7. Các đóng góp của luận văn
2.3.5. Kế hoạch dạy học theo mô hình IBL
2.3.5.1. Mô hình dạy học IBL và nội dung dạy học
1. Vấn đề tìm hiểu: Nguyên lí cơ bản về cấu tạo và hoạt động của ĐỘNG CƠ NHIỆT. Nguyên lí cơ bản và thiết yếu nhất mà bất kì động cơ nhiệt nào cũng tuân theo là
động cơ nhiệt phải có một khối khí xác định (tác nhân) biến đổi theo một chu trình hoạt động giữa hai nguồn: nguồn nóng và nguồn lạnh. Mọi quá trình chuyển hóa năng lượng diễn ra trong động cơ nhiệt đều tuân theo hai nguyên lí cơ bản của nhiệt động lực học.
2. Kiến thức học sinh cần chiếm lĩnh trong quá trình tìm hiểu: - Thuyết động học phân tử chất khí.
- Các quá trình biến đổi trạng thái của một khối khí xác định và các định luật tương ứng.
- Phương trình trạng thái của khí lí tưởng. - Hai nguyên lí của Nhiệt động lực học.
3. Thời gian thực hiện: 3 tuần – tổng thời gian dạy học 2 chương “Chất khí” và “Cơ sở của nhiệt động lực học” chương trình Vật lí 10 cơ bản.
4. Công cụ hỗ trợ tổ chức hoạt động học tập: Bộ câu hỏi định hướng đã được xây dựng theo mô hình IBL.
5. Tài liệu và phương hỗ trợ:
- SGK Vật lí 10 cơ bản, sách giáo viên Vật lí 10 cơ bản, sách bài tập… - Mô hình động cơ nhiệt đơn giản từ ống nghiệm.
- Bộ thí nghiệm các định luật chất khí.
- Các thí nghiệm đơn giản về các định luật chất khí. - Các tài liệu tham khảo như sách, tạp chí có liên quan…
59
2.3.5.2. Vấn đề tìm hiểu
Câu hỏi khái quát:
Động cơ nhiệt được cấu tạo và hoạt động dựa trên những nguyên lí vật lí cơ bản nào để có thể liên tục sinh công cơ học?
Phân tích:
Học sinh đã biết Học sinh phải tìm hiểu
- Động cơ nhiệt phổ biến trong đời sống là xe gắn máy, ôtô,..
- Các động cơ này sử dụng nhiên liệu là xăng. Khi hoạt động, xăng được đốt để lấy nhiệt lượng cho động cơ hoạt động. - Có nhiều loại động cơ nhiệt, đặc biệt là động cơ xe máy. Hiện nay, còn có loại động cơ xăng được gọi là tiết kiệm xăng.
- Động cơ hoạt động sẽ xả khí thải ra môi trường bên ngoài gây tình trạng ô nhiễm.
- Xe sử dụng càng lâu mà không được bảo trì thì hiệu suất hoạt động càng thấp, gây ô nhiễm càng nhiều.
- Một động cơ nhiệt muốn hoạt động thì cần phải có những bộ phận thiết yếu nào? - Cơ chế nào giúp cho động cơ nhiệt có thể chuyển hóa nhiệt lượng nhận được thành công (để bánh xe chuyển động …)? - Sự chuyển hóa năng lượng trong động cơ có phải tuân theo nguyên lí nào hay không?
- Quá trình hoạt động hay chuyển hoá năng lượng của các động cơ khác nhau thì có khác nhau hay không? Và khác nhau ở chỗ nào?
- Hiệu suất của động cơ phụ thuộc vào những yếu tố nào? Làm thế nào để tăng hiệu suất của động cơ?
2.3.5.3. Kế hoạch dạy học
STT Hoạt động Công việc của giáo viên Chuẩn bị Tiết 1: Câu hỏi khái quát – Nội năng và sự biến thiên nội năng
1
Giới thiệu, chia nhóm và phổ biến kế hoạch
- Giới thiệu sơ lược về mô hình dạy học khám phá, vai trò của giáo viên và của học sinh trong quá trình học tập.
- Chia nhóm và yêu cầu học sinh bầu nhóm trưởng, thư kí.
- Giới thiệu cho học sinh về hoạt động bài tiểu luận cho quá trình học tập.
- Danh sách và sơ đồ lớp. Danh sách các nhóm. - Kế hoạch về hoạt động bài tiểu luận.
60 2
Xây dựng câu hỏi khái quát
- Liên hệ với kiến thức đã học ở phần cơ học và kinh nghiệm trong đời sống liên quan đến động cơ nhiệt để dẫn dắt học sinh đặt câu hỏi khái quát.
- Cho học sinh thảo luận về vấn đề cần tìm hiểu.
- Câu hỏi khái quát
- Các định hướng về nội dung các em sẽ thảo luận để dẫn dắt vào câu hỏi bài học đầu tiên. 3 Đặt vấn đề về sự chuyển hóa năng lượng trong động cơ nhiệt
- Giáo viên kích thích nhu cầu tìm hiểu về vấn đề năng lượng thông qua những vấn đề liên quan thực tiễn: giá xăng tăng, ô nhiễm môi trường.
- Yêu cầu học sinh nhận định vấn đề đầu tiên cần tìm hiểu về động cơ nhiệt.
- Câu hỏi bài học 1.
4
Khái niệm nội năng
- Cho học sinh làm việc nhóm, qua đó thấy được cơ chế cơ bản để chuyển hóa nhiệt lượng thành công cơ học qua tác nhân trung gian là một khối khí xác định dựa vào tính chất giãn nở của khối khí khi bị đốt nóng.
- Tiến hành thí nghiệm đơn giản về cơ chế này cho học sinh quan sát.
- Dẫn dắt học sinh hình thành khái niệm nội năng.
- Phiếu học tập nhóm số 1 (các câu hỏi nội dung 1,2,3).
- Thí nghiệm đơn giản về cơ chế chuyển hoá nhiệt lượng thành công cơ học. 5 Các cách làm biến đổi nội năng
- Cho học làm việc nhóm để thảo luận, trình bày và đưa ra ví dụ.
6
Giao nhiệm vụ về nhà
- Dẫn dắt học sinh xác định nội dung tiếp theo cần tìm hiểu.
- Bắt đầu gợi ý giao nhiệm vụ cho HS tìm hiểu về động cơ cụ thể.
- Phiếu học tập ở nhà số 1.
61
Tiết 2:Các nguyên lí của nhiệt động lực học
1
Thảo luận kết quả học tập ở nhà
- Kiểm tra bài cũ đồng thời yêu cầu học sinh thảo luận và trình bày những thông tin đã tìm hiểu được ở nhà.
2
Nguyên lí I Nhiệt động lực học
- Gợi nhớ câu hỏi bài học và những thông tin học sinh đã tìm hiểu ở tiết trước. Dựa vào nội dung học sinh đã tìm hiểu, giáo viên dẫn dắt để hình thành nguyên lí I nhiệt động lực học. - Hướng dẫn học sinh về quy ước dấu của đại lượng nhiệt lượng và công trong biểu thức nguyên lí I.
- Cho học sinh áp dụng nguyên lí I vào một vài trường hợp cụ thể.
- Hệ thống câu hỏi dẫn dắt để
hình thành nguyên lí I.
- Câu hỏi nội dung 5.
3
Nguyên lí II Nhiệt động lực học
- Dẫn dắt học sinh tìm hiểu về nguyên tắc cấu tạo của động cơ nhiệt thông qua CHND 6, 7, 8, 9.
- Giới thiệu nguyên lí II nhiệt động lực học và ý nghĩa của nó đối với việc chế tạo động cơ nhiệt.
- Câu hỏi nội dung 6,7,8,9. - Phiếu học tập nhóm số 2.
4
Hiệu suất của động cơ nhiệt
- Dẫn dắt học sinh hình thành khái niệm hiệu suất của động cơ nhiệt và ý nghĩa khái niệm này.
- Câu hỏi nội dung 10.
5
Giới thiệu mẫu
động cơ
Stirling đơn giản
- Biểu diễn cho học sinh quan sát mô hình động cơ Stirling đơn giản được chế tạo từ một ống nghiệm. Cho học sinh thảo luận nhóm về cấu tạo và hoạt động của động cơ.
- Cho học sinh xem video về một số động cơ nhiệt đơn giản.
- Mô hình động cơ Stirling đơn giản bằng ống nghiệm.
- Video một số động cơ nhiệt đơn giản.
62
về nhà - Yêu cầu học sinh tiếp tục tìm hiểu về nội dung đề tài theo yêu cầu đã đặt ra.
nhà số 2.
Tiết 3: Ôn tập hai nguyên lí NĐLH và bài tập vận dụng
1
Ôn tập và bài tập vận dụng
- Kiểm tra bài cũ đồng thời cho học sinh vận dụng nguyên lí I vào một số quá trình cụ thể để xác định dấu của các đại lượng.
2
Thảo luận kết quả học tập ở nhà
- Cho học sinh thảo luận và đại diện trình bày kết quả.
- Tổng kết kiến thức cho học sinh.
- Phiếu làm việc theo nhóm.
- Hình ảnh mô tả động cơ đơn giản, và động cơ 4 kì.
3
Xây dựng câu hỏi bài học 2
- Dựa vào phần tìm hiểu ở nhà, giáo viên dẫn dắt học sinh xác định vấn đề thứ hai cần tìm hiểu về động cơ nhiệt: chu trình hoạt động của tác nhân trong động cơ nhiệt.
- Câu hỏi bài học 2 về quá trình biến đổi trạng thái của khối khí trong quá trình hoạt động của động cơ nhiệt.
4 Giao nhiệm vụ về nhà
- Giao nhiệm vụ về nhà cho học sinh. - Phiếu học tập ở nhà số 3.
Tiết 4: Thuyết động học phân tử chất khí – Quá trình biến đổi trạng thái
1
Thảo luận kết quả học tập ở nhà
- Cho học sinh làm việc nhóm và tổng kết các kiến thức về cấu tạo chất, lực tương tác phân tử và đặc điểm các thể rắn, lỏng, khí. - Tổng kết kiến thức. 2 Thuyết động học phân tử chất khí – Khí lí tưởng
- Nhắc lại những kiến thức đã tìm hiểu về động cơ nhiệt thông qua CHBH-1, kết hợp với vấn đề cần giải quyết ở CHBH-2, giáo viên dẫn dắt học sinh
- Hình ảnh minh hoạ.
- Video về chuyển động
63
tìm hiểu vi mô về chất khí, cụ thể là thuyết động học phân tử chất khí.
- Giới thiệu khái niệm khí lí tưởng.
Brown.
3
Quá trình biến đổi trạng thái
- Theo kiến thức đã tìm hiểu ở phần trước, giáo viên dẫn dắt học sinh giúp các em đặt vấn đề: trong quá trình hoạt động của động cơ nhiệt, khối khí phải nhận nhiệt để sinh công, tức là khối khí đã thay đổi trạng thái của nó trong quá trình làm việc. Làm thế nào để khảo sát sự biến đổi trạng thái của khối khí? - Giới thiệu về ba thông số đặc trưng cho trạng thái của một khối khí và quá trình biến đổi trạng thái của khối khí.
- Hệ thống câu hỏi dẫn dắt cả lớp tìm hiểu.
4
Liên hệ với nội năng của vật chất
- Dẫn dắt để học sinh hiểu được định nghĩa khái niệm nội năng về mặt động học: nội năng là tổng động năng và thế năng tương tác của các phân tử.
- Nội năng đặc trưng cho một trạng thái nhiệt của một khối khí về mặt năng lượng.
5 Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà
- Giao nhiệm vụ về nhà cho học sinh.
Tiết 5: Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt
1 Kiểm tra bài cũ và thảo luận nhiệm vụ học tập ở nhà
- Kiểm tra bài cũ.
- Cho học sinh thảo luận nhóm để hình thành khái niệm về đẳng quá trình.
- Phiếu học tập nhóm số 3.
2 Quá trình đẳng nhiệt
- Giới thiệu quá trình đẳng nhiệt.
64
và thể tích trong quá trình đẳng nhiệt. 3 Thí nghiệm và
định luật Bôi- lơ – Ma-ri-ốt
- Yêu cầu học sinh dự đoán mối quan hệ giữa áp suất và thể tích trong quá trình đẳng nhiệt.
- Cho học sinh thảo luận nhóm để thiết kế phương án thí nghiệm
- Cho học sinh tiến hành thí nghiệm theo nhóm, ghi nhận kết quả và nhận xét.
- Cho học sinh báo cáo kết quả thí nghiệm và nhận xét.
- Giáo viên tổng kết và giới thiệu định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt. - Phiếu học tập nhóm số 4 về thiết kế phương án thí nghiệm. - Phiếu học tập nhóm số 5 để tiến hành thí nghiệm. - Bộ thí nghiệm định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt. 4 Đường đẳng nhiệt
- Giáo viên thông báo và giảng giải cho học sinh.
5 Giao nhiệm vụ về nhà
- Giao nhiệm vụ về nhà cho học sinh.
Tiết 6: Quá trình đẳng tích. Định luật Sắc-lơ
1 Kiểm tra bài cũ và kết quả làm việc ở nhà
- Kiểm tra bài cũ.
- Yêu cầu học sinh phát biểu khái niệm quá trình đẳng tích.
2 Thí nghiệm và định luật Sắc- lơ
- Yêu cầu học sinh phát biểu vấn đề cần tìm hiểu.
- Yêu cầu học sinh thảo luận để dự đoán về mối quan hệ giữa hai thông số áp suất và nhiệt độ trong quá trình đẳng tích.
- Cho học sinh thảo luận về thí nghiệm khảo sát; sau đó cho các em tiến hành thí nghiệm lấy số liệu, xử lí kết quả và nhận xét.
- Câu hỏi nội dung 6.
- Phiếu học tập nhóm số 6.
- Bộ thí nghiệm định luật Sắc-lơ.
65
- Giáo viên tổng kết về nội dung và điều kiện sử dụng của định luật Sắc-lơ. 3 Đường đẳng
tích
- Yêu cầu học sinh tự phát biểu khái niệm đường đẳng tích.
- Giáo viên thông báo và giảng giải cho học sinh dạng đồ thị.
4 Vận dụng - Cho học sinh làm việc nhóm để giải thích các hiện tượng giáo viên trình bày. - Thí nghiệm đơn giản về quá trình đẳng nhiệt và quá trình đẳng tích. 5 Giao nhiệm vụ về nhà
- Gợi ý cho học sinh vấn đề cần tìm hiểu về đẳng quá trình cuối cùng: quá trình đẳng áp.
- Giáo viên giao nhiệm vụ về nhà cho học sinh.
- Câu hỏi nội dung
- Phiếu học tập ở nhà số 4.
Tiết 7: Quá trình đẳng áp – Phương trình trạng thái khí lí tưởng
1 Kiểm tra kết quả làm việc ở nhà – Quá trình đẳng áp
- Yêu cầu học sinh thảo luận về quá trình đẳng áp dựa vào phiếu học tập nhóm.
- Giáo viên biểu diễn thí nghiệm kiểm chứng và tổng kết kiến thức cho học sinh. - Phiếu học tập nhóm số 7. - Bộ thí nghiệm định luật Gay- luy-xắc. 2 Khí thực và khí lí tưởng
- Giảng giải cho học sinh. 3 Phương trình
trạng thái khí lí tưởng
- Hướng dẫn học sinh phân tích một quá trình biến đổi bất kì của khối khí lí tưởng thông qua các đẳng quá trình để hình thành mối quan hệ (p,V,T).
4 Liên hệ các đẳng quá trình với nguyên lí I
- Dẫn dắt học sinh hình thành khái niệm chu trình biến đổi của khối khí.
- Yêu cầu học sinh làm việc nhóm để
- Hệ thống câu hỏi dẫn dắt.
66 Nhiệt động lực
học
áp dụng nguyên lí I nhiệt động lực học cho các quá trình của khí lí tưởng.
nhóm số 8. 5 Giao nhiệm vụ
về nhà
- Câu hỏi nội dung 11,12.
Kế hoạch chi tiết dạy học khám phá theo mô hình IBL đã thể hiện tiến trình dạy học qua các tiết học trên cơ sở bộ câu hỏi định hướng đã xây dựng. Các nhiệm vụ học tập xuyên suốt quá trình dạy học hai chương nhằm mục đích trả lời câu hỏi tổng quát đã được đặt ra. Kết thúc mỗi tiết học, một nhiệm vụ học tập mới được đặt ra theo nhu cầu tìm hiểu của người học. Mỗi tiết học được xây dựng và diễn ra theo một chu trình khám phá của mô hình. Các phiếu học tập nhóm được sử dụng trong mỗi tiết học là công cụ hỗ trợ học sinh hình thành kiến thức trong phạm vi thời gian hạn chế. Trong quá trình dạy học, câu hỏi tổng quát và các câu hỏi bài học thường được nhắc lại để học sinh luôn có định hướng trong quá trình tìm hiểu. Giáo viên có thể hỗ trợ để bản thân học sinh đặt ra câu hỏi mới trong quá trình tìm hiểu.
2.4. Soạn thảo tiến trình dạy học hai chương “Chất khí” và “Cơ sở nhiệt động lực học” theo mô hình IBL