，最后進行小結(jié)、交流和評價。本設(shè)計要突出的重點是：太陽能利用的相關(guān)知識以及探究影響太陽能轉(zhuǎn)化為熱能效率的因素、上海地區(qū)太陽輻射的特點以及測試悶曬式太陽能集熱箱效率和性能。方法是：通過子課題1的研究，搜集有關(guān)太陽能的含義，太陽輻射與太陽常數(shù)，太陽能的優(yōu)缺點，太陽能的利用途徑，太陽能利用基本技術(shù)及發(fā)展史等資料，了解太陽能利用的相關(guān)知識；通過子課題2和子課題3的研究，運用DIS溫度傳感器探究影響太陽能轉(zhuǎn)化為熱能效率的因素、上海地區(qū)太陽輻射的特點以及測試自制悶曬式太陽能集熱箱效率和性能。本設(shè)計要突破的難點是：運用太陽能利用的有關(guān)知識進行小制作、小改造和小發(fā)明。方法是：通過搜集有關(guān)利用太陽能開發(fā)的產(chǎn)品及該產(chǎn)品的圖片和工作原理，掌握家用太陽能裝置和一些基本的太陽能系列產(chǎn)品的使用方法，并運用所學(xué)知識進行小制作、小改造和小發(fā)明。理解太陽輻射和太陽常數(shù)。方法是通過實例分析，引入物理模型、等效替代等物理思想，理解太陽輻射和“太陽常量”的概念。本設(shè)計重視培養(yǎng)學(xué)生獲取、搜集、處理、表達信息的能力以及實驗探究，創(chuàng)造發(fā)明的能力。完成本設(shè)計的教學(xué)任務(wù)需2～3課時。六、教學(xué)流程拓展延伸關(guān)注科技發(fā)展拓展延伸關(guān)注科技發(fā)展課內(nèi)匯報成果，交流心得，師生點評交流小結(jié)成果匯報交流課外反思，小結(jié)，完成思考與練習探索研究進行實驗探究課外完成實驗報告，回答相關(guān)問題課內(nèi)聽介紹，看表演，提問題課外學(xué)生分組，搜集資料，設(shè)計實驗方案課內(nèi)交流實驗設(shè)計方案，實驗探究問題探討提出研究內(nèi)容2、流程圖說明問題探討提出研究內(nèi)容課內(nèi)通過錄像、課件、演示實驗創(chuàng)設(shè)情景，指出太陽能不僅具有巨大的經(jīng)濟、社會效益，還能緩解能源緊缺，美化生活環(huán)境，實現(xiàn)社會、經(jīng)濟、資源和環(huán)境的協(xié)調(diào)發(fā)展有重要的現(xiàn)實意義，激發(fā)學(xué)生的興趣和探究欲望。課外通過對學(xué)生進行分組、確定子課題及研究內(nèi)容、明確角色和任務(wù)分工。利用網(wǎng)絡(luò)資源和書籍資料，設(shè)計實驗方案，制定課題計劃書和進度表。探索研究進行實驗探究課內(nèi)通過小組內(nèi)部交流設(shè)計方案，實驗探究影響太陽能轉(zhuǎn)化為熱能效率的因素、上海地區(qū)太陽輻射的特點以及測試悶曬式太陽能集熱箱效率和性能。課外繼續(xù)實驗探究并完成實驗報告，并將搜集到的資料匯總、分析、整合，初步做成ppt、網(wǎng)頁、作品等形式，并回答相關(guān)問題。交流小結(jié)成果匯報交流課內(nèi)通過學(xué)生分組展示和交流研究成果，由教師和學(xué)生組成的課題評審團可以用投票的方式對各組成果進行評議，根據(jù)成果交流情況評出各獎項，進行表彰和鼓勵，點評并提出改進意見。然后，教師通過實例的分析，進一步理解太陽輻射和太陽常數(shù)的概念。最后教師總結(jié)課題研究的方法例如實驗法，調(diào)查法，以及物理思想和科學(xué)方法例如等效替代，控制變量法和物理模型等。課外，讓學(xué)生反思學(xué)習學(xué)習包的過程，做好小結(jié)，完成思考與練習。拓展延伸關(guān)注科技發(fā)展介紹幾個主要的國內(nèi)外太陽能網(wǎng)站的地址，激發(fā)學(xué)生利用與開發(fā)太陽能的興趣，增強保護環(huán)境、節(jié)能的使命感。3、教學(xué)主要環(huán)節(jié)本設(shè)計可以分為三個主要教學(xué)環(huán)節(jié)：第一環(huán)節(jié)，通過太陽能利用的問題探討，了解太陽能資源的相關(guān)知識，包括太陽能的含義，太陽輻射和太陽常數(shù)，太陽能的優(yōu)缺點、利用途徑以及太陽能利用的基本技術(shù)，人們利用與開發(fā)太陽能的歷史和現(xiàn)狀。第二環(huán)節(jié)，通過DIS實驗，探究影響太陽能轉(zhuǎn)化為熱能效率的因素、上海地區(qū)太陽輻射的特點以及測試悶曬式太陽能集熱箱效率和性能，完成相關(guān)實驗報告。第三環(huán)節(jié)，學(xué)生對制作的作品與研究的成果進行展示、匯報和交流，教師總結(jié)評價，實例分析，并作適當?shù)耐卣寡由臁W(xué)生課后完成課題研究結(jié)題報告，小結(jié)學(xué)習包的學(xué)習情況。七、教學(xué)案例（一）問題探討1、學(xué)生方面所做的準備學(xué)生分組：以自愿結(jié)合為原則，每4～6人分為一組。角色和任務(wù)分工：根據(jù)自身的特點，學(xué)生自主選擇和承擔對應(yīng)子課題的各項任務(wù)。每組可設(shè)資料搜集員，整理員、展示員，實驗員、制作發(fā)明員、組長（兼）等。課題選題：包括教師指定選題和學(xué)生自主選題。教師可根據(jù)學(xué)生的知識水平和研究能力，可以提供一系列可操作的課題供學(xué)生選擇，也可以由學(xué)生自主選擇有興趣、能操作的課題，然后填寫選題意向表。其他課題：需由指導(dǎo)老師主持開題評審會對學(xué)生課題研究方案進行評審。2、教師方面所做的準備創(chuàng)設(shè)學(xué)習的情境：從本節(jié)課的生活背景出發(fā)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習“太陽能利用”的興趣。編寫課前導(dǎo)學(xué)：學(xué)生自主學(xué)習應(yīng)考慮時間的合理性，高中生課后作業(yè)較多，為了讓學(xué)生有寬裕的課前自主時間，開展研究性學(xué)習。教師應(yīng)根據(jù)具體要求，編寫了“課前導(dǎo)學(xué)”，在“課前導(dǎo)學(xué)”中為學(xué)生提供了學(xué)法指導(dǎo)，針對所學(xué)內(nèi)容，提供一些相關(guān)的學(xué)習方法讓學(xué)生參考，重在引導(dǎo)學(xué)生圍繞重點、難點展開思考，發(fā)現(xiàn)疑點，提高學(xué)習效率。教師搜集選題意向表：按照學(xué)生的意向分組，最后宣布分組名單。評價方式：成立課題評審團。由每個課題組的一名代表和指導(dǎo)老師組成評審團，一方面對學(xué)生開題報告進行評審，另一方面以投票方式對各組交流展示的成果進行評議。根據(jù)成果交流情況評出各獎項，進行表彰和鼓勵，點評并提出改進意見。（二）實踐探究各課題組制定研究方案，自主開展研究活動。學(xué)生可以到閱覽室、圖書館或通過上網(wǎng)查閱太陽能能源的相關(guān)資料，了解太陽能這一新型能源的開發(fā)和利用情況。也可以實驗探究影響太陽能轉(zhuǎn)化為熱能效率的因素、上海地區(qū)太陽輻射的特點以及測試悶曬式太陽能集熱箱效率和性能。還可以利用太陽能的相關(guān)知識，進行小制作，小改造和小發(fā)明。作品可以是制作模型，也可以繪制設(shè)計圖，講解設(shè)計思路和科學(xué)原理等。以課題組為單位，歸納整理收集到的信息資料，將研究結(jié)果以word，Powerpoint、flash、網(wǎng)頁、作品等形式加以總結(jié)，便于小結(jié)交流。

（三）交流小結(jié)

1、學(xué)生分組交流各自課題的研究結(jié)果（以下課題供參考，詳見附錄）子課題1：太陽能利用的相關(guān)知識包括：1）太陽能的含義2）太陽輻射與太陽常數(shù)3）太陽能的優(yōu)缺點4）太陽能的利用途徑5）太陽能利用所涉及的技術(shù)問題6）太陽能利用的發(fā)展史等。子課題2：太陽能的熱利用1）太陽能熱利用在生活中的應(yīng)用搜集并展示有關(guān)太陽能熱利用的產(chǎn)品或圖片，讓學(xué)生充分認識到太陽能熱利用就在生活中。例如：太陽灶，太陽能干燥器，太陽能溫室，太陽房等。2）實驗探究研究影響太陽能轉(zhuǎn)化為熱能的效率因素（見課本P112頁），填寫《探究太陽能利用效率活動任務(wù)單》，完成探究任務(wù)。研究上海地區(qū)太陽輻射的特點（見課本P114），設(shè)計并填寫《研究上海地區(qū)太陽輻射特性活動任務(wù)單》，完成探究任務(wù)。3）小制作、小發(fā)明參考簡易悶曬式太陽能集熱箱的制作參考：研究不同顏色的材料對太陽輻射吸收的狀況，思考如何合理利用太陽能（見課本P115）。用DIS溫度傳感器測試自制的悶曬式太陽能集熱箱的效率和性能，與其他小組的作品比一比誰的集熱箱的性能更好。簡易太陽灶的制作參考簡易太陽能熱水器的制作參考：思考采取哪些措施可以提高熱水器的熱水溫度和出水量。太陽能熱水瓶的制作參考。4）調(diào)查研究向家長或安裝太陽能系列產(chǎn)品的家庭或單位進行調(diào)查訪問活動，比較太陽能熱水器、電熱水器、燃氣熱水器在使用中的優(yōu)缺點。子課題3：太陽能發(fā)電1）太陽能發(fā)電在生活中的應(yīng)用搜集并展示有關(guān)太陽能發(fā)電的產(chǎn)品或圖片，讓學(xué)生充分認識到太陽能發(fā)電就在生活中。例如：太陽能計算器、太陽能燈系列（草坪燈、觀景燈、路燈、交通燈）、太陽能時鐘、太陽能汽車、太陽能自行車太陽能發(fā)電廠、太陽能空調(diào)器、太陽能電視機、太陽能換氣扇、太陽能收音機、太陽能電話機、太陽能照像機等。2）太陽能電池介紹包括太陽能電池的種類，原理、太陽能電池的應(yīng)用和發(fā)展，國內(nèi)、國外對太陽能電池的研究等，詳見附錄。3）小制作、小發(fā)明參考自己設(shè)計幾個用太陽能電池供電的電路，畫出電路原理圖，尋找材料并動手制作。如太陽能小車，太陽能涼帽、太陽能風車、太陽能石英鐘。也可以創(chuàng)作廣告，畫，歌曲、詩詞、小品（但一定要和主題相關(guān)）。太陽能涼帽的制作參考。太陽能石英鐘的制作參考。太陽花的制作參考。太陽能模型賽車的制作參考。風能、光能兩用發(fā)電機組的制作參考。4）調(diào)查研究通過搜集資料，比較太陽能發(fā)電，與水力發(fā)電、火力發(fā)電的優(yōu)缺點。2、師生評價由師生組成的評審團以投票方式對各組成果進行評議，根據(jù)成果交流情況評出各獎項，進行表彰和鼓勵，點評并提出改進意見。3、理解太陽輻射與太陽常數(shù)通過實例分析，引入物理模型、等效替代等物理思想，理解太陽輻射和“太陽常量”的概念。例題：太陽內(nèi)部不停地進行著熱核反應(yīng)（氘核和氚核結(jié)合成氦核），同時釋放出