能源的利用——弹力小车

能源的利用——弹力小车引言在能源有限的情况下，如何通过有效的手段和方式，达到节约能源、高效利用能源的目的？如何使学生较早地建立起节约能源的观念，从而在今后的学习、生活中养成节约能源的行为习惯、思维习惯？这样的观念和习惯一旦建立起来，将不但使学生在自己的成长中有所收益，而且能使学生以自身的行为、思维习惯对社会的发展有所贡献。

因此，教师应在教育教学中对这一社会性问题给予适当的关注，并引领学生对这一问题进行初步地、尝试性地解决。

一、背景资料1、物理知识背景（1）能源——能产生能量的物质，如燃料、水力、风力等。

（2）效率——机械、电器等工作时，有用功在总功中所占的百分比。

（3）摩擦的利与弊摩擦是自然界和人们生活中广泛存在的现象。

在有些情况下需要增加摩擦力，有些情况需要减小摩擦力。

本课题以一辆电动小车为载体，研究摩擦力的作用。

系统内部摩擦包括轴与车体的摩擦、齿轮之间的摩擦等，属摩擦阻力，应减小；车轮与地面之间的摩擦属系统外部摩擦，是动力，应设法增大。

实验法：是人们根据研究和学习的目的，利用各种仪器和设备，人为地控制或模拟某种现象，排除各种偶然、次要因素的干扰，突出主要因素，在有利的条件下，重复地去研究这些现象及其规律的方法。

注意事项：①强调实验目的。

②由学生完成实验，教师要作为指导者。

③提倡小组间的交流。

④强调经过多次实验，得出结论，避免由偶然的现象得出结论。

二、活动方案问题的提出及能源利用的发展现状；教师运用智力激励法促使学生逐步提出影响小车运行距离的各种因素，进行初步分析。

以学生活动为主，测量出每部小车对有限电能的利用效率（宏观），比较各组作品的优缺点，总结主要因素对小车运行距离影响的规律。

引导学生产生理想的设计方案；根据设计的方案组装作品，进行实验观察效果并记录。

创设竞赛情境，通过学生活动的形式，培养团队精神，进行合作式学习。

4、活动目标科学态度：养成学生严谨求实的科研作风，激励学生根据事实大胆设想、勇于创新的科学精神。

科学知识技能：初步了解汽车内部基本的机械结构和传动原理，认识到系统内部存在能量损耗。

科学方法能力：学生运用控制变量法和实验的方法，提高发现和解决问题的能力。

科学行为习惯：让学生体验理论来源于实践，又指导实践是科学研究的必经过程，并养成良好的学习习惯。

5、活动资源教学材料：乐高公司生产的“电脑机器人产品组合”，它是一套具有很高科技含量的智能化科学教育系统。

特点是用计算机编程，单板机控制，多种传感器检索，电动机、灯泡、喇叭输出的智能化系统，它可以控制各种机械结构，最大限度地、迅速地实现学生的科技设想。

6、活动过程一、高效使用能源的意义和重要性在过去的200年里，人类已经用掉了世界矿物能源总储量的一半左右——3亿年太阳辐射的产物。

仅在20世纪，人类社会用掉的能源就超过了有史以来所消费的能源总量，而且这种消费并没有下降的趋势。

有限的矿物能源储量、非矿物能源的技术限制等为人类带来了难以解决的能源危机。

我国能源利用率仅为30%，发达国家为50%，将太阳光引入地下建筑智能课教室新能源转换效率也较低，光热转换效率达50%—60%，光电转换达100%。

因此，必须大力开展研究，尽量提高能源利用率来满足人类日益增长的能源需求。

必须采用新技术新设备，更新改造落后的技术装备开发生产节能产品等措施节约能源，以充分发挥现有能源。

提高能源的利用效率是我们目前面对的严峻问题之一，许多科技工作者对此进行了各种探索。

如最近日本的科技工作者，完成了一项创新工作。

他们将太阳光通过聚光镜和光纤，引入背光的房屋，营造出有利于人类和各种生物生活的理想环境。

目前这一科研成果已达到了实用的水平，许多住户已经应用了这项技术，并从中受益。

又如在北京各主要道路两侧的信号灯，是用太阳能电池板供电来工作的，而且将剩余的太阳能转化为电能储存起来，夜晚来临时供信号灯继续工作。

这也是提高太阳能利用的一个实例。

再如未来的汽车工作时，发动机永远工作在最佳转速，达到最佳工作状态，使尾气排放量保持在最低标准。

发动机的旋转除带动车轮外，还带动发电机，当汽车慢速行驶时，将多余的机械能变为电能储存在蓄电池内；汽车高速行驶时，电能和发动机的机械能共同为汽车提供动力，这样可以最大程度地提高燃油汽车的使用效率。

以上的例子启示我们在重视开发新能源的同时，也要注重视现有能源的节约利用和使用效率的提高。

在教育过程中引起学生对这一问题的关注，将有利于学生的健康发展。

二、有限电能的利用太阳能发电厂双能源汽车风能发电以小组为单位，制作一个弹力小车，所能达到的最远处。

探究活动是以小组为单位进行的，在活动中培养学生之间的合作能力、综合能力和实践能力。

以上内容是研究课题的提出，要说明要求和规则。

（1）作品只能使用本组材料制作。

（2）不得手推。

（3）只能使用一根橡筋。

（4）检测小车时初速度必需是0。

（5）结果以小车运行位移为准，不是路程。

三、影响小车运行距离的因素教师按照智力激励法的原则，在教学过程中激发学生的思维，使得学生主动地找出影响小车运行距离的各种因素，培养他们发现问题的能力。

这个教学过程是学生的活动过程，可以采用分组讨论的形式来进行。

将各小组讨论的结果（各种因素）公示在黑板上。

在这个过程中只允许提建设性意见或补充，不允许批判。

四、分组设计实验方案将总结出来的有关因素按学生的兴趣和能力，分配给各个小组。

以小组为单位，对研究的任务初步提出设计方案，并进行初步的实验操作。

此时的实验学生可能将多种影响因素混杂在一起进行研究，不能得出严谨的实验结论，教师应鼓励学生去发现新的影响因素，并及时通告全体学生，增强课堂中信息的交流。

总之，第一节课教师要尽量引起所有学生对本课题的研究兴趣和重视，在潜移默化中使用智力激励法激发学生的思维，培养学生发现问题的能力。

●总结因素公布上节课各班提出的所有影响因素，让学生了解其它班的研究成果，取长补短，使学生体会到分析问题要全面，认识到集体研究、解决问题方法的特点。

●分组实验让学生按自己的兴趣和能力，自愿研究影响的因素，以组为单位进行合作式研究。

人们根据研究和学习的目的，利用各种仪器和设备，人为地控制或模拟某种现象，排除各种偶然、次要因素的干扰，突出主要因素，在有利的条件下，重复地去研究这些现象及其规律，这个方法叫做实验法。

因此当改变一次参数后，要进行多次实验取得数据，并用平均法减小误差。

经过多次改变参数的实验，并对实验结果进行总结得出规律，填入学习单。

注：1、其它因素要求控制住。

2、自变量——重心、重量、变速比、外形、车轮大小等等。

3、因变量——小车行驶的距离。

●总结影响小车运行距离的本质和非本质因素各小组将实验报告及结果公布在黑板上，供全体同学参考，从而总结出影响小车运行距离的本质和非本质因素。

本质因素是影响小车运行距离的因素，例如牵引力、系统内部的摩擦力、车轮的大小、重量等等。

非本质因素是在一般情况下，不会影响小车运行距离的因素，如外型、轮距、轮胎宽窄等等。

本节课的教学目标就是让学生学会使用控制变量法和实验法进行科学研究，从而总结出影响小车运行距离的本质、非本质因素，得出严谨的科学结论，为下次教学活动作好铺垫。

●设计制作小车的方案首先，对前两次课各小组实验证明过的各有关因素进行分析，总结出在各班所产生的研究结果，将本质和非本质因素进行必要的区分和说明。

然后，引导学生在明确本质因素的情况下，怎样利用有利的因素，减小不利因素的影响，从而不断增加小车的运行距离，例如可通过提问学生“如何减小小车内部传动机构之间的摩擦力，来达到提高电能的利用效率？”等问题，激励学生思考，通过学生之间大量的讨论和初步实践，逐渐使每个研究小组产生自己理想的设计方案。

●学生活动学生根据设计的方案组装作品进行实验，观察效果，并将作品的特点、实验过程中发现的问题、如何进行解决的、作品创新点及与实际生活之间的联系等方面进行记录，填入学习单。

通过学生对制作方案的设计、组装、对实际效果的考察，以及对实际中存在问题的发现和解决，学生主动探索问题的能力得到了提高。

●效能测试让每一个小组在一定时间内，按照设计好的方案，制作出自己认为理想的弹力小车。

在放有皮尺的木地板（跑道）上进行效能测试。

让几个小组的作品同时出发，并记录每个小组的成绩，将成绩好、有创意的作品利用大屏幕电视及实物投影仪，展示给所有学生，并让制作者介绍该作品的特点。

●总结效能测试之后，由实际出发，教师和学生对成绩好的作品进行分析，总结出成绩优秀作品的特点。

●时间安排1、组装小车的时间约10分钟。

2、组织测试的时间约15分钟。

3、总结的时间约15分钟。

●产生新的设计在前几节课对本课题研究的基础上，让学生采用研讨的形式，明确第一次设计的作品在实际中遇到的困难和问题，针对此提出建设性的意见，并对原设计方案进行修改，以达到更加满意的效果。

在操作过程中，提倡小组内部的合作。

●制作、实践、提高各小组按照新的设计方案制作完成小车，在跑道上进行检测，观察效果，并不断进行改进。

教师在这个过程中，要进行有针对性的辅导。

●专利意识本节课要求各小组达到力所能及的最佳水平，以备参加最终竞赛，因此，各小组要有保密意识。

教师设计竞赛的情境，让学生在激烈的竞赛中，深刻体验自己团队制作的作品所蕴涵的竞争实力。

（1）规定用10分钟的时间将各小组的比赛用车准备好。

（2）在教室中间设置竞赛场地，每次测试一个作品。

（3）每组有三次机会，取最好成绩。

采用这种竞赛的形式，目的是培养学生的团队精神，进行合作式的学习。

●提出讨论问题的顺序：①影响小车运动距离的因素？②哪些因素是本质因素，哪些是非本质因素？③用什么方法或手段可以确定本质因素？④怎样设计这个实验？⑤根据本质因素提出如何增加小车运动距离的设计方案？⑥设计方案在实验过程中的效果如何？怎样改进？讨论要点：①哪些因素是本质因素，哪些是非本质因素。

②设计方案在实验过程中的效果如何，怎样改进。

③确定哪些本质因素是主要突破点。

活动评价注：可行性——问题是能够被研究的，存在现实可能性。

实用性——经过实践的验证，设计方案确实有效。

创新性——有自己独到的见解和独特的解决方式。

注：萌生——指学生与外界接触中初步产生的能力外显。

运用——指学生无把握完成某一具体任务时，对方法的运用。

施用——指学生有把握地使用方法去实际完成某一具体任务。

评价——指学生对任务完成状况的判断。

评价方法的指导：①以班为单位，在进行一系列问题的处理后给予评价。

②在授课过程中，以某几个小组为研究对象给予评价。

③在评价过程中，注重对学生掌握方法的评价，尽量避免新知识对掌握方法的影响。

④提倡运用新掌握的科学方法学习新的知识。

⑤对于创造性的设计给予足够的注重。

⑥在活动过程中能够运用科学方法迁移出新方法的为佳。

改进建议①实践活动中每个学生小组要保持在2至4人。