THIẾT kế, xây DỰNG một số HOẠT ĐỘNG STEM THEO CHỦ đề CHO học SINH TRUNG học

THIẾT KẾ, XÂY DỰNG MỘT SỐ HOẠT ĐỘNG STEM THEO CHỦ ĐỀ CHO HỌC SINH TRUNG HỌC Chủ đề làm đèn LED nhấp nháy Giới thiệu chủ đề Hoạt động giới thiệu cho học sinh mạch điện cách sử dụng mạch điện để tự tạo đèn nhấp nháy Học sinh xây dựng mạch điện đơn giản bao gồm bốn thành phần bản: nguồn điện, đèn, dây dẫn công tắc Với mạch này, học sinh tạo đèn nhấp nháy điều khiển thủ cơng cơng tắc Sau đó, học sinh hướng dẫn thay công tắc mạch Arduino, giúp đèn nhấp nháy tự động hóa Điều giúp học sinh có thêm hiểu biết chuyển đổi kỹ thuật số công nghệ tự động hóa Đối tượng Học sinh lớp Tên chủ đề Chế tạo đèn LED nhấp nháy Tổ chức nhóm học sinh/nhóm Vật liệu cần Đèn LED thiết cho Dây nối nhóm Bìa cứng Pin Mạch Arduino Uno R3 Các dụng cụ: kéo cắt, súng bắn keo Các nội dung -Khoa học: Các kiến thức đèn LED, kiến thức liên nguyên lý hoạt động đèn LED Các quan kiến thức vè mạch điện thành phần mạch điện đơn giản gồm nguồn, khóa K (cơng tắc), tải (đèn LED) dây nối -Công nghệ: Trong chủ đề đề cập đến công nghệ tự động hóa, lập trình sử dụng mạch adruino -Kĩ thuật: Quy trình thiết kế kĩ thuật, vẽ sơ đồ mạch điện, lắp đăt mạch điện theo thiết kế Học sinh tiếp Học sinh vận dụng quy trình thiết kế kĩ cận giải thuật gồm bước để giải vấn đề đặt vấn đề ra: nào? Tìm hiểu thực tiễn, xác định vấn đề Nghiên cứu sở kiến thức Đề xuất giải pháp Lựa chọn giải pháp tối ưu Thiết kế - chế tạo mẫu thử nghiệm Thử nghiệm mẫu thiết kế Báo cáo thảo luận kết Đánh giá thiết kế lại Mục đích u cầu -Kiến thức: • Trang bị cho học sinh kiến thức mạch điện, chiều dịng điện, tác dụng phát sáng dịng • điện Giới thiệu cho học sinh Adruino lập trình • Adruino, cơng nghệ tự động hóa Phối hợp vận dụng kiến thức môn học để chế tạo LED nhấp nháy -Kĩ năng: • Sử dụng kí hiệu quy ước để vẽ sơ đồ kỹ thuật mạch sử dụng công tắc thủ cơng • • điều khiển đèn LED nhấp nháy Chế tạo lắp đặt sản phẩm theo sơ đồ thiết kế Sử dụng Adruino để tự động hóa mạch điều khiển • Vận hành, thử nghiệm, cải tiến sản phẩm -Thái độ • Học sinh thấy ý nghĩa kiến thức học việc giải vấn đề thực • tế Phát huy tính đơng, sáng tạo , tích cực tham • gia thiết kế, chế tạo sản phẩm Phát huy tinh thần đoàn kết, tinh thần hợp tác • học tập Có tinh thần trách nghiệm nhiệm vụ • giao Hứng thú tìm hiểu kiến thức adruino, lập trình Tiến trình tổ chức hoạt động Hoạt động 1: Đặt vấn đề Mục đích hoạt động: -Giáo viên đưa nhiệm vụ cho học sinh, giúp học sinh phát vấn đề Nội dung hoạt động: -Đèn nhấp nháy số thiết bị trang trí phổ biến nay, chớp tắt liên tục đèn tạo khơng khí vui tươi, thu hút người Sắp tới lớp bạn có tổ chức cắm trại cần có đèn nhấp nháy để trang trí lại khơng có điện để mắc dây đèn nhấp nháy Bạn phải thiết kế chế tạo đèn nhấp nháy để trang trí hội trại lớp Hoạt động 2: Nghiên cứu sở lý thuyết Mục đích hoạt động: -Tổ chức hướng dẫn học sinh tìm hiểu mạch điện, thành phần mạch điện cơng nghệ tự động hóa sử dụng Arduino Nội dung hoạt động: -Nghiên cứu 21 “Sơ đồ mạch điện-chiều dòng điện”, 22 phần “tác dụng phát sáng dòng điện”, sách giáo khoa vật lý 7,tìm kiếm thơng tin Internet arduino trả lời câu hỏi sau vào phiếu học tập : Phiếu học tập Mạch điện gồm thành phần nào? Các kí hiệu quy ước phận mạch điện gì? Vai trị nguồn điện mạch gì? Tại pin lại có hai cực âm dương? Làm để đèn LED sáng? Mạch điện bố trí để điều khiển đền LED tắt sáng? Làm để tạo công tắt thủ công từ vật liệu dễ kiếm? Arduino gì? Cách sử dụng Aruino? Muốn LED tắt sáng cách tự động ta cần làm nào? Dự kiến sản phẩm: -Phiếu học tập trả lời câu hỏi Cách tổ chức hoạt động: -Giáo viên cho học sinh làm việc theo nhóm để hoàn thành phiếu học tập Hỗ trợ học sinh gặp khó khăn -Tổ chức cho nhóm báo cáo kết trước lớp -Giáo viên tổng hợp lại kiến thức Hoạt động 3: Đề xuất giải pháp Mục đích hoạt động: -Học sinh thảo luận nhóm đề xuất ý tưởng thiết kế, xây dựng vẽ Nội dung hoạt động: -Học sinh xây dựng vẽ kĩ thuật, mô tả rõ phận vật dụng để chế tạo mạch điện điều khiển đèn nhấp nháy.Hình vẽ phải rõ ràng, hợp lí; vật liệu đơn giản, dễ kiếm; gia cơng đơn giản, thuận tiện Có thể sử dụng đồ có sẵn cho việc chế tạo Phiếu học tập Vẽ sơ đồ mạch điện thiết kế giấy, có thích đầy đủ phân Liệt kê nguyên vật liệu cần sử dụng để chế tạo sản phẩm Mô tả cách điều khiển đèn nhấp nháy Dự kiến sản phẩm -Phiếu thảo luận nhóm Sơ đồ mạch điện điện điều khiển đèn nhấp nháy, đề xuất nguyên vật liệu cần thiết Sơ đồ mạch điện đèn công tắc điều khiển đèn LED Cách thức tổ chức hoạt động -Giáo viên chia nhóm học sinh yêu cầu học sinh tham gia thảo luận thiết kế sơ đồ mạch điện, đề xuất nguyên vật liệu cần thiết Giáo viên hỗ trợ học sinh gặp khó khăn Hoạt động 4: Chọn giải pháp tốt Mục đích hoạt động: -Từ thiết kế đề xuất, học sinh lựa chọn thiết kế tối ưu, từ đưa thiết kế chi tiết Dự kiến sản phẩm -Sơ đồ mạch điện điều khển LED nhấp nháy chi tiết, mơ tả rõ phận, vật liệu chế tạo kích thước Cách thức tổ chức hoạt động -Yêu cầu học sinh đưa ưu, nhược điểm thiết kế, sau nhóm học sinh thảo luận với chọn phương án tốt nhất, dễ chế tạo, nguyên vật liệu dễ tìm -Học sinh đại diện nhóm trình bày thiết kế trước lớp -Giáo viên duyệt thiết kế đưa nhận xét để học sinh hoàn thiện thiết kế chi tiết Vật liệu cần dùng - Dán miếng bìa 2,5 cm x 10 cm vào đầu bìa 10 cm x 25 cm Hoạt động 5: Thử nghiệm Mục đích hoạt động: -.Kiểm tra hoạt động sản phẩm Nội dung hoạt động -Sau nhóm chế tạo xong sản phẩm, tự vận hành thử sản phẩm, kiểm tra đèn có nhấp nháy có hoạt động khơng, khơng hoạt động thì tìm hiểu lý khắc phục Dự kiến sản phẩm -Sản phẩm hoàn thiện cuối nhóm học sinh Hoạt động 7: Chia sẻ thảo luận Mục đích hoạt động -Các nhóm chia sẻ sản phẩm cách thực sản phẩm với nhau, thảo luận đánh giá chéo Tổ chức hoạt động: -Giáo viên tổ chức cho đại diện nhóm học sinh thuyết trình sản phẩm nhóm trả lời câu hỏi phản biện từ nhóm khác -Các nhóm đánh giá lẫn theo phiếu đánh giá Phiếu đánh giá Thiết Về hình Về vật liệu Cách thức điều Khả bị khiển hoạt động hoạt động mạch điện đèn nhóm thức chế tạo nhấp nháy Dự kiến sản phẩm -Phiếu đánh giá câu hỏi liên quan đến sản phẩm nhóm -Bản báo cáo giớ thiệu sản phẩm hồ sơ hoạt động chế tạo sản phẩm nhóm Hoạt động 6: Điều chỉnh thiết kế Mục đích hoạt động -Bổ xung, điều chỉnh để hồn thiện sản phẩm Nội dung hoạt động -Trên sở sản phẩm học tập học sinh, giáo viên nhận xét, đánh giá; học sinh ghi nhận kết tiếp tục chỉnh sửa, bổ sung, hoàn thiện sản phẩm Dự kiến sản phẩm -Đặt phàn rộng vào hình chữ nhật màu trắng mặt trước bảng mạch -Hàn hai chân LED vào mạch (Chú ý tách riêng với IC) Sau hoàn thành bước, ta mạch điều chỉnh LED đổi màu Bước 7: Kiểm tra hoạt động đèn LED -Kết nối đầu nối USB với đổi nguồn AC Thay đổi độ sáng LED cách thay đổi giá trị biến trở Hoạt động 4: Thử nghiệm trộn màu ánh sáng Mục đích hoạt động: Phát triển khả sáng tạo cho học sinh việc phối ánh sáng đơn sắc đỏ lục, lam thành ánh sáng màu khác -Bịt kín đầu ống giấy, tạo lỗ nhỏ ống giấy để đặt đèn LED Sử dụng ống giấy để quan sát máu sắc ánh sáng đèn LED Đặt đèn LED vào ống giấy, thay đổi đèn LED có màu Quan sát màu tổng hợp ống giấy ghi lại kết Hoạt động 5: Chia sẻ thảo luận Mục đích hoạt động Các nhóm chia sẻ sản phẩm cách thực sản phẩm với nhau, thảo luận đánh giá chéo Tổ chức hoạt động: -Giáo viên tổ chức cho đại diện nhóm học sinh thuyết trình sản phẩm nhóm trả lời câu hỏi phản biện từ nhóm khác -Các nhóm trao đổi kinh nghiệm chế tạo sản phẩm, ưu,nhược điểm sản phẩm với Dự kiến sản phẩm -Phiếu đánh giá câu hỏi liên quan đến sản phẩm nhóm -Bản báo cáo giớ thiệu sản phẩm hồ sơ hoạt động chế tạo sản phẩm nhóm Hoạt động 6: Điều chỉnh thiết kế Mục đích hoạt động -Bổ xung, điều chỉnh để hoàn thiện sản phẩm Nội dung hoạt động -Trên sở sản phẩm học tập học sinh, giáo viên nhận xét, đánh giá; học sinh ghi nhận kết tiếp tục chỉnh sửa, bổ sung, hoàn thiện sản phẩm Dự kiến sản phẩm -Sản phẩm hồn thiện nhóm Cách thức tổ chức hoạt động - Giáo viên nhận xét phân tích vấn đề kĩ thuật nhóm Các mơ hình hoạt động tốt chưa, chưa tốt phải điều chỉnh lại cho hồn -u cầu nhóm học sinh so sánh sản phẩm với nhóm khác, sản phẩm khác có ưu điểm nhóm -Các học sinh nhóm thảo luận luận với để hoàn thiện sản phẩm Chủ đề 4: Dụng cụ đo khối lượng riêng chất lỏng Giới thiệu chủ đề Nhiều dụng cụ đo đo trực tiếp đại lượng cần đo thước đo độ dài, bình chia độ đo thể tích, có nhiều dụng cụ xây dựng dựa ứng dụng định luật, mối quan hệ đối tượng khác nhiệt kế ứng dụng nở nhiệt, Trong hoạt động học sinh trải nghiệm việc xây dựng thang đo khối lượng riêng chất lỏng dựa ứng dụng lực đẩy Ác-si-met Đối tượng Học sinh lớp Tên chủ đề Chế tạo dụng cụ đo khối lượng riêng chất lỏng Tổ chức nhóm học sinh/nhóm Vật liệu cần Lực kế thiết cho Vật hình hộp chữ nhật đồng chất, khơng nhóm thấm nước Thước đo Các nội dung -Khoa học: Các kiến thức lực đẩy Áckiến thức liên si-met quan -Kĩ thuật: Quy trình thiết kế kĩ thuật, xây dựng thang đo, lắp đăt theo thiết kế -Tốn học: Tính thể tích hình hộp, biến đổi biểu thức, xây dựng biểu thức liên hệ mối quan hệ biến Học sinh tiếp Học sinh vận dụng quy trình thiết kế kĩ cận giải thuật gồm bước để giải vấn đề đặt vấn đề ra: nào? Tìm hiểu thực tiễn, xác định vấn đề Nghiên cứu sở kiến thức Đề xuất giải pháp Lựa chọn giải pháp tối ưu Thiết kế - chế tạo mẫu thử nghiệm Thử nghiệm mẫu thiết kế Báo cáo thảo luận kết Đánh giá thiết kế lại Mục đích yêu cầu -Kiến thức: • • Trình bày khái niệm lực đẩy Ác-si-met Nêu cơng thức tính lực đẩy Ác-si-met -Kĩ năng: • Vận dụng kiến thức lực đẩy Ác-si-met để chế • tạo dụng cụ đo khối lượng riêng chất lỏng Bồi dưỡng kĩ giải vấn đề, kĩ hợp tác, kĩ thuyết trình, lực sáng tạo cho học sinh -Thái độ • Học sinh thấy ý nghĩa kiến thức học việc giải vấn đề thực • tế Phát huy tính đơng, sáng tạo , tích cực tham • gia thiết kế, chế tạo sản phẩm Phát huy tinh thần đoàn kết, tinh thần hợp tác • học tập Có tinh thần trách nghiệm nhiệm vụ • giao Hứng thú tìm hiểu kiến thức adruino, lập trình Tiến trình tổ chức hoạt động Hoạt động 1: Đặt vấn đề Mục đích hoạt động: -Giáo viên đưa nhiệm vụ cho học sinh, giúp học sinh phát vấn đề Nội dung hoạt động: -Xăng nghuyên liệu cần thiết để loại xe máy, ô tô hoạt động.Các xăng có khắp nơi, nhiên lợi nhuận có số cở bán xăng trộn lẫn xăng với dầu hỏa Điều khiến xe cộ sử dụng loại xăng dễ bị hư hỏng Xăng bình thường có khối lượng riêng 700kg/m3 dầu hỏa 860kg/m , xăng bị pha dầu khối lượng riêng lớn 700kg/m Như cách để xác định xăng có bị pha dầu khơng xác định khối lượng riêng Bạn chế tạo dụng cụ đo khối lượng riêng chất lỏng Hoạt động 2: Nghiên cứu sở lý thuyết Mục đích hoạt động: -Tổ chức hướng dẫn học sinh tìm hiểu lực đẩy Ác-si-met Nội dung hoạt động: -Nghiên cứu 10 “Lực đẩy Ác-si-met ”, sách giáo khoa vật lý 8,tìm kiếm thơng tin Internet với từ khóa: Sự nổi, lực đẩy Ac-si-met trả lời câu hỏi sau vào phiếu học tập : Phiếu học tập Khi nhúng vật rắn vào chất lỏng, vật lực nào? Khi vật chịu tác dụng lực đẩy Ác-si-met Lực đẩy Ác-si-met chất lỏng tác dụng lên vật nhúng có đặc điểm điểm đặt, phương, chiều độ lớn? Khi vật nổi, chìm hay lơ lửng lòng chất lỏng? Dự kiến sản phẩm -Phiếu trả lời câu hỏi học sinh -Kết toán Cách thức tổ chức hoạt động -Học sinh làm việc cá nhân, tìm hiểu thơng tin hồn thành phiếu câu hỏi -Giáo viên tổng kết lại kiến thức Hoạt động 3: Đề xuất giải pháp Mục đích hoạt động -Các nhóm tìm giải pháp để thiết kế dụng cụ đo khối lượng riêng chất lỏng Nội dung hoạt động: -Học sinh thảo luận theo nhóm hồn thành phiếu sau: Phiếu học tập Liệt kê nguyên vật liệu sử dụng để chế tạo dụng cụ khối lượng riêng chất lỏng Vẽ thiết kế giấy thích tất các phận, nguyên vật liệu kích thước dự kiến tương ứng Mơ tả cách sử dụng dụng cụ Mô tả cách thức để kiểm tra tính xác dụng cụ Dự kiến sản phẩm -Bản vẽ thiết kế, sở để thực thiết kế -Phiếu trả lời câu hỏi Cách thức tổ chức hoạt động -Giáo viên chia nhóm học sinh yêu cầu học sinh tham gia thảo luận phương án thiết kế dụng cụ, đề xuất vật liệu cần thiết để chế tạo sản phẩm -Giáo viên gợi ý cho học sinh thơng qua tốn sau Bàì tốn: Một vật hình hộp chữ nhật có diện tích đáy Scm2, chiều cao h cm, trọng tượng vật P(N) Thả vật vào chất lỏng, vật chìm vào nước đoạn x theo phương chiều cao Xác định khối lượng riêng vật theo độ cao x Lời giải: Khi vật nổi: FA = P ⇔ d.V = P ⇔ 10.D.S.x = P ⇔D= P 10.S x -Học sinh hoàn thành phiếu câu hỏi đưa thiết kế Hoạt động 4: Chọn giải pháp tơt Mục đích hoạt động -Học sinh lựa chọn giải pháp tốt thỏa mãn tiêu chí đề Nội dung hoạt động - Lựa chọn phương án chế tạo cho tốt theo tiêu chí: Các vật dụng dễ kiếm, rẻ tiền, dễ gia công công cụ thông thường, dễ lắp ráp với Dự kiến sản phẩm -Bản vẽ mơ hình dụng cụ đo khối lượng riêng chất lỏng, mô tả rõ phận, đề xuất vật liệu chế tạo Cách thức tổ chức hoạt động -Yêu cầu nhóm học sinh đưa ưu, nhược điểm thiết kế, sau nhóm học sinh thảo luận với chọn phương án tốt nhất, dễ chế tạo, nguyên vật liệu dễ tìm -Học sinh đại diện nhóm trình bày thiết kế trước lớp -Giáo viên duyệt thiết kế đưa nhận xét để học sinh hoàn thiện thiết kế chi tiết Hoạt động 5: Chế tạo dụng cụ đo xây dựng thang đo Mục đích hoạt động -Dựa vào phương án tốt lựa chọn để chế tạo dụng cụ đo Nội dung hoạt động -Các nhóm học sinh thực chế tạo dụng cụ đo khối lượng riêng chất lỏng, xây dựng thang đo -Trong q trình làm cần ghi chép nhật kí hoạt động (ai làm gì, vào lúc nào? kết sao? có khó khăn gì?) để dùng báo cáo kết Dự kiến sản phẩm -Dụng cụ đo khối lượng riêng chất lỏng -Thang đo dụng cụ, giới hạn đo, độ chia nhỏ Cách thức tổ chức hoạt động -Tổ chức cho học sinh thực chế tạo sản phẩm theo thiết kế Chuẩn bị: Vật hình hộp chữ nhật, khơng thấm nước, lực kế, thước đo Xác định khối lượng riêng chất lỏng dựa công thức D= P 10.S x -Dùng lực kế xác định trọng lượng P vật -Dùng thước đo kích thước vật từ xác định S -Trên chiều cao vật xác định vạch chia để xác định x -Từ công thức thấy mối quan hệ D x Vì thay vạch chia để xác định x, dùng xác định D Dựa sở lí luận việc thiết kế hoạt động STEM theo chủ đề cho học sinh trung học , thiết kế,xây dựng hoạt động STEM với chủ đề : làm đèn LED nhấp nháy, trộn màu ánh sáng, chế tạo máy phát điện gió, chế tạo dụng cụ đo khối lượng riêng chất lỏng Các chủ đề hoạt động có tính ứng dụng cao gắn liền với chương trình học học sinh Tổ chức dạy học theo chủ đề STEM thay dạy học truyền thống nâng cao hiệu giáo dục, học sinh có hội phát triển tồn diện Khi xây dựng, thiết kế hoạt động STEM, giáo viên cần lưu ý đến yếu tố ngoại cảnh sở vật chất, thời gian hoạt động, trình độ học sinh để điều chỉnh xây dựng hoạt động cho phù hợp ... định x, dùng xác định D Dựa sở lí luận việc thiết kế hoạt động STEM theo chủ đề cho học sinh trung học , thiết kế ,xây dựng hoạt động STEM với chủ đề : làm đèn LED nhấp nháy, trộn màu ánh sáng,... Tiến trình tổ chức hoạt động Hoạt động 1: Đặt vấn đề Mục đích hoạt động: -Giáo viên đưa nhiệm vụ cho học sinh, giúp học sinh phát vấn đề Nội dung hoạt động: -Đèn nhấp nháy số thiết bị trang trí... hợp lại kiến thức Hoạt động 3: Đề xuất giải pháp Mục đích hoạt động: -Học sinh thảo luận nhóm đề xuất ý tưởng thiết kế, xây dựng vẽ Nội dung hoạt động: -Học sinh xây dựng vẽ kĩ thuật, mô tả rõ phận