STEM參與式主題活動(dòng)太陽(yáng)能熱水器

教育部?jī)和l(fā)展與學(xué)習(xí)科學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（東南大學(xué)）中國(guó)科協(xié)“做中學(xué)”科學(xué)教育改革實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目教學(xué)中心（東南大學(xué)）江蘇漢博教育培訓(xùn)中心2014.9

STEM參與式主題活動(dòng)——太陽(yáng)能熱水器2014浙江省科技教育與創(chuàng)新人才培養(yǎng)專(zhuān)題培訓(xùn)班Science科學(xué)Technology技術(shù)Engineering工程Mathematics數(shù)學(xué)什么是STEM？技術(shù)工程數(shù)學(xué)科學(xué)設(shè)計(jì)“人造”的世界“發(fā)現(xiàn)”的世界科學(xué)方法用于用于推動(dòng)推動(dòng)受益于應(yīng)用于涉及涉及研究研究STEM素質(zhì)STEM素質(zhì)并不是科學(xué)素質(zhì)、技術(shù)素質(zhì)、工程素質(zhì)和數(shù)學(xué)素質(zhì)的簡(jiǎn)單組合，而是把學(xué)生學(xué)習(xí)到的零碎知識(shí)與機(jī)械過(guò)程轉(zhuǎn)變成一個(gè)探究世界相互聯(lián)系的不同側(cè)面的過(guò)程。一個(gè)STEM課堂的特點(diǎn)就是在“雜亂無(wú)章”的學(xué)習(xí)情境中強(qiáng)調(diào)學(xué)生的設(shè)計(jì)能力與問(wèn)題解決能力。這一復(fù)雜的學(xué)習(xí)情境包含了多種學(xué)科，其問(wèn)題可能涉及納米技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)和天體生物學(xué)等知識(shí)。一個(gè)STEM課堂上教師可能提出一個(gè)問(wèn)題，然后要求學(xué)生組成一個(gè)班級(jí)范圍內(nèi)的探究小組開(kāi)展原創(chuàng)性研究。在研究過(guò)程中，學(xué)生被要求使用技術(shù)搜集、分析數(shù)據(jù)，并設(shè)計(jì)、測(cè)試和改進(jìn)一個(gè)解決方案，然后與其他小組的同伴交流研究成果。將STEM引入科學(xué)課堂(或課外活動(dòng))時(shí)，

教學(xué)是怎樣的？融合課內(nèi)外教育STEM教育有三種形式：與課內(nèi)科學(xué)課程相對(duì)應(yīng)的STEM項(xiàng)目——基于科學(xué)情境：小小建筑師如何使建筑結(jié)構(gòu)更穩(wěn)定？學(xué)生作品與課內(nèi)科學(xué)課程相對(duì)應(yīng)的STEM項(xiàng)目——基于科學(xué)情境：小小建筑師課外開(kāi)展的STEM教育項(xiàng)目——基于生活情境：自封袋融合課內(nèi)外教育STEM教育有三種形式：太陽(yáng)能發(fā)電百葉窗參與式動(dòng)手做活動(dòng)

——太陽(yáng)能熱水器科學(xué)（教科版）五年級(jí)上冊(cè)光光和影陽(yáng)光下的影子光是怎樣傳播的光的反射光與熱怎樣的到更多的光和熱做個(gè)太陽(yáng)能熱水器評(píng)價(jià)我們的太陽(yáng)能熱水器思考可以用太陽(yáng)光加熱水嗎?為什么要用太陽(yáng)光加熱水?有意義嗎？如何用太陽(yáng)光加熱水

?能否設(shè)計(jì)一個(gè)很簡(jiǎn)單的裝置做到這點(diǎn)？如何才能得到盡可能熱的水？活動(dòng)任務(wù)制作一個(gè)可以利用太陽(yáng)光進(jìn)行加熱的裝置?；顒?dòng)材料光源：太陽(yáng)光結(jié)構(gòu)材料：2個(gè)一次性塑料杯、1大張硬紙板

硅膠管（4*5mm透明、2*3mm透明、4*5mm黑色）

黑色卡紙、鋁箔紙、保鮮膜、報(bào)紙工具：尺子、剪刀、鉛筆、橡皮、錐子、溫度計(jì)連接材料：透明膠、雙面膠、熱熔膠槍制作要求能夠加熱一整杯水；裝置能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)，不漏水；自動(dòng)裝置，測(cè)試期間不需要人輔助；公平實(shí)驗(yàn)的設(shè)置。如何讓水從進(jìn)水杯流到集水杯？如何讓從進(jìn)水杯進(jìn)入集水杯的水溫度升高？導(dǎo)管和底板用什么樣的顏色？粗細(xì)？在加熱的時(shí)候，你希望導(dǎo)管中的水流得多快？如何排布導(dǎo)管可以讓水更多地吸收臺(tái)燈發(fā)出的熱量嗎？當(dāng)實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示水溫并沒(méi)有顯著上升時(shí)，要怎樣改進(jìn)裝置？思考設(shè)計(jì)小組討論確定設(shè)計(jì)方案，包括設(shè)計(jì)圖、材料等，并將設(shè)計(jì)方案填寫(xiě)在學(xué)員記錄單上。測(cè)量溫度太陽(yáng)光對(duì)照（水在陽(yáng)光下自然受熱）初始溫度結(jié)束溫度溫度差加熱時(shí)間光源類(lèi)型*注意：記錄單的填寫(xiě)將你的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)填寫(xiě)在下表中。設(shè)計(jì)與制作注意：請(qǐng)各組完成設(shè)計(jì)后，再去領(lǐng)材料交流與匯報(bào)你的太陽(yáng)能加熱裝置能否正常運(yùn)行？制作過(guò)程中遇到了哪些問(wèn)題，是如何解決的？是否對(duì)太陽(yáng)能加熱裝置進(jìn)行了測(cè)試，對(duì)測(cè)試結(jié)果是否進(jìn)行了分析并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)？是否進(jìn)行了數(shù)據(jù)的記錄？起始水溫、最終水溫、溫度差、加熱時(shí)間等光源類(lèi)型太陽(yáng)對(duì)照（水在陽(yáng)光下自然受熱）初始溫度結(jié)束溫度溫度差加熱時(shí)間放置的角度？鋁箔紙和黑色紙的位置？管子排布的方式？如何保溫？……光源：太陽(yáng) 思考：第一組太陽(yáng)能加熱裝置測(cè)試數(shù)據(jù)光源類(lèi)型太陽(yáng)對(duì)照（水在太陽(yáng)下自然受熱）初始溫度31℃30℃結(jié)束溫度34℃<31℃溫度差3<1加熱時(shí)間1’40

s1’40s拓展：如何獲得更大的溫度改變嗎？討論：需要考慮哪些因素？水的流速（快？慢）形狀（管子的長(zhǎng)短？粗細(xì)？）顏色（透明？黑？）材料（反光材料？黑色材料？……）敞開(kāi)還是封閉厚度（保溫材料的厚度）……替代光源：帶有40W照明燈泡的臺(tái)燈用臺(tái)燈加熱時(shí)，被加熱對(duì)象需離臺(tái)燈罩外緣約10cm；不得用任何方式改變臺(tái)燈的加熱，如加反光保護(hù)罩等；教學(xué)建議鵝頸臺(tái)燈（模擬太陽(yáng)）燈罩杯子-進(jìn)水杯子-集水背板硅膠管40W的白熾燈以上通通不可以！！×××太陽(yáng)能熱水器的工作原理集熱器——真空集熱管：受熱面積、冷熱水循環(huán)保溫水箱——內(nèi)膽：耐腐蝕性；保溫層支架——牢固、耐老化連接管道——封閉、保溫處理全玻璃式真空管集熱器的構(gòu)造強(qiáng)化玻璃管內(nèi)管真空集熱及熱水儲(chǔ)存管（高性能選擇吸收膜）溫水水量調(diào)節(jié)器水箱熱水出水管冷水太陽(yáng)能熱水器的工作原理與課內(nèi)科學(xué)課程相對(duì)應(yīng)的STEM項(xiàng)目——基于科學(xué)情境：小小建筑師課外開(kāi)展的STEM教育項(xiàng)目——基于生活情境：自封袋與綜合實(shí)踐和通用技術(shù)課程項(xiàng)目對(duì)應(yīng)的STEM項(xiàng)目——基于工業(yè)情境融合課內(nèi)外教育STEM教育有三種形式：情境設(shè)置：一封來(lái)自“泰納煉油廠資源部”的信件；尊敬的先生/女士：

您好！聽(tīng)聞貴公司致力于研究“水的特征與特性”，希望您能夠幫助我們解決所面臨的問(wèn)題。我已經(jīng)將我公司水管網(wǎng)的設(shè)計(jì)發(fā)給您，該設(shè)計(jì)展示了水的流動(dòng)路徑，從水庫(kù)取水，經(jīng)工廠后匯入河流。

我們遇到一個(gè)難題，水經(jīng)過(guò)工廠后，溫度變得很高，在將水排放到河流前，需要讓水溫回到常溫狀態(tài)，我們需要了解如何實(shí)現(xiàn)水的降溫。盡管這個(gè)問(wèn)題不是目前面臨的最緊迫的任務(wù)，但我們希望您能告訴我們最有效的冷卻熱液體的方法……水的降溫好熱啊！我要降溫！思考問(wèn)題你能想到多少種方法冷卻一杯熱水？你怎樣迅速冷卻一個(gè)大水箱中的熱液體？方法一案例：水的降溫裝冷水的壺方法二案例：水的降溫在工業(yè)中，熱交換器是用來(lái)迅速加熱或冷卻液體的。什么是熱交換器？迅速冷卻液體迅速加熱液體

冷卻塔冷卻塔工作原理與課內(nèi)科學(xué)課程相對(duì)應(yīng)的STEM項(xiàng)目——基于科學(xué)情境：小小建筑師課外開(kāi)展的S