Phát triển thang đo đánh giá năng lực khoa học của học sinh lớp 6 theo định hƣớng chƣơng trình giáo dục phổ thông mới môn khoa học tự nhiên

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN THỊ PHƢƠNG VY THIẾT KẾ THANG ĐO ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC KHOA HỌC CỦA HỌC SINH LỚP THEO ĐỊNH HƢỚNG CHƢƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI MÔN KHOA HỌC TỰ NHIÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐO LƢỜNG VÀ ĐÁNH GIÁ TRONG GIÁO DỤC HÀ NỘI – 2021 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN THỊ PHƢƠNG VY THIẾT KẾ THANG ĐO ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC KHOA HỌC CỦA HỌC SINH LỚP THEO ĐỊNH HƢỚNG CHƢƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI MÔN KHOA HỌC TỰ NHIÊN LUẬN VĂN THẠC SĨ ĐO LƢỜNG VÀ ĐÁNH GIÁ TRONG GIÁO CHUYÊN NGÀNH: ĐO LƢỜNG VÀ ĐÁNH GIÁ TRONG GIÁO DỤC Mã số: 8140115.01 Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS Lê Thái Hƣng HÀ NỘI – 2021 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn đến Thầy, Cô Khoa Quản trị Chất lƣợng tạo điều kiện cho học tập, nghiên cứu Những kiến thức, kĩ năng, kinh nghiệm đƣợc Thầy, Cô chia sẻ hành trang q báu tơi giúp tơi khơng hồn thiện luận văn mà trình làm việc, nghiên cứu Đặc biệt, xin chân thành cảm ơn giảng viên hƣớng dẫn TS Lê Thái Hƣng tận tình hƣớng dẫn dạy, hƣớng dẫn suốt thời gian qua Trong thời gian nghiên cứu thực nghiệm, xin gửi lời cảm ơn đến TS Vũ Phƣơng Liên nhà khoa học khác giúp tơi đóng góp ý kiến hồn thiện nghiên cứu Cảm ơn trƣờng phổ thơng, Thầy, Cô bạn học sinh giúp thực khảo sát Cảm ơn cô giáo Tạ Thị Thảo Hiền bạn học sinh lớp 6C2 tích cực, nhiệt tình tham gia hỗ trợ tơi q trình thực nghiệm Đồng thời tơi gửi lời cảm ơn ban giám hiệu trƣờng Đại học Giáo dục tạo điều kiện cho đƣợc nhận đề tài nghiên cứu ngƣời học mã số QS.NH.20.18 Cuối tơi gửi lời cảm ơn đến gia đình, ngƣời thân ln quan tâm, động viên, hỗ trợ để tơi có đủ thời gian tâm hoàn thành luận văn Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, ngày 02 tháng năm 2021 Tác giả Nguyễn Thị Phƣơng Vy i DANH MỤC VIẾT TẮT Viết tắt Đọc THCS Trung học sở THPT Trung học phổ thông ii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 So sánh khung lực khoa học PISA 2006 CBALTM Bảng 1.2 Các học thuyết tâm lý sử dụng đề tài 17 Bảng 1.3 Yêu cầu đánh giá lực (Nguồn: ASQA, 2015) 25 Bảng 1.4 Yêu cầu cần đạt lực nhận thức khoa học (Nguồn: Bộ GD & ĐT) 28 Bảng 1.5 Tiêu chí đề xuất lực nhận thức khoa học 28 Bảng 1.6 So sánh tiêu chí lực khám phá khoa học qua thực nghiệm 31 Bảng 1.7 Tiêu chí đề xuất lực khám phá khoa học qua thực nghiệm 33 Bảng 1.8 Mô hình TELSTAR (Gordon & Education, 2000) 40 Bảng 1.9 Vai trò ngƣời dạy ngƣời học mơ hình 5E (Bybee, 2006) 41 Bảng 2.1 Năng lực nhận thức khoa học (K) 47 Bảng 2.2 Năng lực khám phá khoa học qua thực nghiệm (I) 48 Bảng 2.3 Năng lực vận dụng kiến thức hƣớng tới phát triển bền vững 50 Bảng 2.4 Góp ý giải trình điều chỉnh theo ý kiến chuyên gia 51 Bảng 2.5 Thang đo mô tả thang đo 53 Bảng 2.6 Thống kê mô tả đặc điểm đối tƣợng khảo sát 53 Bảng 2.7 Quy trình phân tích liệu 54 Bảng 2.8 Độ tin cậy nhóm nhân tố 55 Bảng 2.9 Ma trận nhân tố xoay lực I 56 Bảng 2.10 Điểm trung bình biến lực I 58 Bảng 2.11 Độ tin cậy nhóm nhân tố 59 Bảng 2.12 Kết kiểm định KMO and Bartlett's 59 Bảng 2.13 Bảng ma trận nhân tố xoay 59 Bảng 2.14 Điểm trung bình biến lực A 60 Bảng 2.15 Khung đánh giá lực khoa học 62 Bảng 2.16 Ma trận q trình, tiêu chí công cụ đánh giá 66 Bảng 3.1 Thống kê mô tả lực thành phần lực khoa học 82 Bảng 3.2 Thang đo lực thành phần lực khoa học 85 Bảng 3.3 Mô tả mức độ lực khoa học 85 Bảng 3.4 Thống kê tần số học sinh mức độ lực 86 iii Bảng 3.5 Kết độ tin cậy công cụ đo 87 Bảng 3.6 Phân tích tƣơng quan kết cơng cụ đo 87 Bảng 3.7 Thống kê mô tả lực khoa học 88 Bảng 3.8 Bảng phân bố lực khoa học theo cấp độ 89 Bảng 3.9 Chỉ số phù hợp liệu với mơ hình 91 iv DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 T hiết kế nghiên cứu Hình 1.2 Mơ hình đồng hóa điều ứng 18 Hình 1.3 Mơ tiêu chí: học sinh phát triển sử dụng mơ hình để giải thích tƣợng khoa học 19 Hình 1.4 Các vùng phát triển trẻ 21 Hình 1.5 Đƣờng phát triển lực 23 Hình 1.6 Cấu trúc lực (Nguồn: Bộ Giáo dục Đào tạo, 2014) 24 Hình 1.7 Mơ hình lực khoa học chƣơng trình giáo dục tổng thể Xin-ga-po 34 Hình 1.8 Mơ hình lực khoa học chƣơng trình giáo dục tổng thể Úc 35 Hình 1.9 Cấu trúc lực Khoa học (tác giả) 36 Hình 1.10 Quy trình xây dựng thang đo (Morgado et al., 2017) 36 Hình 2.1 Quy trình thực nghiên cứu 46 Hình 2.2 Phân tích nhân tố khám phá CFA với lực I 57 Hình 2.3 Các tiêu chí đánh giá lực khoa học 61 Hình 2.4 Quy trình thiết kế nhiệm vụ đánh giá 65 Hình 3.1 Biểu đồ phân bố điểm lực nhận thức khoa học 83 Hình 3.2 Biểu đồ phân bố điểm lực khám phá khoa học qua thực nghiệm 83 Hình 3.3 Biểu đồ phân bố điểm lực vận dụng khoa học hƣớng tới phát triển bền vững 84 Hình 3.4 Biểu đồ phân bố điểm lực khoa học 84 Hình 3.5 Phân bố điểm lực khoa học 88 Hình 3.6 Biểu đồ radar lực học sinh 91 Hình 3.7 Mức độ phù hợp độ khó tiêu chí với lực 92 v MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i DANH MỤC VIẾT TẮT ii DANH MỤC CÁC BẢNG iii MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục đích nghiên cứu đề tài 3 Phạm vi nghiên cứu đề tài Câu hỏi nghiên cứu/ giả thuyết nghiên cứu Khách thể đối tƣợng nghiên cứu Phƣơng pháp tiếp cận nghiên cứu Nhiệm vụ nghiên cứu Phạm vi, thời gian khảo sát Kết đề tài CHƢƠNG TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VÀ CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan nghiên cứu 1.2 Năng lực đánh giá lực 16 1.2.1 Năng lực 16 1.2.2 Một số lý thuyết tâm lý đánh giá lực 17 1.2.3 Đánh giá lực: 23 1.2.4 Yêu cầu đánh giá lực 25 1.3 Năng lực khoa học 26 1.3.1 Khái niệm 26 1.3.2 Cấu trúc lực khoa học 26 1.4 Quy trình xây dựng thang đo 36 1.5 Học tập qua khám phá khoa học (Inquiry based learning) 38 1.5.1 Các mơ hình dạy học khám phá khoa học 38 1.5.2 Đánh giá trình dạy học khám phá khoa học 42 1.6 Giới thiệu mơn học khoa học tự nhiên chƣơng trình phổ thông (Bộ Giáo dục Đào tạo, 2018) 43 vi Tiểu kết chƣơng 45 CHƢƠNG 2: XÂY DỰNG VÀ CHUẨN HÓA THANG ĐO ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC KHOA HỌC 46 2.1 Quy trình nghiên cứu 46 2.2 Thao tác hóa khái niệm lực khoa học 47 2.3 Thang đo đánh giá lực 50 2.4 Khảo sát chuẩn hóa khung đánh giá lực khoa học 51 2.4.1 Xây dựng phiếu khảo sát 51 2.4.2 Tham khảo ý kiến chuyên gia điều chỉnh khung khảo sát 51 2.4.3 Thực khảo sát 53 2.4.4 Phân tích liệu 54 2.4.5 Khung đánh giá lực khoa học 61 2.3 Xây dựng nhiệm vụ học tập 65 2.3.1 Mục đích 65 2.3.2 Quy trình thiết kế nhiệm vụ đánh giá 65 2.3.3 Minh họa nhiệm vụ đánh giá 65 Tiểu kết chƣơng 81 CHƢƠNG 3: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 82 3.1 Thang đo đánh giá lực khoa học 82 3.2 Phân tích kết thực nghiệm 86 3.2.1 Đối tƣợng thực nghiệm 86 3.2.2 Phân tích kết thực nghiệm 87 Tiểu kết chƣơng 95 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 96 TÀI LIỆU THAM KHẢO 98 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN 103 PHỤ LỤC vii MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Sự phát triển không ngừng công nghệ thơng tin, siêu cạnh tranh, tồn cầu hóa có tác động mãnh mẽ đến lĩnh vực sống, làm thay đổi lối sống, cách thức làm việc, giao tiếp ngƣời Sự thay đổi nhanh chóng đặt yêu cầu cấu chất lƣợng nguồn nhân lực Nguồn nhân lực không cần kiến thức, kĩ năng, kinh nghiệm để thực công việc công việc mà máy móc thực kinh tế xác mà quan trọng hết khả vận dụng kiến thức, kĩ có vào giải đƣợc vấn đề sống, hay nói cách khác có lực cần thiết để đối mặt với thực tiễn biến đổi không ngừng cách linh hoạt chủ động Thách thức đào tạo nguồn nhận lực đặt yêu cầu đổi giáo dục nƣớc ta Nhận thức đƣợc tầm quan trọng vấn đề này, Bộ giáo dục đào tạo đƣa đề án đổi tồn diện giáo dục Trong hoạt động năm 2018, Bộ thức cơng bố chƣơng trình tổng thể 27 chƣơng trình mơn học, hoạt động giáo dục chƣơng trình giáo dục phổ thơng Điều cho thấy tâm đổi giáo dục để đào tạo nguồn nhân lực cho trình hội nhập quốc tế Trong chƣơng trình học này, mơn Khoa học tự nhiên môn học bắt buộc, đƣợc dạy THCS, giúp học sinh phát triển phẩm chất, lực đƣợc hình thành phát triển cấp tiểu học; hoàn thiện tri thức, kĩ tảng phƣơng pháp học tập để tiếp tục học lên trung học phổ thông, học nghề tham gia vào sống lao động Môn Khoa học tự nhiên đƣợc xây dựng phát triển tảng khoa học vật lí, hố học, sinh học khoa học Trái Đất Mơn Khoa học tự nhiên đƣợc kì vọng giúp học sinh hình thành phát triển thể giới quan khoa học qua hình thành nhiều phẩm chất lực có lực khoa học lực khoa học 10 lực cốt lõi cần phát triển cho học sinh Trong chƣơng trình giáo dục nay, bậc học THCS, học sinh học riêng rẽ ba môn khoa học tự nhiên Vật lý, Học học, Sinh học Tuy nhiên, chƣơng trình đƣợc cho thiếu tính hệ thơng liên kết đặc biệt giải thích tƣợng thực tiễn (Phạm Đỗ Nhật Tiến, 2013) Chính vậy, ba mơn học đƣợc thay Giáo viên xé giấy đốt giấy Yêu cầu học sinh quan sát tìm hiểu điểm giống khác tƣợng giáo viên kết luận: Khơng phải biến đổi chất giống nhau, có biến đổi chất làm thay đổi trạng thái mà khơng thay đổi tính chất chất → biến đổi vật lý, có biến đổi làm chất biến thành chất → biến đổi hóa học Mỗi chất có tính chất hóa học tính chất vật lý riêng Dẫn dắt vào học: Tính chất vật lý tính chất hóa học chất HÌNH THÀNH KIẾN THỨC/ KHÁM PHÁ VÀ GIẢI THÍCH (E2 E3) Hoạt động 2: Tìm hiểu tính chất vật lý  Mục tiêu: học sinh nêu đƣợc cách tìm hiểu tính chất vật lý thông qua tri giác học sinh đề xuất đƣợc cách tìm hiểu tính chất vật lý thơng qua thí nghiệm  Phương pháp hình thức dạy học: trải nghiệm, giải vấn đề Tìm hiểu tính chất vật lý thơng qua tri giác 1.1 giáo viên yêu cầu học sinh trao đổi theo cặp Nhiệm vụ: Yêu cầu học sinh đề xuất cách phân biệt: vàng bạc, đƣờng muối, nƣớc hóa dấm ăn Và cho biết tính chất sử dụng giác quan để nhận thấy tính chất 1.2 giáo viên lƣu ý với học sinh Mặc dù tìm hiểu số tính chất vật lý sử dụng tri giác, lúc sử dụng tri giác, có số chất độc hít phải nếm vào tiếp xúc vào da gây bỏng, bắt vào mắt hỏng giác mạc Do vậy, chưa biết rõ chất khơng dùng tri giác để phát tính chất Đặc biệt, phịng thí nghiệm, chất cần cẩn thận không sử dụng xúc giác, vị giác, khứu giác chất quen thuộc bị lẫn hóa chất độc hại, nguy hiểm Tìm hiểu tính chất vật lý thơng qua thí nghiệm: 2.1 giáo viên mời học sinh lên thực thí nghiệm, yêu cầu học sinh khác quan sát thí nghiệm nhận xét tính chất (1) Quan sát thí nghiệm → Nêu giải thích tính chất thìa kim loại thìa nhựa Cho thìa nhựa thìa kim loại vào cốc đựng nước nóng u cầu học sinh lên chạm vào thìa cho biết tượng Thìa kim loại nóng thìa nhựa nên kim loại dẫn nhiệt tốt nhựa (2) Cho đƣờng đinh sắt vào cốc nƣớc→ Nêu giải thích tính chất đƣờng Đường tan nước tạo thành hỗn hợp nước đường → Tính tan đường: tan nước (3) Quan sát thí nghiệm mạch điện đơn giản giáo viên thực hiện→ Nêu giải thích tính chất kim loại nhựa Kim loại dẫn điện → làm cho bóng đèn sáng Nhựa cách điện → làm cho bóng đèn sáng (4) Sử dụng búa gỗ đập vào bóng: kim loại, nhựa, cao su→ Nêu giải thích tính chất kim loại, nhựa, cao su Kim loại có độ cứng cao(khơng bị biến dạng Nhựa có độ cứng thấp (bị biến dạng) Cao su có độ cứng thấp có tính đàn hồi (bị biến dạng sau quay trở lại hình dạng ban đầu) 2.2 giáo viên đặt câu hỏi định hƣớng cho học sinh: Dựa vào thí nghiệm xác định đƣợc tính chất vật lý chất → Dẫn điện, dẫn nhiệt tính tan tính cứng Hoạt động 3: Tìm hiểu tính chất hóa học  Mục tiêu: học sinh nêu đƣợc định nghĩa tính chất hóa học chất học sinh giải thích đƣợc tính chất hóa học xảy chất  Phương pháp hình thức dạy học: trải nghiệm, nhóm giáo viên chia lớp thành nhóm, thực thí nghiệm bóng tự thổi Nhiệm vụ: - Thực thí nghiệm, cho bóng bay có sẵn baking soda, buộc vào miệng bình thủy tinh cho chứa dấm đổ baking soda vào bình - Quan sát nêu tƣợng thu đƣợc Yêu cầu: - Trao đổi thảo luận thực thí nghiệm theo nhóm - Đại diện nhóm trình bày kết thí nghiệm giáo viên nhận xét tổng kết: Baking soda phản ứng với dấm sinh khí CO2 thổi bóng  giáo viên chốt lại số dấu hiệu phản ứng hóa học: - Sinh chất khí - Tạo thành chất rắn lòng chất lỏng (quan sát thí nghiệm thổi khí vào nước vơi trong) - Thay đổi màu sắc (quan sát thí nghiệm cho NaOH vào quỳ tím) - Thay đổi nhiệt độ khơng cần đun nóng (video đá vơi vào nước) giáo viên u cầu học sinh quan sát tƣợng phiếu học tập nêu đặc điểm chung chất sau bị tác động - giáo viên định hƣớng học sinh nêu đặc điểm chung chất sau tác động dƣới dạng sơ đồ Ví dụ: Vỏ tàu thủy → Lớp gỉ màu vàng nâu bám vào thành vỏ tàu thủy - – học sinh trả lời vẽ sơ đồ bảng - học sinh trao đổi trƣớc lớp đặc điểm chung chất sau bị tác động bị chuyển thành chất khác so với đầu - giáo viên kết luận: Hiện tượng hóa học tượng chất bị biến thành thành chất khác tác động tác nhân Mỗi chất có tính chất hóa học khác nhau, chúng tạo thành nhiềuchất khác tác động tác nhân khác LUYỆN TẬP, VẬN DỤNG MỞ RỘNG (E4 E5) Hoạt động 3: Xác định tính chất chất có tƣợng thực tiễn  Mục tiêu: Học sinh xác định đƣợc, nhận diện đƣợc tính chất chất có tƣợng thực tiễn  Phương pháp hình thức dạy học: trực quan, trải nghiệm, giải vấn đề giáo viên yêu cầu học sinh quan sát hình 2.2.8: Thí nghiệm Trứng ngâm giấm; nhận xét tƣợng xảy cho biết tính chất chất có tƣợng → Lớp vỏ đá vôi (Canxi carbonat : CaCO3)tác dụng với giấm tạo bọt khí bám xung quanh bề mặt vỏ trứng → Tính chất hóa học có tượng giáo viên đƣa số tƣợng thực tế khác, yêu cầu học sinh xác định tính chất (tính chất hóa học/tính chất vật lý) tƣợng (1) Lốp xe ô tô đƣợc làm cao su, giúp ô tô qua đƣợc đoạn đƣờng gồ ghề Lốp xe ô tô làm cao su có độ cứng thấp có tính đàn hồi → Tính chất vật lý (2) Ngộ độc đốt than sƣởi ấm vào mùa đơng phịng kín Khi đốt than điều kiện phịng kín, thiếu khơng khí sinh khí carbon oxit (CO) khơng mùi độc → Tính chất hóa học (3) Tạo hình nhẫn vàng từ vàng nguyên khối Khi làm nóng chảy vàng cho vào khuôn tạo nhẫn vàng, vàng thay đổi hình dạng mà khơng biến đổi thành chất khác → Tính chất vật lý Đánh giá - Quy trình đánh giá đƣợc thực xuyên suốt tiết dạy thông qua câu hỏi, vấn đề học sinh giải quyết, việc học sinh đƣa đƣợc nhiều phƣơng án tìm hiểu tính chất đề xuất đƣợc nhiều cách sử dụng vật liệu hiệu đƣợc đánh giá cao - Ngoài ra, để đánh giá học sinh cịn thơng qua hoạt động hồn thiện phiếu nhiệm vụ TIẾT – TÌM HIỂU VỀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ – TÍNH CHẤT HĨA HỌC CỦA CHẤT I Phân tích nội dung học - Làm rõ nội dung cốt lõi Các loại vật liệu xây cầu, ƣu nhƣợc điểm tính chất Các yếu tố cần xem xét xây cầu - Giới thiệu khái niệm từ khóa Xi măng, bê tơng, thép Cầu dầm, cầu vịm, cầu treo Lực nén, lực kéo - Phân tích cấu trúc nội dung Theo mơ hình 5E: Mở đầu; Hình thành kiến thức/ Khám phá, Giải thích, Vận dung; Đánh giá - Quan niệm sai lầm : II Chuẩn bị giáo viên học sinh Giáo viên - Tài liệu, phiếu tập, máy chiếu, máy tính - Bộ kit xây cầu gồm: 186 sắt thẳng 01 sung bắn keo 11 01 ô tô sắt cong 08 keo nến 12 01 khuôn xốp 86 bi nam châm sắt 01 đoạn dây 13 Nửa cân xi măng 70 che 01 kéo 14 Bút lông + màu 80 que gỗ 10 01 dao rọc giấy nƣớc 15 Khay pha màu Học sinh -Báo cáo nhóm - Bài trình bày III Gợi ý tổ chức dạy học MỞ ĐẦU (E1) Hoạt động 1: Giới thiệu chủ đề  Mục tiêu: học sinh bước đầu làm quen với loại vật liệu xây cầu khác cần xem xét đến yếu tố địa hình  Phương pháp hình thức dạy học: Dạy học khám phá khoa học giáo viên đặt câu hỏi định hƣớng cho học sinh: - Các em kể tên số cầu mà em biết? - Các em thắc mắc cầu đƣợc làm vật liệu gì? - Có nhiều loại vật liệu nhƣ theo em kiến trúc sƣ dựa vào đầu để xác định đƣợc nguyên liệu phù hợp? HÌNH THÀNH KIẾN THỨC/ KHÁM PHÁ VÀ GIẢI THÍCH (E2 E3) Hoạt động 2: Tìm hiểu đặc tính loại vật liệu • Mục tiêu: học sinh nêu đƣợc số loại vật liệu thƣờng dùng để xây cầu học sinh phân tích đƣợc số tính chất cầu ảnh hƣởng đến độ bền, độ vững cầu • Phƣơng pháp hình thức dạy học: trải nghiệm, giải vấn đề [1] Gợi mở hoạt động giáo viên yêu cầu học sinh nhắc lại đại lƣợng đặc trƣng cho tính chất vật lý tính chất hóa học TCVL: Màu sắc, mùi, vị, trạng thái, tính tan, dẫn điện, dẫn nhiệt, cứng TCHH: Khả phản ứng với chất khác - Yêu cầu học sinh cho biết cầu cần có đặc điểm tính chất vật lý, tính chất hóa học nhƣ nào? Khơng tan, khơng dẫn điện, dẫn nhiệt có độ cứng cao Khơng phản ứng với tác nhân ngồi mơi trƣờng -u cầu học sinh kể tên số nguyên liệu sử dụng làm cầu mà em biết: gỗ, bê tông, thép… [2] Nghiên cứu tài liệu theo nhóm giáo viên chia lớp thành nhóm - học sinh học sinh nghiên cứu tài liệu, quan sát mơ hình cầu gỗ, thép, bê tông kết hợp hiểu biết số đặc điểm cầu làm gỗ, bê tơng, thép, từ cho biết ƣu, nhƣợc điểm mức độ phù hợp loại cầu với loại địa hình (suối nhỏ, sơng dài rộng, qua biển…) Các nhóm điền vào phiếu học tập; nhóm trình bày nhóm khác nhận xét Hoạt động Quan sát thí nghiệm tìm hiểu độ vững số dạng cầu Một yếu tố tác động độ vững cấu trúc cầu lực nén lực kép Các dạng cấu trúc khác có độ vững khác nhau, có khả làm giảm lực kéo tác động khác giáo viên giới thiệu hình dạng cầu Quan sát video thí nghiệmkiểm tra độ vững ba hình dạng cầu rút kết luận độ vững số hình dạng cầu LUYỆN TẬP, VẬN DỤNG MỞ RỘNG (E4 E5) [3] Ôn tập qua plicker Học sinh ôn tập thông qua plicker Thông qua câu hỏi giáo viên giải thích cụ thể tƣợng tƣơng ứng [4] Thực hoạt động khám phá khoa học mở rộng Mỗi nhóm đƣợc nhận kit bốc thăm chủ đề để thiết kế cầu: Chủ đề Do dân số nội thành Thành phố Hà Nội ngày gia tăng Thành phố muốn đầu từ xây cầu Tứ Liên bắc qua sông Hồng chiều dài 3km, độ rộng 60m Em đề xuất hình dạng vật liệu phù hợp để xây dựng cầu Chủ đề Tháng vừa qua, mƣa lớn kéo dài, nƣớc sông Luồng sau bão số dâng cao, chảy xiết trơi cầu tạm Lầm, Thanh Hóa khiến hàng trăm hộ dân bị cô lập Em đề xuất hình dạng vật liệu phù hợp để xây dựng cầu qua chiều dài sông km, độ rộng chịu tải đủ cho xe máy di chuyển Chủ đề Một khu du lịch Đà Lạt muốn xây dựng cầu bắc qua hai hẻm núi, chiều dài 500m phục vụ mục đích ngắm cảnh cho khách du lịch Em đề xuất hình dạng vật liệu phù hợp để xây dựng cầu Giáo viên đƣa nhiệm vụ, phát phiếu đánh giá sản phẩm hƣớng dẫn đánh giá Các nhóm bốc thăm lên kế hoạch thiết kế, lựa chọn vật liệu phù hợp Các nhóm nhà hồn thiện sản phẩm TIẾT – TÌM HIỂU VỀ TÍNH CHẤT VẬT LÝ – TÍNH CHẤT HĨA HỌC CỦA CHẤT I Phân tích nội dung - Nội dung cốt lõi: + Học sinh lựa chọn đƣợc vật liệu, cấu trúc xây cầu phù hợp với địa hình + Học sinh hình thành kĩ khám phá khoa học + Học sinh có khả trình bày, thể lĩnh khoa học tranh luận với bạn học II Chuẩn bị giáo viên học sinh Giáo viên: +Công cụ đánh giá +Bài kiểm tra Học sinh: + Sản phẩm nhóm + Bản thiết kế, trình bày III Gợi ý thực Hoạt động Học sinh trình bày sản phẩm, nhóm lắng nghe trao đổi đánh giá Hoạt động Giáo viên tổng kết nhiệm vụ TÀI LIỆU HỌC SINH TÍNH CHẤT VẬT LÍ VÀ TÍNH CHẤT HÓA HỌC CỦA CHẤT (TIẾT 2) Nhƣ em biết, cầu đƣợc sử dụng để kết nối điểm này, đến điểm khác, nhằm rút ngắn thời gian di chuyển từ tạo điều kiện để kinh tế phát triển Các bạn tự hỏi cầu đƣợc làm vật liệu đâu vật liệu tốt cho cầu Thông qua nhiệm vụ tìm hiểu nhé! Cầu nguyên/vật liệu sử dụng Khi thiết kế cầu, ngƣời kỹ sƣ phải thực hiểu rõ tính chất vật liệu mà họ có sẵn, phải cân nhắc nhiều điều lựa chọn vật liệu xây dựng cầu Độ bền vật liệu thƣờng điều mà kỹ sƣ xem xét Họ tính đến chi phí, tính sẵn có khả tƣơng thích với mơi trƣờng vật liệu cầu cụ thể cần xây dựng Vật liệu xây dựng truyền thống dùng để xây cầu đá, gỗ thép, gần bê tơng cốt Ngồi ra, nhơm hợp kim nhôm thƣờng đƣợc sử dụng Các vật liệu khác cƣờng độ, khả chịu lực, độ bền khả chống ăn mòn Chúng khác cấu trúc, kết cấu màu sắc Dƣới đặc tính số loại vật liệu - Một số loại nguyên liệu sử dụng Gỗ Hình Cầu gỗ số vùng núi Nhiều cầu với nhiều kích thƣớc khác đƣợc xây dựng gỗ, chí cầu gỗ cho phép phƣơng tiện giao thơng di chuyển Cầu gỗ đúc sẵn đƣợc lắp ráp nhanh chóng, điều giúp giảm tác động có hại việc xây dựng lƣu lƣợng giao thơng Cầu gỗ đƣợc chứng minh có độ bền tƣơng đối tốt điều kiện khí hậu khơng q khắc nghiệt chi phí bảo trì sửa chữa thấp Ƣu điểm hàng đầu gỗ xây dựng cầu độ nhẹ Hơn gỗ nguồn tài nguyên tái tạo hạn chế ảnh hƣởng đến mơi trƣờng Tuy nhiên cầu gỗ có nhƣợc điểm tính đàn hồi thấp, khơng chịu đƣợc tác động mạnh Dễ bị hƣ hại dƣới tác động mơi trƣờng Thép Hình Cầu Potomac River Highway (Mỹ) Thép đƣợc tạo từ quặng sắt, loại đá có chứa hàm lƣợng sắt cao Các loại quặng sắt phổ biến bao gồm hematit (Fe2O3), manhetit (Fe3O4), siderit (FeCO3) Để tạo sắt từ quặng sắt, cần phải sử dụng số phƣơng pháp biến đổi hóa học để loại bỏ oxi quặng Một số kim loại đƣợc thêm vào sắt thành phẩm để tạo thành loại thép có tính chất tốt Trong số vật liệu làm cầu, thép có có độ vững phù hợp cho cho cầu có nhịp cầu lớn dài Khả chịu tác động thép cao gấp nhiều lần bê tơng Điểm đặc biệt thép có tính dẻo đặc trƣng kim loại, thép biến dạng đáng kể trƣớc bị gãy tác động gió, bão, va chạm… khả chịu biến dạng cịn đƣợc gọi độ bền chảy Độ bền chảy yếu tố quan trọng để đánh giá chất lƣợng cầu Tuy nhiên giá thành thép đắt so với gỗ bê tông; số điều kiện sắt bị rỉ, sắt vật liệu nặng ảnh hƣởng đến thành phần đỡ cầu Bê tơng Hình Cầu Ba Thê (An Giang) Bê tông kết hợp hai loại vật liệu: xi măng cốt liệu Xi măng loại bột đƣợc làm từ nhiều loại vật liệu khác (thƣờng số loại đất sét đá vôi) Khi trộn xi măng với nƣớc, phản ứng hóa học xảy đƣợc gọi trình hydrat hóa làm cho xi măng trở nên nên cứng Cốt liệu hỗn hợp cốt liệu mịn cốt liệuthô Cốt liệu mịn thƣờng cát; cốt liệu thô thƣờng đá sỏi Khi xi măng, cốt liệu nƣớc đƣợc trộn với thành khối cứng đƣợc gọi bê tông Bê tông rẻ thép Bê tơng đƣợc thực thành hình dạng theo khn có sẵn Tuy nhiên Bê tơng vật liệu giịn bị nứt vỡ mà cảnh báo Bê tơng yếu có lực căng tác dụng lên có cƣờng độ chịu lực thấp (Để giải điểm yếu này, thép thƣờng đƣợc nhúng vào bê tơng vị trí có lực căng, tạo thành bê tông cốt thép, dầm bê tông, thép đƣợc đặt dọc theo đáy dầm.) 1.2 Các yếu tố ảnh hƣởng đến việc lựa chọn hình dáng cầu Hình Cầu Tháp Ln Đơn kết hợp cấu trúc cầu Các nhịp từ bờ đến tháp cầu treo, lối dành cho người cầu dầm nhịp xoay phép tàu cao di chuyển qua Mỗi cầy cầu có hình dạng độc nhất, chúng bắc qua sơng, suối, biển, làm thép, bê tơng, gỗ Tuy nhiên, chúng đƣợc vào ba nhóm cầu cầu dầm (hoặc cầu giàn), cầu vịm cầu treo Thơng thƣờng, chƣớng ngại vật cần vƣợt qua - đƣờng khác, sông, thung lũng, hẻm núi, đƣờng ray xe lửa - yếu tố để xác định loại cầu tốt để sử dụng Bên cạnh khác biệt hình dáng, điểm khác biệt ba loại cầu khoảng cách mà loại vƣợt qua cách an tồn Chiều dài nhịp điển hình cầu dầm 61 m, vòm 40-152 m hệ thống treo 610-2.134 m Lý cho khác biệt độ dài nhịp cách loại cầu xử lý lực căng lực nén Tại thời điểm nào, hai lực tác động lên cầu: lực nén lực căng Lực nén lực có tác dụng nén rút ngắn vật Lực căng lực có tác dụng mở rộng kéo dài vật mà tác động lên Ví dụ lực đƣợc học lò xo Lực nén lực kéo có tất cầu, nhiệm vụ kỹ sƣ thiết kế cầu có khả chịu đƣợc lực mà không bị vênh gãy Sự cong, vênh xảy cầu chịu tác động kéo nén lớn khả chịu lực thân Khi xây cầu, có 02 cách để làm giảm ảnh hƣởng hai lực này: tán lực chuyển lực Tiêu tán lực phân tán lực khu vực rộng lớn hơn, để không điểm phải chịu tác động lực tập trung Chuyển lực chuyển từ vùng yếu sang vùng mạnh, vùng đƣợc thiết kế để xử lý lực Cầu vòm ví dụ điển hình tán lực, cầu treo ví dụ điển hình chuyển tải Cầu dầm Cầu dầm thƣờng cấu trúc đơn giản đƣợc làm dầm ngang, cứng Kết thúc dầm nằm trụ cột Trọng lƣợng dầm (và tải trọng khác) đƣợc hỗ trợ trụ cột Lực nén tác dụng lên phần đầu dầm mặt cầu, làm ngắn hai yếu tố Lực căng tác dụng lên phần dƣới dầm, kéo căng phần tử Hình cho thấy ví dụ cầu dầm Hình Cấu tạo cầu dầm ví dụ Trái: Bilbao, Tây Ban Nha Nhiều cầu dầm đƣợc xây dựng thép, bê tông (trong số trƣờng hợp) gỗ Kích thƣớc dầm ảnh hƣởng trực tiếp đến khả vƣợt nhịp tối đa dầm Dầm phải có kích thƣớc đủ lớn, phải đủ mạnh để tự chống đỡ cộng chống đỡ tải trọng khác lên dầm Do đó, nhịp dài dầm khó đỡ đƣợc phần cầu, nhịp cầu điển hình cầu dầm tƣơng đối ngắn (61m) Cầu dầm có nhiều kiểu dáng khác Ví dụ, cầu dầm đƣợc làm dầm đặc thép, bê tông, gỗ vật liệu cứng khác Hoặc, dầm đƣợc làm với tâm rỗng (giảm trọng lƣợng chúng) Cầu dầm đƣợc cấu tạo hệ giàn, kết hợp kết cấu hình tam giác, sử dụng vật liệu xây dựng đơn giản Hình Cấu trúc cầu giàn, Trái: Một cầu giàn điển hình Cầu vịm Cầu vịm dễ dàng nhận với đặc điểm cấu trúc hình bán nguyệt Đặc điểm quan trọng trụ đầu vịm hình bán nguyệt Trọng lƣợng cầu tải trọng bổ sung đƣợc tiêu tán trụ vịm thơng qua thiết kế hình bán nguyệt Lực nén đƣợc đẩy ngồi dọc theo đƣờng cong vòm vào trụ cầu) Lực kéo nhỏ hầu hết vòm thƣờng khơng đáng kể Tuy nhiên, độ cong vịm bán nguyệt lớn lực căng lớn Tƣơng tự nhƣ cầu dầm, việc tăng kích thƣớc cầu vịm vƣợt qua sức bền tự nhiên vịm Thơng thƣờng cầu vịm có nhịp dài 40-152 m Hình Cấu tạo cầu vịm ví dụ Bên phải: Natchez Trace Parkway, TN Cầu treo Cầu treo dễ dàng nhận đặc điểm nhận dạng mặt cầu đƣợc treo dây cáp (hoặc dây thừng dây xích) Xem Hình để biết ví dụ cầu treo Hình Ví dụ cấu tạo cầu treo (trái) Một cầu treo Tokyo, Nhật Bản (phải) Một cầu dây văng Tây Ban Nha Cầu treo thơng thƣờng đƣợc nhận biết hình chữ M kéo dài Trong cầu này, dây cáp lớn song song đƣợc treo trụ (với dây cáp nhỏ đƣợc treo thẳng đứng từ dây cáp lớn) neo vào đất điểm cuối chúng Các dây cáp nhỏ đƣợc nối vào lòng đất Trọng lƣợng mặt cầu tải trọng bổ sung đẩy xuống mặt cầu tạo lực căng dây cáp Sau đó, dây cáp truyền lực chúng đến trụ Lực gây trụ lực nén; trụ tiêu tán lực xuống trái đất Loại cầu treo thứ hai cầu dây văng, đƣợc nhận biết (các) hình dạng chữ A Trong cầu treo dây văng, dây cáp nhỏ đƣợc gắn trực tiếp vào tháp, chúng bung thành hàng "giống nhƣ dây đàn hạc" Cầu treo cầu dây văng có nhịp cầu dài 610-2.134 m, tạo điều kiện thuận lợi cho tàu bè qua lại Tham khảo: https://www.teachengineering.org/lessons/view/cub_brid_lesson01 MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM ... đề tài ? ?Phát triển thang đo đánh giá lực khoa học học sinh lớp theo định hƣớng chƣơng trình giáo dục phổ thông môn khoa học tự nhiên? ?? Đề tài tiến hành xây dựng thang đo đánh giá lực dựa lực thành...ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC NGUYỄN THỊ PHƢƠNG VY THIẾT KẾ THANG ĐO ĐÁNH GIÁ NĂNG LỰC KHOA HỌC CỦA HỌC SINH LỚP THEO ĐỊNH HƢỚNG CHƢƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THƠNG MỚI MÔN KHOA HỌC... có lực khoa học lực khoa học 10 lực cốt lõi cần phát triển cho học sinh Trong chƣơng trình giáo dục nay, bậc học THCS, học sinh học riêng rẽ ba môn khoa học tự nhiên Vật lý, Học học, Sinh học