Đang tải... (xem toàn văn)
CHỦ ĐỀ THIẾT KẾ ĐÈN VƯỜN THÔNG MINH Nhóm giáo viên thực hiện TẠO NGUỒN 1 Tên chủ đề THIẾT KẾ ĐÈN VƯỜN THÔNG MINH (Số tiết 03 tiết – Lớp 12) 2 Mô tả chủ đề Nhà thông minh là kết quả của sự phát triển c[.]
CHỦ ĐỀ THIẾT KẾ ĐÈN VƯỜN THƠNG MINH Nhóm giáo viên thực hiện: TẠO NGUỒN Tên chủ đề: THIẾT KẾ ĐÈN VƯỜN THÔNG MINH (Số tiết: 03 tiết – Lớp 12) Mô tả chủ đề Nhà thông minh kết phát triển công nghệ, khoa học kĩ thuật ngày tiên tiến Với giải pháp nhà thông minh vật dụng, thiết bị nhà bạn quan sát, điều khiển tự động dễ dàng Trong chủ đề này, HS thực phần nhỏ nhà thơng minh thiết kế lắp đặt hệ thống đèn chiếu sáng sân vườn đóng ngắt cách tự động Theo đó, HS phải tìm hiểu chiếm lĩnh kiến thức mới: + Chất quang dẫn + Hiện tượng quang điện + Cấu tạo, nguyên tắc hoạt động quang điện trở (Bài 31 – Vật lí lớp 12); Đồng thời, HS phải vận dụng kiến thức cũ học: + Mạch điện, điện công suất điện + Chất bán dẫn Kiến thức có liên quan môn Công nghệ 12 + Các linh kiện bán dẫn + Mạch điều khiển tự động Mục tiêu: Sau hồn thành chủ đề này, học sinh có khả năng: a Kiến thức, kĩ năng: – Mô tả cấu tạo nguyên tắc hoạt động quang điện trở; phát biểu tượng quang điện gì? – Mô tả cấu tạo nguyên tắc hoạt động tranzito; – Nắm nguyên lí mạch điện tử điều khiển tự động quang điện trở; – Vận dụng kiến thức chủ đề kiến thức biết, thiết kế chế tạo mạch điều khiển hệ thống đèn vườn thông minh quang điện trở – Vẽ mạch nguyên lí hệ thống điều khiển tự động, phương án thiết kế – Trình bày, bảo vệ ý kiến phản biện ý kiến người khác; – Hợp tác nhóm để thực nhiệm vụ học tập b Phát triển phẩm chất: – Có thái độ tích cực, hợp tác làm việc nhóm; – u thích, say mê nghiên cứu khoa học; – Có ý thức bảo vệ môi trường c Phát triển lực: – Năng lực khoa học tự nhiên – Năng lực giải vấn đề sáng tạo; – Năng lực giao tiếp hợp tác nhóm để thống thiết kế phân công thực phần nhiệm vụ cụ thể Thiết bị: GV hướng dẫn HS sử dụng số thiết bị sau học chủ đề: – Đồng hồ đo điện; – Một số nguyên vật liệu như: tranzito, pin điện hóa, điện trở, dây dẫn điện, đèn led Tiến trình dạy học: Hoạt động 1: XÁC ĐỊNH YÊU CẦU THIẾT KẾ ĐÈN VƯỜN THÔNG MINH (Tiết – 45 phút) A Mục đích: Học sinh trình bày kiến thức chất quang dẫn, tượng quang điện trong, quang điện trở, tranzito, mạch điện tử điều khiển; Tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế đèn vườn thông minh hiểu rõ tiêu chí đánh giá sản phẩm B Nội dung: – HS trình bày chất quang dẫn, tượng quang điện trong, quang điện trở, tranzito, mạch điện tử điều khiển (đã giao tìm hiểu trước nhà) – GV tổ chức cho HS làm thí nghiệm khám phá kiến thức để xác định khả dùng quang điện trở để đóng ngắt mạch điện tử đơn giản – Từ thí nghiệm khám phá kiến thức, GV giao nhiệm vụ cho HS thực dự án Thiết kế hệ thống đèn vườn thông minh sử dụng quang điện trở đóng ngắt mạch tự động chiếu sáng không chiếu sáng – GV thống với HS kế hoạch triển khai dự án tiêu chí đánh giá sản phẩm dự án C Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh: Kết thúc hoạt động, HS cần đạt sản phẩm sau: – Bản ghi chép kiến thức khả điều khiển tự động quang điện trở tranzito – Bảng mô tả nhiệm vụ dự án nhiệm vụ thành viên; thời gian thực dự án yêu cầu sản phẩm dự án D Cách thức tổ chức hoạt động: Bước HS làm thí nghiệm khám phá kiến thức GV đặt vấn đề giới thiệu thí nghiệm: có cách để đóng ngắt mạch điện tự động quang điện trở – GV chia HS thành nhóm từ 6–8 học sinh (Dành thời gian cho nhóm bầu nhóm trưởng, thư kí) – GV nêu mục đích hướng dẫn tiến hành thí nghiệm Mục đích: Tiến hành thí nghiệm để nghiên cứu nguyên lí hoạt động quang điện trở GV phát nguyên liệu phiếu hướng dẫn/phiếu học tập làm thí nghiệm cho nhóm để nhóm tự tiến hành thí nghiệm: Ngun vật liệu: Mỗi nhóm HS nhận số vật liệu dụng cụ sau: + viên Pin 9V + khóa k + biến trở 100Ω + đoạn dây điện có màu khác + đèn led + quang điện trở + nắp đậy ngăn ánh sáng hoàn toàn Phiếu hướng dẫn làm thí nghiệm: + Nối nguyên liệu thành mạch điện kín theo sơ đồ (GV cho sẵn) + HS đóng khóa k hai trường hợp: quang điện trở để hở quang điện trở đậy nắp, quan sát đèn led nhận xét – HS làm thí nghiệm theo nhóm, GV quan sát hỗ trợ cần – Đại diện HS nhóm trình bày kết thí nghiệm kết luận - GV đặt vấn đề: sử dụng linh kiện để đèn phát sáng trời tối, tắt trời sáng – GV nhận xét, chốt kiến thức: sử dụng quang trở để đóng ngắt mạch điện tự động, dùng tranzito để điều khiển tự động điều khiển đèn phát sáng trời tối, tắt trời sáng Bước Giao nhiệm vụ cho HS xác lập yêu cầu sản phẩm Trên sở GV giao nhiệm vụ cho HS nhà tìm hiểu thơng tin chất quang dẫn, tượng quang điện trong, quang điện trở, tranzito, mạch điện tử điều khiển, GV đặt câu hỏi để HS trả lời: Trình bày nội dung sau: + Chất quang dẫn gì? + Trình bày tượng quang điện trong, nêu điều kiện xảy tượng quang điện ? + Cấu tạo nguyên tắc hoạt động của: quang điện trở, tranzito, mạch điện tử điều khiển GV nêu nhiệm vụ: Căn vào kết thí nghiệm vừa tiến hành, nhóm thực dự án “Thiết kế đèn vườn thông minh” Sản phẩm cần đạt yêu cầu sau: ✓ Hệ thống điện phải điều khiển tự động mạch điện sử dụng quang điện trở tranzito ✓ Đèn phải phát sáng trời tối tắt trời sáng ✓ Mạch điện điều khiển nhỏ gọn, dễ lắp đặt, độ nhạy, độ bền tính thẩm mỹ cao ✓ Chi phí làm tiết kiệm Bước GV thống kế hoạch triển khai Hoạt động Hoạt động 1: Xác định yêu cầu chế tạo hệ thống đèn vườn thông minh Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức Thời lượng Tiết 1 tuần (HS tự học nhà đề xuất thiết kế hệ thống đèn sân vườn thông minh Hoạt động 3: Trình bày kiến thức bảo vệ phương án thiết kế hệ thống đèn sân vườn thông minh Hoạt động 4: Thiết kế mơ hình thử nghiệm Hoạt động 5: Trình bày sản phẩm thảo luận theo nhóm) Tiết tuần (HS tự làm nhà theo nhóm) Tiết Trong đó, GV nêu rõ nhiệm vụ nhà hoạt động 2: – Nghiên cứu kiến thức liên quan: + Chất quang dẫn gì? + Trình bày tượng quang điện trong, nêu điều kiện xảy tượng quang điện trong? + Cấu tạo nguyên tắc hoạt động của: quang điện trở, tranzito, mạch điện tử điều khiển –Tiến hành thí nghiệm việc đóng ngắt mạch điện nhiều cách khác nhau: dùng tay, dùng cảm biến, – Tiến hành thí nghiệm phương án –Vẽ vẽ mạch điện thiết kế sản phẩm để báo cáo buổi học – Các tiêu chí đánh giá trình bày, vẽ mạch điện thiết kế sản phẩm sử dụng theo Phiếu đánh giá số Yêu cầu thiết kế sản phẩm Sử dụng quang điên trở để đóng, ngắt mạch đèn sân vườn nào? Chọn cách lắp ghép linh kiện để thắp sáng đèn LED 3V trời tối, đèn không sáng trời sáng? Các linh kiện điện tử gắn theo sơ đồ nào? GV cần nhấn mạnh: Khi báo cáo phương án thiết kế sản phẩm học sinh phải vận dụng kiến thức để giải thích, trình bày nguyên lí hoạt động của sản phẩm Vì vậy, tiêu chí có trọng số điểm lớn Hoạt động 2: NGHIÊN CỨU VỀ QUANG ĐIỆN TRỞ VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP THIẾT KẾ ĐÈN VƯỜN THÔNG MINH (HS làm việc nhà – tuần) a Mục đích Học sinh tự học kiến thức liên quan thông qua việc nghiên cứu tài liệu kiến thức chất quang dẫn, tượng quang điện trong, nêu điều kiện xảy tượng quang điện trong? Trình bày cấu tạo nguyên tắc hoạt động của: quang điện trở, tranzito, mạch điện tử điều khiển làm thí nghiệm để hiểu cách ngắt mạch điện vẽ kĩ thuật … từ thiết kế mạch điện vẽ kĩ thuật cho đèn vườn thông minh b Nội dung Học sinh tự học làm việc nhóm thảo luận thống kiến thức liên quan, làm thí nghiệm, vẽ thiết kế mạch điện sản phẩm GV đôn đốc, hỗ trợ tài liệu, giải đáp thắc mắc cho nhóm cần thiết c Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh: Kết thúc hoạt động, HS cần đạt sản phẩm sau: – Bài ghi cá nhân kiến thức liên quan + Khái niệm chất quang dẫn + Hiện tượng quang điện trong, nêu ứng dụng tượng quang điện + Cấu tạo nguyên tắc hoạt động của: quang điện trở, trazitor, mạch điện tử điều khiển + Ứng dụng quang điện trở thực tế – Bản vẽ mạch điện thiết kế sản phẩm đèn vườn thông minh (trình bày giấy A0 trình chiếu powerpoint); – Bài thuyết trình vẽ thiết kế d Cách thức tổ chức hoạt động: Các câu hỏi gợi ý việc tìm tịi khám phá: Hãy kể số chất bán dẫn cho biết tính chất đặc biệt chúng? Hãy quan sát tượng xảy chiếu chùm ánh sáng vào chất bán dẫn Si Hãy giải thích tượng xảy ra? Chất quang dẫn gì? Hiện tượng quang điện trong? Điều kiện xảy tượng quang điện trong? Quang điện trở? Cấu tạo nguyên tắc hoạt động Nêu số ứng ứng quang điện trở tực tế Cấu tạo, phân loại trazitor? - Em cho biết cấu tạo tranzito? - Em cho biết loại Tranzito? - Em cho biết sơ đồ mạch điện tranzito ký hiệu nào? Giải thích ký hiệu có đặc điểm đặc biệt liên quan đến cấu tạo hoạt động tranzito Em cho biết sơ đồ mạch điện gồm linh kiện nào? Em cho biết mạch điện tử gì? Em cho biết loại mạch điện tử thực tế mà em biết 10 Làm tạo cơng tắc đóng, ngắt mạch điện tử động? Các nhiệm vụ giao cho học sinh: – Các thành viên nhóm đọc 31trong sách giáo khoa Vật lí lớp 12, 4, 13 sách giáo khoa Cơng nghệ 12 Trong cần xác định kiến thức trọng tâm sau Chất quang dẫn - Chất quang dẫn chất dẫn điện (điện trở lớn, độ dẫn điện thấp) không bị chiếu sáng dẫn điện tốt (điện trở nhỏ, độ dẫn điện cao) chiếu sáng thích hợp - Các chất quang dẫn điển hình gecmani (Ge), silic (Si), CdS (cađimi sunfua), - Các chất quang dẫn thường chất bán dẫn Hiện tượng quang điện - Là tượng ánh sáng giải phóng electrơn liên kết biến chúng thành electrôn dẫn đồng thời tạo lỗ trống tham gia vào trình dẫn điện - Chú ý electrôn dẫn chuyển động bên khối chất bán dẫn mà khơng bị bứt ngồi tượng quang điện Đây lý mà người ta gọi tượng tượng quang điện - Điều kiện để xảy tượng quang điện + Năng lượng phô tôn ánh sáng kích thích phải lớn lượng kích hoạt A ( lượng cần thiết để giải phóng electrơn liên kết thành electrơn dẫn): + Bước sóng ánh sáng kích thích phải nhỏ bước sóng giới hạn chất bán dẫn, bước sóng giới hạn gọi giới hạn quang dẫn Hiện tượng quang điện xảy + Giới hạn quang dẫn đa số chất bán dẫn miền hồng ngoại, đó, cần dùng ánh sáng kích thích ánh sáng thấy đủ để xảy tượng quang dẫn Quang điện trở - Khái niệm: Quang điện trở điện trở làm chất quang dẫn - Cấu tạo: gồm sợi dây chất quang dẫn gắn đế cách điện - Hoạt động: chiếu ánh sáng vào quang điện trở điện trở giảm từ vài MΩ đến vài chục Ω làm cho quang điện trở dẫn điện tốt bị chiếu sáng - Ứng dụng: + Chuyển mạch (switch sytems), cảm biến ánh sáng/tối môi trường + Quang trở thường kết hợp với điện trở cầu chia áp dùng làm thiết bị đo mức sáng + Thường dùng máy đo cường độ sáng, dùng thiết bị điều khiển theo tác động ánh sáng, dùng nhiều thiết bị phim ảnh Và……vv… Cấu tạo phân loại Tranzito - Cấu tạo: + Tranzito gồm lớp tiếp giáp P-N vỏ bọc nhựa kim loại + Các dây dẫn gọi điện cực - Phân loại kí hiệu: N-P-N, P-N-P Loại P-N-P Cực E P N P Cực C C E Cực B E C Cực E E Loại N-P-N N P N Cực C E Cực B Khái niệm, Phân loại mạch điện tử - Khái niệm: MĐT mạch điện mắc phối hợp linh kiện điện tử để thực chức kỹ thuật điện tử Khái niệm mạch điện tử điều khiển: Những mạch điện tử thực chức điều khiển coi mạch điện tử điều khiển `Công dụng: Điều khiển tín hiệu, Tự động hóa máy móc, thiết bị, Điều khiển thiết bị điện dân dụng, Điều khiển trị chơi, giải trí – HS làm việc nhóm: ● Chia sẻ với thành viên khác nhóm kiến thức tìm hiểu Ghi tóm tắt lại kiến thức vào cá nhân ● Tiến hành thí nghiệm việc đóng ngắt mạch điện nhiều cách khác nhau: dùng tay, dùng cảm biến, (Tiến hành lại thí nghiệm hoạt động 1) ● Vẽ vẽ mạch điện đèn vườn thông minh, thiết kế sản phẩm, kiểu dáng đèn Trình bày thiết kế giấy A0 trình chiếu Powerpoint ● Chuẩn bị trình bày thiết kế, giải thích nguyên lí hoạt động đèn vườn thơng minh – GV đơn đốc nhóm thực nhiệm vụ hỗ trợ cần Hoạt động 3: TRÌNH BÀY VÀ BẢO VỆ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐÈN VƯỜN THÔNG MINH (Tiết – 45 phút) a Mục đích: Học sinh trình bày phương án thiết kế đèn vườn thông minh (bản vẽ mạch điện thiết kế sản phẩm) sử dụng kiến thức để giải thích nguyên lí hoạt động đèn phương án thiết kế mà nhóm lựa chọn b Nội dung: – GV tổ chức cho HS nhóm trình bày phương án thiết kế đèn vườn thông minh; – GV tổ chức hoạt động thảo luận cho thiết kế: nhóm khác GV nêu câu hỏi làm rõ, phản biện góp ý cho thiết kế; nhóm trình bày trả lời câu hỏi, lập luận, bảo vệ quan điểm ghi nhận ý kiến góp ý phù hợp để hồn thiện thiết kế; – GV chuẩn hoá kiến thức liên quan cho HS; yêu cầu HS ghi lại kiến thức vào chỉnh sửa phương án thiết kế (nếu có) c Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh: Kết thúc hoạt động, HS cần đạt sản phẩm thiết kế hoàn chỉnh cho việc chế tạo đèn vườn thông minh d Cách thức tổ chức hoạt động: Bước 1: Lần lượt nhóm trình bày phương án thiết kế phút Các nhóm cịn lại ý nghe Bước 2:GV tổ chức cho nhóm cịn lại nêu câu hỏi, nhận xét phương án thiết kế nhóm bạn; nhóm trình bày trả lời, bảo vệ, thu nhận góp ý, đưa sửa chữa phù hợp Bước 3: GV nhận xét, tổng kết chuẩn hoá kiến thức liên quan, chốt lại vấn đề cần ý, chỉnh sửa nhóm Bước 4: GV giao nhiệm vụ cho nhóm nhà triển khai chế tạo sản phẩm theo thiết kế Dự kiến thiết kế tham khảo: Hoạt động 4: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM ĐÈN VƯỜN THÔNG MINH (HS làm việc nhà phịng thí nghiệm – tuần ) a.Mục đích: Các nhóm HS thực hành, chế tạo đèn vườn thông minh thiết kế chỉnh sửa b.Nội dung: Học sinh làm việc theo nhóm thời gian tuần để chế tạo đèn vườn thông minh, trao đổi với giáo viên gặp khó khăn c Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh: Kết thúc hoạt động, HS cần đạt sản phẩm đèn vườn thông minh đáp ứng yêu cầu Phiếu đánh giá số d Cách thức tổ chức hoạt động: Bước HS tìm kiếm, chuẩn bị vật liệu dự kiến; Bước HS lắp đặt thành phần đèn vườn thông minh theo thiết kế; Bước 3.HS thử nghiệm hoạt động đèn, so sánh với tiêu chí đánh giá sản phẩm (Phiếu đánh giá số 1) HS điều chỉnh lại thiết kế, ghi lại nội dung điều chỉnh giải thích lý (nếu cần phải điều chỉnh); Bước HS hoàn thiện bảng ghi danh mục vật liệu tính giá thành chế tạo sản phẩm; Bước HS hoàn thiện sản phẩm; chuẩn bị giới thiệu sản phẩm GV đơn đốc, hỗ trợ nhóm q trình hồn thiện sản phẩm Hoạt động 5: TRÌNH BÀY SẢN PHẨM “ĐÈN VƯỜN THÔNG MINH” VÀ THẢO LUẬN (Tiết – 45 phút) a.Mục đích: HS biết giới thiệu sản phẩm đèn vườn thông minh đáp ứng yêu cầu sản phẩm đặt ra; biết thuyết trình, giới thiệu sản phẩm, đưa ý kiến nhận xét, phản biện, giải thích kiến thức liên quan; Có ý thức cải tiến, phát triển sản phẩm b.Nội dung: – Các nhóm trưng bày sản phẩm trước lớp; – Các nhóm báo cáo sản phẩm trả lời câu hỏi GV nhóm bạn – Đề xuất phương án cải tiến sản phẩm c Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh: Kết thúc hoạt động, HS cần đạt sản phẩm mơ hình hoạt động đèn vườn thơng minh tự đóng nắt mịnh điện tời sáng, tối thuyết trình giới thiệu sản phẩm d Cách thức tổ chức hoạt động: – Tổ chức cho HS chuẩn bị trưng bày sản phẩm lúc Khi nhóm sẵn sàng, GV yêu cầu nhóm cho mơ hình hoạt động – u cầu HS nhóm trình bày, phân tích hoạt động, giá thành kiểu dáng mô hình – GV hội đồng GV tham gia bình chọn giải pháp mơ hình đèn vườn thơng minh Song song với trình theo dõi thời gian sáng tối thiểu đến đèn tự tắt, để ghi nhận theo tiêu chí thời gian sáng tự tắt nhóm – GV nhận xét công bố kết chấm sản phẩm theo yêu cầu Phiếu đánh giá số – Giáo viên đặt câu hỏi cho báo cáo để làm rõ chế hoạt động đèn, giải thích tượng xảy thiết kế, khắc sâu kiến thức chủ đề kiến thức liên quan – Khuyến khích nhóm nêu câu hỏi cho nhóm khác – GV tổng kết chung hoạt động nhóm; Hướng dẫn nhóm cập nhật điểm học tập nhóm GV nêu câu hỏi lấy thơng tin phản hồi: + Các em học kiến thức kỹ trình triển khai dự án này? + Điều gì làm em ấn tượng nhất/nhớ triển khai dự án này? KẾT QUẢ THỰC HIỆN DỰ ÁN Mạch điện tử thực tế ... TRÌNH BÀY VÀ BẢO VỆ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ ĐÈN VƯỜN THÔNG MINH (Tiết – 45 phút) a Mục đích: Học sinh trình bày phương án thiết kế đèn vườn thông minh (bản vẽ mạch điện thiết kế sản phẩm) sử dụng kiến... mạch điện đèn vườn thông minh, thiết kế sản phẩm, kiểu dáng đèn Trình bày thiết kế giấy A0 trình chiếu Powerpoint ● Chuẩn bị trình bày thiết kế, giải thích nguyên lí hoạt động đèn vườn thơng... án Thiết kế hệ thống đèn vườn thông minh sử dụng quang điện trở đóng ngắt mạch tự động chiếu sáng không chiếu sáng – GV thống với HS kế hoạch triển khai dự án tiêu chí đánh giá sản phẩm dự án