TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC -VẬT LÝ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC -VẬT LÝ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM SVTH Ngành MSSV GVHD : Lê Thanh Trúc : Sư phạm Vật lý : K40.102.101 : TS Nguyễn Thanh Nga Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC -VẬT LÝ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM SVTH Ngành MSSV GVHD : Lê Thanh Trúc : Sư phạm Vật lý : K40.102.101 : TS Nguyễn Thanh Nga Thành phố Hồ Chí Minh, tháng năm 2018  MỤC LỤC   MỞ ĐẦU  1 Lý chọn đề tài Mục đích đề tài Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu 3.2 Phạm vi nghiên cứu Giả thuyết khoa học Nhiệm vụ nghiên cứu Phƣơng pháp nghiên cứu 6.1 Phƣơng pháp nghiên cứu lý luận 6.2 Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm 6.3 Phƣơng pháp thống kê toán học Cấu trúc luận văn CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƢỚNG GIÁO DỤC STEM 1.1 Dạy học tích cực 1.1.1 Hoạt động dạy học trường phổ thông 1.1.2 Dạy học tích cực trường phổ thông 1.2 Dạy học theo định hƣớng giáo dục STEM 1.2.1 Giáo dục STEM 1.2.2 Mục tiêu giáo dục STEM 1.2.3 Quy trình dạy học theo định hướng giáo dục STEM 1.2.3.1 Quy trình 5E 1.2.3.2 Quy trình nghiên cứu khoa học 1.3 Phát huy tính tích cực học sinh dạy học theo định hƣớng giáo dục STEM 1.3.1 Định nghĩa tính tích cực 1.3.2 Biểu tính tích cực học sinh dạy học theo định hướng giáo dục STEM 10 1.3.3 Biện pháp phát huy tính tích cực học sinh dạy học theo định hướng giáo dục STEM 11 1.4 Phát triển lực sáng tạo học sinh theo định hƣớng giáo dục STEM 11 1.4.1 Khái niệm lực 12 1.4.2 Khái niệm lực sáng tạo 12 1.4.3 Biểu lực sáng tạo học sinh dạy học theo định hướng giáo dục STEM 13 1.4.4 Biện pháp phát triển lực sáng tạo học sinh dạy học theo định hướng giáo dục STEM 14 1.5 Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM 15 1.6 Tiến trình tổ chức dạy học kiến thức Vật lý theo định hƣớng giáo dục STEM 15  KẾT LUẬN CHƢƠNG  18 CHƢƠNG 2: TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƢƠNG CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC – VẬT LÝ 10 THEO ĐỊNH HƢỚNG GIÁO DỤC STEM 19 2.1 Phân tích nội dung kiến thức chƣơng “Cơ sở nhiệt động lực học – Vật lý 10” 19 2.1.1 Mục tiêu dạy học theo chuẩn kiến thức, kỹ 19 2.1.2 Phân tích nội dung kiến thức 20 2.2 Xây dựng nội dung Chƣơng “Cơ sở nhiệt động lực học – Vật lý 10” theo định hƣớng giáo dục STEM 22 2.2.1 Chủ đề : Hiệu ứng nhà kính 22 2.2.2 Chủ đề : Động nhiệt đốt – động Stirling 24 2.3 Tổ chức dạy học nội dung kiến thức chƣơng “Cơ sở nhiệt động lực học – Vật lý 10” theo định hƣớng giáo dục STEM 25 2.3.1 Thiết bị dạy học chương “Cơ sở nhiệt động lực học” theo định hướng giáo dục STEM 25 2.3.2 Xây dựng nhiệm vụ dạy học 33 2.3.3 Kế hoạch dạy học khóa theo định hướng giáo dục STEM 33 2.3.4 Kế hoạch dạy học ngoại khóa theo định hướng giáo dục STEM 39 2.4 Công cụ đánh giá dạy học theo định hƣớng STEM 41 2.4.1 Tiêu chí đánh giá tính tích cực HS dạy học theo định hướng STEM 41 2.4.2 Tiêu chí đánh giá lực sáng tạo HS dạy học theo định hướng STEM 43 2.4.3 Đánh giá mức độ nắm vững kiến thức 44  KẾT LUẬN CHƢƠNG  49 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM 50 3.1 Mục đích thực nghiệm sƣ phạm 50 3.2 Đối tƣợng thực nghiệm sƣ phạm 50 3.3 Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm 50 3.4 Những thuận lợi khó khăn gặp phải tiến hành thực nghiệm sƣ phạm 50 3.4.1 Thuận lợi 50 3.4.2 Khó khăn 51 3.5 Kế hoạch thực nghiệm sƣ phạm 51 3.6 Phân tích diễn biến thực nghiệm sƣ phạm 51 3.7 Đánh giá kết TNSP 63 3.7.1 Đánh giá tính tích cực 63 3.7.2 Đánh giá lực sáng tạo 66 3.7.3 Đánh giá định lượng 68 3.7.4 Đánh giá chung việc tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM dạy học chương “Cơ sở Nhiệt động lực học” 72  KẾT LUẬN CHƢƠNG  73  KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ  74 DANH MỤC CƠNG TRÌNH CÔNG BỐ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 ii  LỜI CẢM ƠN  T ngày đầu thực luận văn đến hồn thành luận văn, trình cố gắng học tập làm việc nghiêm túc, sửa chữa thiếu sót trưởng thành lên ngày thân em Tuy nhiên, khơng thể có sản phẩm hồn chỉnh ngày hôm thiếu giúp đỡ, hỗ trợ, động viên tận tình q thầy cơ, bạn bè gia đình Vì vậy, xin cho phép em bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến: - Quý thầy, cô giảng viên khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh dạy dỗ, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, nhiệt huyết với nghề cho em bạn sinh viên khác suốt trình học tập trường - Thầy TS Nguyễn Thanh Nga, giảng viên trực tiếp hướng dẫn, hỗ trợ, dìu dắt em thực luận văn Thầy - với kinh nghiệm, nhiệt huyết lịng u nghề truyền đạt tận tình cho em kiến thức chun mơn Thầy bảo cho em lúc khó khăn, tạo điều kiện cho em giao lưu, làm việc câu lạc “STEM” trường THCS - THPT để em có hội học hỏi, trải nghiệm thực tế, hồn thành luận văn Những góp ý thầy thực quý báu giúp ích nhiều để em hồn thành luận văn tốt nghiệp - Thầy ThS Hồng Phước Muội - Giáo viên môn Vật lý trường THCS - THPT Hoa Sen giúp em thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi luận văn - Anh Tơn Ngọc Tâm – Học viên cao học chuyên ngành Lý luận phương pháp dạy học Vật lý hướng dẫn giúp đỡ em trình chế tạo động Stirling - Ban giám hiệu trường THCS - THPT Hoa Sen (quận 9), quý thầy cô tổ Vật lý, anh chị ban chủ nhiệm câu lạc “STEM” tạo điều kiện cho em tham dự, quan sát, tiếp cận học sinh, phân tích tiến trình, thực nghiệm sư phạm trường, làm sở để hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp Cuối cùng, em xin gửi lời cám ơn đến gia đình, bạn bè sát cánh, giúp đỡ, động viên em suốt q trình học tập hồn thành luận văn tốt nghiệp Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 18 tháng 04 năm 2018 Sinh viên Lê Thanh Trúc iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Nội dung CT Chương trình ĐHSP Đại học sư phạm GDPT Giáo dục phổ thông GV Giáo viên HN Hà Nội HS Học sinh NL Năng lực NXB Nhà xuất SGK Sách giáo khoa SP Sư phạm TB Trung bình THCS Trung học sở THPT Trung học phổ thông ThS Thạc sĩ TNSP Thực nghiệm sư phạm TP HCM Thành phố Hồ Chí Minh TS Tiến sĩ  MỞ ĐẦU  Lý chọn đề tài Xã hội ngày phát triển theo hướng toàn cầu hóa hội nhập quốc tế Việt Nam phát triển theo hướng cơng nghiệp hóa – đại hóa Để bắt kịp nhịp phát triển giới, khơng bị tụt hậu trình độ sản xuất, nhu cầu cấp thiết đặt đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao, có khả thích ứng hội nhập Từ có sở để doanh nghiệp khởi nghiệp sáng tạo phát triển, tăng hội đầu tư vào thị trường Việt Nam, giảm giá chi phí, đồng thời nâng cao trình độ khoa học cơng nghệ Bên cạnh đó, xu hướng phát triển xã hội đại phụ thuộc ngày nhiều vào tiến khoa học kỹ thuật Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ với xu hướng phát triển dựa tích hợp lĩnh vực khoa học công nghệ cao, hướng tới phát triển trí tuệ nhân tạo - thay đổi sản xuất toàn giới, ngày tác động mạnh mẽ đến mặt đời sống xã hội, dẫn đến việc thay đổi phương thức lực lượng sản xuất “Hiền tài nguyên khí quốc gia”, để đào tạo nguồn nhân lực trẻ chất lượng trước tiên phải có thay đổi cách mạng theo hướng tích cực, đổi mới, sáng tạo hệ thống giáo dục nước ta, buộc nhà sư phạm đào tạo người động, sáng tạo đáp ứng yêu cầu xã hội đại Trước đây, giáo dục theo kiểu truyền thống lấy giáo viên làm trung tâm, học sinh bị đặt vào thụ động truyền thụ kiến thức chiều, kiến thức bị giới hạn sách giáo khoa Vì vậy, phương pháp dạy học phải thay đổi theo hướng đại, phát huy tính tích cực, tự chủ, sáng tạo học sinh, lấy học sinh làm trung tâm trình dạy học Giáo dục STEM giải pháp góp phần tăng hiệu dạy học, phát triển lực giải vấn đề học sinh Kiến thức kỹ lĩnh vực Khoa học, Cơng nghệ, Kỹ thuật Tốn học tích hợp thành chủ đề, học nhằm phát triển lực cốt lõi, lực đặc thù định hướng nghề cho học sinh thông qua giải vấn đề thực tiễn Hơn nữa, thị số 16/CT-TTg [19] THỦ TƯỚNG CHÍNH PHỦ đưa giải pháp mặt giáo dục là: “Thay đổi mạnh mẽ sách, nội dung, phương pháp giáo dục dạy nghề nhằm tạo nguồn nhân lực có khả tiếp nhận xu công nghệ sản xuất mới, cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo khoa học, công nghệ, kỹ thuật tốn học (STEM), ngoại ngữ, tin học chương trình giáo dục phổ thông.” Và đưa nhiệm vụ “Thúc đẩy triển khai giáo dục khoa học, công nghệ, kỹ thuật toán học (STEM) chương trình giáo dục phổ thơng; tổ chức thí điểm số trường phổ thông từ năm học 2017-2018.” Việc dạy học Vật lý bậc trung học phổ thơng khơng nằm ngồi xu hướng chung Vật lý môn khoa học thực nghiệm, tách rời thực tiễn sống, hỗ trợ nhiều cơng cụ Tốn học Kiến thức Vật lý sở để phát triển Kỹ thuật - Cơng nghệ Ngồi ra, việc phát triển chương trình giáo dục phổ thông dựa tiếp cận lực đòi hỏi giáo viên phải định hướng xây dựng chủ đề tích hợp gắn với thực tiễn, tổ chức học Vật lý thú vị, gần gũi, nhằm giúp học sinh vận dụng kiến thức để giải vấn đề thực tiễn Nhiệt động lực học nghiên cứu tượng nhiệt mặt lượng biến đổi lượng Mọi hoạt động sống cần đến lượng Con người ln tìm cách để tạo lượng hay nói cụ thể chế tạo cải tiến loại động để tạo lượng, phục vụ đời sống Kiến thức phổ thông nguồn lượng, môi trường, rải mơn Vật Lý, Hóa, Sinh, Địa Lý Hơn nữa, học sinh tìm tịi thơng tin nguồn lượng phương tiện thông tin cơng nghệ Do đó, chủ đề triển khai dạy học theo định hướng giáo dục STEM Trên sở đó, chúng tơi chọn đề tài nghiên cứu: “Tổ chức dạy học số kiến thức chương Cơ sở nhiệt động lực học - Vật Lý 10 theo định hướng giáo dục STEM” Mục đích đề tài - Xây dựng tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM số kiến thức chương “Cở sở nhiệt động lực học” lớp 10 THPT nhằm phát huy tính tích cực, phát triển lực sáng tạo học sinh Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 3.1 Đối tƣợng nghiên cứu - Cơ sở lý luận giáo dục STEM - Các nội dung kiến thức liên môn Vật Lý, Sinh, Cơng nghệ có liên quan đến chương “Cơ sở nhiệt động lực học - Vật Lý 10” theo định hướng giáo dục STEM - Nguyên lý hoạt động động nhiệt: động đốt trong, động đốt ngồi (động Stirling) - Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học môn Vật Lý 10 theo định hướng giáo dục STEM - Phương pháp kiểm tra đánh giá giáo dục STEM 3.2 Phạm vi nghiên cứu Hoạt động dạy học môn Vật Lý 10 trung học phổ thông Việt Nam, đặc biệt “Chương sở nhiệt động lực học” Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng tổ chức dạy học số kiến thức chương “Cơ sở nhiệt động lực học – Vật Lý 10” theo định hướng giáo dục STEM phát huy tính tích cực, phát triển lực sáng tạo học sinh Nhiệm vụ nghiên cứu - Hệ thống sở lý luận thực tiễn dạy học Chương “Cơ sở nhiệt động lực học – Vật Lý 10” theo định hướng giáo dục STEM - Phân tích nội dung kiến thức Chương “Cơ sở Nhiệt động lực học – Vật lý 10” mơn có liên quan - Xây dựng tiến trình dạy học kiến thức “Cơ sở Nhiệt động lực học – Vật lý 10” theo định hướng giáo dục STEM - Thực nghiệm sư phạm (TNSP) Phƣơng pháp nghiên cứu 6.1 Phƣơng pháp nghiên cứu lý luận - Nghiên cứu sở lý luận dạy học theo định hướng giáo dục STEM - Nghiên cứu tài liệu tâm lý học, lý luận dạy học phổ thông, lý luận dạy học đại, thông tư, định Bộ Giáo dục Đào tạo đổi giáo dục, báo, tạp chí có liên quan… - Nghiên cứu việc ứng dụng kiến thức phần “Cơ sở Nhiệt động lực học – Vật lý 10” vào thực tiễn - Nghiên cứu tài liệu liên quan đến việc tích hợp cơng nghệ, kỹ thuật sử dụng phần mềm tin học hỗ trợ nhằm phát huy hiệu tối đa trình dạy học 6.2 Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm - Tiến hành dạy thực nghiệm trường phổ thơng theo quy trình, phương pháp tổ chức tiến trình dạy học đề xuất - Phân tích kết thu trình thực nghiệm sư phạm từ rút kết luận đề tài - Phương tiện: dụng cụ ghi chép, trình chiếu, ghi hình 6.3 Phƣơng pháp thống kê tốn học Sử dụng phương pháp thống kê, mơ tả tốn học để trình bày kết thực nghiệm sư phạm Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, luận văn gồm chương:  Chương 1: Cơ sở lý luận dạy học theo định hướng giáo dục STEM  Chương 2: Tổ chức dạy học số kiến thức chương sở nhiệt động lực học – Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM  Chương 3: Thực nghiệm sư phạm  PHỤ LỤC 1: PHIẾU HỌC TẬP CHỦ ĐỀ - HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH PHIẾU HỌC TẬP HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH Nhiệm vụ: Tiến hành thí nghiệm mơ hiệu ứng nhà kính trả lời câu hỏi sau Yêu cầu: Thực báo cáo thuyết trình cách bố trí thí nghiệm mơ hiệu ứng nhà kính thơng qua sơ đồ phân tích kết thí nghiệm Sơ đồ bố trí thí nghiệm mơ hiệu ứng nhà kính Kết thí nghiệm Nƣớc đá lồng thủy tinh……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… Kết luận: Lồng thủy tinh đóng………………… tia xạ …………… làm tăng …….……………… Nội ? ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… Trong tƣợng hiệu ứng nhà kính, nội khí thay đổi nhƣ nào? Hiệu ứng nhà kính giài thích kiến thức nhiệt học, thơng qua kiến thức …………… ……………………………….…… Phát biểu: ……………………………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………………… Q …… Khí …………… Trái Đất Mặt trời Q …… Khí ……………… ………………… Vai trị khí CO2 hiệu ứng nhà kính gì? ………………………………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………………………… PL2  PHỤ LỤC 2: PHIẾU HỌC TẬP CHỦ ĐỀ - ĐỘNG CƠ STIRLING PHIẾU HỌC TẬP ĐỘNG CƠ STIRLING Vì động Stirling đƣợc gọi “động xanh” ? ………………………………………………………………………………………………… Cấu tạo động Stirling Sơ đồ cấu tạo động Stirling Yêu cầu: Thực báo cáo thuyết trình động Stirling: cấu tạo, phân tích cách lắp ráp q trình vận hành Phân tích hoạt đơng động Stirling dƣới lăng kính vật lý Giải thích chế hoạt động động Stirling nguyên lý II nhiệt động lực học thông qua sơ đồ: Trong trình hoạt động, động Stirling tuân theo kiến thức nhiệt học là……………………… … ………… ……………đƣợc phát biểu: “…………………………………………………………………………………… ………… ………………………………………………………………………………………………… Q trình chuyển hóa lƣợng động Stirling hoạt động: Nhiệt => …………………… => Công học Hiệu suất động … ………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………………………… PL3  PHỤ LỤC 3: TÀI LIỆU HƢỚNG DẪN THÍ NGHIỆM MƠ PHỎNG HIỆN TƢỢNG BĂNG TAN KHI XẢY RA HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH THÍ NGHIỆM MÔ PHỎNG HIỆN TƢỢNG TÀI LIỆU HƢỚNG DẪN HIỆU ỨNG NHÀ KÍNH (green house effect) I Hiệu ứng nhà kính khí Hiệu ứng nhà kính Hiệu ứng nhà kính dùng để hiệu ứng xảy lƣợng xạ Mặt trời (MT), xuyên qua cửa sổ mái nhà kính (đƣợc coi nhƣ lồng kính), đƣợc hấp thụ phân tán trở lại thành nhiệt lƣợng cho bầu không gian bên trong, dẫn đến việc sƣởi ấm tồn khơng gian bên Hiệu ứng nhà kính khí Khí Trái đất có thành phần gồm 78,1 % N2; 20,9% O2; lƣợng nhỏ agon (0,9%); C02 chiếm 0,035%, khí khác nƣớc Khi xạ MT chiếu xuống TĐ, phần nhiệt lƣợng xuyên qua lớp khí quyển, bị trái đất hấp thụ, phần khác bị phản xạ lại Một phần tia xạ phản xạ lại gặp phân tử khí khí quyển, chúng bị phản xạ lần quay lại TĐ Các khí đa nguyên tử nhƣ H20, CO2, CH4 chiếm tỉ lệ khí quyển, nhƣng lại hiệu việc cản làm phản xạ lại xạ nhiệt PL4 Lƣợng khí thải CO2 ngày tăng vào khí => trình phản xạ lại tia xạ ngày tăng => tia xạ khơng đƣợc vũ trụ => nhiệt lƣợng đƣợc lƣu giữ khí TĐ tăng => TĐ ngày nóng lên Hiệu ứng nhà kính thơng qua lăng kính vật lý 3.1 Nội Các phân tử chuyển động khơng ngừng nên chúng có động Động phân tử phụ thuộc vào vận tốc phân tử Do phân tử có lực tƣơng tác nên ngồi động năng, phân tử cịn tƣơng tác phân tử, gọi tắt phân tử Thế phân tử phụ thuộc vào phân bố phân tử Trong nhiệt động lực học, người ta gọi tổng động phân tử cấu tạo nên vật nội vật Kí hiệu: U Đơn vị: Jun (J) 3.2 Các cách làm biến đổi nội Trong nhiệt động lực học, ngƣời ta quan tâm đến độ biến thiên nội (∆U) có nhiều ý nghĩa quan trọng Có cách làm biến đổi nội truyền nhiệt thực công ΔU = Q  Truyền nhiệt (J) - Nhiệt lƣợng Q số đo độ biến thiên nội trình truyền nhiệt →Khơng có chuyển hố lƣợng từ dạng sang dạng khác, có truyền nội từ vật sang vật khác  Thực công ΔU = A = F.s (J) →Có chuyển hố lƣợng từ dạng sang dạng khác Vd: Cọ xát miếng kim loại bàn nóng lên; ấn mạnh nhanh piston chứa khí, thể tích khí xi lanh giảm, đồng thời khí nóng lên;… 3.3 Nguyên lý I nhiệt động lực học Độ biến thiên nội hệ tổng công nhiệt lƣợng mà hệ nhận đƣợc ∆U=A+Q 3.4 Giải thích Ta xem hệ khí xung quanh trái đất hệ kín Hệ khí có nội Bức xạ mặt trời lƣợng lớn, chiếu đến TĐ, cung cấp hệ khí lƣợng dƣới dạng nhiệt, làm biến đổi nội hệ khí Các phân tử khí xem nhƣ khơng khỏi hệ mà nội tăng lên, động phân tử tăng, làm chúng ngày chuyển động hỗn loạn không ngừng Đồng thời, khí nhà kính, đặc biệt CO2 ngày đƣợc bổ sung vào hệ làm cho tia xạ mặt trời khó ngồi mà phản xạ PL5 nhiều lần lại TĐ làm cho nhiệt độ tăng cao-> TĐ ngày nóng lên Độ tăng nội khí ∆U = Q Thí nghiệm mô tƣợng băng tan xảy hiệu ứng nhà kính Nhiệm vụ: HS thực thí nghiệm mô tƣợng băng tan xảy hiệu ứng nhà kính Mục đích: Mơ tƣợng băng tan xảy hiệu ứng nhà kính, kiểm chứng tác dụng giữ nhiệt lồng kính Dụng cụ thiết bị II Thùng carton Bóng đèn dây tóc loại 220V- 60W Đá viên Cốc thủy tinh 100 ml Chi đèn+ Dây điện có phích cắm Tơ thủy tinh: Tua-vít PL6 Hƣớng dẫn bƣớc tiến hành thí nghiệm Bƣớc 1: Đặt cốc thủy tinh 100 ml vào thùng carton cho đá vào cốc Lƣu ý: cho lƣợng đá hai cốc có lƣợng đá nhƣ Bƣớc 2: Dùng chậu thủy tinh úp cốc thủy tinh 100 ml có đá Bƣớc 3: Đặt bóng đèn bên chậu thủy tinh bóng đèn ngồi chậu thủy tinh Lƣu ý: hai bóng đèn phải cách hai cốc thủy tinh 100 ml có đá Bƣớc 4: Cắm phích cắm, nối nguồn điện cho hai bóng đèn Quan sát so sánh khác lƣợng đá hai cốc thủy tinh (bên bên chậu thủy tinh) Bƣớc 5: Sau phút, rút phích cắm điện, thu gọn nộp dụng cụ Tiến hành chuẩn bị báo cáo PL7  PHỤ LỤC 4: TÀI LIỆU HƢỚNG DẪN HIỆN LẮP RÁP VÀ VẬN HÀNH ĐỘNG CƠ STIRLING TÀI LIỆU HƢỚNG DẪN THÍ NGHIỆM MƠ PHỎNG HIỆN TƢỢNG Động Stirling Động Stirling – động xanh Tại lại nói động stirling động xanh? Động Stirling, đƣợc phát minh Robert Stirling vào cuối kỉ XIX, loại động nhiệt hoạt động dựa ngun lí biến nhiệt lƣợng thành cơng Có hai loại động nhiệt phổ biến động đốt động đốt Động đốt sử dụng nhiên liệu đƣợc đốt cháy bên xi-lanh động cơ, đó, động đốt sử dụng nguồn nhiệt bên để đốt nóng tác nhân sinh cơng bên động Nguồn nhiệt có đƣợc từ việc đốt cháy loại nhiên liệu (xăng, dầu hỏa, than…), từ lƣợng Mặt trời, từ nhiệt sinh phân hủy chất hữu cơ… Động Stirling thuộc loại động đốt ngoài, tất động Stirling hoạt động đòi hỏi chênh lệch nhiệt độ đƣợc tạo từ vùng tiếp xúc với nguồn nóng vùng khác động đƣợc làm mát Khác với động đốt trong, khí (tác nhân sinh cơng) bên xi-lanh động Stirling khối khí lập khơng bị đốt cháy, khơng tiêu thụ nhiên liệu xả khí thải mơi trƣờng Nếu nguồn nhiệt bên dùng để cung cấp nhiệt lượng cho động Stirling loại động thân thiện với môi trường nhiều so với loại động tiêu thụ nhiên liệu, xả khí thải mơi trường [15] Động Stirling gây nhiễm tiếng ồn khơng có van lấy khí xả khí, khơng có giai đoạn đánh lửa đốt cháy nhiên liệu, nguồn gây nhiễm tiếng ồn loại động đốt Nguyên lí cấu tạo hoạt động động stirling Một số phận I PL8 Piston tự Bánh đà Piston truyền lực Đáy dƣới Trục kết nối piston Hoạt động: [20] - Động nhiệt Stirling theo chu trình gồm bốn giai đoạn, giai đoạn trình thuận nghịch, bốn trình thuận nghịch tạo nên chu trình Stirling nhƣ hình - Ở vị trí 1, piston tự vị trí cùng, lúc lƣợng khí chiếm chỗ vùng nóng nhiệt độ TH Khí nhận nhiệt lƣợng QH, dãn nở đẩy piston truyền lực di chuyển lên phía - Ở vị trí 2, piston truyền lực vị trí cao quỹ đạo chuyển động (khối khí PL9 đạt thể tích lớn V2) Giai đoạn piston truyền lực di chuyển chậm lên vị trí cao đƣợc xem nhƣ q trình đẳng tích Piston tự lúc di chuyển đến vùng nóng, đẩy khí di chuyển lên vùng lạnh Trong thiết kế này, piston tự trữ nhiệt lƣợng QC khí đƣợc làm lạnh từ nhiệt độ TH đến TC - Ở vị trí 3, tồn lƣợng khí vùng lạnh, lúc khí co lại kéo piston truyền lực xuống - Ở vị trí 4, piston truyền lực di chuyển chậm bị nén hồn tồn vị trí thấp quỹ đạo (khối khí tích nhỏ V1) Piston tự di chuyển lên đẩy khối khí xuống vùng nóng Khi khối khí lạnh ngang qua piston tự do, nhận lại nhiệt lƣợng QH trữ trƣớc Động Stirling hồn tất chu trình trở vị trí 1, lặp lặp lại Kết luận - Động nhiệt động hoạt động đƣợc nhờ lƣợng thu đƣợc đốt cháy nhiên liệu Nhiên liệu cháy giải phóng lƣợng Năng lƣợng đƣợc giải phóng nhiệt - Khi ta đốt cháy nhiên liệu, khí bên xi lanh nhận nhiệt lƣợng trình tỏa Dựa vào nguyên lí I nhiệt động lực học: ∆U= A+Q, nội tăng lên Ta thấy có chuyển hóa từ nhiệt sang nội chất khí bên xi lanh Khí dãn nở làm piston dịch chuyển lên Piston chuyển động, thông qua hệ thống truyền động làm quay bánh đà để động hoạt động => Nhƣ vậy, nói chuyển hóa lƣợng động nhiệt từ Nhiệt năng→ nội năng→công học (cơ năng) - Trong thực tế, khơng phải tồn nhiệt lƣợng mà hệ nhận đƣợc đƣợc dùng để sinh công Động đƣợc chế tạo thực tế, sử dụng tồn nhiệt lƣợng mà nhận từ nguồn thứ (nguồn nóng) để biến thành cơng đƣợc mà phải truyền cho nguồn nhiệt thứ hai (nguồn lạnh) phần nhiệt lƣợng mà nhận đƣợc từ nguồn thứ Nguồn nóng Q1 Tác nhân A = Q – Q2 Q2 Nguồn lạnh Hiệu suất động stirling Ngƣời ta đƣa đại lƣợng “Hiệu suất” (H) đặc trƣng cho mức sử dụng hữu ích PL10 lƣợng máy hay hệ thống đó, vào biết đƣợc máy hoạt động hiệu tới đâu Đƣợc tính tỉ số lƣợng hữu ích với tổng lƣợng mà máy hay hệ thống nhận đƣợc Nhiệt lƣợng tỏa đốt cháy nhiên liệu nung nóng phần khí xi lanh đƣợc kí hiệu Q1 Khi nhận nhiệt lƣợng từ việc đốt cháy nguồn nhiên liệu, khí đƣợc nung nóng nên dãn nở, thực công A lên piston Piston di chuyển xi lanh, thông qua hệ thống phát động, sinh công làm quay bánh đà Bánh đà quay kết nối với bên qua hệ thống đai truyền, bánh răng,… làm chuyển hóa nhiệt thành năng, điện năng,… tạo thành dạng lƣợng khác với mục đích định ngƣời  Hiệu suất động nhiệt tính : H= 𝐴 100% 𝑄1 Cơng học sinh nhiệt lƣợng nhận đƣợc => A < Q1 Vậy, ln có hao phí lƣợng hoạt động => Do H ln bé 100% Động tuân thủ Nguyên lí II nhiệt động lực học Theo Các – nô: “Động nhiệt chuyển hóa tất nhiệt lượng nhận thành cơng học” Lắp ráp vận hành động Stirling Nhiệm vụ: Với dụng cụ vật liệu đƣợc cung cấp dƣới đây, HS tiến hành lắp ráp vận hành động stirling (loại gamma) theo hƣớng dẫn từ bƣớc Dụng cụ phận II Động Stirling đƣợc lắp sẵn số chi tiết Đèn cồn PL11 Bánh đà Dây thun làm săm xe máy domino điện tử khoan sẵn đầu căm xe đạp Piston truyền lực Tua-vít Súng bắn keo Hƣớng dẫn thực Bƣớc 1: Lắp bánh đà vào động cho mặt bánh đà vng góc với trục Dán kéo silicon cố định bánh đà, vặn đầu căm xe đạp vào Bƣớc 2: Lắp piston truyền lực nhƣ hình Lƣu ý phải lắp lớp màng bong bóng cho khơng q căng trùng, đảm bảo bao phủ toàn nắp sơn để khí khơng bị lọt ngồi, buộc thêm miếng săm xe cho để hoạt động màng bong bóng khơng bị bung ngồi Bƣớc 3: Đốt đèn cồn, đặt đèn cồn vào đáy dƣới Bƣớc 4: Đợi 30 giây, quay mồi bánh đà, vận hành động Bƣớc 5: Thu gọn nộp dụng cụ Tiến hành chuẩn bị báo cáo PL12  PHỤ LỤC 5: POWER POINT TRÌNH CHIẾU CỦA GIÁO VIÊN PL13 ^ ^ PL14 10 11 12 13 PL15 Ý kiến Giảng viên hướng dẫn Ý kiến Chủ tịch Hội đồng Sinh viên ... ? ?Tổ chức dạy học số kiến thức chương Cơ sở nhiệt động lực học - Vật Lý 10 theo định hướng giáo dục STEM? ?? Mục đích đề tài - Xây dựng tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM số kiến thức chương. .. Chương 1: Cơ sở lý luận dạy học theo định hướng giáo dục STEM  Chương 2: Tổ chức dạy học số kiến thức chương sở nhiệt động lực học – Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM  Chương 3: Thực nghiệm... học? ?? theo định hướng giáo dục STEM 18 Chƣơng 2: TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƢƠNG CƠ SỞ CỦA NHIỆT ĐỘNG LỰC HỌC – VẬT LÝ 10 THEO ĐỊNH HƢỚNG GIÁO DỤC STEM 2.1 Phân tích nội dung kiến thức