學(xué)習(xí)目標(biāo)
- 科學(xué)知識(shí)可以用于設(shè)計(jì)倒慧，建造和評(píng)估設(shè)備。
- 工程是一個(gè)包含設(shè)計(jì)枚驻、測(cè)試濒旦、再設(shè)計(jì)和再測(cè)試的迭代過(guò)程。
- 工程師必須記錄他們的設(shè)計(jì)過(guò)程再登，并提出他們的解決方案的問(wèn)題尔邓。
課程內(nèi)容
- 學(xué)生將在實(shí)驗(yàn)站的熱箱中測(cè)試他們的企鵝房屋。
- 學(xué)生將分析他們的企鵝房屋锉矢，并確定哪些功能最成功地減慢了熱傳遞梯嗽。
- 學(xué)生需要指出他們的企鵝房屋減少了哪種熱傳遞的方式。
- 學(xué)生將根據(jù)測(cè)試結(jié)果重新設(shè)計(jì)建造企鵝房屋沽损，并對(duì)房屋進(jìn)行重新測(cè)試灯节。
課程目標(biāo)
在本課結(jié)束時(shí)，學(xué)生將能夠：
- 對(duì)減慢熱傳遞的房屋進(jìn)行評(píng)估和比較绵估，并說(shuō)出它們是如何工作的
- 判斷房屋隔熱效果的有效性
課程簡(jiǎn)述
- 在熱箱中進(jìn)行測(cè)試炎疆。（20分鐘）
- 企鵝在熱箱中進(jìn)行測(cè)試需要一定的時(shí)間，讓學(xué)生在這段時(shí)間內(nèi)在網(wǎng)絡(luò)上搜索關(guān)于新型建材的知識(shí)国裳⌒稳耄或采用PowerPoint講解有關(guān)新型建材的知識(shí)。
- 測(cè)試結(jié)束缝左，分析討論結(jié)果亿遂。（20分鐘）
- 讓學(xué)生記錄他們想在自己設(shè)計(jì)上做的修改浓若，然后用剩下的錢購(gòu)買更多的材料，或者重新配置已經(jīng)購(gòu)買的材料蛇数。（20分鐘）
- 在熱箱中測(cè)試重新設(shè)計(jì)過(guò)的小屋挪钓。（20分鐘）
- 觀察第二次測(cè)試的結(jié)果并記錄在故事板上。（10分鐘）
- 分析和討論結(jié)果苞慢。（20分鐘）
背景
鼓勵(lì)合作诵原，而不是競(jìng)爭(zhēng)。讓學(xué)生彼此分享他們的成功和失敗挽放，并向成功者學(xué)習(xí)绍赛。目標(biāo)是拯救企鵝，不是贏得比賽辑畦。重新設(shè)計(jì)階段是最重要的吗蚌。在熱箱的第一次測(cè)試后，讓學(xué)生小組之間討論他們的設(shè)計(jì)纯出，吸取經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)蚯妇，來(lái)改善設(shè)計(jì)。如果學(xué)生堅(jiān)持要選出一個(gè)“贏家”暂筝，在第二次測(cè)試中箩言，能拯救更多企鵝的小組獲勝。焕襟。
教師材料
- 4個(gè) 帶夾具的燈
- 1個(gè) 黑色儲(chǔ)物箱（或黑色噴漆箱）
- 企鵝冰塊（為每組學(xué)生準(zhǔn)備1個(gè)）
- 1個(gè) 數(shù)字計(jì)時(shí)器
- 1個(gè) 電子天平（精確到0.1克）
- 1卷 鋁箔
學(xué)生材料（每組）
- 1個(gè) 材料盒
- 1個(gè) 故事板（來(lái)自于第一課）
- 1盒 彩筆或鉛筆
- 1個(gè) 塑料燒杯（不標(biāo)重量陨收，作為測(cè)試杯）
- 1個(gè) 塑料燒杯（標(biāo)有重量，作為救援杯）
課前準(zhǔn)備
- 第5課前一天鸵赖，準(zhǔn)備企鵝冰塊务漩。
a.使用醫(yī)用注射器，分配等量的水到每個(gè)冰塊（10 - 16毫升取決于冰塊模具的大兴省）饵骨。
b.確保每個(gè)冰塊使用了相同的水，使企鵝具有相同的質(zhì)量茫打，水的密度為1克/毫升（即16毫升水等于16克）居触。 - 稱量每組的救援杯（大概的重量為 2.8克），用馬克筆在上邊寫(xiě)上杯子的質(zhì)量老赤。杯子可以干燥饼煞，反復(fù)使用。
-
準(zhǔn)備用來(lái)測(cè)試學(xué)生設(shè)計(jì)的“熱箱”诗越。使用黑色儲(chǔ)物箱（或黑色噴漆箱），在里側(cè)的四個(gè)面鋪滿鋁箔息堂，保持黑色的底部是暴露的嚷狞。然后放置四個(gè)燈在熱箱周圍块促，照射熱箱的底部和鋁箔。最好將4盞燈連接在一個(gè)插座上床未，這樣你可以用一個(gè)開(kāi)關(guān)把所有的燈都打開(kāi)或關(guān)上竭翠。
熱箱 - 在黑板上準(zhǔn)備一張圖表讓學(xué)生填寫(xiě)測(cè)試結(jié)果，或者記錄在故事板上薇搁。這也可以在Excel或交互式白板上進(jìn)行記錄斋扰。
- 當(dāng)學(xué)生的房屋在熱箱測(cè)試時(shí)，進(jìn)行一個(gè)15分鐘的活動(dòng)啃洋。建議活動(dòng)：
- 學(xué)生通過(guò)搜索研究現(xiàn)代工程建筑材料传货。
- 動(dòng)物園和其他企鵝棲息地中安裝有很多網(wǎng)絡(luò)攝像頭供大眾使用。例如谷歌企鵝攝像頭可以讓學(xué)生看一些生活的企鵝正在做的事情宏娄！
- 提供PowerPoint演示文稿“創(chuàng)新建筑材料”问裕。
課程步驟
- 打開(kāi)熱箱上方的燈，預(yù)熱20分鐘左右孵坚。通過(guò)預(yù)熱粮宛，熱箱底部的表面將受熱均勻，然后再進(jìn)行下一步卖宠。
- 給每組學(xué)生一個(gè)塑料燒杯巍杈。讓每組的一個(gè)學(xué)生拿好他們的測(cè)試杯排隊(duì)，準(zhǔn)備接收他們的企鵝冰塊扛伍。
- 從冰箱里拿出企鵝冰塊并快速分發(fā)到每個(gè)燒杯中筷畦。
- 指導(dǎo)學(xué)生盡快把企鵝冰塊放入到他們的小屋中，然后將小屋放到熱箱里（同時(shí)）蜒秤。在放小屋的過(guò)程中將燈關(guān)掉幾秒鐘汁咏，以降低燒傷學(xué)生的風(fēng)險(xiǎn)。當(dāng)放置好企鵝房屋后作媚，打開(kāi)燈攘滩，將定時(shí)器設(shè)定為20分鐘。
教師注意：注意20分鐘大約是一個(gè)“無(wú)家可歸”的企鵝冰塊完全融化的時(shí)間纸泡。一定要添加一個(gè)“無(wú)家可歸”的企鵝冰塊作為控制組（對(duì)照組）漂问。只需在熱箱中放置一個(gè)有企鵝冰塊的塑料燒杯。20分鐘后女揭，企鵝將融化為一個(gè)非常微小的冰塊蚤假。 - 在測(cè)試進(jìn)行過(guò)程中，讓學(xué)生進(jìn)行15分鐘的活動(dòng)吧兔×籽觯活動(dòng)內(nèi)容在第五課課前準(zhǔn)備中。
- 當(dāng)定時(shí)器在20分鐘后發(fā)出聲音后境蔼，關(guān)掉燈而不要接觸燈泡或燈的圓頂灶平，因?yàn)樗鼈儠?huì)非常熱伺通！把燈挪開(kāi)，請(qǐng)學(xué)生快速取回各自的小屋逢享。
- 指導(dǎo)學(xué)生快速取出企鵝冰塊剩余的部分并放入救援杯中罐监。
教師注意：確保學(xué)生不把液體“企鵝汁”倒入救援杯！
測(cè)試數(shù)據(jù) - 讓學(xué)生把救援杯放在電子秤上瞒爬，記錄救援杯和剩下的冰塊的總質(zhì)量弓柱。學(xué)生將通過(guò)減去燒杯質(zhì)量來(lái)得到他們拯救的企鵝冰塊的最終質(zhì)量。
教師注意：如果學(xué)生們擔(dān)心他們的企鵝塊在排隊(duì)等候的時(shí)候繼續(xù)融化侧但，提醒學(xué)生矢空，無(wú)論冰是否融化，留在杯子里的水和冰仍然代表企鵝的總質(zhì)量俊犯。 - 請(qǐng)學(xué)生在黑板上寫(xiě)下他們的測(cè)試結(jié)果妇多，以及自己房屋的成本。
- 讓學(xué)生在故事板上新的區(qū)域記錄這部分的結(jié)果燕侠。
- 讓全班同學(xué)分析測(cè)試結(jié)果：
a.分析性能最好的企鵝房屋（企鵝冰塊剩余質(zhì)量最多的房屋）者祖。
b.言行得體地分析表現(xiàn)不好的房屋，并給出可以提高性能的建議绢彤。
c.問(wèn)學(xué)生以下問(wèn)題：
?哪個(gè)房屋的設(shè)計(jì)最有效地阻礙了熱傳遞七问？
?為什么這些設(shè)計(jì)能有效地阻礙熱傳遞？
?在每個(gè)部位的設(shè)計(jì)中茫舶，阻礙了哪種方式的熱傳遞械巡？ - 讓學(xué)生在故事板上記錄他們對(duì)設(shè)計(jì)的修改。如果時(shí)間允許饶氏，請(qǐng)他們繪制出新的企鵝房屋設(shè)計(jì)方案讥耗。
延伸知識(shí)
數(shù)學(xué)延伸：從第5課獲得的數(shù)據(jù)，可以用來(lái)討論斜率疹启、線性方程古程、插值和外推數(shù)據(jù)點(diǎn)的值。讓學(xué)生制作圖表來(lái)確定：
- 房屋設(shè)計(jì)成本加制造成本和企鵝冰塊剩余的最終質(zhì)量之間是否存在關(guān)系（數(shù)據(jù)須來(lái)自有效的房屋設(shè)計(jì)）喊崖？
- 房屋成本和企鵝冰塊剩余的最終質(zhì)量之間是否存在關(guān)系挣磨？
重新設(shè)計(jì)階段
課前準(zhǔn)備
- 在本課的前一天晚上，準(zhǔn)備一份新的企鵝冰塊荤懂，或者在一開(kāi)始就準(zhǔn)備兩份企鵝冰塊茁裙，如果重新設(shè)計(jì)是在測(cè)試的當(dāng)天進(jìn)行的話。由于冰會(huì)隨時(shí)間升華而失去質(zhì)量节仿，所以你應(yīng)該在每個(gè)測(cè)試前的晚上做一份新的樣本晤锥。使用醫(yī)用注射器確保每只企鵝具有相同的質(zhì)量。
- 你可以打印一份獲獎(jiǎng)證書(shū)廊宪，這樣你就可以在課堂上將填寫(xiě)“優(yōu)勝者”的名字證書(shū)發(fā)給某個(gè)小組矾瘾。
- 復(fù)制后測(cè)題（附錄B）眉踱，并分發(fā)給學(xué)生，在重新設(shè)計(jì)的房屋在熱箱中進(jìn)行測(cè)試時(shí)霜威，讓學(xué)生填寫(xiě)。
課程步驟
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允許學(xué)生15-20分鐘修改他們的設(shè)計(jì)册烈。
重新設(shè)計(jì)的企鵝房屋 - 像之前一樣重復(fù)測(cè)試過(guò)程戈泼。
- 當(dāng)小屋在熱箱中測(cè)試時(shí)，讓學(xué)生完成后測(cè)試題（附錄B）赏僧。如果學(xué)生提前完成后測(cè)實(shí)體大猛，讓他們完成故事板上的工作。
- 當(dāng)計(jì)時(shí)器響起淀零，重復(fù)稱量剩余企鵝冰塊的步驟挽绩，并將數(shù)據(jù)記錄在黑板上進(jìn)行討論。
- 讓學(xué)生在故事板上記錄他們最終的設(shè)計(jì)和測(cè)試結(jié)果驾中。
教師注意：如果任何團(tuán)隊(duì)在測(cè)試后拯救了很多質(zhì)量的企鵝冰塊唉堪，那么他們應(yīng)該作為合格的工程師被獲得稱贊。 - 問(wèn)學(xué)生他們喜歡和不喜歡這個(gè)課程肩民。使用學(xué)生的反饋信息來(lái)幫助你規(guī)劃未來(lái)的把工程設(shè)計(jì)和科學(xué)結(jié)合起來(lái)的課程唠亚。
- 確定獲勝的團(tuán)隊(duì)并分發(fā)給每個(gè)團(tuán)隊(duì)成員證書(shū) 。
教師注意：下面是一個(gè)建議的獎(jiǎng)項(xiàng)清單持痰。
- 有效設(shè)計(jì)獎(jiǎng)–頒發(fā)給拯救最多企鵝冰塊的團(tuán)隊(duì)灶搜。（取前三名）
- 最佳完善獎(jiǎng)–授予從第一次測(cè)試到第二次測(cè)試改善最多的團(tuán)隊(duì)。
- 最佳財(cái)政獎(jiǎng)–獎(jiǎng)勵(lì)給至少拯救了一半企鵝的團(tuán)隊(duì)中成本最低的團(tuán)隊(duì)工窍。
- 改進(jìn)設(shè)計(jì)獎(jiǎng)–授予改進(jìn)了設(shè)計(jì)方案割卖，在第二次測(cè)試中拯救了更多的企鵝冰塊的團(tuán)隊(duì)。
-
人民選擇獎(jiǎng)–授予由學(xué)生投票決定的他們最喜歡的設(shè)計(jì)患雏。
獎(jiǎng)勵(lì)證書(shū)
總結(jié)
- 總結(jié)課程中學(xué)到的知識(shí)和能力鹏溯。以下是一些可供選擇的問(wèn)題：
工程：工程師遵循工程流程設(shè)計(jì)來(lái)解決問(wèn)題。
- 你在設(shè)計(jì)一個(gè)解決問(wèn)題的方案時(shí)使用了什么流程纵苛？
- 為什么這個(gè)課程稱為“拯救企鵝”剿涮？
- 如何在家里通過(guò)節(jié)能幫助遠(yuǎn)方的動(dòng)物？
- 工程師是如何幫助人們和動(dòng)物的攻人？
- 在本課程中取试，你需要了解什么科學(xué)概念來(lái)幫助你成為一個(gè)好的工程師？
- 在設(shè)計(jì)你的房屋時(shí)你受到了哪些方面的約束怀吻？
- 為什么重新設(shè)計(jì)是很重要的瞬浓？
- 為了設(shè)計(jì)并建立最好的企鵝房屋，你認(rèn)為需要知道哪些工程實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)蓬坡？
科學(xué)：熱傳遞 - 熱傳遞的一些規(guī)則是什么猿棉？（它從暖的區(qū)域傳遞到冷的區(qū)域磅叛，它是熱能在運(yùn)動(dòng)，它有三種不同的傳遞方式）
- 描述三種熱傳遞的方法萨赁。
- 熱的良導(dǎo)體和不良導(dǎo)體之間的區(qū)別是什么弊琴？
- 為什么相同溫度的金屬托盤摸上去比塑料托盤冷？
- 如果冬天你坐在一個(gè)金屬的凳子上杖爽，你會(huì)有什么感覺(jué)敲董？為什么？
- 如果冬天你坐在一個(gè)塑料的凳子上慰安，會(huì)有不同的感覺(jué)嗎腋寨？為什么？
- 哪種材料阻礙傳導(dǎo)/輻射/對(duì)流的能力最好化焕？
- 組合材料中哪種組合效果最好萄窜？為什么？
- 對(duì)你來(lái)說(shuō)撒桨，課程中最有趣的部分是什么查刻？
