Tổ chức dạy học stem chủ đề năng lượng điện công suất điện vật lí 11 chương trình giáo dục phổ thông mới

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN VÂN ANH TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “NĂNG LƯỢNG ĐIỆN – CƠNG SUẤT ĐIỆN” VẬT LÍ 11 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÍ Hà Nội – 2020 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “NĂNG LƯỢNG ĐIỆN – CƠNG SUẤT ĐIỆN” VẬT LÍ 11 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÍ Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Phạm Kim Chung Sinh viên thực khóa luận: Nguyễn Vân Anh Hà Nội - 2020 LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy cô giảng viên Khoa Sư phạm, Trường Đại học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội giảng dạy trang bị cho em kiến thức học tập nghiên cứu khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS TS Phạm Kim Chung, người tận tình hướng dẫn em suốt q trình thực khóa luận Em xin gửi lời cảm ơn tới bạn sinh viên lớp QH-2016-S Sư phạm Vật lý hỗ trợ em hồn thành tốt khóa luận Em xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng năm 2020 Tác giả khóa luận Nguyễn Vân Anh DANH MỤC VIẾT TẮT Viết đầy đủ Viết tắt ĐHQGHN STEM Đại học Quốc gia Hà Nội Science, Technology, Engineering, Maths CLB Câu lạc GV Giáo viên HS Học sinh NXB Nhà xuất DANH MỤC HÌNH Hình 1.1: Chu trình STEM Hình 1.2: Quy trình thiết kế chủ đề STEM 12 Hình 2.1: Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề “Đèn ngủ hoa quả” 30 Hình 2.2: Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề “Máy phát điện sức nước” 32 Hình 2.3: Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề “Sạc dự phòng điện thoại” 34 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Nội dung nghiên cứu Khách thể đối tượng nghiên cứu 4.1 Khách thể nghiên cứu 4.2 Đối tượng nghiên cứu Giả thuyết khoa học Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc khóa luận CHƯƠNG CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM TRONG MƠN VẬT LÍ 1.1 Tổng quan lịch sử nghiên cứu giáo dục STEM 1.1.1 Giáo dục STEM giới 1.1.2 Giáo dục STEM Việt Nam 1.2 Một số khái niệm 1.2.1 STEM 1.2.2 Giáo dục STEM 1.3 Một số vấn đề giáo dục STEM 1.3.1 Mục tiêu giáo dục STEM trường trung học 1.3.2 Đặc điểm dạy học theo định hướng giáo dục STEM 10 1.3.3 Phân loại chủ đề STEM 11 1.3.4 Quy trình thiết kế chủ đề STEM 12 1.4 Tổ chức dạy học STEM chương trình giáo dục phổ thơng 13 1.4.1 Tiêu chí xây dựng chủ đề STEM 13 1.4.2 Tiêu chí xây dựng hoạt động chủ đề STEM 15 1.4.3 Hình thức tổ chức STEM 18 1.4.4 Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học STEM 19 1.4.5 Đánh giá hoạt động giáo dục STEM 21 CHƯƠNG XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ STEM TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “NĂNG LƯỢNG ĐIỆN – CÔNG SUẤT ĐIỆN” VẬT LÝ 11 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI 25 2.1 Phân tích nội dung, mục tiêu dạy học theo giáo dục STEM 25 2.1.1 Mục tiêu dạy học mơn Vật lí chương trình giáo dục phổ thông theo giáo dục STEM 25 2.1.2 Mục tiêu dạy học chủ đề “Năng lượng điện – Công suất điện” 27 2.1.3 Những khó khăn dạy học mơn Vật lí theo giáo dục STEM 29 2.2 Xây dựng chủ đề STEM dạy học chủ đề “Năng lượng điện – Công suất điện” Vật lí 11 chương trình giáo dục phổ thông 30 2.2.1 Chủ đề “Đèn ngủ hoa quả” 30 2.2.2 Chủ đề “Máy phát điện sức nước” 31 2.2.2 Chủ đề “Sạc dự phòng điện thoại” 33 Kết luận chương 36 CHƯƠNG TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “NĂNG LƯỢNG ĐIỆN – CƠNG SUẤT ĐIỆN” VẬT LÝ 11 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG MỚI 37 3.1 Kế hoạch dạy học chủ đề “Đèn ngủ hoa quả” 37 3.1.1 Đối tượng học sinh 37 3.1.2 Thời lượng tổ chức dạy học 37 3.1.3 Địa điểm 37 3.1.4 Chuẩn bị GV HS 37 3.1.5 Các hoạt động dạy học 37 3.1.6 Phiếu học tập 41 3.2 Kế hoạch dạy học chủ đề “Máy phát điện sức nước” 46 3.1.1 Đối tượng học sinh 46 3.1.2 Thời lượng tổ chức dạy học 46 3.1.3 Địa điểm 46 3.1.4 Chuẩn bị GV HS 46 3.1.5 Các hoạt động dạy học 47 3.1.6 Phiếu học tập 50 3.3 Kế hoạch dạy học chủ đề “Sạc dự phòng điện thoại” 55 3.1.1 Đối tượng học sinh 55 3.1.2 Thời lượng tổ chức dạy học 56 3.1.3 Địa điểm 56 3.1.4 Chuẩn bị GV HS 56 3.1.5 Các hoạt động dạy học 56 3.1.6 Phiếu học tập 60 Kết luận chương 66 Kết luận khuyến nghị 67 Kết luận 67 Khuyến nghị 67 Tài liệu tham khảo 68 PHỤ LỤC TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN CHỦ ĐỀ STEM “SẠC DỰ PHÒNG ĐIỆN THOẠI” 69 Sạc dự phòng điện thoại 69 Kiến thức có chủ đề 69 2.1 Pin điện hóa 69 2.2 Suất điện động 70 2.3 Công suất điện 70 2.4 Cấu tạo sạc dự phòng 70 Chế tạo sản phẩm 71 3.1 Mục đích chế tạo 71 3.2 Hướng dẫn chế tạo 71 3.3 Thử sản phẩm 71 Kết khuyến nghị 72 4.1 Kết 72 4.2 Khuyến nghị 72 Một số hình ảnh minh họa 73 MỞ ĐẦU Lí chọn đề tài Ngày 27/12/2018, Bộ Giáo dục Đào tạo thức cơng bố chương trình tổng thể 27 chương trình mơn học, hoạt động giáo dục chương trình giáo dục phổ thơng Theo cách tiếp cận mới, giáo dục để truyền thụ kiến thức mà nhằm giúp học sinh hồn thành cơng việc, giải vấn đề học tập đời sống nhờ vận dụng hiệu quả, sáng tạo kiến thức học Đồng thời, chương trình lấy việc phát triển phẩm chất lực thực tiễn học sinh làm mục tiêu dạy học Do đó, hoạt động trải nghiệm chương trình bắt buộc xuyên suốt tất cấp học Trong chương trình giáo dục phổ thơng mới, Vật lí mơn học thuộc nhóm mơn Khoa học Tự nhiên, lựa chọn theo định hướng nghề nghiệp học sinh Do đó, việc phát triển lực thực nghiệm cho học sinh thông qua môn học Vật lí trọng Tuy nhiên, điều kiện sở vật chất thời gian nên phần lớn trường Trung học phổ thông chưa thể áp dụng phương pháp dạy học tích cực nhằm phát triển lực cho học sinh STEM định hướng giáo dục nhằm phát triển lực cho học sinh thông qua lĩnh vực Khoa học (Science) - Công nghệ (Technology) - Kỹ thuật (Engineering) - Tốn học (Math) Việc dạy học Vật lí theo định hướng STEM giúp trang bị kiến thức cho người học thơng qua thực hành ứng dụng Từ đó, đáp ứng mục tiêu chương trình giáo dục phổ thơng mới, hình thành phát triển lực thực nghiệm cho người học Chủ đề “Năng lượng điện – Công suất điện” nội dung nằm Vật lí lớp 11 chương trình giáo dục phổ thơng Đây sở nhiều ứng dụng quan trọng đời sống ngành kĩ thuật đại, học sinh nghiên cứu dịng điện mơi trường tìm hiểu khái niệm công suất điện, tụ điện,… thông qua hoạt động trải nghiệm (thí - Tóm tắt lại kiến - Vạch kế hoạch để giải vấn đề thức cần nhớ - Làm rõ vấn đề cần giải Hoạt động 3: Giải vấn đề Thời gian Nội dung dự kiến dạy học Hoạt động GV Hoạt động HS - Trình bày lại tiêu chí - Căn vào tiêu chí phút Đề xuất giải pháp sản phẩm nêu đề ra, HS thảo luận hoạt động từ hướng nhóm đưa giải dẫn HS đưa đề xuất giải pháp, giả thuyết để giải vấn đề pháp - Quan sát, hướng dẫn, - Lập bảng nguyên liệu, nhắc nhở HS thử xác định giá thành nghiệm sản phẩm nguyên liệu - Thiết kế vẽ cấu tạo phút Thử - Xây dựng sản nghiệm phẩm chạy thử nghiệm - Phân tích kết thử nghiệm - Rút kết luận phút Báo cáo, thảo luận - GV kiểm tra - Báo cáo kết nhanh báo cáo nhóm 59 phút - GV đưa nhận xét, - Ghi nhận kết Nhận xét, đánh giá đánh giá - Tiếp tục chỉnh sửa hoàn thiện 3.1.6 Phiếu học tập PHIẾU HỌC TẬP STT Họ tên thành viên Vị trí nhóm nhóm Nhiệm vụ giao Do nhu cầu sử dụng thiết bị di động smartphone, tablet ngày tăng cao, công nghệ pin chưa phát triển mức tương ứng, sạc dự phịng trở thành cơng cụ cần thiết với nhiều người dùng Tuy nhiên, sạc dự phịng có chất lượng tốt ln kèm với giá thành cao Trong vai trò nhà sáng chế, em chế tạo sạc dự phòng phù hợp với nhu cầu sử dụng thân có giá thành rẻ Bước 1: Tìm hiểu vấn đề cần nghiên cứu - Vấn đề cần nghiên cứu sạc dự phịng gì? 60 - Tiêu chí sản phẩm: Bước 2: Tìm hiểu kiến thức Hãy tìm hiểu sách giáo khoa nguồn tài liệu khác để hoàn thành câu hỏi sau: Câu 1: Cơng suất điện gì? Câu 2: Phát biểu định luật Jun – Len-xơ Câu 3: Công nguồn điện gì? Nêu cơng thức tính cơng suất nguồn điện? Câu 4: Công nguồn điện có mối liên hệ với điện tiêu thụ 61 mạch điện kín? Câu 5: Tính điện tiêu thụ cơng suất điện dịng điện có cường độ 1A chạy qua dây dẫn giờ, biết hiệu điện hai đầu dây dẫn 6V Câu 6: Trên nhãn Pin điện thoại di động có ghi 3300 mAh Hãy cho biết ý nghĩa thơng số Câu 7: Một nguồn điện có suất điện động 12V, mắc nguồn điện với bóng đèn để thành mạch điện kín cung cấp dịng điện có cường độ 0,8 A Tính cơng nguồn điện sản thời gian 15 phút tính cơng suất nguồn điện 62 Bước 3: Đưa giả thuyết, giải pháp giải vấn đề Bước 4: Thiết kế, chế tạo sản phẩm - Vẽ thiết kế cấu tạo sản phẩm - Nguyên vật liệu sử dụng Tên vật liệu Số lượng Giá thành (VNĐ) 63 Tổng tiền TỔNG CHI PHÍ - Mơ tả bước chế tạo sản phẩm: - Mô tả hoạt động việc chạy thử sản phẩm Bước 5: Chạy sản phẩm thu thập số liệu - Ghi lại số liệu cần thiết, thay đổi lần thử (nêu lý do) 64 Bước 6: Đánh giá cải tiến sản phẩm - Lập bảng tiêu chí đánh giá sản phẩm tự đánh giá sản phẩm - So sánh sản phẩm nhóm đưa cải tiến cho sản phẩm nhóm 65 Kết luận chương Ở chương kế hoạch dạy học, phiếu học tập tương ứng với chủ đề xây dựng chương Các kế hoạch dạy học cần dự đoán trước tình xảy lớp học nhằm đảo bảo tiến độ dạy an toàn học sinh thực hành Cần trọng vai trò học sinh việc tự tìm tịi kiến thức thay hình thức dạy học chiều từ thầy cô Giáo viên đóng vai trị người hướng dẫn, định hướng, nhận xét, đánh giá tổng kết lại kiến thức có học 66 Kết luận khuyến nghị Kết luận Khóa luận thực mục đích nhiệm vụ nghiên cứu đề là: - Xây dựng sở lý luận thực tiễn việc tổ chức dạy học chủ đề STEM nói chung dạy học chủ đề “Năng lượng điện – Cơng suất điện” Vật lý 11 chương trình giáo dục phổ thơng nói riêng - Xây dựng chủ đề STEM dạy học chủ đề “Năng lượng điện – Cơng suất điện” Vật lý 11 chương trình giáo dục phổ thông - Xây dựng kế hoạch dạy học chủ đề “Năng lượng điện – Công suất điện” Vật lý 11 chương trình giáo dục phổ thơng Khuyến nghị Để việc triển khai dạy học theo định hướng giáo dục STEM nhà trường phổ thơng nói chung dạy học mơn Vật lý nói riêng đạt hiệu cần có đầu tư đạo mang tính đồng bộ, cụ thể là: - Tăng cường tuyên truyền để nâng cao nhận thức tầng lớp xu giáo dục mang tính tất yếu giới – giáo dục STEM Đặc biệt bối cảnh Việt Nam vừa cơng bố chương trình giáo dục phổ thông đặc biệt trọng phát triển lực học sinh - Phát triển mối quan hệ hợp tác nhà trường với tổ chức liên quan đến STEM - Đầu tư sở vật chất xây dựng phịng học mơn theo định hướng STEM - Đào tạo giáo viên giảng dạy chủ đề STEM cách hiệu 67 Tài liệu tham khảo Bộ Giáo dục Đào tạo (2018), Chương trình giáo dục phổ thơng Bộ Giáo dục Đào tạo (2017), Sách giáo khoa Vật lí 11, tái lần thứ mười ba, Nhà xuất Giáo dục Việt Nam Nguyễn Thanh Nga (2018), Dạy học chủ đề STEM cho học sinh trung học sở trung học phổ thông, NXB Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh Bộ Giáo dục Đào tạo (2019), Giáo dục STEM chương trình giáo dục phổ thông Nguyễn Thanh Nga (2018), Thiết kế tổ chức chủ đề STEM cho học sinh trung học sở trung học phổ thông, NXB Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh 68 PHỤ LỤC TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN CHỦ ĐỀ STEM “SẠC DỰ PHỊNG ĐIỆN THOẠI” Sạc dự phịng điện thoại Thời đại công nghệ 4.0 mang đến cho người dùng thiết bị thơng minh hữu ích Bên cạnh phụ kiện tai nghe khơng dây sạc điện thoại dự phòng gần trở nên thịnh hành Sạc dự phòng nghiên cứu sản xuất để phục vụ cho đối tượng dùng smartphone, máy tính bảng thiết bị điện tử thông minh Người dùng đem tới đâu mong muốn mà không cần phụ thuộc vào ổ điện Xét chất, sạc dự phịng có kích thước chức tương tự với pin rời điện thoại Điểm khác biệt chỗ, sạc dự phịng tự điều chỉnh dòng điện phù hợp với thiết bị thông minh Với đam mê xê dịch, tính chất cơng việc thường xun phải xa sạc dự phịng định phải mang bên Lí khiến sạc dự phòng trở thành vật bất ly thân nhiều tín đồ điện tử tồn cầu là: Có thể sạc thơng minh lúc, nơi; Dung lượng sạc dự phòng lớn; Thiết kế nhỏ gọn tiện lợi; Tiết kiệm thời gian tính bảo vệ pin hiệu Kiến thức có chủ đề 2.1 Pin điện hóa - Cấu tạo chung pin điện hóa gồm hai cực có chất hóa học khác nhau, ngâm chất điện phân(dung dịch axit, bazơ muối,…) Do tác dụng hóa học, cực pin điện hóa tích điện khác chúng có hiệu điện giá trị suất điện động pin Khi lượng hóa học chuyển thành điện dự trữ nguồn điện 69 2.2 Suất điện động - Suất điện động nguồn điện đại lượng đặc trưng cho khả thực công nguồn điện đo thương số công A lực lạ thực dịch chuyển điện tích dương q ngược chiều điện trường bên nguồn điện độ lớn nguồn điện - Công thức: E = A/q - Đơn vị: V (J/C) - Số vôn ghi nguồn điện cho biết trị số suất điện động nguồn điên Vì vậy, suất điện động nguồn điện có giá trị hiệu điện hai cực 2.3 Cơng suất điện - Điện tiêu thụ đoạn mạch tích hiệu điện hai đầu đoạn mạch với cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó: A = UIt - Cơng nguồn điện điện tiêu thụ toàn mạch: Ang = E It - Công suất điện đoạn mạch tích hiệu điện hai đầu đoạn mạch cường độ dòng điện chạy qua đoạn mạch đó: P = UI - Cơng suất nguồn điện công suất tiêu thụ điện toàn mạch: Png = E I 2.4 Cấu tạo sạc dự phòng - Vỏ sạc dự phòng: Đây phận bên chứa thành phần bên mạch dự phòng, pin đèn LED Là phần định hình dáng 70 pin dự phòng, thành phần bảo vệ phận bên Tránh bị va đập hay va chạm ảnh hưởng đến linh kiện bên - Mạch sạc dự phịng: Nếu pin yếu tố quan trọng mạch quản lý điện não cục sạc dự phịng Nếu khơng có bạn khơng phát huy tốt tiềm pin, khơng có chức bảo vệ cục sạc dự phịng, ngồi cịn giúp bạn chuyển đổi điện cách tốt Mạch sạc dự phịng có chip quản lý điện năng, cho phép chỉnh dòng sạc vào pin, sạc cân viên pin, chế độ cân tải, chế độ bảo vệ - Pin: thành hai thành phần quan trọng để định chất lượng cục sạc dự phịng Có hai loại pin phổ biến thị trường Lithium-Polymer (hay gọi với tên pin Li Po), Lithium-ion ( Li ion) Đây hai loại pin phổ biến thị trường có mặt hầu hết sản phẩm sạc dự phòng Chế tạo sản phẩm 3.1 Mục đích chế tạo - Chế tạo sạc dự phòng phù hợp với nhu cầu sử dụng có giá thành thấp 3.2 Hướng dẫn chế tạo - Chuẩn bị vật liệu - Mắc nguồn - Thiết kế mạch sạc dự phòng - Thiết kế vỏ sạc dự phòng phù hợp với mạch làm (Tùy vào thiết kế khác nhau) - Lắp ghép phận với 3.3 Thử sản phẩm - Đo hiệu điện nguồn điện 71 - Dùng bút thử điện kiểm tra mạch điện có dịng điện chạy qua chưa - Kiểm tra cơng tắc có hoạt động ổn định khơng - Cắm thử sạc vào điện thoại xem điện thoại có lên pin hay không - Ghi lại số liệu thời gian sạc cho sạc dự phòng đầy pin số lần sạc dự phòng sạc đầy pin điện thoại Kết khuyến nghị 4.1 Kết - Sạc dự phòng sử dụng Nạp điện qua đêm cho sạc dự phịng (khoảng tiếng) dùng lần sạc đầy điện thoại 4.2 Khuyến nghị - Nên kiểm tra viên pin xem có pin lỗi hay khơng - Nên có mạch bảo vệ để tránh trường hợp học sinh mắc mạch điện sai dẫn đến chập mạch - GV nên quan sát nhắc nhở nhóm bật tắt cơng tắc thử sản phẩm để đảm bảo an toàn - Giúp học sinh đưa kết luận phương án cải tiến, tối ưu hóa sản phẩm 72 Một số hình ảnh minh họa 73 ... đề giúp học sinh hiểu rõ pin khái niệm công suất điện 36 CHƯƠNG TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “NĂNG LƯỢNG ĐIỆN – CƠNG SUẤT ĐIỆN” VẬT LÝ 11 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG MỚI... trung học phổ thông đường triển khai chương trình giáo dục STEM 2.2 Xây dựng chủ đề STEM dạy học chủ đề ? ?Năng lượng điện – Cơng suất điện? ?? Vật lí 11 chương trình giáo dục phổ thơng 2.2.1 Chủ đề “Đèn... dạy học STEM chủ đề "Năng lượng điện – Cơng suất điện" Vật lí 11 chương trình giáo dục phổ thông mới? ?? để tiến hành nghiên cứu Mục đích nghiên cứu Xây dựng tổ chức dạy học chủ đề ? ?Năng lượng điện