关注STEM+STEM课程：拯救企鹅——通过工程设计讲授热学

拯救企鹅-第三课：实验设计概论

2017-05-05  本文已影响20人  紫外灾难

学习目标

  1. 材料影响传热速率。
  2. 不同材料的传热能力不同。
  3. 工程师必须利用他们的科学知识，找到解决问题的可能的办法。

课程内容

  1. 复习热传递的三种方法
  2. 向学生介绍不同的材料
  3. 示范使用不同材料的实验
  4. 让学生用不同材料做实验

课程目标

在本课结束时，学生将能够：

课程简述

  1. 复习热传递的测试卡（15分钟）
  2. 向学生介绍材料包（5分钟）
  3. 示范如何在实验站进行实验（15分钟）
  4. 学生测试材料性能并记录在故事板上（30分钟）
  5. 老师和学生讨论课堂上所有的实验（10分钟）

背景

鼓励合作，而不是竞争。学生组可以通过分工，分别测试不同的材料或组合不同材料来，和班级的其他人进行共享。
热箱在房屋建造完毕并准备测试之前是不需要的，但学生提前看到热箱有助于他们进行具体的思考，来根据热箱的条件进行设计隔热方式。

教师材料

学生资料（每组）

课前准备

  1. 为每一组学生准备一个实验袋。每袋应包括两个3英寸见方的材料样品，两个棉花球，两木棒。

  2. 准备用来测试学生设计的“热箱”。使用黑色储物箱（或黑色喷漆箱），在里侧的四个面铺满铝箔，保持黑色的底部是暴露的。然后放置四个灯在热箱周围，照射热箱的底部和铝箔。


    热箱
  3. 至少设立三个实验站，每个学生小组最好有一个。每个站都需要：

课程步骤

  1. 复习上节课的测试卡。让学生进行改正并用胶水把卡片粘到到他们的故事板上。
  2. 把材料袋分发给每组学生。

  3. 向学生说明，他们将设计并建立一座冰屋，来放置企鹅形状的冰块融化。但首先，他们像工程师一样测试不同的材料，来确定他们要使用何种材料来设计自己的小屋。


    材料示例
  4. 向学生展示用来测试他们设计的“热箱”。要求学生识别可能发生的热量传递的所有形式，并解释热传递发生的地方。
    *教师注意：热箱会发生所有三种方式的热传递。
    辐射-从四盏灯中的光辐射到达企鹅小屋，企鹅小屋两侧的铝箔也反射了光。
    传导-由于辐射，黑色的底部会变热，当企鹅小屋放到上面时，热通过传导进入到屋子。
    对流-黑色的底部由于变热会加热空气，热空气上升，遇到企鹅小屋中的冷空气后，形成对流。
  5. 示范如何正确地在实验站进行实验。向学生解释，当光线照射到材料上时，你将测量每种材料（或组合在一起的材料）下面的温度。
    教师注意：建议教师向学生示范应避免的常见错误。

  1. 让学生建立他们的数据表。解释每个小组将跟踪自己的实验数据。数据表可以参考下图，每次实验中，使用两个温度计在同一时刻对两种材料进行测试：


    材料测试数据表
  2. 每组实验10分钟后，根据需要给学生提示或测试建议：
  1. 与全班讨论实验。讨论内容必须包含以下问题：

总结

  1. 让学生在故事板绘制另一个区域，这个区域中要列出三种最好的阻隔热传递的材料和三种最差的材料。
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