Giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh qua dạy học về máy điện vật lí 12 THPT

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH PHAN TRỌNG ĐỨC GIÁO DỤC KỸ THUẬT TỔNG HỢP CHO HỌC SINH QUA DẠY HỌC VỀ MÁY ĐIỆN VẬT LÝ 12 THPT Chuyên ngành: LÝ LUẬN& PPDH BỘ MÔN VẬT LÝ Mã số: 60 14 01 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Cán hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN ĐÌNH THƯỚC Nghệ An, 2015 LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng thnh kớnh sõu sc n PGS.TS Nguyễn Đình Thớc Thầy tận tình hướng dẫn suốt trình nghiên cứu hoàn thành luận văn Tác giả bày tỏ lòng biết ơn tới BGH , khoa Sau đại học, khoa Vật Lý Công Nghệ, giảng viên môn PPGD Vật Lý trường ĐH Vinh Tác giả xin chân thành cảm ơn giúp đỡ Thầy ,Cơ, bạn bè ,đồng nghiệp gia đình trình làm luận văn Tác giả bày tỏ lòng biết ơn tới BGH, Tổ Vật Lý trường THPT Nguyễn Công Trứ- Nghi Xuân động viên tạo điều kiện cho tác giả hồn thành nhiệm vụ Vì điều kiện thời gian khả nghiên cứu tác giả cịn nhiều hạn chế nên khó tránh khỏi sai sót Tác giả mong nhận nhiều ý kiến quý báu bạn đọc để luận văn hoàn thành tiếp tục phát triển Tác giả Phan Trọng Đức CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN TN: Thí nghiệm SGK: Sách giáo khoa SGV: Sách giáo viên GV: Giáo viên HS: Học sinh THPT: Trung học phổ thông PPDH: Phương pháp dạy học GDKTTH: Giáo dục kỹ thuật tổng hợp PP: Phương pháp MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU NỘI DUNG Chương 1: Giáo dục kỹ thuật tổng hợp dạy học vật lý 5 trường phổ thông 1.1 Nhiệm vụ giáo dục kỹ thuật tổng hợp dạy học trường phổ thông 1.1.1 Giáo dục kỹ thuật tổng hợp trường phổ thơng 1.1.2 Vai trị giáo dục kỹ thuật tổng hợp nhà trường 1.2 Giáo dục kỹ thuật tổng hợp dạy học môn vật lý trường phổ thông 1.2.1 Quan hệ hai chiều vật lý kỹ thuật 1.2.2 Nội dung dạy học vật lý trường phổ thông gắn liền với thực 11 tế lao động sản xuất đời sống 1.3 Nội dung giáo dục kỹ thuật tổng hợp dạy học vật lý 1.4 Các nguyên tắc giáo dục kỹ thuật tổng hợp dạy học 1.4.1 Phục vụ mục tiêu chung giáo dục 1.4.2 Phải mang tính đại, cập nhật 1.4.3 Phải làm cho học sinh hiểu nguyên lý tất 13 15 15 15 16 trình sản xuất, đồng thời phải rèn luyện cho học sinh thói quen biết dùng dụng cụ đơn giản phổ biến ngành sản xuất 1.4.4 Phải làm cho vật lý học trở nên gần gũi với học sinh, phù hợp với 16 thực tiễn lao động sản xuất địa phương 1.5 Các biện pháp giáo dục kỹ thuật tổng hợp dạy học vật lý 1.5.1 Giáo dục kỹ thuật tổng hợp học xây dựng kiến thức 1.5.2 Giáo dục kỹ thuật tổng hợp học giải tập vật lý 1.5.3 Giáo dục kỹ thuật tổng hợp học thực hành vật lý 17 17 20 24 Chương 2: Giáo dục kỹ thuật tổng hợp thông qua dạy học phần “Máy 29 điện” Vật lý lớp 12 phổ thơng 2.1 Vị trí đặc điểm phần “Máy điện” vật lý 12 phổ thông 2.2 Nội dung dạy học chơng Dòng điện xoay chiều 2.3 Thc trng dy hc phần “Máy điện” số trường THPT huyện 29 30 32 Nghi Xuân – Hà Tĩnh 2.4 Cải tiến, chế tạo thiết bị dạy học phục vụ giáo dục kỹ thuật tổng 35 hợp dạy học phần “Máy điện” 2.5 Vận dụng biện pháp thực giáo dục kỹ thuật tổng hợp 36 dạy học Vật lý qua phần “Máy điện” 2.5.1 Khả thực giáo dục kỹ thuật tổng hợp dạy học phần 36 “Máy điện” 2.5.2 Giáo dục kỹ thuật tổng hợp học xây dựng kiến thức 37 vật lý 2.5.3 Giáo dục kỹ thuật tổng hợp học luyện tập giải tập 51 vật lý 2.5.4 Giáo dục kỹ thuật tổng hợp học thực hành vật lý Chương 3: Thực nghiệm sư phạm 3.1 Mục đích thùc nghiƯm s ph¹m 3.2 Đối tượng thùc nghiÖm 3.3 Nhiệm vụ thùc nghiÖm 3.4.Néi dung thùc nghiƯm s ph¹m KẾT LUẬN Tài liệu tham khảo Phụ lục 58 69 69 69 69 69 78 80 P1 MỞ ĐẦU 1.Lý chọn đề tài Trong năm gần đây, việc đổi công tác giáo dục diễn sơi động tồn giới nước ta Sự nghiệp cơng nghiệp hố đất nước đòi hỏi ngành giáo dục phải đổi đồng mục đích nội dung, phương pháp phương tiện dạy học Trên sở tiếp thu thành tựu khoa học giáo dục giới phát huy thành tựu đạt giáo dục nước nhà, giải pháp đề phải vừa theo kịp phát triển chung khoa học giáo dục giới, vừa phải phù hợp với điều kiện cụ thể nước ta cho có tính khả thi hiệu Các nhiệm vụ việc dạy học vật lý trường phổ thông là: Đảm bảo cho học sinh nắm vững hệ thống kiến thức, kỹ vật lý theo chuẩn chương trình Phát triển trí tuệ học sinh trình dạy học vật lý Giáo dục kỹ thuật tổng hợp hướng nghiệp cho học sinh Giáo dục giới quan nhân cách người lao động dạy học vật lý Như giáo dục kỹ thuật tổng hợp nhiệm vụ dạy học Vật lý trường phổ thông, dạy học vật lý trường phổ thông cần phải hướng tới nhiệm vụ Vật lý học khoa học ứng dụng phổ biến nhiều ngành kỹ thuật, đời sống, sản xuất Các nguyên lý ngành sản xuất như: khí, giao thơng vận tải, xây dựng, lượng, dây chuyền sản xuất, thông tin viễn thông dựa vào định luật, khái niệm, nguyên lý vật lý Mặt khác, vật lý sở hầu hết ngành kỹ thuật, kỹ thuật lại tạo thiết bị ngày tốt cho nghiên cứu vật lý cho dạy học vật lý Hiện thành thị mà nông thôn, vùng sâu, vùng xa có chương trình điện khí hố Sự truyền lượng xa dịng điện cao có vai trị quan trọng việc sử dụng điện điện khí hố Điện khí hố có vai trị chủ đạo việc xây dựng sở vật chất kỹ thuật đất nước Năng lượng điện sử dụng phổ biến nông nghiệp công nghiệp đại Do đó, việc trang bị kiến thức kỹ sử dụng điện an toàn, tiết kiệm nội dung giáo dục kỹ thuật tổng hợp Phần “Máy điện” vật lý 12 THPT hành theo truyền thống giáo viên học sinh quan tâm đến kiến thức hàn lâm, nặng nề giải toán điện xoay chiều, mà xem nhẹ vai trị dạy học chương trình việc giáo dục kỹ thuật tổng hợp nên học sinh xa rời thực tế, lúng túng việc giải tốn có nội dung kỹ thuật, nội dung thực tế Cho nên không thực tốt nhiệm vụ dạy học vật lý nhà trường Để góp phần khắc phục hạn chế trên, chọn đề tài: “Giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho học sinh qua dạy học máy điện vật lý 12 THPT” Mục đích Xây dựng phương án dạy học phần "Máy điện" sử dụng tập vật lý nhằm góp phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho học sinh lớp 12 THPT Giả thuyết khoa học Có thể góp phần giáo dục kĩ thuật tổng hợp cho học sinh có phương án dạy học cụ thể sử dụng tập có nội dung kĩ thuật phù hợp với điều kiện học tập trường THPT trình dạy học phần "Máy điện" vật lí 12 Đối tượng phạm vi nghiên cứu 4.1 Đối tượng nghiên cứu Quá trình dạy học vật lí 12 trường THPT 4.2 Phạm vi nghiên cứu Giáo dục kỹ thuật tổng hợp qua dạy học kiến thức "Máy điện" vật lí 12 THPT Nhiệm vụ nghiên cứu 5.1 Nghiên cứu tài liệu, xây dựng sở lí luận giáo dục kỹ thuật tổng hợp dạy học vật lí trường phổ thơng 5.2 Tìm hiểu trạng dạy học “Máy điện” lớp 12 THPT 5.3 Xây dựng phương án, thiết kế tiến trình dạy học giáo dục kỹ thuật tổng hợp kiến thức “Máy điện” 5.4 Thực nghiệm sư phạm Phương pháp nghiên cứu 6.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu tài liệu giáo dục kỹ thuật tổng hợp, lý luận dạy học vật lý 6.3 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm: phương pháp quan sát, điều tra, thực hành ngoại khoá, thực nghiệm sư phạm 6.3 Phương pháp thống kê toán học, xử lí số liệu điều tra TNSP cơng cụ tốn học thống kê Đóng góp luận văn - Về mặt lí luận: Luận văn hệ thống sở liệu giáo dục kỹ thuật tổng hợp dạy học vật lí trường phổ thông - Về mặt thực tiễn: Sưu tầm, biên soạn, thiết kế 05 giáo án theo định hướng giáo dục kỹ thuật tổng hợp qua dạy học tập có nội dung kiến thức “Máy điện” vật lí 12 THPT NỘI DUNG CHƯƠNG I GIÁO DỤC KỸ THUẬT TỔNG HỢP TRONG DẠY HỌC VẬT LÍ Ở TRƯỜNG PHỔ THƠNG 1.1 Nhiệm vụ giáo dục kỹ thuật tổng hợp dạy học trường phổ thông 12 17 1.1.1 Giáo dục kỹ thuật tổng hợp trường phổ thông [ ] , [ ] Theo C.Mác - Giáo dục kỹ thuật tổng hợp "Việc dạy học làm cho nhi đồng thiếu niên biết rõ nguyên lý tất trình sản xuất đồng thời làm cho em có thói quen biết dùng công cụ đơn giản tất ngành sản xuất" Nhiệm vụ giáo dục kỹ thuật tổng hợp phát biểu thuyết chủ nghĩa cộng sản khoa học, C.Mác đặt móng C.Mác viết: "Chúng ta hiểu giáo dục điều: Thứ giáo dục trí óc; thứ giáo dục thể chất; thứ giáo dục kỹ thuật tổng hơp, giới thiệu nguyên tắc trình sản xuất đồng thời cho trẻ em thiếu niên kỹ xảo sử dụng công cụ đơn giản ngành sản xuất V.I.LêNin coi nguyên tắc kỹ thuật tổng hợp việc dạy học nguyên tắc bản, định cấu trúc tồn học vấn có ý nghĩa xã hội quan trọng Đề cập đến nội dung dạy học kỹ thuật tổng hợp V.I.LêNin ra: "Ngun tắc kỹ thuật tổng hợp khơng địi hỏi dạy tất cả, đòi hỏi dạy sở cơng nghiệp đại nói chung " Như vậy, thấy lên hai vấn đề giáo dục kỹ thuật tổng hợp là: 10 * Dạy cho em nguyên lý tất trình sản xuất * Dạy cho em kỹ sử dụng công cụ đơn giản tất ngành sản xuất Khi giảng dạy vật lý với việc giáo dục kỹ thuật tổng hợp cần truyền thụ cho em kiến thức như: - Những khái niệm, định luật sở khoa học ngành sản xuất - Những kiến thức vật lý có ý nghĩa thực tiễn có nhiều ứng dụng kỹ thuật công nghệ - Những ứng dụng vật lý đưa vào khí hố, yếu tố tự động - Rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo thực hành Với nội dung biểu diễn theo sơ đồ GIÁO DỤC KỸ THUẬT TỔNG HỢP HS nắm nguyên tắc hoạt động thiết bị kỹ thuật thuộc ngành sản xuất chủ yếu (Lý thuyết) Học sinh có kỹ sử dụng dụng cụ kỹ thuật đơn giản (Thực hành) 10 11 1.1.2 Vai trò giáo dục kỹ thuật tổng hợp nhà trường [ ] , [ ] , [ 12] Một trọng mục tiêu giáo dục phổ thông chuẩn bị cho học sinh kiến thức kỹ cần thiết để người học nhanh chóng tham gia vào hoạt động sản xuất đa dạng xã hội đại Trong thời đại ngày ngành hoạt động xã hội phải sử dụng máy móc, thiết bị kỹ thuật chế tạo dựa định luật vật lý Có 91 Mơ hình máy phát điện xoay chiều ba pha Mơ hình đấu nối ba pha Mơ hình máy biến áp 92 Trạm biến áp 93 Phụ lục 3: Đề kiểm tra 15 phút ĐỀ THI KIỂM TRA 15 PHÚT SỞ GD&ĐT HÀ TĨNH NĂM HỌC 2014- 2015 TRƯỜNG THPT NGUYỄN Môn thi: VẬT LÝ 12 CÔNG TRỨ Thời gian làm bài: 15 phút Mã đề thi 001 Họ, tên thí sinh: ……………………………………….……… Số báo danh: …………………………………………… …… Đề gồm 10 câu trắc nghiệm: Các Em trả lời cách khoanh tròn vào đáp án Câu 1: Một khung dây dẫn có diện tích S = 50 cm gồm 250 vòng dây quay với tốc độ 3000 vòng/phút từ trường có véc tơ cảm ứng từ vng góc với trục quay khung, có độ lớn B = 0,02 T Từ thông cực đại gửi qua khung A 0,025 Wb B 0,15 Wb C 1,5 Wb D 15 Wb Câu 2: Một khung dây quay quanh trục xx’ từ trường có đường cảm ứng từ vng góc với trục quay xx’ Muốn tăng biên độ suất điện động cảm ứng khung lên lần chu kỳ quay khung phải A tăng lần B tăng lần C giảm lần D giảm lần Câu 3: Một bàn 200V-800W, có độ tự cảm khơng đáng kể, mắc vào hiệu điện xoay chiều u = 200 cos(100πt)V Biểu thức cường độ dòng điện xoay chiều A i = cos(100πt + π/2)A π/2)A sin(100πt)A C i = cos(100πt)A B i = sin(100πt + C i = 94 Câu 4: Máy biến thiết bị A Biến đổi hiệu điện dòng điện xoay chiều B Biến đổi hiệu điện dịng điện khơng đổi C Biến đổi hiệu điện dòng điện xoay chiều hay dịng điện khơng đổi D Biến đổi cơng suất dịng điện khơng đổi Câu 5: Một máy biến có số vịng dây cuộn sơ cấp 1000 vòng, cuộn thứ cấp 100 vòng Hiệu điện cường độ hiệu dụng mạch thứ cấp 24V 10A Hiệu điện cường độ hiệu dụng mạch sơ cấp A 240V 100A B 240V 1A C 2,4V 100A, D 2,4V 1A Câu 6: Cùng công suất điện P tải dây dẫn Cơng suất hao phí dùng hiệu điện 400 kV so với dùng hiệu điện 200 kV A lớn lần B lớn lần C nhỏ lần D nhỏ lần Câu 7: Trong phương pháp tạo dòng điện chiều phương pháp đem lại hiệu kinh tế, tạo dịng điện có cơng suất cao, giá thành hạ thấp A Dùng pin B Dùng ăcquy C Dùng máy phát điện chiều D Chỉnh lưu dòng điệnxoay chiều Câu 8: Một động 200W-50V có hệ số công suất 0,8 mắc vào mạch thứ cấp máy biến áp có tỉ số số vịng dây cuộn sơ cấp thứ cấp k =5 Mất mát lượng máy biến không đáng kể Nếu động hoạt động bình thường cường độ dòng điện hiệu dụng cuộn dây sơ cấp A 0,8A B 1A C 1,25A D 2A 95 Câu 9: Lực tác dụng làm quay động điện A lực đàn hồi B lực tĩnh điện C lực điện từ D trọng lực Câu 10: Động khơng đồng ba pha, có ba cuộn dây giống hệt mắc hình tam giác Mạch điện ba pha dùng để chạy động phải dùng dây dẫn A B C D Hết Đáp án: Câu Đáp án A C B A B D D B C 10 B 96 Phụ lục 4: Đề kiểm tra 45 phút ĐỀ THI KIỂM TRA TIẾT SỞ GD&ĐT HÀ TĨNH NĂM HỌC 2014- 2015 TRƯỜNG THPT NGUYỄN Mơn thi: VẬT LÝ 12 CƠNG TRỨ Thời gian làm bài: 45 phút Họ, tên thí sinh: ……………………………………….……… Mã đề thi 001 Số báo danh: …………………………………………… …… Trắc nghiệm (Đề gồm 10 câu) Câu 1: Một máy phát điện xoay chiều pha có phần rơto nam châm điện có 10 cặp cực Để phát dịng xoay chiều có tần số 50 Hz vận tốc góc rơto phải bằng: A 300 vòng/phút B 500 vòng/phút C 3000 vòng/phút D 1500 vòng/phút Cõu 2: Theo định nghĩa dòng điện xoay chiều dòng điện biến thiên điều hoà theo thời gian Phát biểu sau đúng? A Có thể tạo dòng điện xoay chiều cách cho khung dây quay quanh trục từ trờng B Có thể tạo dòng điện xoay chiều cách làm cho từ thông qua khung dây biến thiên điều hoà C Có thể tạo dòng điện xoay chiều cách cho khung dây chuyển động tịnh tiến từ trờng D Khi khung dây dẫn quay quanh trục vuông góc với đờng cảm ứng từ từ trờng suất điện động xuất khung có độ lớn phụ thuộc vào độ lớn cảm ứng từ từ trờng không phụ thuộc vào tÇn sè quay cđa khung Câu 3: Máy phát điện pha hoạt động nhờ tượng: A Tự cảm B Cộng hưởng điện từ C Cảm ứng từ D Cảm ứng điện từ 97 Câu 4: Máy phát điện xoay chiều ba pha mắc hình có hiệu điện pha 110V Tải pha giống tải có điện trở 24Ω, cảm kháng 30Ω dung kháng 12Ω mắc nối tiếp Công suất tiêu thụ dòng ba pha A 384W B 238W C 968W D 2,304W Câu 5: Trên đường dây tải điện, dùng máy biến để tăng hiệu điện hai đầu dây dẫn lên 100 lần cơng suất hao phí toả nhiệt đường dây A tăng 100 lần B giảm 100 lần C tăng lên 104 lần D giảm 104 lần Câu 6: Người ta cần truyền cơng suất điện 200 kW từ nguồn điện có hiệu điện 5000 V đường dây có điện trở tổng cộng 20Ω Độ giảm đường dây truyền tải A 40V B 400V C 80V D 800V Câu 7: Cùng công suất điện P tải dây dẫn Cơng suất hao phí dùng hiệu điện 400 kV so với dùng hiệu điện 200 kV A lớn lần B lớn lần C nhỏ lần D nhỏ lần Câu 8: Phần ứng máy phát gồm cuộn dây, cuộn có 20 vịng Phần cảm rơto gồm cặp cực, quay với vận tốc khơng đổi 600 vịng/phút Từ thơng cực đại qua vịng dây 1,7.10 -2/π(Wb) Suất điện động tự cảm hiệu dụng máy biến A 60 V B 60V C 120V D 120 V Câu 9: Một máy phát điện xoay chiều pha phát dòng điện xoay chiều có tần số 60 Hz Nếu thay roto roto khác có nhiều 98 cặp cực, muốn tần số 60Hz số vòng quay roto thay đổi 7200 vịng Tính số cặp cực roto cũ A 10 B C.15 D ω Câu 10: Một khung dây dẫn phẳng quay với tốc độ góc quanh trục cố định năm mặt phẳng khung dây, từ trường có cảm ứng từ vng góc trục quay khung Suất điện động cảm ứng khung có biểu thức e = E0cos(ωt + π / 2) Tại thời điểm t=0, véc tơ pháp tuyến mặt phẳng khung dây hợp với véc tơ cảm ứng từ góc bằng: A 450 B 1800 Tự luận (Đề gồm bài): C 900 D 1500 Bài 1: Một máy biến áp lí tưởng có tỷ số vòng dây cuộn sơ cấp thứ cấp Cuộn thứ cấp nối với tải tiêu thụ có điện trở 200 Ω , cuộn sơ cấp nối với điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 200V Dòng điện hiệu dụng qua cuộn sơ cấp ? Bài 2: Trong thực hành học sinh quấn quạt điện loại 180 V 120W hoạt động bình thường điện áp xoay chiều có giá trị hiệu dụng 220 V, nên mắc nối tiếp với quạt biến trở Ban đầu học sinh để biến trở có giá trị 70 Ω đo thấy cường độ dịng điện hiệu dụng mạch 0,75A công suất quạt điện đạt 92,8% Muốn quạt hoạt động bình thường phải điều chỉnh biến trở nào? Đáp án: Trắc nghiệm: Đáp án: Câu Đáp án A Tự luận: B D C D D D C D 10 B 99 Bài 1: Vì máy biến áp lý tưởng cuộn thứ cấp nối R nên áp dụng cơng thức ta có: N2 U2  U = N U1 = 100(V ) ⇒ I = R = 0,5( A) U1 I N1  = = ⇒ N U I1 N  I1 = I = 0, 25( A)  N1 Bài 2: Gọi R0 , ZL , ZC điện trở thuần, cảm kháng dung kháng quạt điện Công suất định mức quạt P = 120W ; dòng điện định mức quạt I Gọi R2 giá trị biến trở quạt hoạt động bình thường điện áp U = 220V Khi biến trở có giá tri R1 = 70Ω I1 = 0,75A, P1 = 0,928P = 111,36W P1 = I12R0 (1) > R0 = P1/I12 ≈ 198Ω (2) I1 = U U = = Z1 ( R0 + R1 ) + ( Z L − Z C ) 220 268 + ( Z L − Z C ) Suy (ZL – ZC )2 = (220/0,75)2 – 2682 > | ZL – ZC | ≈ 119Ω (3) Ta có P = I2R0 (4) Với I = U U = Z ( R0 + R2 ) + ( Z L − Z C ) (5) U R0 2 P = ( R0 + R2 ) + ( Z L − Z C ) > R0 + R2 ≈ 256Ω > R2 ≈ 58Ω R2 < R1 > ∆R = R2 – R1 = - 12Ω Phải giảm 12Ω 100 101 Hình ảnh dạy thực nghiệm lớp 12B1 trường THPT Nguyễn Công Trứ 102 Hình ảnh tiết ngoại khóa ... ? ?Giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho học sinh qua dạy học máy điện vật lý 12 THPT? ?? Mục đích Xây dựng phương án dạy học phần "Máy điện" sử dụng tập vật lý nhằm góp phần giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho. .. dạy học phục vụ giáo dục kỹ thuật tổng 35 hợp dạy học phần ? ?Máy điện? ?? 2.5 Vận dụng biện pháp thực giáo dục kỹ thuật tổng hợp 36 dạy học Vật lý qua phần ? ?Máy điện? ?? 2.5.1 Khả thực giáo dục kỹ thuật. .. thức cho học sinh ta tiến hành giáo dục kỹ thuật tổng hợp cho học sinh dạy học vật lý Thực tốt nhiệm vụ giáo dục kỹ thuật tổng hợp giáo viên cần phải làm cho học sinh nắm kiến thức vật lý tiết học