Hoạt động 1. XÁC ĐỊNH YÊU CẦU THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO NGÔI NHÀ LÀM MÁT TỰ ĐỘNG
2.3.1. Mục đích
– Học sinh phân tích và hiểu rõ yêu cầu “Thiết kế và chế tạo ngôi nhà làm mát” bằng xốp, que gỗ, ống kim loại rỗng, hệ thống mạch arduino kết hợp mạch relay để bật, tắt thiết bị tự động (do giáo viên cung cấp) theo các tiêu chí: Ngôi nhà có thể tích tối đa 700 cm3 ; Có thể giúp nhiệt độ không khí trong nhà giảm hoặc tăng chậm khi cấp nguồn nhiệt hồng ngoại; Có biện pháp làm mát tự động khi nhiệt độ đạt đến ngưỡng cho phép.
– Học sinh hiểu rõ yêu cầu vận dụng kiến thức về tính chất tia hồng ngoại cũng như các vật liệu dẫn nhiệt, cách nhiệt, hấp thụ nhiệt để thiết kế và thuyết minh thiết kế trước khi sử dụng nguyên vật liệu, dụng cụ cho trước để chế tạo và thử nghiệm. - Học sinh hiểu rõ yêu cầu sử dụng, lắp đặt arduino kết hợp mạch relay để đóng ngắt thiết bị tự động.
b. Nội dung
– Tìm hiểu về một số hệ thống làm mát, tản nhiệt để xác định kiến thức về tính chất của tia hồng ngoại, chất cách nhiệt, chất dẫn nhiệt, chất hấp thụ nhiệt được ứng dụng trong đời sống. Tìm hiểu cách làm việc của mạch relay đóng ngắt tự động trong arduino.
– Xác định nhiệm vụ chế tạo ngôi nhà làm mát tự động với các tiêu chí: • Thể tích tối đa của ngôi nhà: 700 cm3
• Làm mát được ngôi nhà khi cấp nguồn nhiệt bên trong ngôi nhà
• Có biện pháp làm mát tự động khi nhiệt độ không khí trong nhà chạm đến ngưỡng cho phép.
c. Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh
– Mô tả và giải thích được một cách định tính về nguyên lí chế tạo nhà, phòng; – Xác định được kiến thức cần sử dụng để thiết kế, chế tạo ngôi nhà mini theo các tiêu chí đã cho.
d. Cách thức tổ chức hoạt động
- Thiết kế, chế tạo các TN có thể tiến hành để xây dựng kiến thức về tính chất của tia hồng ngoại.
– Giáo viên giao cho học sinh tìm hiểu về một số cách làm mát truyền thống cho ngôi nhà hoặc thiết bị mà con người đã sử dụng trong quá khứ (mô tả, xem hình ảnh, video…) với yêu cầu: mô tả đặc điểm, nguyên lí, cách thức làm mát của hệ thống làm mát; giải thích tại sao hệ thống đó lại làm mát được.
– Học sinh ghi lời mô tả và giải thích vào vở cá nhân; trao đổi với bạn (nhóm đôi hoặc 4 học sinh); trình bày và thảo luận chung.
– Giáo viên xác nhận kiến thức cần sử dụng là tính chất của tia hồng ngoại, chất dẫn nhiệt, chất cách nhiệt, chất hấp thụ nhiệt và giao nhiệm vụ cho học sinh tìm hiểu trong sách giáo khoa để giải thích thông qua việc thiết kế, chế tạo ngôi nhà với các tiêu chí đã cho.
Hoạt động 2. NGHIÊN CỨU KIẾN THỨC TRỌNG TÂM VÀ XÂY DỰNG BẢN THIẾT KẾ
a. Mục đích
- Học sinh hình thành kiến thức mới về tính chất nhiệt của tia hồng ngoại và tính chất dễ bị hấp thụ bởi các chất của ti8a hồng ngoại; đề xuất được giải pháp và xây dựng bản thiết kế ngôi nhà.
b. Nội dung
- Học sinh nghiên cứu sách giáo khoa và tài liệu tham khảo về các kiến thức trọng tâm sau:
+ Tính chất của tia hồng ngoại (Bài 27 - Vật lí 12) + Chất dẫn nhiệt, chất cách nhiệt (Bài 22 – Vật lí 8), + Sự hấp thụ nhiệt của các chất ( Bài 23 – Vật lí 8),
- Học sinh thảo luận về các thiết kế khả dĩ của ngôi nhà và đưa ra giải pháp có căn cứ.
Gợi ý:
• Điều kiện nào để ngôi nhà trở nên mát hơn?
• Những hình dạng, màu sắc, cấu tạo nào của các bức tường, các vách trong ngôi nhà giúp ngôi nhà có thể làm mát được?
• Các nguyên liệu, dụng cụ nào cần được sử dụng và sử dụng như thế nào?
– Học sinh xây dựng phương án thiết kế ngôi nhà và chuẩn bị cho buổi trình bày trước lớp (các hình thức: thuyết trình, poster, powerpoint...). Hoàn thành bản thiết kế (phụ lục đính kèm) và nộp cho giáo viên.
– Yêu cầu:
• Bản thiết kế chi tiết có kèm hình ảnh, mô tả rõ kích thước, hình dạng, chất liệu của ngôi nhà cũng như của các vách tường trong ngôi nhà và các nguyên vật liệu sử dụng…
• Trình bày, giải thích và bảo vệ bản thiết kế theo các tiêu chí đề ra. Chứng minh nhiệt độ của ngôi nhà giảm bằng đo đạc cụ thể.
c. Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh
– Học sinh xác định và ghi được thông tin, kiến thức về tính chất của tia hồng ngoại. – Học sinh đề xuất và lựa chọn giải pháp có căn cứ, xây dựng được bản thiết kế ngôi nhà đảm bảo các tiêu chí.
d. Cách thức tổ chức hoạt động
– Giáo viên giao nhiệm vụ cho học sinh:
• Nghiên cứu kiến thức trọng tâm: Tính chất nhiệt và tính chất dễ bị hấp thụ bởi các vật của tia hồng ngoại;
• Xây dựng bản thiết kế ngôi nhà theo yêu cầu; • Lập kế hoạch trình bày và bảo vệ bản thiết kế. – Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm:
• Tự đọc và nghiên cứu sách giáo khoa, các tài liệu tham khảo, tìm kiếm thông tin trên Internet…
• Đề xuất và thảo luận các ý tưởng ban đầu, thống nhất một phương án thiết kế tốt nhất;
• Xây dựng và hoàn thiện bản thiết kế ngôi nhà; • Lựa chọn hình thức và chuẩn bị nội dung báo cáo. – Giáo viên quan sát, hỗ trợ học sinh khi cần thiết.
Hoạt động 3. TRÌNH BÀY BẢN THIẾT KẾ
a. Mục đích
Học sinh hoàn thiện được bản thiết kế ngôi nhà làm mát của nhóm mình. b. Nội dung
– Học sinh trình bày, giải thích và bảo vệ bản thiết kế theo các tiêu chí đề ra. Chứng minh ngôi nhà được làm mát bằng đo đạc cụ thể.
– Thảo luận, đặt câu hỏi và phản biện các ý kiến về bản thiết kế; ghi lại các nhận xét, góp ý; tiếp thu và điều chỉnh bản thiết kế nếu cần.
– Phân công công việc, lên kế hoạch chế tạo và thử nghiệm ngôi nhà. c. Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh
Bản thiết kế ngôi nhà sau khi được điều chỉnh và hoàn thiện. d. Cách thức tổ chức hoạt động
– Giáo viên đưa ra yêu cầu về: • Nội dung cần trình bày; • Thời lượng báo cáo;
• Cách thức trình bày bản thiết kế và thảo luận. – Học sinh báo cáo, thảo luận.
Hoạt động 4. CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM NGÔI NHÀ LÀM MÁT TỰ ĐỘNG
a.Mục đích
– Học sinh dựa vào bản thiết kế đã lựa chọn để chế tạo ngôi nhà đảm bảo yêu cầu đặt ra.
– Học sinh thử nghiệm, đánh giá sản phẩm và điều chỉnh nếu cần. b. Nội dung
– Học sinh sử dụng các nguyên vật liệu và dụng cụ cho trước (xốp, gỗ, băng dính, keo, ống kim loại rỗng, ống nhựa dẻo, kéo, thước kẻ, hệ thống mạch arduino gắn với mạch relay đóng ngắt tự động) để tiến hành chế tạo ngôi nhà làm mát
– Trong quá trình chế tạo các nhóm đồng thời thử nghiệm và điều chỉnh bằng việc sử dụng nhiệt kế hiện số để theo dõi nhiệt độ không khí trong ngôi nhà, tăng nhiệt độ của nguồn nhiệt trong ngôi nhà, quan sát, đánh giá và điều chỉnh nếu cần.
c. Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh
Mỗi nhóm có một sản phầm là một ngôi nhà đã được hoàn thiện và thử nghiệm. d. Cách thức tổ chức hoạt động
– Giáo viên giao nhiệm vụ:
• Sử dụng các nguyên vật liệu và dụng cụ cho trước để chế tạo ngôi nhà theo bản thiết kế;
• Thử nghiệm, điều chỉnh và hoàn thiện sản phẩm.
– Học sinh tiến hành chế tạo, thử nghiệm và hoàn thiện sản phầm theo nhóm. – Giáo viên quan sát, hỗ trợ học sinh nếu cần.
Hoạt động 5. TRÌNH BÀY SẢN PHẨM NGÔI NHÀ LÀM MÁT TỰ ĐỘNG
a. Mục đích
Các nhóm học sinh giới thiệu ngôi nhà làm mát trước lớp, chia sẻ về kết quả thử nghiệm, thảo luận và định hướng cải tiến sản phầm.
b. Nội dung
– Các nhóm trình diễn sản phẩm trước lớp
. – Đánh giá sản phẩm dựa trên các tiêu chí đã đề ra:
• Thể tích tối đa của ngôi nhà: 700 cm3 ,độ chắc chắn của ngôi nhà, tính thẩm mĩ của ngôi nhà.
• Làm mát được ngôi nhà khi cấp nguồn nhiệt bên trong ngôi nhà.
• Có biện pháp làm mát tự động khi nhiệt độ không khí trong nhà chạm đến ngưỡng cho phép.
– Chia sẻ, thảo luận để tiếp tục điều chỉnh, hoàn thiện sản phẩm.
• Các nhóm tự đánh giá kết quả nhóm mình và tiếp thu các góp ý, nhận xét từ giáo viên và các nhóm khác;
• Sau khi chia sẻ và thảo luận, đề xuất các phương án điều chỉnh sản phẩm;
• Chia sẻ các khó khăn, các kiến thức và kinh nghiệm rút ra qua quá trình thực hiện nhiệm vụ thiết kế và chế tạo ngôi nhà.
c. Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh
Ngôi nhà đã chế tạo được và nội dung trình bày báo cáo của các nhóm. d. Cách thức tổ chức hoạt động
- Tổ chức cho HS chuẩn bị và trưng bày sản phẩm cùng lúc. Khi các nhóm sẵn sàng, GV yêu cầu các nhóm cùng đồng thời bật đèn và cài chế độ cho mạch relay hoạt động là ngưỡng 35 độ C trong vòng 60s. Sau đó thu thập ghi chép số liệu của nhiệt kế trong quá trình đèn sáng và bật hệ thống làm mát. Nhóm nào có độ giảm nhiệt độ nhiều hơn trong cùng một khoảng thời gian thì nhóm đó có sản phẩm tốt hơn.
– Yêu cầu HS của từng nhóm trình bày, phân tích về hoạt động, giá thành và kiểu dáng của ngôi nhà.
– GV và hội đồng GV tham gia sẽ bình chọn kiểu dáng ngôi nhà đẹp. Song song với quá trình trên là theo dõi độ giảm nhiệt độ và mức độ tự động làm mát của ngôi nhà, để ghi nhận theo tiêu chí đã đề ra trước đó của các nhóm.
– GV nhận xét và công bố kết quả chấm sản phẩm theo tiêu chí của Phiếu đánh giá sản phẩm
– Giáo viên đặt câu hỏi cho bài báo cáo để làm rõ cơ chế làm mát của ngôi nhà, giải thích các hiện tượng xảy ra khi thiết kế và hệ thống làm mát được khởi động, khắc sâu kiến thức mới của chủ đề và các kiến thức liên quan.
– Khuyến khích các nhóm nêu câu hỏi cho nhóm khác.
– GV tổng kết chung về hoạt động của các nhóm; Hướng dẫn các nhóm cập nhật điểm học tập của nhóm. GV có thể nêu câu hỏi lấy thông tin phản hồi:
+ Các em đã học được những kiến thức và kỹ năng nào trong quá trình triển khai dự án này?