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[輔導員公開授課] 風力發電風扇設計--漢口國中林溱岳老師2020.11.27

輔導員公開授課~漢口國中林溱岳老師,彈性學習課程風力發電風扇設計。

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2021-01-07 09:48:01 最後編修
2020-11-30 07:57:12 By zfang
 

輔導員公開授課~漢口國中林溱岳老師,主題為彈性學習課程風力發電風扇設計。這個課程為育部潔能系統整合與人才培育中小學校推動計畫的合作專案,由三位輔導員:莉芳、志忠、溱岳協助清海國中進行課程設計與示範教學,溱岳老師負責的課程是第三場。

觀課流程:

13:30說課(2F共備室)
主席:龍卿校長

14:20-15:05
授課者:溱岳
觀課者:賴勝峰校長 呂晃志副教授 斐虹 莉芳 (紀錄)祥菁 維倫(攝影)

15:15-16:00
議課

說課

在這堂課之前,溱岳老師已經利用彈性課程結合生活科技進行了好幾堂,這堂課以比賽的方式進行成果發表:使用不同材質在扇葉半徑10公分規定下,使風力發電機風扇設計產生最大的發電量。

學生為國二,之前已經上過生活科技能源與動力中的風力升降機;用寶特瓶做成扇葉完成將螺帽以棉線拉起的活動設計,每一組均通過活動測試。

溱岳老師善用現成套件加以組裝,使課程內容聚焦在葉片設計。基礎組裝:使用僑麥工藝社提供的雙能源風力發電機機組(圖一),依照內容說明組合完成:木質底座黏合、使用電烙鐵及焊錫將Led燈、電壓計和馬達接上,並提醒學生注意:在更換扇葉設計中,馬達轉向呈反轉,+(正)、–(負)極需對調。在電風扇幫助之下順利發電,電壓計擺動且同時LED亮燈,則為運作正常

風扇轉動產生的動能是風力發電機的動力來源。風迎面吹來,每一片葉片都受風而產生轉動。溱岳老師引導學生設計更換扇葉結構:在完全相同的硬體結構中,面對扇葉呈現順時鐘方向旋轉、扇葉半徑10公分條件下,找到適合的材質,設計葉片數量、葉片形狀及葉片角度,重新黏貼固定在扇葉座上進行發電。

為了讓學生進行反思與紀錄修改過程,溱岳老師也設計了心得單,針對幾個流程。讓學生陳述學習過程與問題解決:

109.10.26 扇葉規劃(決定扇葉數及材質)

109.11.02 風車主體與基座組合

109.11.09 馬達與電壓計、LED焊接

109.11.23 組合扇葉與測試

109.11.27 正式比賽心得說明

先進行規劃設計,再進行修正。在這場比賽之前,學生還會利用中午時間來生科教室修正練習。葉片不是隨便做做,得考慮下列問題:

葉片材質選擇:製作風扇葉片時,可依需求與加工條件選擇適當的材料,但須特別 留意材料強度問題,以確保其效能表現:以紙板、寶特瓶、透明塑膠片、飛機木、夾板等等做參考。 

葉片數量:葉片多可以增加受風面積使扭力提高,但重量較重可能增加軸心負荷 而降低轉速;葉片少則可減輕風扇重量,但受風面積會跟著變少,大部分的氣流都從葉片間穿過,可能導致產生的扭力不足。

葉片形狀:像電扇一樣寬扁型的葉片,迎風的風阻較大,轉速也低,但質量大使得轉動後的慣性也大。像風力發電機一樣細長型的葉片,因為風阻小,轉速也高,但轉動後的慣性較小。

葉片角度:葉片角度大,受風所產生的旋轉分力大,讓風扇可在低風速啟動,但旋轉過程中所受的空氣阻力也大,因此轉速較慢;葉片角度小,受風所產生的旋轉分力小,需要較高的風速才能啟動風扇,但在旋轉過程中所受的空氣阻力較小,因此轉速較快。

 

觀課

比賽規則:每一組發電機,放置在電風扇前1M遠的距離,在該座發電機組的電壓計固定發電在2V且同時LED亮燈在5秒以上,即算成功發電,之後再增加10CM距離,重複測試到最遠的發電距離,即為該組的風力發電機發電成績。成績優良的前三名,向全班說明設計的理念,和設計過程當中碰到的問題及解決辦法,當場給予獎勵。

利用紙箱作簡易風洞,使風向更穩定。

整個觀課過程,師生關係良好,且溱岳老師以獎品鼓勵學生更加誘發學生動機,比賽前每一組都還再調整自己作品。

透過現成套件改裝,聚焦在葉片與風力的關係。

一系列的完整流程,這節課以成果競賽方式進行收尾學生結果出乎預期,反而增加可看性。最後勝出的幾組,由教授校長親自頒獎,並分享成功關鍵與歷程!

 

議課

龍卿校長:這個課程除了帶來操作與學習動機之外,還可以從這個活動中去體會自己存在的價值。例如以三人一組,每個同學是否都能在其中獲得存在感參與感。小組分工,學生感受到自己存在的價值,"活動不能缺了我"!

龍卿校長重視二個點,比較喜歡看人性面,過程中浮現出小孩子的努力與不放棄的精神,學生透過修正,讓自己在這段過程的學習得到成長。

1.一組裡的每一個都在操作,即使在等待過程有再微調,每個人都有任務,就有貢獻度與價值。

2.因為是比賽,所以看到在比賽過程中不是只為了得勝利而是要努力讓小組的表現與努力被看見。

斐虹:這一堂課被定義為成果發表,溱岳掌控進度,比賽可以用投影直播調整比賽場地,會讓其他同學的參與度更好。莉芳也建議讓學生擔任評審,老師就能掌控全程。謝校長補充,讓學生參與裁判,各組各一個,學生不只是參賽者同事也是評審,擔任更多元的角色,達到以學生為中心的學習。

志忠:材料的精緻度很高,他笑稱自己上午的觀課是資源回收廠。用環保的角度來看,現成材料雖然花了錢,但是反而可以融入各科,例如美學。精緻與質感,主任是延續了一連串的課程,用生科課,較完整較長的時間進行,所以比較深入。不是只有扇葉,包括角度形狀數量質量材質等,學生願不願意再思考,願不願意再嘗試?都值得注意。他私下訪談學生說的確有分工,組員互助投入,學生會投入享受過程,也是因為老師帶學生聚焦在作品的完成。場地,建議在教室中間,大家都可以參與過程。電扇的數目可以多幾台。

維倫:這堂課學生投入在課程當中,風力發電課程適合在生活科技課實施,如果在自然領域,有時候會被卡住。但生活科技主軸在問題解決,這個課程就是帶著學生有足夠多的時間去反省自己的作品在進行修正。主任說他會利用中午的時間,開放學生來操作。也有學生表示因為沒有預約到時間,所以沒有更多時間讓自己更棒。但也可以想見主任與生科教室的中午是很熱鬧,讚許老師學生的精神。如果~怎樣~如果我們修改了什麼,會讓成果如何,所以也呼應祥菁的建議,趁著比賽結束的空檔讓學生去反思。

勝豐校長:風華再現討論的就是扇葉,數目大小角度討論了一學期,可以慢慢與深入,最後用競賽方式作為一學期的成果發表。如果遊戲規則是固定的,應該不能再多給一次機會,如果老師可以在學生比賽後給予指導,會幫助學生概念更清楚。( 主任補充,在之前的載重課程就已經學習過了。)

呂教授:很適合設計在生活科技課程。有足夠多的時間慢慢來學習。有一組扇葉長度超過,所以建議建立比賽時的SOP,在一開始先確認。另外針對規則,呂教授也建議:從五十公分開始適合最早的練習,但如果是期末的時間,可以讓學生在一分鐘內找到最遠距離,不要一關一關的過,時間可以留在讓學生多多發表心路歷程。也建議可以設創意獎,例如湯匙組,真的值得鼓勵。教授說,這個教具的優點在於可以用電壓將風力發電的效果量化。如果材料非常貴,主要發電機的部分做公用。(龍卿校長補充建議:也可以讓學生自選起始距離,增加挑戰性。不一定都用50公分。)

祥菁:溱岳老師很溫暖很貼心,我們有吃,學生也有獎品。學生願意測試修正再修正,一定是平常有鼓勵他們,所以可以一直持續熱情到現在,甚至比賽前還在修正。並且學生成果材料很多元。讓學生寫學習歷程,並上台報告分享。建議提醒比完賽的學生在那個時間立即寫下省思與修正才不會讓時間閒置,也能在實驗結束後就能收回。

最後用斐虹的話做結尾。今天完成與教育部潔能系統整合與人才培育中小學校推動計畫的合作專案,兩堂精彩的課程,謝謝志忠與溱岳擔任授課教師,理化科學原理應用的探究實作與跨域生活科技彈性課程作品競賽成發。設計思考vs實作產出、研發vs優化改作,各有亮點!

漢口小林主任風華再現風力能觀課,圓滿成功!

 

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