部落格

單元名稱

水力發電教學模組

設計者

新生國小楊貴媛

員山國中吳宏達

員山國中陳淑華

領域主題

水力發電教學模組

教學

對象

小六

教學時間

45*4

教學先備知識

機械能、電磁感應、

設計

理念

台灣是一個多雨但又水資源缺乏的國家，水庫在這樣的國家有奇特殊意義，能夠藉由不同的方式將水存下來，對於國家的經濟與民生有相當大的助益。充足的水資源是國家發展的必要條件，在商業、工業、製造業、農業灌溉、水產養殖、水力與航運……等的利用上，水都肩負著重要的工作；人口和文化的發展，以及都市的形成，都是起源於水源供應豐富的地方。但現今氣候變遷及極端天氣的頻繁出現，讓水得來不易，因此所有與水相關的生活、工作都受到不同的衝擊，限水危機越來越高，水已不再是取之不盡，用之不竭的資源。

一般水庫都建設於較高的地方，水力發電正可以利用這樣的趨勢，藉由具有較高的位能，讓水往較低的位置，此時力學能的轉換，就能有效的發電。讓學習者經課程瞭解由位能轉換成動能，在動能變成電能的過程學習的過程中引出小朋友明白水的重要性，進而能珍惜、重視看似垂手可得的水能源，不浪費大自然的涓滴福報。

能源教育大多數較深入的科學概念，大多在高年段，甚至有部分的概念為國中生難以理解的抽象概念，因此本教案希望藉由服務學習的理念，藉由國中小教師與學生的協同合作，達到科學概念教授的工作。利用POEC的教學法，藉由活動單的完成及做中學的想法，首先由國中小教師協同合作，國中教師為主，國小教師協助轉換科學辭彙與解釋或轉換國中教師用詞，讓國小學生能夠理解國中教師的授課內容。另外培養國中學生為小隊輔，訓練國中學生敘述能力及實作能力，幫助國小學生完成活動單與實作。

科學概念

力學能：將物體的動能與位能合稱為力學能。力學能守恆定律：當只有保守力在對物體作功時，則物體的力學能為守恆量。後面將在各種情況下證明力學能守恆定律。保守力作正功，則對應的位能減少，保守力作負功，則對應的位能增加。非保守力所作的功等於力學能的變化量。

電磁感應（Electromagnetic induction）：是指放在變化磁通量中的導體，會產生電動勢。此電動勢稱為感應電動勢或感生電動勢，若將此導體閉合成一迴路，則該電動勢會驅使電子流動，形成感應電流（感生電流）。麥可·法拉第是一般被認定為於1831年發現了感應現象的人，雖然Francesco Zantedeschi在1829年的工作可能對此有所預見。法拉第發現產生在閉合迴路上的電動勢和通過任何該路徑所包圍的曲面的磁通量的變化率成正比，當通過導體所包圍的曲面的磁通量變化時，電流會在任何閉合導體內流動。這適用於當磁場本身變化時或者導體運動於磁場時。

單元

目標

活動一、水車

      透過觀看環境災害影片，喚醒學生對環境災難受害者的同情心，能夠感同身受的思考如何解決環境問題，以及人類對電能需求性，再利用ppt簡報引入發電的種類型式，有哪些屬於較乾淨的能源發電。水車的運轉是利用水由高處往低處的流動，帶動水車的轉軸，產生葉片運轉的效果，其原理是利用位能轉換成動能的原理。本活動希望學生藉由實驗的操作，讓學習者瞭解如何控制變因（壓折的深度、剩餘的長度等），藉由操作水車時，讓學習者去想如何讓風車轉得好、轉得穩、轉得快，同時能夠學習如何設計簡易的探索活動。

活動二、自動調節水杯

    大氣壓力的存在是看不見也摸不到的，但是對我們產生的影響確是無時無刻的，生活上有一種東西，是大家都用的到的，就是馬桶。馬桶的製備原理其實就是利用大氣壓力與虹吸原理，讓我們享受生活上的便利，又不用怕沼氣回流的神奇裝置，所以馬桶原理不可不懂。本實驗操作是先利用吸管與寶特瓶讓學習者體驗虹吸現象，接著再利用水管倒U形的部份浸泡入水中時，彎曲的部份一下子突然注滿水，就會因為水有重量而快速流出，一旦水流出後，由於受到大氣壓力，會將水往外推擠出去，一直等到流到杯子裡面吸管的最下方才停止。

活動三、人力幫浦

先利用製作洗髮精供給器操作增加背景知識，再利用水管或吸管在水中快速上下振動，讓水利用壓力差將水向上吸起，經由多次嘗試讓學習者了解大氣壓力與水位相對關係，並藉由競賽讓學習者可以訓練如何控制變因。

活動四、簡易水力發電機

    先引導學習者生活上使用電能的時機，感受電能的重要性，並藉由能量轉換實驗體驗能量是可互換，再給學習者腦力激盪：利用馬達組有什麼方法能夠產生電能，接著則進行人力發電機，利用棉線快速拉動馬達產生電能，再利用動手操作簡易水力發電機實驗，體驗水流產生動能，再由動能產生電能，從以上這些實驗過程體驗電能產生不易，平時應更珍惜能源，養成節流觀念，並詢問孩子有哪些方式是可以自己身體力行，並在活動單呈現，並希望培養學生對問題解決的能力與態度，所以學習者必須做出成品，同時必須對於轉動效果提出一定的結論，去告知其他學習者他的心路歷程並上台發表自己的簡易水力發電機發電原理與概念。

能力

指標

2-2-5–1、2-3-1-1、2-3-3-2、2-4-1-1、2-4-1-2、2-4-5-4、2-4-5-8

2-3-4-4知道生活環境中的大氣、大地與水，及它們彼此間的交互作用。

6-3-2-3面對問題時，能做多方思考，提出解決方法。

課程

綱要

活動一、水車

1.使用影片教學，喚醒學生對環境災難受害者的同情心，以及人類對電能需求性。

2.使用PPT電腦輔助教學，讓科學概念能夠較具體的以圖像承現

3.利用生活事例或新聞事件引入

4.實作(製作水車體驗力學能)

5.科學概念引入

6.小結

活動二、自動調節水杯

1.使用PPT電腦輔助教學，讓科學概念能夠較具體的以圖像承現

2.利用生活事例或新聞事件引入

3.實作(先引入虹吸管實驗再深入製作自動調水杯)

4.科學概念引入

5.小結

活動三、人力幫浦

1.使用PPT電腦輔助教學，讓科學概念能夠較具體的以圖像承現

2.利用生活事例或新聞事件引入

3.實作(先引入洗髮精供給器實驗再深入製作人力幫浦與競賽)

4.科學概念引入

5.小結

活動四、簡易水力發電機

1.使用PPT電腦輔助教學，讓科學概念能夠較具體的以圖像承現

2.先引入能量轉換實驗：電能轉變成動能、電能轉變成光能，並引導如何可以將動能轉換成電能，再由電能轉換成光能？

3.實作一(實驗製作人力發電機)

4.實作二(實驗製作簡易水力發電機)

5.科學概念引入

6.上台發表簡易水力發電機產生電力過程與概念

7.總結概念與珍惜能源

教學材料準備

活動一、水車

剪刀，二個正方柱飲料紙盒(大與小各一個)，吸管二隻(細的、微粗各一)，釘書機或膠帶、熱熔膠、熱熔膠槍。

活動二、自動調節水杯

可彎曲水管、600mL寶特瓶、剪刀、美工刀、熱熔膠、熱熔槍、水桶

活動三、人力幫浦

塑膠水管（粗細各一支、長短各一支）、水桶

活動四、簡易水力發電機

熱溶膠、LED燈(紅色)、熱熔膠槍、膠帶、三用電錶、小馬達、齒輪、馬達組、電池、棉線

教學

活動

課程說明

教學時間

第一堂課

45分

引起

動機

    經由天然災害影片讓學習者省思人類對地球的影響，以及人類對電能需求性，再利用ppt簡報引入發電的種類型式，有哪些屬於較乾淨的能源發電。宜蘭縣是一個農業為主要經濟活動的縣，水車是很常見的一種物品，教師藉由談論有關農業與水車的關係，同時討論近年來休閒農業水車成為地景等相關問題引起學生的學習動機。

20分

課程

內容

活動一、水車

活動目的