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「綠色能源」與「雲端運算」融入高中生活科技

之經驗分享

屏東縣立枋寮高中 王明政校長、張簡琦麗老師、陳盈儒老師、洪銀徽老師

   屏東縣立枋寮高級中學位處台灣南部,因其地理位置相對偏遠的關係,其社會資源與教育預算皆不及都會型學校,為此,長期以來相當著重於資訊設備的建置與規劃,以彌補教學資源的不足。本校具有鄰近海岸、全年日照充足、海洋季風強盛等特性,鄰近地區亦有風力發電機與核能發電廠,因此本校非常適合進行太陽能與風力發電科技等綠色能源科技課程發展與推廣。

  行政院國家科學委員會科學教育處希望透過「高瞻計畫」的實施,達成研發新興科技課程、培育新興科技人才、提升高中、職教育品質等目標,協助高中、職學校研發特色課程,改進科學教育現況,培養學生對新興科技的興趣,並能透過主動探索新興科技發展的過程,進而培育具備科學與新科技素養的國民。本校為呼應第二期高瞻計畫:「高中、職新興科技課程發展研究與實驗計畫」,特別申請「能源科技發展與新興傳播科技融入高中生活科技課程發展、評鑑與推廣研究」之整合型計畫,並由本校執行子計畫一:「綠色能源與雲端運算科技融入高中生活科技課程發展、實驗教學與推廣之研究」,將「綠色能源」與「雲端運算」等科技議題,採用「融入式」的課程發展模式,配合「生活科技」課程中現有「能源與動力」與「傳播科技」課程主題,進行課程發展、實驗教學與推廣,願能提升學生對科學教育學習之動機。

以下就相關教具開發成果、研習活動與目前執行成效,和大家進行分享及交流。

教具開發成果分享

綠色能源篇(一)-太陽能熱水器

  屏南地區太陽資源豐富,家家戶戶大多有安裝太陽能熱水器。為了讓學生了解太陽能熱水器基本架構及原理,而進行太陽能熱水器教具的開發。太陽能熱水系統的構造主要是由集熱器、儲水桶、管路和控制系統等四部份構成,其作用原理是將來自太陽的輻射能量吸收下來並用以加熱水溫。本教具使用隨手可收集的基本材料製作,於正常日曬下兩小時可達45℃。

綠色能源篇(二)-風力暨水力發電機

  南部沿海地區風力資源豐沛,適合發展風力發電機發電,考量功率較高的風力發電機教學模組價格昂貴,而使用風力電機模型進行教學往往需要高於1.5公尺的支架,攜帶、收納不便,因此發展圓形底座的發電機,方便攜帶,又可以放置於教室、實驗室,並設計一檔桿,避免因為過度的旋轉造成電線打結。搭配自製的二極體整流電路板與風力發電機短路煞車電路,掌握教學的安全性,並同時整合了高中生活科技與物理課程。

綠色能源篇(三)-太陽爐暨海水淡化器

  海水淡化器是充分運用南部太陽能天然資源所發展的太陽能加熱器,以拋物面型太陽爐最有利於加熱,並使用鏡面鋁箔貼紙取代鋁箔紙,在焦點上的溫度經測量最高可達495℃,考慮與太陽的夾角,最適合使用於上午十點至下午兩點。海水淡化器鍋爐部分,採用全不鏽鋼鍋,且鍋蓋設計有玻璃部分,利於降溫凝結,為了達到高效率的水蒸氣凝結效果,設計安裝多片導流板,引導水蒸氣流入內鍋,100毫升的海水約可以取得超過10毫升可飲用的蒸餾水。

  另外,因應本地環境與科技發展特點來建立及強化學生對於能源科技應用的實務能力,而雲端運算(Cloud Computing)科技為目前廣泛被使用的新興科技,因此特別以數位學習的模式來編制課程教材,以有聲書及協作平台進行課程學習,,讓學生透過數位學習,培養獨立與個別化學習的能力。

研習成果分享

一、高瞻綠能增能研習-南台科技大學

  為增進學生在太陽能應用上的相關知能,特別聘請南台科技大學講師翁瑞侑於101年2月29日辦理太陽爐實作活動。因屏東地區長年日照量高於台灣其他地區,深具發展太陽能光電與光熱教學的潛力,但常見的應用除了太陽能熱水器外鮮少見其他應用,有鑑於此,本校積極發展太陽能熱發電與利用太陽光熱烹煮食物的教學活動,初階研習課程讓所有師生製作小型太陽爐在幾秒鐘內可讓木材起火燃燒;亦有同學發揮創意利用太陽光透過聚光鏡片在樹枝與樹葉上刻字。枋寮高中師生更合力組裝大型太陽爐,在24℃、多雲、微風、和煦的日光下於太陽爐的焦點上測得近200度的高溫,能在五分鐘內將鍋子內的水煮沸,也可在一分鐘內將樹枝與樹葉點燃,讓所有師生大開眼界。翁瑞侑老師表示若天候狀況更佳,溫度可達300℃以上,可以烤麵包、烤雞,烹煮更多的食材;此外,若在焦點上安裝熱引擎則可以做為發電用。

二、高瞻綠能增能研習-雲林甭錢生態教學農場

  因應高瞻計畫發展綠色能源與雲端運算課程開發,本校在101年3月7日於雲林縣甭錢生態教學農場,辦理綠能實做教學參訪。經由大型機具(風力發電機、太陽能電動車、水力發電、手搖發電等項目)實做教學和講師授課加強學生對綠能的認知,並藉由動手做的過程進行問題的探究與解決。經由這種學習過程,學生可以提升團隊合作以及創造性問題解決的能力,最終達成本校高瞻計畫發展具在地特色教材開發的目的。

  藉由本計畫的執行,有助於培養學生科技素養、科技核心概念,提升科技應用與問題解決的實務能力,並縮短城鄉數位落差,增加學生對於新興科技議題的學習動機、科技概念的理解與科技議題的學習成效等。本研究推行後,一方面藉由實施新興科技課程促進本校多元族群學生科技素養之提升,培育新一代科技人才。另一方面,亦希望藉由此次參與高瞻計劃,協助枋寮高中成為發展新興科技融入生活科技課程的特色學校。

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