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(1)

Physics Physics Physics Physics Physics Physics Physics Physics Physics Physics Physics Physics Physics Physics Physics Physics Physics Physics Physics Physics Physics Physics Physics

課前準備

實驗器材:

1. 給予各組器材:

蜂 鳴 器 、 B J T 電 晶 體 ( 型 號 : 2 N 3 9 0 4 )

×3、LED發光二極體、9V電池(含專用接頭

電線)、麵包板(10格*17格)、電線盒、三用 電表、發電機、剪刀、美工刀、膠帶、3號電池

×3、銲槍及焊接用錫條。

風力與水力發電

掃描QRcode,

下載教材電子檔 教師 林威呈

武陵高中物理科

(2)

Physics Physics Physics Physics Physics Physics Physics

2. 學生自備材料:

寶特瓶數個或任何學生想做成扇葉之材料。

(MIT第7期PPT教案_六週課程有部分材料選擇 可供參考)

先備知識解說:

風力與水力發電內容可參考以下期刊、網頁 連結或查詢其他相關網頁:

全球氣候變遷的省思,生態臺灣季刊第十三期 http://ecology.org.tw/publication/13/times13-6.htm

工業技術研究院 離岸風力發電發展趨勢與 展望

http://www.twtpo.org.tw/tools/down.ashx

維基百科 水力發電

https://zh.wikipedia.org/wiki/水力發電

中州科技大學 台灣發電廠現況(水力發電)

http://www.ccut.edu.tw/adminSection/gc_project/

downloads/水力發電.pdf

淡江大學 水力發電

http://mail.tku.edu.tw/cyliu/files/能量與環境C4 水力發電.pdf

或根據MIT第7期PPT教案_六週課程投影片之分 組報告主題查閱網路或相關書籍等獲取資訊,根 據這些先備知識來判斷學生分組報告內容是否有 誤。

實作會用到高中未學過之電路元件及達靈頓 電路,講解重點應放在如何操作及應用元件與電 路,可參考MIT第7期PPT教案_六週課程相關元 件介紹投影片。

設備需求:

電腦,投影機,投影布幕,大型電風扇。

教案規劃

(3)

Physics 科學探究 MIT - 物理

※ 六週課程:

週次 教學主軸 教學流程

課程介紹以及 LED燈簡介與 焊接

◎第一堂課:

1 分組並給予實驗器材,以及各組一張實驗紀錄暨學習單(MIT第7期學習單_你吃麵 它喊燙,風幫你吹涼)。

2 簡介課程(MIT第7期PPT教案_六週課程),簡介為何發展綠色能源並給予各組分組 報告主題,以及提醒必須報告的內容。註 1

3 簡介LED燈:註 2 1 二極體簡介。

2 LED正負極判斷與電路符號。

3 切入電壓小實驗。

4 LED發光條件:切入電壓介紹。

◎第二堂課:

1 完成LED燈簡介。

2 讓學生找出LED燈接腳如何與發電機連接才會發光,再焊接LED燈至發電機。

3 完成部分學習單。註 3

註 1

報告內容雖應培養學生自行篩選重點的能力,但為提升臺下同學注意力及參與程度,

後測的題目即從報告內容出題,又為了降低老師在最後一週學生報告時的現場即時出 題困難度,故須先提點各組必須涵蓋的內容。例如(供參考):

◎ 風力如何發電:需涵蓋能量經過哪些形式的轉換。

◎ 國外風力發電主要國家的發展現況:目前全世界風力發電第一、二大國為中國與美 國,歐洲第一大國為德國,全世界最大的離岸風力發電廠在英國。

◎ 水力發電的三大發電廠類型:大型流水式水力發電廠類型較不適合臺灣發展;臺灣 最大的抽蓄式水力發電廠為明潭發電廠。

註 2

此處重點放在LED燈的正負極判斷與認識切入電壓,並讓學生知道參雜不同元素會發 出不同顏色及不同切入電壓,無須詳細介紹二極體的製作原理。

註 3

學習單各題目之答案有些會在課堂內容出現,有些則為學生須自行尋找資料(例如 MIT第7期學習單_你吃麵它喊燙,風幫你吹涼1、7、8題),老師可在各週次根據課 程提醒學生該完成之題目,讓學生盡量在課堂完成,以便在課程倒數第二週收回學習 單,批閱後在課程最後一週發回以給予學生回饋。

實作:

寶特瓶製作扇 葉,完成風力 發電機

1 學生自備數個寶特瓶,製作成 扇葉,再利用瓶蓋與發電機作 連結。(MIT第7期PPT教案_六 週課程p.18)

2 須至少與工業用電風扇距若干 公尺(老師可視現場狀況調整 距離)仍可使LED燈發光才算完 成實驗。

(4)

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實作:

其他材料製作 扇葉,量測最 遠可發電距離

1 學生自備不同素材並將其製作成扇葉,與發電機作連結。(MIT第7期PPT教案_六週 課程p.17)

2 量測可使LED燈發光之與風扇最遠距離,距離愈遠則該組之實驗分數愈高(可參考 後面【多元評量】的評分方式)。

四 實作:

你吃麵它喊燙

1 情境營造:該實驗成品的可能使用時機。(MIT第7期PPT教案_六週課程p.26)註 4 2 實作目的:完成「當人被電,蜂鳴器會幫你叫」的電路。註 5

3 操作成品給學生觀看。

4 BJT電晶體簡介:註 6 1 電路符號。

2 基極、集極、射極的作用。

3 判斷電晶體各極接腳的方式。

5 達靈頓電路簡介。

6 麵包板使用方法簡介。

7 介紹電路設計圖。

8 根據電路設計圖完成電路。

註 4

參考說法:在夜晚騎腳踏車,若想提醒前方路人又不想讓喉嚨吹風受傷,可利用此次 的實驗成品達成目的。【操作實驗成品給學生看之後】因此可在需要時,左右手再分 別接觸電線,使電路導通,讓蜂鳴器與LED燈藉由風力發電機分別作動,來達到提醒 前方路人又不使喉嚨受傷之目的。

註 5

實驗名稱「你吃麵」即表示操作者需兩手接觸電線使電流通過身體以導通電路;「它 喊燙」則為蜂鳴器因電路導通而鳴叫,同時LED燈亦發光。【以上為參考說法,只是 希望能引起學生興趣,老師可依自己想法調整單元名稱】。

註 6

只需將三極類比成水龍頭即可。藉由流進基極電流的多寡【水龍頭扭轉多寡】控制流 入集極的電流多寡【從水管流入水龍頭的水量多寡】,於是控制從射極流出的電流多 寡【水龍頭流出的水量多寡】。不須詳細講解參雜元素與基、射與集極的關係。

(5)

Physics 科學探究 MIT - 物理

五 實作:

風幫你吹涼

1 將之前設計的風力發電機之LED燈取下,焊接電線後(或是每組再給新發電機,接 上扇葉並焊接電線),取代電路之9V電池,拿至電風扇前實驗,使LED燈發光及蜂 鳴器鳴叫。(MIT第7期PPT教案_六週課程p.37)註 7

2 完成學習單並收回。

註 7

因發電機產生交流電,易導致蜂鳴器只能發出微弱的聲音,甚至無法聽到聲音,故通 常只能以LED燈是否發光確定實驗成功與否。

六 探究:

分組報告

1 小組報告。

2 報告結束後,由臺下學生或教師提問,並由教師進行評分。(MIT第7期學習單_風 力及水力發電報告評分表)註 8

3 每一組報告完後,以學生報告內容為題目,進行後測。(MIT第7期學習單_後測)

註 9

4 發回已批閱之學習單並公布此課程之分數。註 1 0

註 8

學生報告時間約五到七分鐘,含提問則需控制每組在十分鐘以內就結束,以便有充 裕時間進行後測。(可至https://goo.gl/oshbg5 參考該youtube影片,或至https://goo.gl/

XdAvZ5參考其他上課實錄影片)

註 9

因已事先提醒需報告之特定內容,以及某些題目為必定出現的報告內容,故老師通常 只需現場調整少數題目就可出一份共十題的後測(可參考MIT第7期學習單_後測),

或是利用提問將未提及的後測題目詢問報告的學生。而現場有投影機,因此建議可不 需影印題目卷,直接利用投影機及電腦逐題顯示給學生現場作答。

註 1 0

老師可視狀況決定是否當場讓學生知道此課程之最後學習分數。但因為是此課程的最 後一堂課,建議學習單應在此堂課前批閱完並發回,以給予學生適時回饋。

(6)

Physics Physics Physics Physics Physics Physics Physics

※ 四週課程:

課程內容與六週課程主要差異為移除各種材料的最遠發電距離量測,其餘僅有流程上的微調。

週次 教學主軸 教學流程

課程介紹與焊 接電線至發電 機

◎第一堂課:

1 分組並給予各組一張實驗紀錄暨學習單。

2 簡介課程(MIT第7期PPT教案_四週課程),簡介為何發展綠色能源並給予各組分組 報告主題,並提醒必須報告的主要內容。

◎第二堂課:

3 給予學生風力發電機,利用LED燈發現可通電之電極,將兩條電線焊接至電極。

4 完成部分學習單。

二 實作:

你吃麵它喊燙

1 情境營造:該實驗成品的可能使用時機。(MIT第7期PPT教案_四週課程p.18)

2 給予實驗器材。

3 解釋實作目的:完成「當人被電,蜂鳴器會幫你叫」的電路。

4 操作成品給學生觀看。

5 簡介LED燈:

1 二極體簡介。

2 LED正負極判斷與電路符號。

3 切入電壓小實驗。

4 LED發光條件:切入電壓介紹。

6 BJT電晶體簡介:

1 電路符號。

2 基極、集極、射極的作用。

3 判斷電晶體各極接腳的方式。

7 達靈頓電路簡介。

8 麵包板使用方法簡介。

9 電路設計圖。

0 根據電路設計圖完成電路。註 11

註 11

因此週次課程內容較六週課程相對應的課堂多出LED燈簡介,故介紹內容可再更為精 簡,以免學生實作時間不足。

三 實作:

風幫你吹涼

1 學生自備數個寶特瓶,製作成扇葉並利用瓶蓋與發電機做連結。(MIT第7期PPT教 案_四週課程p.33)

2 將發電機取代電路之9V電池,拿至電風扇前實驗,使LED燈發光與蜂鳴器鳴叫。

3 完成學習單並收回。

四 探究:

分組報告

1 小組報告。

2 報告結束後,由臺下學生或教師提問,並由教師進行評分。

3 每一組報告完後,以學生報告內容為題目進行後測。

4 發回已批閱之學習單並公布此課程之分數。

(7)

Physics 科學探究 MIT - 物理

經驗分享

1 提醒各組投影片避免將所有報告內容一字不 漏打上,以及字體配色避免投影後模糊不清

(MIT第7期PPT教案_六週課程p.16)。

2 焊接電線或LED燈至發電機上時,提醒學生 避免將兩電極板焊接而形成通路,並小心避 免接觸焊槍而燙傷。

3 六週課程中,學生利用不同材料製作扇葉 時,可能需要較強力之黏著劑,需事先準備 或提醒學生自行準備。

4 測試LED可發光之最遠距離,因量測易有誤 差,建議利用地磚格數量測,每次退一至數 格,若能使LED燈穩定發光數秒再行後退。

5 分組報告主題為風力如何發電時,學生易提 起發電功率正比於【(空氣密度)×(扇葉截面 積)×(風速)3】,通常報告的學生會略過推導 過程,教師可在報告後利用提問試著以風的 動能即為電能的理想狀態引導學生了解該關 係式。

6 抽蓄式水力發電廠的報告中,學生易有上池 放水發出的電是用來抽下池的水至上池的迷 思,故即使學生報告未提及此內容,仍應在 報告完後藉由提問的方式引導來釐清觀念。

另外,學生也容易誤認為明潭水庫即為日月 潭水庫,須提醒學生以澄清此誤會。

7 學習單題目與計分方式可由教師們自行調 整,目前採用各題或小題分數為1或0.5分,使 總分為10分。

8 因組別分數占的比例較高,又為了避免學生 翹課,目前的做法為每堂須確實點名,若有 翹課之學生,則該週次該組應得之分數將不 給予翹課的學生,並以0分計。

多元評量

六週課程:

完成寶特瓶扇葉風力發電機:達到一定距離 得10分

完成其他材料風力發電機:最遠得20分,依 序為18、16分,其餘皆15分,但至少需達 一定距離否則0分計。(因量測無法非常精 確,可視狀況調整給分方式的彈性空間。例 如:至少距離風扇10格地磚才有分數,差距 兩格內以相同距離計算,若得到八組數據為 20格、18格、18格、17格、14格、14格、11 格、8格,則前三組皆得20分,17格得18分、

14格得16分、11格得15分、8格則為0分)

完成實驗「你吃麵它喊燙」:得20分

完成實驗「風幫你吹涼」:得15分

完成學習單:最高得10分

投影片報告:評分分數*0.15(評分方式可參 考MIT第7期學習單_風力及水力發電報告評分 表)

後測:考卷分數*0.1(唯一一個個人分數,餘 皆以組為單位給分)

(8)

Physics Physics Physics Physics Physics Physics Physics

四週課程:

完成實驗「你吃麵它喊燙」:得30分

完成實驗「風幫你吹涼」:得20分

完成學習單:最高得10分

投影片報告:評分分數*0.3(評分方式可參考 MIT第7期學習單_風力及水力發電報告評分 表)

後測:考卷分數*0.1(唯一一個個人分數,餘 皆以組為單位給分)

結語

整個課程的設計概念是以引導學生思考並動 手做為出發點。因此關於實作,老師在協助學生 完成實驗的過程,應以引導與提問為主,以降低 教師涉入完成實驗的程度,根據之前課程實施經 驗,學生自行摸索與思考的程度愈高,其完成實 驗後的成就感也相對愈高。同樣地,關於實驗紀 錄暨學習單,由於學習單的問題應可輕易搜尋到 答案,面對學生的發問,教師亦應盡量扮演引導 學生尋找與理解資料的角色,避免直接帶著學生 獲取答案。

在過去進行課程的經驗中,個人遇到的最大 困難是將電路圖在麵包板上實現的這個部分。

因多數學生是第一次接觸麵包板,故在實現電路

時很常發生化簡為繁讓電線有平面跟高架的錯綜 複雜狀況,於是要協助學生檢查線路何處有問題 時,通常會花滿多時間。甚至會遇到如下圖特定 學生雙手接觸電線使其通路後再放開手,LED燈 與蜂鳴器依舊作動,換個學生來操作相同電路但 手放開是正常斷路的無解情形。因此實驗前的講 解所花的時間必須適度掌控,避免要排除線路錯 誤的時間不足,影響各組之分數。

最後,整堂課的設計,在達靈頓電路應用的 部分是某次參與研習讓我想到可與風力發電機結 合,才設計出這個四或六週的課程,很感謝當初 邀請我去研習的老師以及願意無償提供PPT讓我 修改內容的演講者,也希望對各位老師面對新課 綱或是發展綠能相關課程有所幫助。

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參考文獻

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