太陽能車DIY多媒體教材設計/79

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太陽能車 DIY 多媒體教材設計

蔡曉雯 高雄市立大同國民小學教師 高雄師範大學課程與教學所碩士生

一、前言

目前全球資源逐漸減少,石油價格不斷攀升,能源枯竭問題必然發生。以台 灣的自然氣候條件而言,四季皆有陽光,而且太陽光充足,照射時間也很長,普 及太陽能發電是可期待的。目前市面上已經有許多太陽光能發電的產品,例如: 計算機、手錶……等。因太陽光發電不會產生噪音或製造空氣污染,取之不盡, 用之不竭,是乾淨的再生能源之一,除了能達到環保永續更能達到節省電費的實 用功能。 太陽能車(英語:Solar vehicle)是一種利用太陽能電池發電做為動力的一 種車輛。太陽光電發電主要是利用太陽能電池吸收光能,再將其光能轉換成電 能,太陽光是一種潔淨能源、再生能源,具發展潛力。夏季更是陽光最強的時候, 也是民生用電量最高的時期,若能善用太陽能發電,必定能紓解用電尖峰需求, 達到永續節能的效益。 目前太陽能車並未大量生產於市面,大多只用在競賽部分,太陽光電的開發 持續提升中,如何增強其蓄電力以及穩定性,皆是需思考的部分,若能順利克服, 未來太陽能車在路上行駛是指日可待的。透過讓學生製作太陽能車的活動,從自 製太陽能車結合能源的概念以及環保的議題,引發學生對太陽能源的興趣及了解 能量的來源和運用,並建立節約能源及永續發展能源的正確觀念,愛護環境,保 護地球正是當務之急。

二、創作背景與動機

因筆者目前撰寫及實施本校校本課程-能源教育,所以開始積極了解相關的 能源議題探討及報導,深感能源教育的重要性,從以下的文獻中,都可以清楚能 源深深影響著環境,我們要怎麼讓下一代們,注重它、愛護它,正是我在思考的 問題。 經濟部(2016)能源報導中,臺灣在 2015 年的發電量中,台電火力發電量 占比 78.4%,其中燃煤就占了 35.7%,高居首位!煤炭價格穩定低廉,在發電與 燃料方面都占據重要地位,但火力發電產生大量污染,不可不防,在再生能源占 比仍低的情況下,降低煤的污染便極為重要。

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根據張家寶(2013)的研究,表示近年來各種產業活動所造成的二氧化碳高 排放量,已使臭氧層破洞,造成嚴重溫室效應,面對全球暖化及能源需求逐年成 長趨勢之挑戰,京都議定書的減量排碳及發展低碳能源的議題在國際間備受討 論,推展再生能源生活圈亦成為各國推動宜居環境的目標與願景。 根據張宥勝(2011)的研究,我國能源供應結構屬於高度碳排放性質,國際 減碳趨勢於近年來迅速崛起,乘著此浪潮我國政府陸續提出相關配套法規如:永 續能源政策綱領、國家節能減碳總計畫等巨大政策,更將 2010 年訂為節能減碳 年,可預見未來我國將會有更多再生能源與環境政策產生,相關配套措施推動勢 必日益增加。 台灣位處亞熱帶,太陽能資源豐富,也因此帶給大家一個深切期望:太陽能 未來可以替代大部份能源需求,就像美國科學家預計在美國西部建造一座太陽能 發電廠,到了 2050 年可望替代美國 69%的電力、35%的能源!然而,在台灣這 一期望必須長期苦心經營才可能達成。科學人雜誌(2008) 目前全球正面臨能源危機的問題,台灣也是如此,各國開始極力倡導能源教 育,宣導節約能源的同時,更要從最根本的教育做起,不能只是喊喊口號,而是 要循序漸進的讓學生對能源有感覺。擁有充沛太陽光的台灣,如何利用純淨的再 生能源,開發太陽能發電?技術面上的精進、知能上的提升、態度上的認同,都 需要一步一步累積及突破,更應該讓學童從小開始認識能源的重要性,始知了解 如何善用能源,運用能源並且與環境共生,朝著永續經營的方向前進。

三、創作理念

能源教育並非被納入正式課程中,大多都是以融合的方式進行教學,能源議 題重要嗎?他充斥在每個人的生活中,與我們息息相關。目前學生對於生活中的 環境變化與能源缺乏的問題,是否了解?了解多少?電從哪裡來?能源是什麼? 能源對人類到底有什麼用處?我們目前面臨什麼狀況?又該怎麼去面對、處理、 改善…等,諸如此類的問題,應該被了解,更需要深入探討進而潛移默化的培養 有環保意識的學童。 但是,對於國小學童來說這些問題似乎很抽象,推動能源教育除了知識部分 的了解外,動手操作更能增加趣味性,搭配有趣實作的活動,從做中學去探討能 源相關的議題,這不僅能提高學生的參與度,更能達到學生主動學習,進而感受 到能源就在我的生活中,探究能源的奧妙,重視我國缺少能源的狀態,並且有所 實際行動,為環境付出一份心力,達到教育的最終的目的。

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四、文獻探討

黃光雄、蔡清田(1999)強調學習經驗要能有助於社會態度的發展,而態度 的改變更來自學生觀點的改變,因此,節約能源的態度與技能更必須有效提升, 才能落實能源教育的目標。本創作是採用此 PBL 精神與多元智能中的肢體-動覺 智慧來進行設計。雖然有些人認為 PBL 是一種教學的方法,但 PBL 的理念及精 神 更 是 值 得 學 習 。 林 怡 伶 ( 2015 ) PBL 指 的 是 「 問 題 / 任 務 導 向 學 習 」 (Problem/Project -based learning,PBL),它是以現實世界為基礎,並且以學生 為中心的學習方式。PBL 將學習與重大的任務或問題掛鉤,使學習者投入於問 題中;PBL 會設計真實性的任務,強調把學習設置到複雜的、有意義的問題情景 中,通過學習者的自主探究和合作來解決問題,從而學習潛藏在問題背後的科學 知識,養成解決問題的技能和自主學習的能力。 Barrows(1996)首提出 PBL 需以真實情境的案例問題激發學生學習,並 作為發展學生問題解決能力的工具。過程中,學生透過自我導向學習(self-directed learning)以及小組合作學習來獲得新知識、新技能,而老師是學生學習的引導 者或促進者。Edens(2000)認為 PBL 是一種建構主義的教學模式,可幫助學生 學會思考以及解決問題,此方法廣泛應用於醫學教育,藉由真實且複雜的問題, 幫助學生獲得學科知識以及問題解決的能力。

陳立軒(2007)多元智慧論(Theory of Multiple Intelligence)是指美國哈佛 大學的教育教授豪爾‧迦納博士(Dr. Howard Gardner)的在 1983 年出版了《智力 架構》(Frames of mind)一書,提出多元智慧論,認為有八種智慧是人類用來 學習、解決問題,以及創造的工具。他認為每個人都擁有獨特的一套智力組合體 系,包含語文、數理邏輯、空間、肢體動覺、音樂、人際、內省、自然。而本創 作及以此智能中的肢體動覺去設計,希望能啟發學生這部分的智能。 因此,本創作希望利用教學媒體與能源教育課程,讓學生 DIY 太陽能車, 學會簡易組裝太陽能車,從而了解何謂太陽能及其原理(了解太陽能轉換電能的 動力原理),更探討太陽能的優缺點,進而讓學生去反思每種能源都有其優缺點, 更明白我國能源耗損現況,提出更多節能減碳的好方法,並落實在生活當中,這 是當務之急,需要從小教育。

五、軟硬體說明

(一) 利用腳架固定手機並拍下片段影片。

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(二) 使用蘋果手機 iPhone8 (三) 採用 Movie Maker 進行影片的製作及剪輯(將片段的影片合起來)。

六、設計與開發流程

以下是教學影片畫面步驟擷取: 圖 1:準備材料 (剪刀、PP 瓦楞板、泡棉膠、太陽能板、輪胎、馬達、轉動軸、大小齒輪。) 圖 2:剪下車子外型(長 12cm 寬 8cm)亦可設計自己喜歡的形狀

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圖 3:剪下位於瓦楞板下方中間的缺口(長 3cm 寬 1cm)

圖 4:裝上大齒輪

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圖 6:於轉動軸兩側裝上輪胎

圖 7:剪下六個小長方形(長 2cm 寬 0.5cm)

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圖 9:馬達裝上小齒輪

圖 10:.將馬達黏於小長方形堆頂部,並將小齒輪與大齒輪緊密接合

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圖 12:固定太陽能板及連接器 製作太陽能車注意事項如下: (一) 裝大齒輪時,可以使用工具(鐵尺)按壓,讓大齒輪可以卡進去轉動軸裡。使 用手指或手掌按壓很容易受傷。 (二) 裝輪胎時,建議在桌面上施力按壓,可使用工具(鐵尺),讓輪胎可順利卡緊 轉動軸,以免輪胎鬆脫。 (三) 馬達套上的小齒輪要跟大齒輪卡在一起,才能順利帶動輪胎轉動。 (四) 在黏太陽能板時,建議讓太陽能板稍微的傾斜,可在太陽能板底部多黏一塊 泡棉膠,這樣陽光照射時,才會更加順利讓太陽能車轉動。 (五) 需要選擇大太陽的時間進行測試,陰天時或光線較微弱時,太陽能車轉動的 效果不佳。

七、教學實施融入與結論

(一)教學實施融入 搭配校本課程-能源教育以四年級旭日東昇主題融入,上課前先把完成品展 示給學生看,然後撥放一次完整版影片,讓學生有個大概的概念,接著分解動 作,撥放到一的步驟就暫停,一邊講解該注意的地方,讓學生能立即操作,教 師從旁協助。

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(二)結論 本創作採用 PBL 建構主義教學精神,幫助學生學會思考以及解決問題,並 透過多元智能中的肢體-動覺智慧來進行設計。學生透過自我導向學習以及小組 合作學習來獲得新知識、新技能。本創作希望利用教學媒體與能源教育課程結 合,讓學生 DIY 太陽能車,除了學會簡易組裝太陽能車,更了解何謂太陽能及 其原理,並深入探討太陽能的優缺點,反思台灣目前能源短缺的現況,並建立 節約能源及永續發展能源的正確觀念。 運用多媒體教材讓學生更加輕易了解如何動手做太陽能車,取代傳統式的 教師在台上說明及分解製作步驟,提高效率,也促進教師與學生的互動,增加 教學的流暢性及趣味性,教師更能掌握學生的學習狀況,能立即給予協助,善 用多媒體教學,教學輕鬆又歡樂。 參考文獻  林怡伶(2015年,12月)。想培養出未來的人才,不能不認識PBL學習法。 未來Family。取自:https://gfamily.cwgv.com.tw/content/index/1973  張宥勝(2011)。行政區域再生能源政策推動效益分析-以澎湖低碳島規劃太 陽能應用導入為例(未出版的碩士論文)。國立清華大學工業工程與工程管理學 系,新竹市。  張家寶(2013)。探討太陽能設施光電轉換效益分析 -以澎湖低碳島為例(未 出版的碩士論文)。國立高雄師範大學物理學系,高雄市。  陳立軒(2007)。多元智能理論與實踐。網路社會學通訊期刊。取自: http://mail.nhu.edu.tw/~society/e-j/67/67-33.htm  黃光雄、蔡清田(1999)。課程設計:理論與實際。台北市:五南。  黃秉鈞(2008,2月)。灣如何利用太陽能發電。科學人雜誌。第72期2月號。  經濟部能源局(2016)。燃煤發電也可以減碳!淨煤與CCS技術。取自: https://energymagazine.tier.org.tw/Cont.aspx?CatID=&ContID=2796

 Barrows, H. S. (1996). Problem-based learning in medicine and beyond: jtepd 25 PBL 在教學實習上的應用成效與困境之研究 A brief overview. New Directions

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for Teaching and Learning, 68, 3-12. doi:10.1002/tl.37219966804

 Edens, K. M. (2000). Preparing problem solvers for the 21st century through problem-based learning. College Teaching, 48(2), 55-60.

數據

圖 3:剪下位於瓦楞板下方中間的缺口(長 3cm  寬 1cm)

圖 3:剪下位於瓦楞板下方中間的缺口(長

3cm 寬 1cm) p.5
圖 4:裝上大齒輪

圖 4:裝上大齒輪

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圖 5:轉動軸穿入瓦楞板內部空隙

圖 5:轉動軸穿入瓦楞板內部空隙

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圖 6:於轉動軸兩側裝上輪胎

圖 6:於轉動軸兩側裝上輪胎

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圖 7:剪下六個小長方形(長 2cm  寬 0.5cm)

圖 7:剪下六個小長方形(長

2cm 寬 0.5cm) p.6
圖 9:馬達裝上小齒輪

圖 9:馬達裝上小齒輪

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圖 12:固定太陽能板及連接器  製作太陽能車注意事項如下:  (一)  裝大齒輪時,可以使用工具(鐵尺)按壓,讓大齒輪可以卡進去轉動軸裡。使 用手指或手掌按壓很容易受傷。  (二)  裝輪胎時,建議在桌面上施力按壓,可使用工具(鐵尺),讓輪胎可順利卡緊 轉動軸,以免輪胎鬆脫。  (三)  馬達套上的小齒輪要跟大齒輪卡在一起,才能順利帶動輪胎轉動。  (四)  在黏太陽能板時,建議讓太陽能板稍微的傾斜,可在太陽能板底部多黏一塊 泡棉膠,這樣陽光照射時,才會更加順利讓太陽能車轉動。  (五)  需要選擇大太陽

圖 12:固定太陽能板及連接器

製作太陽能車注意事項如下: (一) 裝大齒輪時,可以使用工具(鐵尺)按壓,讓大齒輪可以卡進去轉動軸裡。使 用手指或手掌按壓很容易受傷。 (二) 裝輪胎時,建議在桌面上施力按壓,可使用工具(鐵尺),讓輪胎可順利卡緊 轉動軸,以免輪胎鬆脫。 (三) 馬達套上的小齒輪要跟大齒輪卡在一起,才能順利帶動輪胎轉動。 (四) 在黏太陽能板時,建議讓太陽能板稍微的傾斜,可在太陽能板底部多黏一塊 泡棉膠,這樣陽光照射時,才會更加順利讓太陽能車轉動。 (五) 需要選擇大太陽 p.8