绿色能源实验室的开发与利用.doc

曹杨中学绿色能源实验室的开发与利用课题中期报告项目研究中期报告：绿色能源实验室的开发与利用曹杨中学课题组一、研究背景和意义（一）研究背景1、时代发展的需要我国经济高速发展，能源资源约束日益突出。这种情况下，大力发展可再生能源，是缓解能源瓶颈、促进我国经济发展的必然选择。同时，使用绿色能源还可以降低对煤炭的过分依赖，基本上不产生环境污染问题，能减少废气排放，为改善环境质量作出贡献。专家指出：“中国将进入绿色能源时代”。在这样的一种背景下，我们提出“绿色能源实验室的开发和利用”这个课题，正是顺应了时代发展的潮流，普及及推广“绿色能源”的理念。2、教育发展的需要“绿色能源”的发展是大势所趋，要能够更好地促进绿色能源在我国的开发和利用，就应该从教育学生入手，有系统地传授给学生绿色能源的相关知识。许多国家在基础教育中就注意普及相关的科学知识，美国很多年前就启动了“国家能源教育开发（National Energy Education Development（NEED）”项目。但反观我国的中学教育，对于“绿色能源”的知识却甚少涉及，更不要说是在中学中设立专门的绿色能源实验室，让学生去更加直观地了解和观察绿色能源了。因此，本课题的提出和开展也是顺应了教育本身的需要。（二）研究意义1、通过本课题的研究和实施，使绿色环保可持续发展的理念深入学生内心。我校目前创建的绿色能源实验室，以太阳能发电为基础，风力发电为补充，将科技的绿色能源从生产应用中，引进了实验室。太阳能、风能是自然界中取之不尽用之不竭清洁能源，在应用中即节能又环保，对其的开发和利用，能够将节能减排的理念，贯穿在教学中，使学生形成良好的能源观念。本课题的开展正顺应了整个人类社会迫切需要普及和发展太阳能等可再生资源的趋势，在绿色能源实验室的开发上，将以太阳能转化为电能为实验基础，开发各种形式的小实验，充实能源事例，让学生通过观察和动手实验，学习如何有效的使用能源和节约能源。通过对学生的教育，促进学生的能源意识，树立节约能源和可持续发展的理念，激励学生能源科学技术知识的兴趣，树立社会责任感，为社会的发展做出贡献。2、通过本课题的研究和实施，使学生有意识地去探究能源利用中的相关问题。绿色能源是能源的一部分，能源开发和利用中有许多问题尚待解决，如：如何降低风能产生的噪音，减少对周围居民的影响；如何将绿色能源转化成的电能顺利并入电网提高其利用率；如何减少能源转换中对鸟类等动物的影响等等。在本课题的开展过程中，可以与学生们共同查资料展开讨论和研究，让学生提出解决问题的设想。我们并不强求解决问题的方案，但是让学生有意识地对这些问题进行关注和思考，本身就培养了学生的创新能力、环保意识，也为这些相关问题的解决提供了可能性。3、通过本课题的研究和实施，进一步进行课程创新的实践，探索出一套相关的教育教学模式。传统的教学课程和教学模式已经不能完全满足新时代的教育需求。新时代的人才培养注重动手实践和创新思考的能力。现在国内的绿色能源实验室的创建很少，也缺少对其的有效开发。通过本课题的开展，也进一步进行课程创新的实践，探索出一套相关的教育教学模式。学校绿色能源课程内容涉及太阳能、风能、生物能等绿色能源基本知识、运用原理、环保作用的监测、相关数据的收集与分析、小创造发明等。教学过程中，注重对学生科学精神、研究方法和动手实践能力的培养，着重培养学生发现问题、解决问题的能力；培养学生利用不同渠道收集信息，处理信息的能力；培养学生初步的分析概括能力及进行信息交流的能力。为学生提供大量的动手实验机会，让他们通过亲身体验，逐步了解绿色能源，认识绿色能源对社会发展和人类生活的影响，从而激发他们运用绿色能源改善人类生存环境的创造才能。结合绿色能源课程的开设，学校还建立了“太阳能发电第二课堂”和太阳能发电兴趣小组，邀请专家到校为同学们上课，指导学生装配光伏发电器具；组织学生到浙江公元太阳能公司参观样品室，“做一天工人”，增加对太阳能光伏应用产品的感性认识；组织学生到社区普及太阳能光伏发电的知识，向社区家庭赠送太阳能灯具；组织学生参观考察上海市重点太阳能项目及示范工程，观摩大型太阳能光伏发电展览会；开展太阳能知识竞赛和作文征文竞赛；在校园内安装太阳能路灯等等。4、通过本课题的研究和实施，以我校的绿色能源实验室建设为基点，向周围的社区和学校辐射，推广研究成果。 虽然目前绿色能源实验室在全国范围内很少，但随着绿色能源的普及应用，绿色能源实验室，应该是中学教育的一种发展方向。通过我校的开展，将积累一定的经验，为以后的进一步发展提供有力的资源。同时本课题完成后，能够成为具有示范性和借鉴功能的绿色能源实验室开发与利用的具体样板，让全国中小学乃至高等院校在开展这方面工作中少走弯路，有章可循。将绿色能源知识、绿色能源意识、绿色能源思想融入到整个人才培养过程中，培养出符合时代需求的人才，帮助我们国家在全球能源转型上占得先机。同时，我校的绿色能源实验室也将成为社区绿色环保教育的一个亮点，可以更有力地推动社区中的环保宣传，也可以为社区中的居民提供学习可再生能源相关知识的机会，为更多的人进行服务。二、基本概念的界定1、绿色能源：是指可再生能源，如水能、生物能、太阳能、风能、地热能和海洋能。这些能源消耗之后可以恢复补充，很少产生污染。2、绿色能源实验室：是以各种绿色能源为主题，普及相关的科学知识、展示相关的科学新技术、引导学生参与体验及辅助学生创新制作功能的综合性实验室。我校的绿色能源实验室主要是以绿色能源中的太阳能、风能、生物质能等为载体开展实验研究。3、实验室的开发和利用：不仅是指学生在教师的指导和帮助下进行实验操作，也是指学校根据本实验室的设备和实验课程的特点，选择和设计相应的教学内容，组织、实施相关的教学活动，探索出一套适合在学校实验室开展的教学模式，并能将实验成果在其他学校和社区进行推广。三、 研究目标1、建设绿色能源实验室，其中的设备包括可以利用太阳能、风能、生物质能等为载体开展实验研究的相关设施。2、设计出一套与绿色能源实验室相配套的课程，包括学生实验教学课程的设计、设备养护、实验操作规则等，使实验室有效地为教学服务，进而达到预期的教育目的。3、制定出一套向全区推广绿色能源实验室开发和利用成果的有效方案，让周围的社区和学校也享受到研究成果。四、 研究内容1、研究如何开发建设一间涵盖各种绿色能源、适用于教学的实验室。11、了解适合在我国进行大力推广的各类绿色能源和其特点，了解我国有关鼓励绿色能源发展的相关政策和实施状况。12、调查我国现有的绿色能源实验室的状况，总结他人的经验与不足，了解学生的需求，制定出我校绿色能源实验室的开发计划。13、致力于绿色能源实验室开发上的创新，建设配置合理、具有先进性、示范性和应用性的适用于教学的绿色能源实验室。14、根据教学活动逐步调整、完善实验室设备，尽可能使实验室涵盖的内容广泛、设备先进，便于学生动手操作，真正发挥教学作用。2、进行绿色能源实验室相关课程的设计和开发。本课题将开设一门绿色能源校本课程，编写一套可以有效应用在中学绿色能源教学中的教材，摸索绿色能源实验的教学方法，然后结合探究式教学，形成以绿色能源实验室为载体的综合教学手段，使得实验室能够被有效利用，并且为教学所用。因为本实验室现在筹备的主要是太阳能实验的相关设备，故而课程的设计主要围绕太阳能展开，以后内容会逐步完善扩充。3、探索行之有效的方案，使本校的绿色能源实验室在区域内中发挥更大作用。31、以我校的实验室作为进行绿色教育的一个基地，积极探索如何利用绿色能源实验室在社区中开展相关的宣传教育活动，编写宣传资料普及绿色环保的理念。32、组织其他学校的学生和周边居民参观实验室，举办动手参与绿色能源实验等系列活动，使更多人分享到我们的研究成果。33、以本校的绿色能源实验室为依托，与高校、社区共同协作研究，希望能探索出社区新能源开发和利用的新模式、新办法。五、 研究方法本课题主要采用文献法、观察法和实验法，搜集和学习现有的相关资料，根据现有教育理论和实验室情况，设计教学活动，经过一段时间观察，就预期与实际进行对比分析。同时在实践过程中总结一套行之有效的绿色能源实验教学手段。整个过程中以提高学生动手能力为基础，以培养学生创新精神为目标，提高教学效率、加强教学效果，不断完善实验室设计和教学设计。六、研究步骤（一）准备阶段(2010.102011.10)（1）成立课题小组，明确职责分工（2）初步完成情报综述，界定课题核心概念（3）搜集国内外绿色能源实验室建设和绿色能源教育的相关材料（4）调研绿色能源知识在高中课程中的渗透情况和学生的掌握情况（5）进行课题开题论证，细化研究实施计划（6）开始筹建绿色能源实验室（二）实施阶段(2011.62012.12)（1）总结现有专业教材与高中学生学习能力和知识结构的不对应处（2）确定绿色能源课程的基本框架（3）边编写绿色能源课程教材，边进行教学实践（4）设计与教学配套的绿色能源实验（5）在教学实践中发现问题，不断进行实验室的改进和课程的改进（三）全面推广阶段(2013.12013.6)（1）在全校开设专题课程，将绿色能源教育落实到日常教学活动中。（2）将成果辐射周边学校，开设区域共享课程，与周边学校共享研究成果。（3）周末开设面向社区居民的科普宣讲课，提高周边社区居民绿色环保意识，并且增加家庭节能知识介绍，提高居民的兴趣。七、课题研究的过程、研究取得的成果课题研究的过程和研究取得的阶段性成果是交织在一起的，主要体现在以下几个方面：（一）针对课题研究的专业素养的提升在课题组成立之初，就围绕研究课题进行了一系列的培训和理论学习。之后，随着课题研究项目的进一步修改、完善和确定，专业学习贯穿于整个过程。为了保证开好绿色能源课程，全体物理组老师都参与了课题研究。这是一支老中青相结合团结向上的队伍，由于没有现成的教材和相关的工作经验，全组教师在组长周迎芳老师的带领下，克服困难，明确分工，团结协作，查阅大量相关资料，编写教材，经常一起研讨问题，活动研讨气氛热烈和谐。教师通过教材的编写和课程讨论，不仅充实了新能源的相关知识，而且大大提高了教师的科学素养。课题组采取走出去请进来的办法，组织课题组成员参观了太阳能电池生产企业、风力发电站、科技馆等，同时聘请新能源方面的专家来给课题组进行辅导，把当今世界最先进的科学知识带进了校园，这不仅扩大了成员的知识面，还激发了大家对科学的热爱和创新热情。 （二）调查研究：了解现状，总结不足课题组调研本区域创新课程的现状，以座谈会的形式，了解学生、家长和教师三方面对创新教育的需求，找出现阶段高中创新教育的薄弱环节，确定中学生创新教育中急需提高的方面。课题组教师在小范围学生中先进行绿色能源课程的教学试点，征求学生意见，了解学生的关注点和需求。请相关领导和专家提出修改意见，然后总结课程的经验和不足。在总结的基础上深化认识，融入新启发和新思路，为课题的推进和发展打下扎实基础。（三）有关绿色能源实验室的开发和利用的实践探索1、绿色能源实验室及相关设施的建设日趋完善从2010年至今，我校的绿色能源实验室及其相关设施已经开展了两期建设。最初的“绿色能源教育实验室”只是一间以介绍太阳能光伏技术应用为主的科普实验室。经过一年的建设、耗资150万人民币，在第一期建设完工后已经扩建成了面积达150m2的绿色能源创新系列实验室，包含了这样几个部分：屋顶风光互补发电系统展示平台、绿色能源专题实验室和绿色能源综合实验室等。同时，实验室也与校园随处可见的各式绿色能源路灯和学生宿舍太阳能整体热水供应系统相呼应，形成了我校的“绿色能源”氛围。目前我校已完成第二期建设，我校绿色能源实验室进一步增加至500m2，由绿色能源综合教室、绿色能源互动体验室、绿色能源资料查阅室、绿色能源创新制作工作坊和新源坊，共5部分组成。每部分都有明确的功能。绿色能源综合教室，该教室集授课、楼顶发电系统监控、学生分组实验、学生作品展示和工具、材料储纳诸多功能于一身。教室内的监控终端可观察到屋顶风光互补发电系统的实时画面和实时工作数据，包括风速、输出功率、输出电压和输出电流，并将历数数据记录在终端中，可随时查阅。绿色能源互动体验室，放置各类与绿色能源相关的演示实验、趣味实验和专业实验装置，如太阳能电池特性测试仪。学生可以通过互动式、体验式的实验装置直观地了解、有趣地探究绿色能源技术的各种原理、技术和效果，同时也给学生更多地展示自己制作的创新作品的空间。绿色能源资料查阅室，配有10台计算机和相关文献资料阅览区，方便学生及时查阅所需的文献和资料，并用于存放历届学生的学生论文。绿色能源创新制作工作坊，坊中为学生提供了各种先进的工具和器材，是一个使用安全、工具齐全、材料充足的专用创新制作孵化区。新源坊，由23kW太阳能嵌入式屋顶覆盖的200平米空间，并安装有8吨的雨水收集装置。该区域是老师、学生课后进行沙龙式讨论的场所，也是学生直观了解太阳能发电系统的平台。如今，我校的绿色能源实验室及其相关设施是一个集实验展示、动手实践、生活体验于一体的较为完备成熟的系统，学生在此不仅停留在知识层面的学习上，更能在日常生活中感受到绿色能源的魅力，体验到“科技让生活更美好”。2、对学生分层面进行绿色能源课程的开展和实施，取得良好成效我校的绿色能源课程分4个层面向不同学生开展。第一，面对本校全体学生举办的绿色能源普及教育。将绿色能源知识融入到学校的环保宣传周、科技月和学生社会考察实践活动中。如进行环保主题演讲，组织学生前往绿色能源展示馆参观，每班进行环保专题板报设计并全校展示等等。第二，面对本校部分学生和外校部分学生开设的绿色能源区域共享课程。2012年2月24日， 我校开设 “中小学生创新素养提升实验项目”区域共享课程。来自晋元，长征，真如和桐柏中学的16名学生和我校部分学生参加了绿色能源实验室的共享课程。2012年9月，第二期的绿色能源实验室共享课程开课。此次有曹杨二中，晋元高级等10所学校28名学生和我校部分学生走进共享课堂。在两轮共享课程的教学实践中，课题组成员不断尝试和改进教学设计，编写调整教材内容，使得课程建设取得了一定的成效，获得了学生和社会的好评。课程具体情况介绍如下：（1）课程目标：培养未来公民必备的绿色能源意识；重视对科学合理地开发和利用能源问题的探究；强调新能源开发技术在生活中的重要应用；注重学习过程的评价和学习结果评价的结合，注重培养学生具有基本的科学与人文素养、环境意识、创新精神与实践能力。（2）课程内容：曹杨中学绿色能源区域共享课经过一个学期的实践，及时总结经验。感到在一学期的时间里完成太阳能和风能相关教学，同时又要完成学生课题，时间紧任务重，所以在第二轮开课过程中我们及时调整，将教学任务分两个学期完成。第一学期完成太阳能相关教学，第二学期完成风能相关教学，并要求学生在每个学期分别完成一个与本学期所学内容相关的课题。（课程详细内容见下文第3点教材编写的相关内容）（3）课程结构：本课程的结构由知识、理论、方法、技能和实践五大块组成。既有各种能源知识的介绍，也有能源开发应用的理论和方法的介绍，既有需要学生收集信息、自主了解探究的内容，也有需要学生动手操作实践的部分。（4）课程的实施与评价：A课时安排：每周2课时。B组织形式：体现课程活动化，活动课程化的原则，以学习、设计、讨论、参观、实验等活动形式，结合课程学科特点，根据具体情况，可采取小组活动、个人活动或班级活动。我们总结上学期开课经验，感到学生课题的确定是学生在进行自主课题研究中最大的难题，仅凭课堂中教师所介绍的知识，学生难以形成对绿色能源技术的形象深入的理解，所以在将他们的理解外显成课题时显得肤浅、空洞。因此，在第二轮开课中，我们增加了学生外出考察参观相关科普单位和专家的次数，以期从多途径、多方面为学生打造理解绿色能源的平台。这也是遵循学生认知规律的一个过程，让学生能够模仿到创新，从理论到实践有章可循、有路可走。同时，我校绿色能源区域共享课程一直以来都是由课程团队来共同完成教学设计和学生指导，这种方法是我们在课程实施中所收获的一个重要经验。通过这种组织管理方式，让我们的课程实施效果得到了明显的提高。我们坚持每堂课，全体课程团队教师进课堂，教学内容由一名老师主讲，其他老师走进学生中间，帮助学生学习。在学生课题研究过程中，每名老师定点长期跟踪辅导一个课题组，让学生能够及时获得切实需要的帮助。在课题研究初期，老师会指导学生完成研究计划，帮助学生选定课题，在课题研究进入具体实施过程，老师可以提供相应的技术支持。通过这种方式，老师可以对学生课题有一个充分了解，教师工作更加的有的放矢，避免以往教师对学生课题指导时常见的帮助与需求脱节的问题，同时教师在辅导学生时也是教师本身专业水平也得以发展。在这样的一个组织方式下，我校绿色能源课程在上学课程结束时实现了每组有课题、每组由产品、每组由收获的良好态势。C活动地点：校内、校外相结合。可在学校的绿色能源实验室开展课程，也可以外出观摩、学习相关场所。D成果展示：让学生和老师一起选择合适的展示学习成果的方式。如作业展评，实验成果展示，小论文等。E评价方案：a、对学生的评价。注重“三维”，即关注基本知识与基本技能，过程与方法情感态度价值观，注重发展性评价。除此外，更要重视学生积极参与活动的全过程，关注学生的学习兴趣和创新意识，看他们是否能将所学内容用于实践操作。b、对教师的评价。重视教师角色的定位，看教师是否成为学生自主学习的引导者、主动探究的激发者、学习活动的组织者和实践活动的辅导者。学校将根据实际，把课程工作计入工作量，纳入教师工作业绩以保证教师工作积极性。c、对课程的评价：请授课教师和学生共同参与评价，看本课程的设计是否有利于培养学生的绿色能源意识，是否有利于激发学生动手动脑的热情，是否有利于学生在实验教学中熟练技能、收获新知。根据师生的评价反馈适当调整教学内容。第三，由本校学生组成的自主管理的学生“绿色能源科技创新社团”每周活动一次，并协助老师管理实验室开发。例如在我校开展课程展示活动中，学生一同参与展示会场的设计与布置。在绿色能源课程开展中协助老师完成实验室和实验器材布置等等。第四，学生自主选择与绿色能源相关课题，由教师个性化指导，最终形成论文或实物成果。在绿色能源课程开设至今，学生通过学习、实践，已是硕果累累：2010年，陈嘉晟同学将太阳能和压电陶瓷作为动力来源设计了一台时钟，同时在时钟上设计了环境质量检测装置，为市民播报环境质量。最终他设计的新能源广场时钟获得2010上海未来工程师大赛一等奖，这也是当年普陀区在上海未来工程师大赛中获得的唯一一个一等奖。2011年，王越杰同学以“太阳能自动窗帘”设计获得2011年上海市头脑奥林匹克擂台赛金擂主奖。2011年，我校绿色能源社团自主设计、制作了一套太阳能门牌灯，解决了小区门牌夜间难以看清的问题。并且为金沙嘉年华小区居民安装自己设计制作的太阳能门牌灯。目前此项发明已经交由工厂大批量生产，并惠及更多的周边居民。2012年，我校绿色能源社团学生设计制作的“植物生长条件补给系统”参加2012青少年科技博览会展示。通过菲尼尔透镜聚光，光纤引光，雨水收集和自动滴管等独到之处，该作品入围了明日科技之星开放式论坛的决赛。3、编写完成了绿色能源教材的初稿，积累了许多有用的教学资源由课题组成员分工合作编写的绿色能源课程的校本教材已经出具雏形，已在教学中运用。为了保证教学质量，每节课前都要试讲，课题组全体成员参与每次试讲的听课、并在每次课后的交流讨论中提出了意见，不断改进教学。课题组成员根据每一次教学的实际情况，对教材内容进行修改和调整，也积累了很多有用的资料、教案和课件。以下是绿色能源课程的教学大纲：节次课 题1绪论200年后我们要回到石器时代了吗？2拯救人类社会的新能源之一太阳能3参观考察能源科普教育基地4科技的应用更需要发现的眼光学生课题开题5感受微观世界的神秘力量太阳能电池发电原理16感受微观世界的神秘力量太阳能电池发电原理27学生课题辅导8第四次工业革命的不竭动力太阳能电池的用途19第四次工业革命的不竭动力太阳能电池的用途210学生课题辅导11铸造美丽新世界太阳能发电站改变我们的未来12今天的科幻，明天的科技学生科技创想论坛13学生课题辅导14参观上海国际太阳能光伏展15第一期学习汇报16源源不断生生不息风的形成17参观上海风力发电科普馆18化无形为神奇风力发电原理119化无形为神奇风力发电原理220专家讲座21学生课题开题22开其源，节其流提高风力发电效率的方法23学生课题辅导24参观考察大学风力发电相关院系25悬在众神颈上的达利摩斯之剑风力发电对环境的影响126悬在众神颈上的达利摩斯之剑风力发电对环境的影响227学生课题辅导28飞入寻常百姓家风力发电走进千家万户29学生课题辅导30第二学期学习汇报4、打造学校核心课程，为学生终身发展奠基在课题开展过程中，我校又将绿色能源课程与其他课程进一步整合，将“国际视野下的绿色能源课程”作为学校的核心特色课程，并以“国际理解、礼仪美育”两大特色课程进一步彰显特色，以拓展系列课程贯彻特色，以基础课程渗透特色。旨在培养曹杨学生在国际视野下的社会责任意识、科技素养、创新精神以及高雅得体的人际交往能力和审美能力，为每位学生的终身发展奠定基础，提升每一位学生的学习生活品质。5、围绕绿色能源课程开展多项交流展示活动，赢得良好的社会反响2011年，我校的绿色能源社团参加了“社区点亮生活”的活动，制作了太阳能门牌灯，安装在嘉广社区，不但为居民们生活提供了方便，而且将低碳环保的理念也深入居民心中。“点亮金沙嘉年华的门牌号”社区行动项目，是英国总领事馆文化教育处举办的校际连线项目之一，该项目获得了2011年优秀社区计划行动奖项，获得普陀区教育局和长征镇领导的高度赞扬与肯定。该项目不仅是学校和社区共建和谐文明安全社区的一个活动，也是学校向社区辐射环保低碳的后世博理念的优秀成果。2011年5月25日我校承办了以“自由 好奇 热爱 专注”为主题的区“创新实验项目区域共享课程建设展示推进会”。当天，与会者观摩了各校区域共享课程的教学展示活动，我校绿色能源实验室课程上，一些学生的创意构想令观摩者称奇并印象深刻。2012年11月1日，上海市曹杨中学举行了题为“构建绿色课堂，提升创新素养”国际视野下的绿色能源创新项目展示活动。当天的活动，由校科研室主任叶玲老师首先全面介绍了学校的绿色能源课程，包括课程的价值意义、发展历程、以及未来方向。中德双方的学生将各自项目进行介绍展示，中方曹杨中学着重将“太阳能门牌灯”、“植物生长条件补给系统”这两项新能源科技作品进行了全面细致的介绍。活动当场，学校领导还为课程指导团队的专家颁发聘书，同时举行了太阳能门牌灯社区赠送仪式。这些活动在市区中都产生了较大的影响，让更