管轶   毕业于上海师范大学，现任上海市嘉定区南苑中学物理教师，学校3D打印社团教师，i3DOne青少年三维创意社区创客导师。曾多次指导学生参与全国中小学生电脑制作比赛等活动。

课程背景
 

人类社会进入21世纪后，信息化浪潮席卷全球，以云计算、大数据、物联网、移动互联网以及3D打印技术等为代表的先进信息技术对社会经济发展产生了深刻影响，改变着我们的生活方式，并且已经影响了学校教育与人才培养方式。基础教育不断信息化发展的趋势，反映了信息时代带来的变化与挑战。

现在人们的生活条件越来越好，但也正因为这样，学生的耐热耐寒能力每况愈下。而大部分学校因为各种各样的原因，没有办法在教室内安装空调，又或者考虑到环保的因素减少了空调的使用。一个环保的、方便携带的空调可以很好地解决这个问题。
 

本课程内容以学生为中心，从生活实际出发，确立了“自制空调”的项目主题，融合了物理中的温度、热传递等知识内容。学生在发现问题、集思广益、设计方案、制作空调的过程中，不断进行思考、建构、创新、合作，不断发现问题、解决问题，从而提升了解决问题的能力和合作、创新能力。本项目内容包括六课时，本课时主要是让学生根据设计方案3D建模、打印搭建，实现智能空调的预设效果并测试、修改、完善。

教学目标
 

知识与技能

1.了解温度，知道温度是表示物体冷热程度的物理量。

2.知道热传递包括热传导、热对流、热辐射。

过程与方法

1.体验设计、制作（建模、创意搭建）自制空调的过程。

2.在交流合作中提升发现问题、解决问题的能力和协作沟通能力。

情感态度与价值观
 

在设计、制作和分享的过程中，学会自主创新，能解决生活中的实际问题。

教学重点与难点
 

教学重点 了解热传递的三种方式。

教学难点 自制空调的组装搭建。

教学准备
 

PPT课件，纸盒或塑料泡沫盒，小电扇，3DOne软件，3D打印机。

教学过程

一、情境导入

教师提问：天气炎热，我们可以怎样降暑？

学生讨论回答，引出空调。
 

二、师生讨论，思考探究
 

现在的生活条件是越来越好，几乎每个家庭都有空调，夏天的时候即使不是很炎热也会打开空调享受清凉，更有一些家庭在家里面安装中央空调，但也正因为这样，学生的耐热耐寒能力每况愈下。而大部分学校因为各种各样的原因，没有办法在教室内安装空调，又或者考虑到环保的因素减少了空调的使用，教室里夏天热得像火炉，冬天冷得像冰窖。学生们纷纷在夏天自己准备小电扇，冬天准备暖水袋。但这些不仅解决不了根本问题，还浪费了大量的资源。

教师介绍空调的工作原理：空调是我们生活中一种常见的降温设备，空调制冷的原理是空调通电后，制冷系统内制冷剂的低压蒸汽被压缩机吸入并压缩为高压蒸汽后排至冷凝器，室内空气不断循环流动，达到降低温度的目的。（如图1）学生要制造空调难度太高，不过通过其中的原理，是否可以自制一个简易的小型空调？如果你是设计师，你会怎么设计？

教师引导学生讨论自制小型空调需要的材料：装满冰或热水的瓶子（制冷或制热），纸盒或塑料泡沫盒（放置瓶子，同时提供更好的制热与制冷效果），小风扇（形成对流使空气流动，达到降温或升温的目的），固定装置（提供瓶子合理的摆放位置，使对流的效率更高）。

三、着手制作
 

自制空调的其他部件都是生活中可以找到的，唯有固定装置是要学生自己设计的。固定装置是整个自制空调的核心部分。只有合理地摆放各部件，才能使得空气对流的效率更高，更快制冷。经实验，随意摆放和合理摆放部件，降低3摄氏度的时间差在半小时之上，且合理摆放能够降低的温度在6到7摄氏度，而随意摆放只能降低4到5摄氏度，制冷效果差别较大，人的体验感也有明显差别。其原理是将空气与瓶子的接触面积最大化，使得空气能更快地冷却。在打开电扇之后，空气也能更好地流动形成对流，且在搬动的过程中不会影响对流。
 

1.打开3DOne软件，选择基本实体六面体。（根据所选盒子的大小来选，要能撑满盒子，如图2）

2.倒角，倒角的位置对着盒子的出气口。（让空气更快地从盒子中离开，降低或升高室温，如图3）

3.抽壳，选择底面与侧边。（形成对流的空间，让空气与瓶子充分接触，如图4）

4.选择圆柱体，半径要比瓶子大。（让风扇推动的空气可以更快地进入或离开空间，与瓶子接触形成对流，提高热交换效率，如图5）

5.列阵，减运算。（开孔，如图6）

6.重复第四与第五步，在斜面上开孔通风。（让空气更好地流动，提高热交换效率，如图7）

四、组装搭建
 

在盒子上用美工刀开一个大孔安装风扇。（孔的大小要比风扇略小，如图8）

风扇的大小是随意的，但不要太大，以小型USB风扇为宜。这样可以使用移动电源，且重量较轻，适合携带与安装。安装时可以用胶带固定，方便拆卸。
 

在盒子的侧面开几个小孔，让对流过的空气离开盒子。

五、作品展示
 

制作完成后，让学生在教室展示各自的自制空调，看看自己作品的功能及效果。夏天时要准备好冰袋，将冰好的水放入其中，保证上课时可以使用，冬天时准备好瓶子和热水就好了。
 

实践反思
 

课程的灵感来自于平时的教学生活。我希望学生可以通过自主学习，了解热传递的过程并且将理论知识运用于实践之中。同时，有些学生家中生活困难，生活环境不理想，希望通过这种方式让他们认识到学习并不是没有用处的，是可以改善他们的生活环境的，促使他们更努力地学习思考，将来更好地改善自己的生活条件。
 

本教学设计强调学生应达到将创意物化的目标，强调学生可以运用一定的操作技能解决生活中的问题，并通过设计、制作或装配等方式将一定的想法或创意付诸实践，发展他们的实践创新意识和动手意识，提高他们的创意实现能力。