STEM参与式主题活动太阳能热水器

教育部儿童发展与学习科学重点实验室（东南大学）中国科协“做中学”科学教育改革实验项目教学中心（东南大学）江苏汉博教育培训中心2014.9

STEM参与式主题活动——太阳能热水器2014浙江省科技教育与创新人才培养专题培训班Science科学Technology技术Engineering工程Mathematics数学什么是STEM？技术工程数学科学设计“人造”的世界“发现”的世界科学方法用于用于推动推动受益于应用于涉及涉及研究研究STEM素质STEM素质并不是科学素质、技术素质、工程素质和数学素质的简单组合，而是把学生学习到的零碎知识与机械过程转变成一个探究世界相互联系的不同侧面的过程。一个STEM课堂的特点就是在“杂乱无章”的学习情境中强调学生的设计能力与问题解决能力。这一复杂的学习情境包含了多种学科，其问题可能涉及纳米技术、生物医学和天体生物学等知识。一个STEM课堂上教师可能提出一个问题，然后要求学生组成一个班级范围内的探究小组开展原创性研究。在研究过程中，学生被要求使用技术搜集、分析数据，并设计、测试和改进一个解决方案，然后与其他小组的同伴交流研究成果。将STEM引入科学课堂(或课外活动)时，

教学是怎样的？融合课内外教育STEM教育有三种形式：与课内科学课程相对应的STEM项目——基于科学情境：小小建筑师如何使建筑结构更稳定？学生作品与课内科学课程相对应的STEM项目——基于科学情境：小小建筑师课外开展的STEM教育项目——基于生活情境：自封袋融合课内外教育STEM教育有三种形式：太阳能发电百叶窗参与式动手做活动

——太阳能热水器科学（教科版）五年级上册光光和影阳光下的影子光是怎样传播的光的反射光与热怎样的到更多的光和热做个太阳能热水器评价我们的太阳能热水器思考可以用太阳光加热水吗?为什么要用太阳光加热水?有意义吗？如何用太阳光加热水

?能否设计一个很简单的装置做到这点？如何才能得到尽可能热的水？活动任务制作一个可以利用太阳光进行加热的装置。活动材料光源：太阳光结构材料：2个一次性塑料杯、1大张硬纸板

硅胶管（4*5mm透明、2*3mm透明、4*5mm黑色）

黑色卡纸、铝箔纸、保鲜膜、报纸工具：尺子、剪刀、铅笔、橡皮、锥子、温度计连接材料：透明胶、双面胶、热熔胶枪制作要求能够加热一整杯水；装置能够正常运转，不漏水；自动装置，测试期间不需要人辅助；公平实验的设置。如何让水从进水杯流到集水杯？如何让从进水杯进入集水杯的水温度升高？导管和底板用什么样的颜色？粗细？在加热的时候，你希望导管中的水流得多快？如何排布导管可以让水更多地吸收台灯发出的热量吗？当实验结果显示水温并没有显著上升时，要怎样改进装置？思考设计小组讨论确定设计方案，包括设计图、材料等，并将设计方案填写在学员记录单上。测量温度太阳光对照（水在阳光下自然受热）初始温度结束温度温度差加热时间光源类型*注意：记录单的填写将你的实验数据填写在下表中。设计与制作注意：请各组完成设计后，再去领材料交流与汇报你的太阳能加热装置能否正常运行？制作过程中遇到了哪些问题，是如何解决的？是否对太阳能加热装置进行了测试，对测试结果是否进行了分析并在此基础上进行了改进？是否进行了数据的记录？起始水温、最终水温、温度差、加热时间等光源类型太阳对照（水在阳光下自然受热）初始温度结束温度温度差加热时间放置的角度？铝箔纸和黑色纸的位置？管子排布的方式？如何保温？……光源：太阳 思考：第一组太阳能加热装置测试数据光源类型太阳对照（水在太阳下自然受热）初始温度31℃30℃结束温度34℃<31℃温度差3<1加热时间1’40

s1’40s拓展：如何获得更大的温度改变吗？讨论：需要考虑哪些因素？水的流速（快？慢）形状（管子的长短？粗细？）颜色（透明？黑？）材料（反光材料？黑色材料？……）敞开还是封闭厚度（保温材料的厚度）……替代光源：带有40W照明灯泡的台灯用台灯加热时，被加热对象需离台灯罩外缘约10cm；不得用任何方式改变台灯的加热，如加反光保护罩等；教学建议鹅颈台灯（模拟太阳）灯罩杯子-进水杯子-集水背板硅胶管40W的白炽灯以上通通不可以！！×××太阳能热水器的工作原理集热器——真空集热管：受热面积、冷热水循环保温水箱——内胆：耐腐蚀性；保温层支架——牢固、耐老化连接管道——封闭、保温处理全玻璃式真空管集热器的构造强化玻璃管内管真空集热及热水储存管（高性能选择吸收膜）温水水量调节器水箱热水出水管冷水太阳能热水器的工作原理与课内科学课程相对应的STEM项目——基于科学情境：小小建筑师课外开展的STEM教育项目——基于生活情境：自封袋与综合实践和通用技术课程项目对应的STEM项目——基于工业情境融合课内外教育STEM教育有三种形式：情境设置：一封来自“泰纳炼油厂资源部”的信件；尊敬的先生/女士：

您好！听闻贵公司致力于研究“水的特征与特性”，希望您能够帮助我们解决所面临的问题。我已经将我公司水管网的设计发给您，该设计展示了水的流动路径，从水库取水，经工厂后汇入河流。

我们遇到一个难题，水经过工厂后，温度变得很高，在将水排放到河流前，需要让水温回到常温状态，我们需要了解如何实现水的降温。尽管这个问题不是目前面临的最紧迫的任务，但我们希望您能告诉我们最有效的冷却热液体的方法……水的降温好热啊！我要降温！思考问题你能想到多少种方法冷却一杯热水？你怎样迅速冷却一个大水箱中的热液体？方法一案例：水的降温装冷水的壶方法二案例：水的降温在工业中，热交换器是用来迅速加热或冷却液体的。什么是热交换器？迅速冷却液体迅速加热液体

冷却塔冷却塔工作原理与课内科学课程相对应的STEM项目——基于科学情境：小小建筑师课外开展的S