小学精品STEAM课程空气净化器学生用书.docx

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小学精品STEAM课程空气净化器学生用书

小学STEAM课程精品课例

空

气

净

化

器

背景介绍

当今，人类正面临“煤烟污染”、“光化学烟雾污染”之后，以“室内空气污染”为主的第三次环境污染。

专家检测发现，在室内空气中存在500多种挥发性有机物，其中致癌物质就有20多种，致病病毒200多种。

室内空气污染已成为危害人类健康的“隐形杀手”,也成为全世界各国共同关注的问题。

儿童的身体正在发育中，免疫系统比较脆弱，另外儿童呼吸量按体重比比成年人高50%，这就使他们更容易受到室内空气污染的危害。

无论从儿童的身体还是智力发育看，室内空气环境污染对儿童的危害不容忽视！

里奥最近在教室上课，感觉呼吸的空气让人很不舒服，不能够让自己抓心上课，有的同学甚至上课都带着口罩。

这样严重影响上课，于是里奥就想着是否能够改善教室内空气的质量，这样每位同学都能专心听课呢。

第一章室内空气污染源

问题确定

里奥想要解决的问题是什么？

了解空气

空气：

空气，我们每天都呼吸着的“生命气体”，它分层覆盖在地球表面，透明且无色无味，它主要由氮气和氧气组成，对人类的生存和生产有重要影响。

知识参考

甲醛是一种无色有刺激性气体，对人体伤害巨大。

在新装修的房中，含量很高，并且与空气混合在一起，难以去除。

目前人们采取的常用措施是通风、除味剂吸收。

室内空气污染会给我们带来的危害

现学现用

根据以上的案例，你学到了什么？

你还知道其他的案例吗？

空气

问题解析

利用思维导图分析问题，空气中常见的污染物有哪些？

这些污染物都有怎样的特点？

针对性不同污染物的特点，去除方法是否一样？

结合主题全面分析我们今天的主题吧！

总结一下

和你的小伙伴分析了空气污染的特点，你认为哪些因素会成为你的方案的决定因素。

约束条件

你认为解决里奥的问题有哪些约束条件需要注意？

1

拓展阅读

空气净化器种类

空气净化器的工作原理来看，主要分为三种：

被动式、主动式、主被动混合式。

根据空气净化器针对空气中颗粒物去除技术，主要有机械滤网式、静电驻极滤网式、高压静电集尘、负离子和等离子体法等。

机械过滤

一般主要通过以下4种方式捕获微粒：

直接拦截，惯性碰撞，布朗扩散机理，筛选效应，其对细小颗粒物收集效果好但风阻大，为了获得高的净化效率，滤网的阻力较大，而且滤网需要致密导致寿命降低，需定期更换。

高压静电集尘

利用高压静电场使气体电离从而使尘粒带电吸附到电极上的收尘方法，其风阻虽小但对较大颗粒和纤维捕集效果差，会引起放电，且清洗麻烦费时，易产生臭氧，形成二次污染。

静电驻极式滤网

相对机械式过滤能仅可有效地去除10微米以上的颗粒物，而当颗粒物的粒径除至5微米，2微米甚至亚微米的范围时，高效的机械式过滤系统就会变得比较昂贵，且风阻会显著增加。

通过静电驻极空气过滤材料过滤，能以较低的能源消耗达到很高的捕获效率，同时兼具静电除尘低风阻的优点，但无需外接上万伏的电压，故不会产生臭氧，且由于其组成为聚丙烯材质，很方便抛弃处理。

静电除尘

能过滤比细胞还小的灰尘、烟雾和细菌，防止肺病、肺癌肝癌等疾病。

空气里对人体最有害的是小于2.5微米的灰尘，因其能穿透细胞，进入血液。

普通净化机采用滤纸来过滤空气中的灰尘，极易堵塞滤孔，灰尘不仅没有灭菌效果，而且容易造成二次污染。

学习评价表

一级指标

二级指标

三级指标

评价等级

评价项目

评价要点

自评

互评

师评

家长评

几颗☆

过程性评价

创新能力

有强烈的好奇心、求知欲，善于通过多种渠道获取应用跨学科知识

☆☆☆☆

善于发现问题，提出问题，对问题有独到见解

善于多角度思考问题和整合应用信息

参与实验、活动均喜欢应用创新思维

动手能力

熟悉各类技术器材，使用流畅

☆☆☆☆

动手能力强，准确度高

整理、搭配器材合理，完成作品快速

合作能力

乐于合作，尊重他人

☆☆☆☆

分工明确，参与程度高

认真倾听、互助互学

合作交流中能解决问题

目标性评价

创度

作品是否体现跨学科应用及融合

☆☆☆☆

作品创新度，实用性高

效度

作品达成时长对比

☆☆☆☆

作品达成成本高低

作品达成能耗大小，是否清洁能源

信度

社会影响力，大众的反映

☆☆☆☆

安全性能如何

对生活改进的作用意义

多维性评价

参与性

积极主动参与各类活动，参与度高

☆☆☆☆

从发现问题、分析问题、设计、制作到分享均能在线

协作性

善于与指导教师、同伴、问题起源地等人协调，合作默契

☆☆☆☆

善于同伴互助

坚韧性

遇到困难坚持研究，从不放弃目标

☆☆☆☆

热爱STEM学习，争做小创客，立志成才

拓评价等级说明：

☆☆☆☆非常好，☆☆☆较好，☆☆一般，☆有待加强

第二章我能解决这个问题

我们提供了解决这个问题可能需要的材料，当然你也可以根据你的想法搜寻生活中常见的材料

瓦楞纸盒，硬纸板，剪刀，直尺，铅笔，胶带，双面胶，裁纸刀，活性炭过滤棉、普通过滤棉、风扇、电池、开关、导线、胶枪、胶条、制烟片、其他材料。

目标及标准

满足以下条件才可以认为你的空气净化器成功啦

1.能够让污染的空气自动进入净化器

2.让呛人的烟雾通过净化器之后，净化出的空气看不见、摸不着

3.净化器除了能够净化空气之外，还需要设计至少一条创意设计

头脑风暴

小组讨论，思考你想要制作的净化器是怎样的，并且能够有效净化被污染的空气。

让教室内的空气质量变高。

将小组每一个人的想法写下来。

方案一：

方案二：

方案三：

你认为空气净化器需要由哪些部分组成？

它们各自有什么作用？

探索实验

利用制烟片在玻璃缸中充满烟雾，玻璃缸模拟教室，思考：

如何快速的把教室内的烟雾去除或净化。

写出方案、绘画图纸。

可提供的材料：

风扇、剪刀、硬纸板、过滤棉、活性炭棉、胶带

演示：

根据学生提供的方案，选取恰当的方案演示实验。

创意方案：

市面上的空气净化其形式单一，外观上仅仅只是一个箱子。

现在你设计的空气净化器，除了能够体现正常的功能之外，你还想让空气净化具备怎样的创意功能？

请记录下来，补充到你的设计方案中。

最终方案：

根据上面的分析和探索实验结果选择一个最佳方案，小组展示最佳方案，用简练的语言向你的同学描述你的方案

方案实施

现在，小组合作，将你的想法实现，根据你的方案进行制作。

在实施方案过程中需要注意安全，小心使用工具。

拓展阅读

水净化：

水中的污染物有体积较大的垃圾、小碎石；体积较小的灰尘、悬浊物；和水融合在一起的颜色、异味等。

水净化的简易方法是，让水通过过滤瓶，从简到繁逐个去除污染物。

如上图。

上层可过滤掉相对水来说体积较大的污染物。

下层的活性炭具有吸收异味、颜色等功能。

对比水净化，想一想，空气中的污染物有什么特点？

应该如何去除？

污染物

特征

去除方法

PM2.5

粉尘

异味

细菌

有毒气体（汽车尾气等）

烟雾

学习评价表

一级指标

二级指标

三级指标

评价等级

评价项目

评价要点

自评

互评

师评

家长评

几颗☆

过程性评价

创新能力

有强烈的好奇心、求知欲，善于通过多种渠道获取应用跨学科知识

☆☆☆☆

善于发现问题，提出问题，对问题有独到见解

善于多角度思考问题和整合应用信息

参与实验、活动均喜欢应用创新思维

动手能力

熟悉各类技术器材，使用流畅

☆☆☆☆

动手能力强，准确度高

整理、搭配器材合理，完成作品快速

合作能力

乐于合作，尊重他人

☆☆☆☆

分工明确，参与程度高

认真倾听、互助互学

合作交流中能解决问题

目标性评价

创度

作品是否体现跨学科应用及融合

☆☆☆☆

作品创新度，实用性高

效度

作品达成时长对比

☆☆☆☆

作品达成成本高低

作品达成能耗大小，是否清洁能源

信度

社会影响力，大众的反映

☆☆☆☆

安全性能如何

对生活改进的作用意义

多维性评价

参与性

积极主动参与各类活动，参与度高

☆☆☆☆

从发现问题、分析问题、设计、制作到分享均能在线

协作性

善于与指导教师、同伴、问题起源地等人协调，合作默契

☆☆☆☆

善于同伴互助

坚韧性

遇到困难坚持研究，从不放弃目标

☆☆☆☆

热爱STEM学习，争做小创客，立志成才

拓评价等级说明：

☆☆☆☆非常好，☆☆☆较好，☆☆一般，☆有待加强

第三章我们成功了吗

测试一下

我们设计制作了解决方案，但是不知道是否真的可以解决问题。

利用玻璃缸模拟的教室，利用你的净化器，净化玻璃缸内的空气。

1）美观性

你设计的空气净化器外观上怎么样？

能给人留下深刻印象吗？

还需要改进吗？

请说明理由。

2）性能

测试方案：

他人不知道你的空气净化是否有效果，思考测试方案，证明你的空气净化能够净化被污染的空气。

测试后，效果如何？

是否有效净化了空气？

出风口设计在哪里效果更好？

作品展示

小组间将作品相互展示，并测试，推选出最优秀的作品，说明推选理由。

语言魅力

分享讨论，向你的伙伴介绍你的方案，说明你的方案在测试环节表现如何。

做得更好

根据测试的数据以及其他同学的建议升级你的装置。

说一说你接下来优化方向。

作品展示

课后将你的作品以展板形式展示出来，让更多小伙伴看到你们小组聪明的想法。

（类似作品）

拓展阅读

空气净化器的使用时间

空气净化器不是开启的时间越长越好吗？

其实不是，国际标准显示，合格的空气净化器一小时内至少能对相应净化面积进行五次净化，如果一天24持续开启，那么产品全天运转，室内明明已经净化了大部分有害物质还在运转，很有可能造成过度耗材，提高产品的使用成本。

空气净化器摆放位置

很多家庭为了让产品不占空间都是挨着沙发和墙壁放，其实这是非常不错的方式，很多空气净化器都是在产品的侧面进行出风，这种有障碍物的放置方式会降低产品送风速度，产品的效果也得不到最大的发挥，最好的方式应该是前后一米左右无障碍物。

定期更换滤网

更换滤网是大多产品都需要做的，但是很多家庭没有定期清洁和更换滤网的习惯，不仅影响产品的效果，还会导致二次污染的产生，影响健康。

数据参考：

空气中固体污染物的大小：

1.粉尘

粉尘是由于物体粉碎而产生和分散到空气中的微粒。

其粒径大小差别较大,

大的肉眼可见,小的则需高倍显微镜才能看见,粒径一般在1μm至10μm。

其形状不规则,但成分与生成前的物质相同。

2.凝结固体烟雾

凝结固体烟雾是物质在燃烧、升华、蒸发和凝聚等过程中形成的。

其粒径一般在0.1μm至1μm。

它与粉尘不同,凝聚力很大,大多是在金属物质熔化过程形成的气体,在空气中冷却后,凝结成固体烟雾,粒子形状较为规则。

3.烟

烟是在木材、纸、布、油、煤、香烟等有机物燃烧时产生的。

其粒径一般在0.5μm以下。

电路连接图：

学习评价表

一级指标

二级指标

三级指标

评价等级

评价项目

评价要点

自评

互评

师评

家长评

几颗☆

过程性评价

创新能力

有强烈的好奇心、求知欲，善于通过多种渠道获取应用跨学科知识

☆☆☆☆

善于发现问题，提出问题，对问题有独到见解

善于多角度思考问题和整合应用信息

参与实验、活动均喜欢应用创新思维

动手能力

熟悉各类技术器材，使用流畅

☆☆☆☆

动手能力强，准确度高

整理、搭配器材合理，完成作品快速

合作能力

乐于合作，尊重他人

☆☆☆☆

分工明确，参与程度高

认真倾听、互助互学

合作交流中能解决问题

目标性评价

创度

作品是否体现跨学科应用及融合

☆☆☆☆

作品创新度，实用性高

效度

作品达成时长对比

☆☆☆☆

作品达成成本高低

作品达成能耗大小，是否清洁能源

信度

社会影响力，大众的反映

☆☆☆☆

安全性能如何

对生活改进的作用意义

多维性评价

参与性

积极主动参与各类活动，参与度高

☆☆☆☆

从发现问题、分析问题、设计、制作到分享均能在线

协作性

善于与指导教师、同伴、问题起源地等人协调，合作默契

☆☆☆☆

善于同伴互助

坚韧性

遇到困难坚持研究，从不放弃目标

☆☆☆☆

热爱STEM学习，争做小创客，立志成才

拓评价等级说明：

☆☆☆☆非常好，☆☆☆较好，☆☆一般，☆有待加强