台東縣能源課程

2011-12-21 10:09:14

編者的話
能源教育是一項不易進行的課程,常見的現象是:授課者「意興闌珊」、聽課者「如坐針氈」。因此,如何使上課過程「逸趣橫生」,讓大家都「不想睡覺、不能睡覺、不捨得睡覺」,進而提高教學的有效性,是本課程的主要目標,其主要方式如下:
一、以富於趣味的「科學動手做」,來推動節能減碳與能源教育:
王陽明《訓蒙大意》:「童子之情,樂嬉遊而憚拘檢,如草木之始萌芽,舒暢之則條達,摧撓之則衰痿。」柏拉圖:「若把嚴格規定孜孜求學的方式,改為引導其興趣為主,則學生勢必樂於學習,欲罷不能。」從以上教育學者之名言,可見有趣的活動可引發強烈的學習動機。
例如,要向國中或國小學生講解替代能源─氫,如果利用燃料電池的圖解說明,學生可能過目即忘;但如果讓學生發射一次「安全氫火箭」教具,則對於氫可以做為能源的印象,必定十分鮮明。安全氫火箭是氫氣的直接燃燒與氧氣的助燃,燃料電池則是氫氣與氧氣藉「電化學」方式結合,產生水、熱與電,上述兩者之機制大異其趣。但依據實際教學經驗,要建立國中或國小學生「氫可以是一種替代能源」的概念而言,安全氫火箭的成效顯著優於燃料電池的圖解。
一場吸引人、有效率的教學,需要教材、教具、教案及教學者充分的融合。在基礎教育階段,許多學生尚處於「具體運思期」,所以有趣的教具更凸顯其重要性,因為它──看得見、摸得著、玩得到!所以應該儘量提供學生操作教具的機會,如果取得教具有困難,至少也應該提供學生實物觀察的機會。例如,要介紹「T8三波長或T5燈管都比省電燈泡省電」或「多吃全穀類,不但減碳且益於健康!」,這時教師至少要拿出T8三波長燈管、T5燈管、省電燈泡、全穀類等實物供學生仔細觀察,這樣才可以建立鮮明的印象。不然,教學結束後學生可能還弄不清楚什麼是T5燈管,什麼是全穀類呢!
根據美國國家訓練實驗室(National Training Laboratories)之研究顯示,學生在2週以後還記得的學習內容,會因為不同的學習方式而有很大的差異。光是聽教師用講述的方式,2週以後記得的內容只剩5%,因為這是最被動的學習方式,學生的參與度最低,但如果能動手操作練習則可達75%,可見其重要性。正如諺云:I hear,and I forget;I see,and I remember;I do,and I understand!
二、創造「教與學」雙方的高峰經驗,以提高教學成效:
「教與學」雙方的高峰經驗─指教具、教案經過精心的趣味化設計,可以讓學生在上課過程產生高峰經驗。而在多數學生產生高峰經驗的教學氛圍裡,教師亦容易產生教學上的高峰經驗,這是有效教學之極高境界。
例如,以太能熱能發電而言,當驚訝地發現自己手掌溫度即足以驅動溫差引擎,學生就更能瞭解聚集後的太陽溫度足以轉動發電機了!又如讓學生操作Jumping-Board溫差引擎,他們會對於引擎「滑稽」與「意外」的行進方式感到印象深刻,而永遠記住這一個「有趣的事件」,並與太陽熱能發電相連結。在整個教學過程中,學生由驚訝中獲得高峰經驗,教師則由學生驚訝的表情裡獲得高峰經驗。雙方的高峰經驗不但使學生樂於學習與探究;也維繫教師的教學熱忱於不墜。
三、課程安排宜「動靜交錯」以增進教學的有效性
依據小規模試教顯示:由於在「潔淨能源」及「能源入門」單元,學生有高頻率的教具操作機會,因此感到趣味盎然,教學現場顯示常有「高峰經驗」產生。但對於「生活節能減碳」單元,由於操作教具之頻率低,且小部分與數學(或算術)有關,學童易露疲態。因此,依據實際教學經驗,在課程安排方面,宜「動靜交錯」以提高教學的有效性。例如,以下課程組合尚稱適合:
能源入門(教具操作:7項)
節能省錢小妙方─居家(教具操作:0項,計算:2項)
減碳新能源─氫能源(教具操作:3項)
節能省錢小妙方─交通(教具操作:1項)
減碳新能源─太陽光能(教具操作:2項)
減碳新能源─太陽熱能(教具操作:3項)
節能省錢小妙方─ 燈具的選擇(教具操作:1項)
減碳新能源─海洋能(教具操作:1項)
節能省錢小妙方─飲食(教具操作:0項,實際觀察2項,計算:2項)
減碳新能源─生質能(教具操作:1項)
節能省錢小妙方─改變想法,利很大! (教具操作:0項)
減碳新能源─風力與空氣(教具操作:2項)
減碳新能源─地熱(教具操作:0項)
教學單元1─能源入門
1-1認識能源
可燃冰(甲烷水合物)是最近備受重視的新能源,形成於深海低溫高壓之處,估計尚可供人類使用數百年,各海權國家均陸續派遣船隊探勘,以研究開採的可行性。(圖片來源http://env.people.com.cn/mediafile/)
教學對象
三至九年級
教學目標
一、   能說出廣義能源、狹義能源之意涵。
二、   能說出化石能源的形成原因及種類。
三、   能說出潔淨能源的意涵與種類。
四、   初步瞭解化石能源、核能、潔淨能源的優缺點。
準備器材
電腦、投影設備、光碟陀螺、陀螺儀、飛回飛機、范氏起電棒、磁浮地球儀
提問及評量舉例
一、   日常生活裡,您使用到哪些能源?
二、   何謂能源?
三、   廣義能源、狹義能源之意涵?
四、   化石能源的形成原因及種類?
五、   何謂潔淨能源?種類有哪些?
六、   何謂再生能源?種類有哪些?
七、   化石能源、核能、潔淨能源,各有何優缺點?
主要概念
一、   廣義的能源:指可以「作功」的能力或資源。
二、   功=力 × 距離
三、   狹義的能源:化石能源、核能、潔淨能源
四、   化石能源:指石油、煤、天然氣、可燃冰
五、   耗竭性能源:指化石能源、鈾(核能)。
六、   潔淨能源:指再生能源、氫能源、淨煤
七、   再生能源:依我國法令,再生能源包括:風能、水力、生質能、地熱、太陽能、海洋能、廢棄物產生的能源。
八、   依我國政府「永續能源政策綱領」,至2025年「再生能源」必須占「發電總裝置容量」的8%。
(註:至2011年3月止,上述裝置容量約僅0.5%)
動手做
活動
請參閱:師生參考資料之1─教具的操作。
 
師生參考資料之1─教具的操作
范氏起電棒、磁浮地球儀、光碟陀螺、陀螺儀、飛回飛機
 
本活動使用范氏起電棒、磁浮地球儀、光碟陀螺、陀螺儀、飛回飛機等五種教具,主要目的在於藉著好玩的教具,建立學生「能源是可以作功的能力,功=力 × 距離」等概念,並能分辨「接觸力」與「非接觸力」。三至八年級學生對這些題材是感到陌生的,教師需以「淺顯易懂」的方式安排學生進行有效的學習。茲將上述教具的特性描述如下:
 
范氏起電棒
 
范氏起電棒為市售教具,每支約180至400元,亦可自製。內含馬達、塑膠皮帶等主要零件,藉由馬達驅動皮帶「摩擦生電」。產生的靜電,足以讓鋁環飄浮於空中(照片上),它是一種「非接觸力」。本品僅適用於濕度較低的場合,如冬天、冷氣房等。(教具供應廠商:魁風文化等)
 
 
 
 
 
 
 
磁浮地球儀
 
磁浮地球儀為市售教具,每組約800至4000元不等,亦可使用書商贈送之「斥力磁浮觀察組」代替。磁浮列車對人類交通工具的進展,具有有重大意義,雖然只浮起少許的一公分,但相較於高鐵,時速幾乎已可倍增,等於是「貼近地面飛行」。最近有些國家正努力研究「真空隧道行駛磁浮列車」的科技,時速預估可達1500公里!(教具供應廠商:http://www.teachersource.com/ElectricityAndMagnetism/Magnets/Anti-GravityGlobe.aspx等)
 
光碟陀螺
 
光碟陀螺是使用廢棄物組合的玩具(照片左上),具有「垃圾減量」的教育
意義。其操作涉及拉力、摩擦力、角動量等,旋轉中的光碟陀螺,當您釋
放時,它會保持此一角度繼續旋轉(照片右上,演示者曾秋雲老師)
(教具供應廠商:自製即可)
 
 
 
 
 
陀螺儀
  
陀螺儀的操作,涉及拉力、摩擦力、角動量等,旋轉中的陀螺儀,當您釋放時的角度,它會保持此一角度繼續旋轉,有這種特性,我們可便以利用陀螺儀來定向、導航、防震。
把旋轉中的陀螺儀,以傾斜的角度放入盒子(照片左上),盒子會快速旋轉很久(照片右上),而且軸的兩端皆可旋轉。(教具供應廠商:魁風文化等)
 
線上陀螺儀(照片左上)與陀螺儀疊羅漢(照片右上)
 
飛回飛機
飛回飛機主要涉及推力、升力、浮力、阻力等因素,如果能用簡單的材料,自己製造一架自動飛回來的飛機,對每位同學而言,都是一項有趣的挑戰吧!製造「飛回飛機」,主要根據「白努利原理」,須考慮很多變因,例如:配重應該放在機首的何處?尾翼的升力板應該往上幾度最好…等。這些都可以透過「操縱變因、控制變因」等簡易的科學方法,自行實驗並記錄,最後都能得到很好的結果喔!(教具供應廠商:蔡正立老師等)