一 模型教学设计实例

《技术设计与创新》教学设计

课型：新授课

授课人：钟求汉

授课班级：高一（12）班

教学目标

1、知识与能力目标：了解技术设计与创新步骤，方法，培养学生的设计与创新能力

2、过程与方法目标：

通过电动车太阳能双轴跟踪充电器的技术设计与创新实例来让学生了解技术设计与创新步骤，方法，培养学生的设计与创新能力。

3、情感与态度目标：

培养学生的创新意识与兴趣

教学重点

了解技术设计与创新步骤，方法，培养学生的设计与创新能力

教学难点

设计分析

教学过程

一、发现问题、明确问题、确定课题。

二、课题（项目）查新。

三、设计分析

四、模型制作

五、试验优化

六、创新要点

七、具有三性

一、发现问题、明确问题、确定课题

1、发现问题：人们随着环保意识的不断提高，利用太阳能的设备层出不穷，高端有嫦娥登月，低端有手机充电，在城市使用电动车的人越来越多。电动车电瓶电量用完了是要充电的，尤其是住在高楼的人，在停车处接电源又不方便，装卸电池又很麻烦，能否设计一个太阳能充电器安装在电动车上，只要有太阳就让它时刻充电，这样既可以节省电能，又方便了人们。

2、明确问题：根据现在的技术可以实现

3、确定课题；电动车太阳能双轴跟踪充电器

设计意图

目录，便宜学生整体了解设计与创新步骤，方法

培养学生发现问题，提出问题，确定研究的对象，培养学生的创新意识

让学生了解要创新，必修先了解课题的最新发展情况，即查新

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二、课题（项目）查新

1、我们从百度、Google等搜索到电动车太阳能充电器有如下图片：

图片1

图片2

2

图片3

图片4

•

从百度、Google等搜索到电动车太阳能充电器几十幅图片，选

择了上述4幅比较有代表意义的，但是它都是将太阳能板固定

平放在电动车上。太阳能板不会跟踪太阳。

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2、从国家专利网搜索到二项电动车太阳能充电装置（1）发明名称一种推拉开启式电动车太阳能充电装置（图片5）（2）发明名称--电动车太阳能充电装置（图片6）图片5图片6•从国家专利网上搜索到二项电动车太阳能充电装置，一种是推拉开启式电动车太阳能充电装置，它的特点是三块太阳能板，第一块固定在尾箱体上表面，余二块别通过滑轨安装在电动车尾箱体内部，目的是用来收藏，是属于推拉开启式电动车太阳能充电装置（图片5所示）；另一种是太阳能板是由多块组成并且可以折叠，是属于折叠式电动车太阳能充电装置（图片6所示）。二种专利产品，它的太阳能板都不会跟踪太阳。

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•综上所述：•目前电动车太阳能充电器，它的太阳能板都采用固定、平放、推拉或折叠等四种方法，其充电效果很低。本项目研究的《电动车太阳能双轴跟踪充电器》的主要特点是:一轴是垂直方向跟踪太阳，一轴是水平方向跟踪太阳，使太阳能板时刻正对太阳，这样太阳能转化为电能的效率最高。三、设计分析•在这里，我向大家介绍一种双轴太阳能跟踪器，所谓双轴就是：一轴是垂直方向跟踪太阳，另一轴是水平方向跟踪太阳，使太阳能板时刻正对太阳，这样在单位面积的太阳能转化为电能的效率最高，则充电的效率也最高。如何实现双轴跟踪太阳呢？如果双轴都采用电子跟踪器，那么设计要求很高，制作工艺的过程困难较大。我们知道，在垂直方向上，每天太阳的角度变化不大，因此一年四季春、夏、秋、冬各调整一次，或许，每天调整一次即可，所以我们在垂直方向采用机械调整角度来得简单；而水平方向太阳一天变化180度，那么我们就采用电子自动跟踪器，每时每刻都和太阳同步，这样就简单有效实现了太阳能双轴跟踪了。

培养学生的设计分析问题能力，解决问题能力

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1．工作原理图太阳太阳能板1K18减速器7升压器2电流表3电瓶4车轮检测头6跟踪器5K22．工作过程：•（1）太阳能板1输出24V的直流电压，通过直流升压器2升为48V的直流电压，通过电流表3给电动车电瓶4充电。•（2）垂直方向调节：将太阳能板粗略对准太阳，开关K1为断开状态，旋松固定螺丝8，调节太阳能板的角度，并观看电流表3的读数，使它的数值最大，然后旋紧螺丝8，并将开关K1为关闭状态，这样不会因电流表的内阻而损耗电能。•（3）水平方向自动跟踪太阳：从电动车电瓶4接出12V电源，供太阳能跟踪器5使用，太阳能跟踪器5上的检测头6上有二个光敏电阻，检测头正对太阳时，二个光敏电阻光照度相等，太阳能跟踪器5没有输出12V直流减速器7电机驱动电源；当光照度左右不等时，太阳能跟踪器5相应输出正反12V电源，驱动减速电机。由于检测头6上的二个光敏电阻是平行装在太阳能板上的，所以太阳能板也就正对太阳了，达到自动跟踪目的。经测试跟踪器、直流减速器工作时小于200mA，工作时间小于5秒，静态时小于10mA，所以能耗很小。

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•3．优点：•使用太阳能双轴跟踪器与上述查新发现中的六种图片相比较，其突出的优点主要如下：•（1）能使太阳能板最有效地吸收太阳能，减小太阳能板的面积，通过试验至少可以减少一半以上面积，使装置更轻，便于车载。•（2）能增大电动车续航一路，一边行驶，一边充电，通过试验至少可以续航5KM以上。•4．使用直流升压器的好处。•目前单块太阳能板最高电压一般设置在24V左右，而90%以上的电动车直流电压设计在48V和60V。如果没有直接升压器，48V的电动车就要二块24V的太阳能板串联，60V则要三块，这样在续航充电带来不便。目前直流升压器的效率很高（最高可达96%），所以它的损耗很小。•5．选择直流减速器，一般减速器有2转/分，6转/分，15转/分等，选择2转/分的力矩大，但调整速度太慢，选择15转/分的调整速度很快，但力矩小电机负载过重。通过试验选择6转/分的最佳，并且涡轮减速器有自动刹车功能。四、模型制作过程1．制作过程：根据分析设计和工作原理图，我们把太阳能板、太阳能跟踪器、直流升压器、直流减速器以及电流表、开关组合在一个支架上，直流减速器将支架分成二半，上半部可活动旋转水平方向跟踪太阳，下半部固定在电动车或地面上。刚开始，为了更好更快地给电动车蓄电池充电，我买了1块100W、12V、1.2*0.55M质量为8kg的太阳能板，，结果发现质量太重，面积太大，无法安装。于是，我将太阳能板换成了20W、0.4*0.35M、质量1.8kg的太阳能板，起初固定安装在车头上，由于它需要旋转跟踪太阳，导致有时会遮挡前面的方向，最后才用活动支架把太阳能板装在座位后面，支架的高度可以自动调节，不用时还可以把整个充电装置卸掉，改成地面充电，这样就解决了各种安装不便的问题。

培养学生的模型制作能力，把想法变作现实的能力。培养学生的实践动手能力

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（实物图1）（实物图2）

培养学生的科学测试及优化技术设计的能力，培养学生的科学数据意识。

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五、测试及优化：我们测试采用的电动车电瓶的容量是48V 12AH，并在学校400M的操场试验（1）续航路程的测试（使用电量：电瓶3挡指示剩下1挡）太阳能充电器试验要求电瓶充满电电瓶充满电关开11:00-13:000.82A0.35A400M操场40.5 （圏）49 （圈）13:00-15:001.10A0.65A行驶路程16.2KM19.6 KM15:00-17:000.78A0.40A续航路程03.4KM（2）平均电流的测定太阳能板双轴跟踪固定不变9:00-11:000.60A0.20A电流平均值0.825A0.400A（3）充电量的比较太阳能板试验要求电瓶待充电电瓶待充电双轴跟踪器固定不变8H8H0.825A0.400A6.60AH3.20AH充电时间充电平均电流充电量（1）未带充电行驶（2）带充电行驶

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双轴跟踪（1）转弯处跟踪太阳（2）直道处跟踪太阳（3）任意方向跟踪太阳（4）任意方向跟踪太阳

培养学生总结创新的能力

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七、具有三性1．科学性：本作品使用的太阳能板、太阳能跟踪器是高科技产品，它的原理具有极强的科学性。2．创新性：通过查新目前尚未有太阳能双轴跟踪充电装置应用到电动车上。3．实用性：节能环保，又方便人们。

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