能源的利用——彈力小車引言在能源有限的情況下，如何通過有效的手段和方式，達到節約能源、高效利用能源的目的？如何使學生較早地建立起節約能源的觀念，從而在今后的學習、生活中養成節約能源的行為習慣、思維習慣？這樣的觀念和習慣一旦建立起來，將不但使學生在自己的成長中有所收益，而且能使學生以自身的行為、思維習慣對社會的發展有所貢獻。因此，教師應在教育教學中對這一社會性問題給予適當的關注，并引領學生對這一問題進行初步地、嘗試性地解決。一、背景資料1、物理知識背景（1）能源——能產生能量的物質，如燃料、水力、風力等。（2）效率——機械、電器等工作時，有用功在總功中所占的百分比。（3）摩擦的利與弊摩擦是自然界和人們生活中廣泛存在的現象。在有些情況下需要增加摩擦力，有些情況需要減小摩擦力。本課題以一輛電動小車為載體，研究摩擦力的作用。系統內部摩擦包括軸與車體的摩擦、齒輪之間的摩擦等，屬摩擦阻力，應減小；車輪與地面之間的摩擦屬系統外部摩擦，是動力，應設法增大。實驗法：是人們根據研究和學習的目的，利用各種儀器和設備，人為地控制或模擬某種現象，排除各種偶然、次要因素的干擾，突出主要因素，在有利的條件下，重復地去研究這些現象及其規律的方法。注意事項：①強調實驗目的。②由學生完成實驗，教師要作為指導者。③提倡小組間的交流。④強調經過多次實驗，得出結論，避免由偶然的現象得出結論。二、活動方案問題的提出及能源利用的發展現狀；教師運用智力激勵法促使學生逐步提出影響小車運行距離的各種因素，進行初步分析。以學生活動為主，測量出每部小車對有限電能的利用效率（宏觀），比較各組作品的優缺點，總結主要因素對小車運行距離影響的規律。引導學生產生理想的設計方案；根據設計的方案組裝作品，進行實驗觀察效果并記錄。創設競賽情境，通過學生活動的形式，培養團隊精神，進行合作式學習。4、活動目標科學態度：養成學生嚴謹求實的科研作風，激勵學生根據事實大膽設想、勇于創新的科學精神。科學知識技能：初步了解汽車內部基本的機械結構和傳動原理，認識到系統內部存在能量損耗。科學方法能力：學生運用控制變量法和實驗的方法，提高發現和解決問題的能力。科學行為習慣：讓學生體驗理論來源于實踐，又指導實踐是科學研究的必經過程，并養成良好的學習習慣。智能課教室5、活動資源智能課教室教學材料：樂高公司生產的“電腦機器人產品組合”，它是一套具有很高科技含量的智能化科學教育系統。特點是用計算機編程，單板機控制，多種傳感器檢索，電動機、燈泡、喇叭輸出的智能化系統，它可以控制各種機械結構，最大限度地、迅速地實現學生的科技設想。6、活動過程一、高效使用能源的意義和重要性在過去的200年里，人類已經用掉了世界礦物能源總儲量的一半左右——3億年太陽輻射的產物。僅在20世紀，人類社會用掉的能源就超過了有史以來所消費的能源總量，而且這種消費并沒有下降的趨勢。有限的礦物能源儲量、非礦物能源的技術限制等為人類帶來了難以解決的能源危機。將太陽光引入地下建筑我國能源利用率僅為30%，發達國家為50%，新能源轉換效率也較低，光熱轉換效率達50%—60%，光電轉換達100%。因此，必須大力開展研究，盡量提高能源利用率來滿足人類日益增長的能源需求。必須采用新技術新設備，更新改造落后的技術裝備開發生產節能產品等措施節約能源，以充分發揮現有能源。將太陽光引入地下建筑太陽能發電廠提高能源的利用效率是我們目前面對的嚴峻問題之一，許多科技工作者對此進行了各種探索。如最近日本的科技工作者，完成了一項創新工作。他們將太陽光通過聚光鏡和光纖，引入背光的房屋，營造出有利于人類和各種生物生活的理想環境。目前這一科研成果已達到了實用的水平，許多住戶已經應用了這項技術，并從中受益。太陽能發電廠雙能源汽車又如在北京各主要道路兩側的信號燈，是用太陽能電池板供電來工作的，而且將剩余的太陽能轉化為電能儲存起來，夜晚來臨時供信號燈繼續工作。這也是提高太陽能利用的一個實例。雙能源汽車風能發電再如未來的汽車工作時，發動機永遠工作在最佳轉速，達到最佳工作狀態，使尾氣排放量保持在最低標準。發動機的旋轉除帶動車輪外，還帶動發電機，當汽車慢速行駛時，將多余的機械能變為電能儲存在蓄電池內；汽車高速行駛時，電能和發動機的機械能共同為汽車提供動力，這樣可以最大程度地提高燃油汽車的使用效率。風能發電以上的例子啟示我們在重視開發新能源的同時，也要注重視現有能源的節約利用和使用效率的提高。在教育過程中引起學生對這一問題的關注，將有利于學生的健康發展。二、有限電能的利用以小組為單位，制作一個彈力小車，所能達到的最遠處。探究活動是以小組為單位進行的，在活動中培養學生之間的合作能力、綜合能力和實踐能力。以上內容是研究課題的提出，要說明要求和規則。（1）作品只能使用本組材料制作。（2）不得手推。（3）只能使用一根橡筋。（4）檢測小車時初速度必需是0。（5）結果以小車運行位移為準，不是路程。三、影響小車運行距離的因素教師按照智力激勵法的原則，在教學過程中激發學生的思維，使得學生主動地找出影響小車運行距離的各種因素，培養他們發現問題的能力。這個教學過程是學生的活動過程，可以采用分組討論的形式來進行。將各小組討論的結果（各種因素）公示在黑板上。在這個過程中只允許提建設性意見或補充，不允許批判。四、分組設計實驗方案將總結出來的有關因素按學生的興趣和能力，分配給各個小組。以小組為單位，對研究的任務初步提出設計方案，并進行初步的實驗操作。此時的實驗學生可能將多種影響因素混雜在一起進行研究，不能得出嚴謹的實驗結論，教師應鼓勵學生去發現新的影響因素，并及時通告全體學生，增強課堂中信息的交流。總之，第一節課教師要盡量引起所有學生對本課題的研究興趣和重視，在潛移默化中使用智力激勵法激發學生的思維，培養學生發現問題的能力。總結因素公布上節課各班提出的所有影響因素，讓學生了解其它班的研究成果，取長補短，使學生體會到分析問題要全面，認識到集體研究、解決問題方法的特點。分組實驗讓學生按自己的興趣和能力，自愿研究影響的因素，以組為單位進行合作式研究。人們根據研究和學習的目的，利用各種儀器和設備，人為地控制或模擬某種現象，排除各種偶然、次要因素的干擾，突出主要因素，在有利的條件下，重復地去研究這些現象及其規律，這個方法叫做實驗法。因此當改變一次參數后，要進行多次實驗取得數據，并用平均法減小誤差。經過多次改變參數的實驗，并對實驗結果進行總結得出規律，填入學習單。學生實驗報告單因變量因變量（距離）自變量次數123平均值結論注：1、其它因素要求控制住。2、自變量——重心、重量、變速比、外形、車輪大小等等。3、因變量——小車行駛的距離。總結影響小車運行距離的本質和非本質因素各小組將實驗報告及結果公布在黑板上，供全體同學參考，從而總結出影響小車運行距離的本質和非本質因素。本質因素是影響小車運行距離的因素，例如牽引力、系統內部的摩擦力、車輪的大小、重量等等。非本質因素是在一般情況下，不會影響小車運行距離的因素，如外型、輪距、輪胎寬窄等等。本節課的教學目標就是讓學生學會使用控制變量法和實驗法進行科學研究，從而總結出影響小車運行距離的本質、非本質因素，得出嚴謹的科學結論，為下次教學活動作好鋪墊。設計制作小車的方案首先，對前兩次課各小組實驗證明過的各有關因素進行分析，總結出在各班所產生的研究結果，將本質和非本質因素進行必要的區分和說明。然后，引導學生在明確本質因素的情況下，怎樣利用有利的因素，減小不利因素的影響，從而不斷增加小車的運行距離，例如可通過提問學生“如何減小小車內部傳動機構之間的摩擦力，來達到提高電能的利用效率？”等問題，激勵學生思考，通過學生之間大量的討論和初步實踐，逐漸使每個研究小組產生自己理想的設計方案。學生活動學生根據設計的方案組裝作品進行實驗，觀察效果，并將作品的特點、實驗過程中發現的問題、如何進行解決的、作品創新點及與實際生活之間的聯系等方面進行記錄，填入學習單。通過學生對制作方案的設計、組裝、對實際效果的考察，以及對實際中存在問題的發現和解決，學生主動探索問題的能力得到了提高。作品效能記錄單（學習單）作品特點發現的問題解決辦法創新點與實際的聯系效能測試讓每一個小組在一定時間內，按照設計好的方案，制作出自己認為理想的彈力小車。在放有皮尺的木地板（跑道）上進行效能測試。讓幾個小組的作品同時出發，并記錄每個小組的成績，將成績好、有創意的作品利用大屏幕電視及實物投影儀，展示給所有學生，并讓制作者介紹該作品的特點。總結效能測試之后，由實際出發，教師和學生對成績好的作品進行分析，總結出成績優秀作品的特點。時間安排1、組裝小車的時間約10分鐘。2、組織測試的時間約15分鐘。3、總結的時間約15分鐘。產生新的設計在前幾節課對本課題研究的基礎上，讓學生采用研討的形式，明確第一次設計的作品在實際中遇到的困難和問題，針對此提出建設性的意見，并對原設計方案進行修改，以達到更加滿意的效果。在操作過程中，提倡小組內部的合作。制作、實踐、提高各小組按照新的設計方案制作完成小車，在跑道上進行檢測，觀察效果，并不斷進行改進。教師在這個過程中，要進行有針對性的輔導。專利意識本節課要求各小組達到力所能及的最佳水平，以備參加最終競賽，因此，各小組要有保密意識。教師設計競賽的情境，讓學生在激烈的競賽中，深刻體驗自己團隊制作的作品所蘊涵的競爭實力。（1）規定用10分鐘的時間將各小組的比賽用車準備好。（2）在教室中間設置競賽場地，每次測試一個作品。（3）每組有三次機會，取最好成績。采用這種競賽的形式，目的是培養學生的團隊精神，進行合作式的學習。提出討論問題的順序：①影響小車運動距離的因素？②哪些因素是本質因素，哪些是非本質因素？③用什么方法或手段可以確定本質因素？④怎樣設計這個實驗？⑤根據本質因素提出如何增加小車運動距離的設計方案？⑥設計方案在實驗過程中的效果如何？怎樣改進？討論要點：①哪些因素是本質因素，哪些是非本質因素。②設計方案在實驗過程中的效果如何，怎樣改進。③確定哪些本質因素是主要突破點。活動評價活動方案與結果評價表：可行性實用性創新性設計方案的生成設計方案的改進設計結果注：可行性——問題是能夠被研究的，存在現實可能性。實用性——經過實踐的驗證，設計方案確實有效。創新性——有自己獨到的見解和獨特的解決方式。方法掌握評價表：萌生運用施用評價分析影響因素控制變量法實驗法創新方法的體現注：萌生——指學生與外界接觸中初步產生的能力外顯。運用——指學生無把握完成某一具體任務時，對方法的運用。施用——指學生有把握地使用方法去實際完成某一具體任務。評價——指學生對任