能源

（注意：本课程包含 A 和 B 两个部分，它们对于完全达到教学标准都至关重要。如果时间有限，请根据学生的需要从这两部分中选取一些内容进行讲解。）

本课程的主要学习内容是研究能源。搭建一种可再生能源的模型，让学生通过这个模型来展示他们的研究成果。鼓励学生从风力涡轮机示例中获取灵感，然后设计并搭建一个模型，可以是风力涡轮机，也可以是另一种可再生能源设备。

• 科学背景 - 能源:
  • 在本课程中，模型可用来模拟风力涡轮机是如何通过旋转叶片将风能转化为电能的。
  • 矩阵灯可以用来展示通过叶片旋转产生电能的过程。
  • 学生们更为熟悉的风车可以用来将风能转化为旋转能（例如带动磨盘转动，从而磨出面粉），但不产生电能。
• 前期知识铺垫 - 能源 利用常备科学材料、共享信息、图片和定义。
  • 检查学生都知道哪些可再生能源和不可再生能源的相关知识，以及获取和使用这两类能源会对环境产生哪些影响。通过这次的研究活动，学生将会了解到关于这类主题的更多内容。
  • 风力涡轮机可以将风能转化为电能。风车可以利用风能带动抽水机或磨面机旋转。
  • 关键词汇: 可再生能源、不可再生能源、化石燃料、风力涡轮机、环境
• 搭建和编程提示: 请查看学习单元中的建议。针对本课程的建议：
  • 利用 SPIKE App 应用程序“开始”菜单中的“电机”和“灯”教程强化教学效果。
  • 利用 SPIKE App 应用程序“帮助”>“词语模块”菜单中的“事件模块”、“灯模块”和“电机模块”部分提供更多支持。
  • 使用随附的白色 USB 数据线连接智能集线器和设备，让程序更加稳定。学生将因此而能够更好地观察数据，弄清叶片速度对光线亮度的影响，以及这与涡轮机利用风能产生更多或更少电能的相似之处。
• 材料: 查找风车和风力涡轮机的图片，帮助学生区分这两种装置。查找关于可再生能源和不可再生能源（例如太阳能、风能、核能和化石燃料）、人类对于这些能源的使用及其环境影响的研究资源，要与学生的理解力相匹配。考虑如何将这些资源融合到课堂教学中。

A 部分（45 分钟

• 介绍故事的主人公和第一项挑战：苏菲发现了一台风力涡轮机。她想知道它是如何获取能量的。还有哪些方式可以获取可重复利用的能源？

• 思考 — 引导学生围绕课程主题展开简短的讨论，期间可根据需要使用故事图片：

  • 风是一种什么样的能源？为什么？（风是一种可再生能源；因为它总是能够源源不断地产生。）
  • 可再生能源具有什么特点？可以举例说明。（能够源源不断地产生或获取，因为大自然会不断地进行补充；风能、江河中的流水、阳光都是可再生能源。）
  • 不可再生能源具有什么特点？可以举例说明。（总量是有限的，终有用尽的一天；石油、天然气和煤炭等化石燃料，以及用于产生核能的铀等材料都是不可再生能源。）
  • 使用不同类型的能源会给环境带来哪些改变？（修建水坝会占据动物的栖息地，采矿会破坏地表，燃烧化石燃料会造成空气污染。）

• 给每个小组分发一套 SPIKE^™ 科创基础套装和一台设备。

• 在学生搭建和编程的过程中，可以向他们介绍下面图片中的例子，说明这是一个风力涡轮机的模型和程序，它能够利用风能来发电。学生既可以搭建涡轮机，也可以搭建另一种可再生能源设备。

• 让学生：

  • 至少通过两种能源来研究可再生能源和不可再生能源，包括人们对于这些能源的使用方式及其对环境的影响。（查看针对研究的课堂最佳实践。）
  • 选择一种可再生能源。
  • 开始搭建某种可再生能源模型，并对它进行编程，以展示他们的学习成果。

• 引导学生开展头脑风暴，讨论可以通过哪些方式将乐高^®组件用于他们的模型。对于风力涡轮机，可以采用的方式包括：用长条形的组件来充当叶片，或者对矩阵灯进行编程，让它能够在手动旋转叶片时亮起。当学生手动旋转叶片时，可以尝试以更快或更慢的速度旋转，以观察矩阵灯上不同的显示效果。

创意示例

• 将学生召集到一起分享彼此的成果和创意。 

• 让每个小组用他们搭建中的模型进行演示并解释：

  • 它是如何展示可再生能源的。
  • 人们是如何使用这种能源的。
  • 与不可再生能源相比，使用他们选择的可再生能源会给环境带来哪些积极和消极影响。

• 引导学生分享进行中的工作，并鼓励他们从彼此的分享中找寻灵感。

• 如果要继续学习“B 部分 — 解释”，请让学生保留搭建好的模型，或者给他们一些时间重新进行搭建。

B 部分（45 分钟

• 重复“A 部分 — 解释”中的步骤，促使学生在继续搭建模型的过程中进行分享、开展头脑风暴和获取灵感。

• 让学生：

  • （15 分钟）继续搭建他们的可再生能源（比如风能）模型，并对其进行编程。
  • （10 分钟）利用搭建好的模型来分享和交流他们对可再生和不可再生能源的研究成果。

• （5 分钟）鼓励学生分享：

  • 帮助他们完成挑战的知识、想法或技能。
  • 他们在研究和设计模型的过程中获得的知识、想法或技能。

• 让学生整理套装和工作区。

• 在学生构思、搭建和编程的过程中，利用引导性问题促使他们进行思考和做出决策。

教师观察清单

• 查看学习目标（_教师支持_部分）。
• 利用清单观察学生的进度：
  • 他们能够至少选择两种能源进行研究。
  • 他们能够准确地描述可再生和不可再生能源。
  • 他们能够准确地解释能源的来源以及人们对它的使用方式。
  • 他们能够描述，与不可再生能源相比，获取并使用他们选择的可再生能源会给环境带来哪些积极和消极影响。
  • 他们能够为所选的可再生能源搭建模型并对其进行编程。

自我评估

让每位学生选择一块最能代表自己当前水平的积木。

• 蓝色积木：我觉得自己能够按照说明创建程序。
• 黄色积木：我能够按照说明创建程序。
• 绿色积木：我能够按照说明创建程序，还能帮助同伴达到相同水平。

同伴反馈

让学生在各自小组内讨论他们的合作经验。
鼓励他们使用如下表达方式：

• 当你……我非常感兴趣
• 我想了解更多关于你如何……

可通过如下方式简化本节课：

• 将研究任务缩减到有限的几种可再生和不可再生能源。

可通过下列方式增加难度：

• 让学生设计更加复杂的模型。对于涡轮机，可以采用的方式包括：根据叶片转动的方向改变灯光的颜色，例如，当叶片向左旋转时亮起红灯，向右旋转时亮起蓝灯。他们还可以对叶片进行编程，使它们能够以不同的速度旋转，从而模拟不同的风速。

让学生研究人类可以通过哪些方式来减少因为使用可再生和/或不可再生能源而给环境造成的消极影响。让他们用一段视频或文字来分享他们的研究成果。

如果实施该部分内容，课程时间将超过 45 分钟。