教育部兒童發展與學習科學重點實驗室（東南大學）中國科協“做中學”科學教育改革實驗項目教學中心（東南大學）江蘇漢博教育培訓中心2014.9

STEM參與式主題活動——太陽能熱水器2014浙江省科技教育與創新人才培養專題培訓班Science科學Technology技術Engineering工程Mathematics數學什么是STEM？技術工程數學科學設計“人造”的世界“發現”的世界科學方法用于用于推動推動受益于應用于涉及涉及研究研究STEM素質STEM素質并不是科學素質、技術素質、工程素質和數學素質的簡單組合，而是把學生學習到的零碎知識與機械過程轉變成一個探究世界相互聯系的不同側面的過程。一個STEM課堂的特點就是在“雜亂無章”的學習情境中強調學生的設計能力與問題解決能力。這一復雜的學習情境包含了多種學科，其問題可能涉及納米技術、生物醫學和天體生物學等知識。一個STEM課堂上教師可能提出一個問題，然后要求學生組成一個班級范圍內的探究小組開展原創性研究。在研究過程中，學生被要求使用技術搜集、分析數據，并設計、測試和改進一個解決方案，然后與其他小組的同伴交流研究成果。將STEM引入科學課堂(或課外活動)時，

教學是怎樣的？融合課內外教育STEM教育有三種形式：與課內科學課程相對應的STEM項目——基于科學情境：小小建筑師如何使建筑結構更穩定？學生作品與課內科學課程相對應的STEM項目——基于科學情境：小小建筑師課外開展的STEM教育項目——基于生活情境：自封袋融合課內外教育STEM教育有三種形式：太陽能發電百葉窗參與式動手做活動

——太陽能熱水器科學（教科版）五年級上冊光光和影陽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太陽能熱水器評價我們的太陽能熱水器思考可以用太陽光加熱水嗎?為什么要用太陽光加熱水?有意義嗎？如何用太陽光加熱水

?能否設計一個很簡單的裝置做到這點？如何才能得到盡可能熱的水？活動任務制作一個可以利用太陽光進行加熱的裝置?；顒硬牧瞎庠矗禾柟饨Y構材料：2個一次性塑料杯、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、報紙工具：尺子、剪刀、鉛筆、橡皮、錐子、溫度計連接材料：透明膠、雙面膠、熱熔膠槍制作要求能夠加熱一整杯水；裝置能夠正常運轉，不漏水；自動裝置，測試期間不需要人輔助；公平實驗的設置。如何讓水從進水杯流到集水杯？如何讓從進水杯進入集水杯的水溫度升高？導管和底板用什么樣的顏色？粗細？在加熱的時候，你希望導管中的水流得多快？如何排布導管可以讓水更多地吸收臺燈發出的熱量嗎？當實驗結果顯示水溫并沒有顯著上升時，要怎樣改進裝置？思考設計小組討論確定設計方案，包括設計圖、材料等，并將設計方案填寫在學員記錄單上。測量溫度太陽光對照（水在陽光下自然受熱）初始溫度結束溫度溫度差加熱時間光源類型*注意：記錄單的填寫將你的實驗數據填寫在下表中。設計與制作注意：請各組完成設計后，再去領材料交流與匯報你的太陽能加熱裝置能否正常運行？制作過程中遇到了哪些問題，是如何解決的？是否對太陽能加熱裝置進行了測試，對測試結果是否進行了分析并在此基礎上進行了改進？是否進行了數據的記錄？起始水溫、最終水溫、溫度差、加熱時間等光源類型太陽對照（水在陽光下自然受熱）初始溫度結束溫度溫度差加熱時間放置的角度？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 思考：第一組太陽能加熱裝置測試數據光源類型太陽對照（水在太陽下自然受熱）初始溫度31℃30℃結束溫度34℃<31℃溫度差3<1加熱時間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（管子的長短？粗細？）顏色（透明？黑？）材料（反光材料？黑色材料？……）敞開還是封閉厚度（保溫材料的厚度）……替代光源：帶有40W照明燈泡的臺燈用臺燈加熱時，被加熱對象需離臺燈罩外緣約10cm；不得用任何方式改變臺燈的加熱，如加反光保護罩等；教學建議鵝頸臺燈（模擬太陽）燈罩杯子-進水杯子-集水背板硅膠管40W的白熾燈以上通通不可以?。　痢痢撂柲軣崴鞯墓ぷ髟砑療崞鳌婵占療峁埽菏軣崦娣e、冷熱水循環保溫水箱——內膽：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造強化玻璃管內管真空集熱及熱水儲存管（高性能選擇吸收膜）溫水水量調節器水箱熱水出水管冷水太陽能熱水器的工作原理與課內科學課程相對應的STEM項目——基于科學情境：小小建筑師課外開展的STEM教育項目——基于生活情境：自封袋與綜合實踐和通用技術課程項目對應的STEM項目——基于工業情境融合課內外教育STEM教育有三種形式：情境設置：一封來自“泰納煉油廠資源部”的信件；尊敬的先生/女士：

您好！聽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題。我已經將我公司水管網的設計發給您，該設計展示了水的流動路徑，從水庫取水，經工廠后匯入河流。

我們遇到一個難題，水經過工廠后，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，我們需要了解如何實現水的降溫。盡管這個問題不是目前面臨的最緊迫的任務，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：水的降溫在工業中，熱交換器是用來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科學課程相對應的STEM項目——基于科學情境：小小建筑師課外開展的S