Tổ chức dạy học một số kiến thức dòng điện xoay chiều theo định hướng giáo dục stem cho học sinh trường trung học phổ thông tại nước CHDCND lào

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––––––– PHONGSAVANH OULAYPHETH TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC “DONG ĐIỆN XOAY CHIÊU” THEO ĐỊNH HƯƠNG GIÁO DỤC STEM CHO HỌC SINH TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG TẠI NƯƠC CHDCND LÀO LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC THÁI NGUYÊN - 2019 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––––––– PHONGSAVANH OULAYPHETH TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC “DONG ĐIỆN XOAY CHIÊU” THEO ĐỊNH HƯƠNG GIÁO DỤC STEM CHO HỌC SINH TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG TẠI NƯƠC CHDCND LÀO Ngành: Lý luận phương pháp dạy học môn Vật lý Mã số: 8.14.01.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Quang Linh THÁI NGUYÊN - 2019 Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài công trình nghiên cứu tìm tòi, tra cứu tài liệu riêng Các kết nêu luận văn hồn tồn trung thực, chưa cơng bố cơng trình tác giả Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm với khẳng định Thái Nguyên, tháng 04 năm 2019 Tác giả Oulaypheth PHONGSAVANH Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Trong trình hồn thành luận văn này, tơi nhận giúp đỡ tận tình thầy giáo, bạn bè, đồng nghiệp, gia đình người thân Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới người giúp đỡ tơi hồn thành luận văn này.” Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS.Nguyễn Quang Linh, tận tình hướng dẫn, động viên giúp đỡ suốt thời gian nghiên cứu hồn thành luận văn này.” Tơi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo, cô giáo tổ Giáo dục Vật lý, khoa Vật lý - Trường Đại học sư phạm Thái Nguyên, giúp đỡ, động viên tơi suốt thời gian nghiên cứu hồn thành luận văn Mặc dù tơi có nhiều cố gắng, song khả có hạn nên luận văn không tránh khỏi khiếm khuyết Tôi mong thơng cảm đóng góp ý kiến thầy giáo, cô giáo bạn đọc để luận văn hồn chỉnh hơn.” Cuối tơi xin bày tỏ lòng biết ơn tới ban giám hiệu, thầy cô giáo học sinh trường THPT Mương Khai trường THPT Pak Sường, tỉnh Luông Phạ Băng, nước CHDCND Lào tạo điều kiện thuận lợi suốt thời gian dài học tập nghiên cứu luận văn.” Thái Nguyên, tháng 04 năm 2019 Tác giả Oulaypheth PHONGSAVANH Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn .ii Mục lục iii Danh mục chữ viết tắt iv Danh mục bảng v Danh mục hình .vi MỞ ĐẦU .1 Lí chọn đề tài .1 Mục đích nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu .2 Phương pháp nghiên cứu Giả thuyết khoa học Đóng góp đề tài Cấu trúc đề tài Chương 1: CƠ SỞ LI LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1 Nghiên cứu GD STEM CHDCND Lào 1.2 Các nghiên cứu giới giáo dục STEM 1.3 Nghiên cứu tính sáng tạo 10 1.4 Giáo dục STEM .11 1.4.1 Khái niệm giáo dục STEM 11 1.4.2 Vai trò, ý nghĩa GD STEM 13 1.4.3 Mục tiêu giáo dục STEM .13 1.4.4 Quy trình dạy học theo định hướng giáo dục STEM 14 1.4.5 Phát triển lực sáng tạo học sinh thông qua dạy học chủ đề STEM 16 1.4.6 Quy trình thiết kế chủ đề GD STEM 20 1.4.7 Tiến trình tổ chức dạy học Vật lý theo định hướng GD STEM 21 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn 1.5 Điều tra thực tiễn dạy học kiến thức “Máy phát điện xoay chiều” “Động điện xoay chiều” - Vật lý 12 theo định hướng giáo dục STEM THPT .23 1.5.1 Mục đích điều tra 23 1.5.2 Phương pháp điều tra 24 1.5.3 Kết nghiên cứu .24 Kết luận chương 28 Chương 2: THIẾT KẾ CHỦ ĐÊ STEM “MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIÊU VÀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIÊU” 29 2.1 Phân tích nội dung kiến thức chương “Máy phát điện động điện – Vật lý 12” 29 2.1.1 Tổng quan chương “Dòng điện xoay chiều” 29 2.1.2 Mục tiêu dạy học theo chuẩn kiến thức, kỹ .29 2.1.3 Phân tích nội dung kiến thức .30 2.2 Xây dựng tiến trình dạy học chủ đề “Mát phát điện xoay chiều”Vật lý 12theo định hướng GD STEM .33 2.2.1 Vấn đề thực tiễn 34 2.2.2 Hình thành ý tưởng .34 2.2.3 Kiến thức lĩnh vực STEM chủ đề 35 2.2.4 Mục tiêu chủ đề 36 2.2.5 Bộ câu hỏi định hướng 36 2.2.6 Kế hoạch dạy học 36 2.3 Xây dựng tiến trình dạy học chủ đề “Động điện xoay chiều” Vật lý 12 theo định hướng GD STEM .45 2.3.1 Vấn đề thực tiễn 45 2.3.2 Hình thành ý tưởng .45 2.3.3 Kiến thức lĩnh vực STEM chủ đề 46 2.3.4 Mục tiêu chủ đề 47 2.3.5 Bộ câu hỏi định hướng 47 2.3.6 Kế hoạch dạy học 48 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn 2.4 Đánh giá HS dạy học chủ đề “Dòng điện xoay chiều” Vật lý 12 theo định hướng STEM 56 2.4.1.Đánh giá lực sáng tạo HS qua phiếu quan sát giáo viên 56 2.4.2 Đánh giá lực sáng tạo HS qua phiếu đánh giá đồng đẳng tự đánh giá 58 Kết luận chương 59 Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM .60 3.1 Mục đích thực nghiệm sưphạm 60 3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm .60 3.3 Nội dung thực nghiệm sưphạm 60 3.3.1 Chọn địa bàn thựcnghiệm 60 3.3.2 Chọn đối tượng thực nghiệm 61 3.3.3 Kế hoạch thực nghiệm sưphạm 61 3.4 Tiến hành thực nghiệm sư phạm 61 3.5 Kết thực nghiệm sư phạm 62 3.5.1 Đánh giá định tính .62 3.5.2 Đánh giá định lượng 65 3.5.3 Đánh giá chung 73 Kết luận chương 74 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHI 76 Kết luận 76 Kiến nghị 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO .78 PHỤ LỤC Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Bộ GDTT : Bộ Giáo dục Thể thao CHDCND Lào : Cộng hòa dân chủ nhân dân Lào GD : Giáo dục GD&ĐT : Giáo dục đào tạo GDPT : Giáo dục phổ thông GV : Giáo viên HS : Học sinh KHCN : Khoa học công nghệ SGK : Sách giáo khoa THPT : Trung học phổ thông Viện NKG : Viện Nghiên cứu Khoa học Giáo dục Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Nội dung học chương VI “Dòng điện xoay chiều” Vật lý 12 .29 Bảng 2.2 Kiến thức lĩnh vực STEM chủ đề máy phát điện xoay chiều 35 Bảng 2.3 Bảng kế hoạch dạy học chủ đề “Máy phát điện xoay chiều” theo định hướng GD STEM .36 Bảng 2.4 Kiến thức lĩnh vực STEM chủ đề máy động điện xoay chiều 46 Bảng 2.5 Bảng kế hoạch dạy học chủ đề “Động điện xoay chiều” theo định hướng GD STEM .48 Bảng 2.6 Bảng mô tả tiêu chí mức độ đánh giá lực sáng tạo 56 Bảng 2.7 Bảng kiểm quan sát lực sáng tạo HS dành cho GV .57 Bảng 2.8 Bảng đánh giá lực sáng tạo học sinh 58 Bảng 2.9 Bảng tổng hợp kết đánh giá lực sáng tạo HS 58 Bảng 3.1 Danh sách lớp thực nghiệm để tiến hành thực nghiệm sư phạm 61 Bảng 3.2 Điểm tổng hợp HS lớp 12A trường THPT Mương Khai chủ đề máy phát điện xoay chiều (bài 1) .66 Bảng 3.3 Điểm tổng hợp HS lớp 12A trường THPT Mương Khai chủ đề động điện xoay chiều (bài 2) .67 Bảng 3.4 Điểm tổng hợp lớp 12A trường THPT Mương Khai 68 Bảng 3.5 So sánh điểm trung bình đánh giá lực sáng tạo HS điểm trung bình kết học tập mơn vật lý HS kì trường THPT Mương Khai 69 Bảng 3.6 Điểm tổng hợp HS lớp 12A trường THPT Pak Sường chủ đề máy phát điện xoay chiều (bài 1) .70 Bảng 3.7 Điểm tổng hợp HS lớp 12A trường THPT Pak Sường chủ đề động điện xoay chiều (bài 2) 71 Bảng 3.8 Điểm tổng hợp HS lớp 12A trường THPT Pak Sường 72 Bảng 3.9 So sánh điểm trung bình đánh giá lực sáng tạo HS điểm trung bình kết học tập mơn vật lý HS kì trường THPT Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn Pak Sường .73 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – Đại học Thái Nguyên http://lrc.tnu.edu.vn Mục tiêu - Trình bày cấu tạo nguyên tắc hoạt động động điện xoay chiều - Biết cách mắc mạch điện xoay chiều có cuộn dậy tụ điện để tạo lực quay cho Rotor động điện xoay chiều - Biết cách quấn dây làm cuộn dây Thiết bị thí nghiệm - Dụng cụ thí nghiệm gồm: Mơ hình động điện xoay chiều, nguồn điện AC-220V, tụ điện, cuộn dây, dây nối… Tiến hành thí nghiệm Hoạt động Tìm hiểu cách mắc mạch điện xoay chiều có cuộn dây tụ điện Bước Tìm hiểu từ trường dòng điện chạy ống dây dẫn hình trụ qua SGK lớp 12 13 trang 109 để xác định chiều đường sức từ ống dây hình trụ Sau vẽ chiều đường sức từ vào hình A B Ơng Nam châm Ống dây C Hình 5.1 Chiều đường sức từ ống dây Bước Từ kiến thức chiều đường sứ từ ống dây quan sát mạch điện động điện xoay chiều trả lời câu hỏi “Làm người ta mắc mạch điện thế?” - HS tìm hiểu tài liệu hướng dẫn SGK Vật lý 12 [46] Hình 5.2 Cách đấu dây motor điện pha có dây - Từ hình 5.2 HS vẽ thiết kế mắc mạch điện xoay chiều có tụ điện cuộn dây Câu hỏi: Tại người ta mắc tụ điện vào mạch điện động điện pha? Còn động điện pha không cần tụ điện? Nếu khơng có tụ điện mắc vào mạch điện Motor Rotor quay khơng sao?  Hoạt động Tìm hiểm cấu tạo nguên tắc hoạt động động điện xoay chiều Hình 5.3 Mơ hình động điện xoay chiều Bước Thiết lập máy hình 5.3 Bước Cắm phích cắm vào nguồn điện AC 220V Bước Quan sát cấu tạo hoạt động Bước HS làm việc với phiếu học tập, tra lời câu hỏi chuẩn bị báo cáo Câu hỏi: Làm cắm phích cắm vào nguồn điện trục nam châm quay? Nêu cấu tạo nguyên lý hoạt động động điện xoay chiều? Chức động điện xoay chiều gì? Khác với máy phát điện xoay chiều nào? Tài liệu hướng dẫn Chủ đề: Động điện xoay chiều [44] [46] [55] [60] Từ trường ống dây điện chạy qua ống dây dẫn hình trụ Trong vật lý kỹ thuật, người ta thường sử dụng ống dây dẫn hình trụ tạo thành dây dẫn quấn quanh lõi hình trụ Khi cho dòng điện vào ống dây dẫn, thực nghiệm chứng tỏ rằng, ống dây đường sức từ đường thẳng song song chiều cách Chiều đường sức từ xác định quy tắc nắm tay phải: Tưởng tượng dùng bàn tay phải nắm lấy ống dây cho ngón trỏ, ngón giữa… hướng theo chiều dòng điện; ngón chỗi cho ta chiều đường sức từ Hình 5.4 Từ trường ống dây hình trụ Cấu tạo nguyên tắc hoạt động động điện xoay chiều - Cấu tạo động điện xoay chiều: Động điện xoay chiều (Động AC) động điện dẫn động dòng điện xoay chiều (AC) Động AC thường bao gồm hai phần như: stator rơ-to Stator nằm bên ngồi có cuộn dây cấp dòng xoay chiều để tạo từ trường quay rô-to nằm bên gắn vào trục đầu tạo từ trường quay thứ hai Hình 5.5 Cấu tạo động điện xoay chiều - Nguyên lý hoạt động động điện xoay chiều Từ trường rơto tạo nam châm vĩnh cửu, lồi từ trở, cuộn dây điện DC AC Khi mắc động vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay stato gây làm cho rôto quay trục Chuyển động quay rôto trục máy truyền sử dụng để vận hành máy công cụ cấu chuyển động khác Phân loại Động điện xoay chiều sản xuất với nhiều kiểu công suất khác Theo sơ đồ nối điện phân làm loại: động pha pha, theo tốc độ có động đồng động không đồng Mạch điện động điện xoay chiều Motor quạt máy nén tốc độ dùng máy lạnh gồm cuộn dây hình với dây quy định R-S-C R: dây chạy S: dây đề (khởi động) C: dây chung Hình 4.4 Mạch điện động điện xoay chiều pha Như bạn biết, loại động pha sử dụng điện áp 220V việt nam sử dụng tụ điện Có loại tụ tụ ngâm (tụ điện làm việc) tụ đề Để hiểu người ta phải sử dụng tụ điện với động pha vui lòng xem phân tính rõ phần Do động pha có ưu điểm động pha chơ dòng điện pha vào cuộn dây stato sinh từ trường quay động pha khơng phải sử dụng tụ điện dòng động nhỏ hơn, dòng điện pha vào cuộn dây pha không sinh từ trường quay mà sinh từ trường đập mạch, từ trường không tự làm cho roto quay mà phải nhờ vào cuộn dây phụ (cuộn đề) tụ điện tạo từ trường quay Do người ta phải sử dụng tụ điện cho động điện pha Phiếu học tập Chủ đề: Chế tạo động điện xoay chiều tự làm [50] [51] Mục tiêu - Thiết kế chế tạo động điện xoay chiều - Kỹ học tập nhóm, truyết trình…được Thiết bị thí nghiệm video hướng dẫn - Dụng cụ thí nghiệm gồm: Nam châm, tụ điện xoay chiều, dây đồng, dây nối, số dụng cụ gia công bản… - Các video hướng dẫn chế tạo máy phát điện xoay chiều: https://www.youtube.com/watch?v=21Ew_povV1A&list=PL7ipcYW_Ozgk5e SUELrI-SYGjr_J8Egh8&index=68&t=0s https://www.youtube.com/watch? v=QA8ZicxArzc&list=PL7ipcYW_Ozgk5eS UELrI-SYGjr_J8Egh8&index=66&t=0s Tiến hành hoạt động chế tạo máy phát điện xoay chiều Bước Tìm hiểu kiến thức động điện xoay chiều sách giáo khoa, tài liệu liên quan, Internet (Youtube, facebook…) Bước Thảo luận nhóm để nêu ý tưởng, thống phương án thiết kế tốt nhất, phác thảo thiết kế động điện xoay chiều, kế hoạch làm việ chuẩn bị báo cáo Bước Trình bày ý tưởng vẽ phương án chế tạo động điện xoay nhóm Bước Sửa lại vẽ chế tạo động điện theo lời hướng dẫn GV HS nhóm khác Bước Nhận thiết bị cần thiết số dụng cụ mà GV chuẩn bị cho Sau phân cơng nhiệm vụ cho thành viên (nhóm trường, người tìm thiết bị dùng để chế tạo, người viết báo cáo, người chuẩn bị thuyết trình, người gia cơng chế tạo chính…) Bước Tìm dụng cụ khác vận dụng để chế tạo động điện xoay chiều nhóm Bước Tiến hành gia cơng lắp ráp sản phẩm theo phương án thiết kế thống cơng việc nhóm cần thực Bước Vận hành thử nghiệm hoạt động phận gia công sản phẩm Nếu sản phẩm hoạt động tốt, sản xuất dòng điện (quan sản qua phận chuyển động, ánh sáng bóng đen…) thực viết báo cáo, chuẩn bị thiết trình rèn luyện thuyết trình sản phẩm Bước Thực báo cáo: Nguyên lý hoạt động, nguyên lý cấu tạo, cách thức chế tạo… Yêu cầu: Một sản phẩm động điện xoay chiều hoạt động Một báo cáo nguyên lý hoạt động, nguyên lý cấu tạo, cách thức giao công chế tạo sản phẩm… Bài thuyết trình Phụ lục Những sản phẩm nhóm Bảng hình vẽ thiết kế hình ảnh chế tạo máy phát điện xoay chiều HS trương THPT Mương Khai Tên nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Bản thiết kế Sản phẩm Nhóm Nhóm Bảng hình vẽ thiết kế hình ảnh chế tạo động điện xoay chiều HS trương THPT Mương Khai Tên nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Bản thiết kế Sản phẩm Nhóm Nhóm Nhóm Bảng hình vẽ thiết kế hình ảnh chế tạo máy phát điện xoay chiều HS trương THPT Pak Sường Tên nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Bản thiết kế Sản phẩm Bảng hình vẽ thiết kế hình ảnh chế tạo động điện xoay chiều HS trương THPT Pak Sường Tên nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Nhóm Bản thiết kế Sản phẩm Phụ lục Các thiết bị thí nghiệm vận dụng hoạt đông dạy học Các dụng cụ vật liệu để chế tạo máy phát điện xoay chiều STT Dụng cụ Nam châm vòng tròn hay chữ U mảnh tốt Dây đồng để làm cuộn dây 0.100.15mm khoảng 100g LED hay bóng đèn 3V Vành khuyên Thanh quét hay chỏi than Vỏ chai nhựa Vỏ lon Tấm gơ 20cm50cm Hình ảnh dụng cụ Dây điện đôi 2mm dài 2m 10 Băng đen 12 Máy khoan dụng cụ sản xuất 13 Hộp carton cứng hay nhựa 14 Keo voi Các dụng cụ vật liệu để chế tạo động điện xoay chiều STT Dụng cụ Nam châm viên 82mm Dây đồng để làm cuộn dây 0.100.15mm khoảng 100g Vỏ lon (Bìa, Pepi hay Coca…) Hình ảnh dụng cụ Tụ điện 2 F;400V Tấm gô 10cm20cm Dây dẫn điện phích cắm Dây điện đơi 2mm dài 1m Mỏ hàn dây thiếc Máy khoan dụng cụ sản xuất 10 Que kem gô 12.5cm 11 Sung bắn keo keo silicon 12 Băng keo đen 13 Bu long, đai ốc 14 Hộp carton cứng 15 Que xiên thịt hay dây kẽm làm trục 16 Keo voi ... dạy học theo định hướng giáo dục STEM cho HS trường THPT nước CHDCND Lào - Thiết kế số hoạt động dạy học theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển lực sáng tạo HS - Tổ chức số hoạt động dạy. .. theo định hướng GD STEM Trong đó, trường học thực nghiệm tổ chức dạy học theo định hướng GD STEM trường chuyên sư phạm Trường Đại học Quốc gia Lào (Trường ĐQL), giao nhiệm vụ cho GV Khoa Giáo dục. .. quan điểm dạy học định hướng phát triển lực học sinh thuộc lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật Tốn học kiến thức tổ chức dạy học tích hợp theo chủ đề, nhằm giúp học sinh vận dụng kiến thức để