3.6.1. Đánh giá định tính
Theo dõi diễn biến thực nghiệm sư phạm, chúng tôi nhận thấy các biểu hiện ở HS phù hợp với tiêu chí đánh giá năng lực sáng tạo kỹ thuật của HS đã đưa ra ở mục 1.4.5 – Chương 1. Sau đây, chúng tôi đánh giá định tính thông qua các biểu hiện của HS trong quá trình dạy học chủ đề STEM.
Tiêu chí 1: Tự tìm ra vấn đề mới, tình huống mới trong thực tiễn kỹ thuật và đề xuất phương án giải quyết đúng, mang lại hiệu quả
+ Đối với chủ đề STEM “Xe đồ chơi sáng tạo”
Sau khi gia công, chế tạo xong sản phẩm xe đồ chơi dùng phản lực thì HS nhận thấy cánh quạt kích thước lớn làm cánh quạt không quay được ⟹ thay đổi cánh quạt kích thước lớn thành cánh quạt có kích thước nhỏ, xe đồ chơi sẽ vận hành bình thường. [mức 2]
+ Đối với chủ đề STEM “Tàu Ya-ma-tô”
HS gia công, chế tạo mô hình tàu Ya-ma-tô đã tìm thấy vấn đề KT: dùng keo nến dán các bản cực vào mút xốp sẽ rất dễ bị rơi ra ngoài khi đặt mô hình sản phẩm vào dung dịch điện phân hoặc mút xốp biến dạng vì nhiệt độ của keo nến khá cao ⟹ Đề xuất phương án giải quyết: dùng dây ni-lon để buộc các bản điện cực vào thân tàu. [mức 3]
+ Đối với chủ đề STEM “Động cơ điện một chiều”
Khi HS gia công, chế tạo mô hình động cơ điện một chiều đã tìm ra vấn đề kỹ thuật: khi khung dây quay sẽ dễ bị biến dạng ⟹ Đề xuất phương án: Thay dây đồng có tiết diện lớn hơn hoặc sử dụng khung sẵn có độ bền tốt thì khi vận hành khung dây sẽ không bị biến dạng. [mức 3]
+ Đối với chủ đề STEM “Loa điện”
Khi HS thiết kế, chế tạo loa điện thì nhận thấy màng loa được làm bằng giấy A4 và đang thử nghiệm trong phòng học, nếu dùng loa điện này mang đi chơi, đi du lịch mà gặp trời mưa hay gặp nhiệt độ cao thì sao? ⟹ HS đề xuất phương án giải quyết: sử dụng màng loa làm bằng chất liệu không thấm nước và chống cháy (chịu nhiệt cao). [mức 4]
+ Đối với chủ đề STEM “Máy thu thanh”
Khi HS gia công, lắp ráp bộ kít AM/FM – CF210SP trong giai đoạn dùng mỏ hàn để hàn IC vào PCB module (mạch điện của bộ kít) đã gặp khó khăn vì các chân của IC rất nhỏ và nằm sát nhau đễ bị hàn dính các chân với nhau ⟹ Dùng khò hàn để hàn các chân IC vào PCB. [mức 3]
Tiêu chí 2: Kết hợp các thao tác tư duy (so sánh, phân tích, đánh giá) và các phương pháp phán đoán, mô hình giả thuyết, kiểm tra giả thuyết, từ đó đưa ra kết luận chính xác cho vấn đề
+ Đối với chủ đề STEM “Tàu Ya-ma-tô”
HS nhóm 2 phân tích cấu trúc kỹ thuật của mô hình tàu Ya-ma-tô và dựa vào kiến thức đã học:
- Dòng điện chạy trong dây dẫn đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng từ có phương và chiều được xác định bằng quy tắc bàn tay trái hay quy tắc vặn đinh ốc;
- Theo định luật III Newton: khi hai vật A và B tương tác với nhau thì lực do A tác dụng lên B bằng về độ lớn với lực do B tác dụng lên A, nhưng hai lực tác dụng ngược chiều nhau.
HS suy luận: muốn tàu chạy về trước thì phải có lực đẩy dòng nước chạy về phía sau.
Sau đó HS phân tích, bình thường các tàu muốn di chuyển được trên nước, người ta dùng động cơ làm quay cánh quạt (chân vịt) để tạo lực đẩy nước về phía sau, theo định luật III Newton thì có lực đẩy tàu chuyển động về phía trước.
HS đặt vấn đề: Vậy làm sao để tạo lực đẩy nước về phía sau mà không cần dùng đến cánh quạt (chân vịt)?
HS đặt giả thuyết: “Nếu tạo ra được lực đẩy nước về phía sau mà không dùng đến cánh quạt thì tàu có thể chuyển động về phía trước”.
HS xây dựng mô hình giả thuyết:
- Dòng điện chạy được trong các môi trường như: kim loại (chất rắn), chất điện phân (chất lỏng), chất khí, bán dẫn (chất rắn).
- Nước biển (chất lỏng) là môi trường có chứa nhiều muối NaCl ⟹ là chất điện li ⟹ chất điện phân
⟹ Ta chỉ cần cho dòng điện chạy trong chất điện phân rồi đặt trong từ trường
⟹ lực từ tác dụng lên dòng điện trong chất điện phân có phương dọc theo thân tàu và có chiều về phía sau thân tàu.
⟹ Đặt bàn tay trái nằm ngửa ra và ngón cái choãi ra 900 chỉ chiều của lực từ, là chiều về phía sau thân tàu;
⟹ Chiều từ cổ tay đến đầu các ngón tay là chiều của dòng điện, là chiều từ mép trái sang mép phải của tàu hay ngược lại ⟹ Đặt 2 bản điện cực được nối với nguồn điện nằm ngang dưới đáy và phía sau tàu để tạo ra dòng điện nằm ngang thân tàu;
⟹ Chiều của từ trường là hướng vào lòng bàn tay, là phương thẳng đứng, chiều từ trên hướng xuống hoặc ngược lại ⟹ Đặt nam châm ở phía trên hoặc dưới và đều nằm chính giữa 2 bản điện cực.
⟹ Tàu chuyển động được nhờ lực từ tác dụng lên dòng điện trong chất điện phân tạo nên dòng nước chuyển động về phía sau làm tàu chuyển động về trước.
Kiểm tra mô hình giả thuyết: khi đặt 2 bản điện cực được nối với nguồn điện trong chất điện phân và đặt một cực của nam châm vĩnh cửu nằm chính giữa 2 bản điện cực thì thấy phần dung dịch giữa 2 bản điện cực chuyển động tạo thành dòng.
⟹ Kết luận: Lực từ tác dụng lên dòng điện trong chất điện phân đặt trong từ trường sẽ tạo ra lực đẩy dòng nước về phía sau làm tàu chuyển động về phía trước. [mức 3]
+ Đối với chủ đề STEM “Loa điện”
HS nhóm 5 phân tích cấu trúc kỹ thuật của mô hình loa điện và dựa vào kiến thức đã học: một vật dao động tạo ra âm thanh, một vật phát ra âm thanh gọi là nguồn âm.
Từ đó HS so sánh các định nghĩa trên suy luận: loa điện cũng có chứa vật dao động nên phát ra được âm thanh.
Sau đó HS kiểm tra lại: cho tín hiệu điện vào loa thì nhận thấy màng loa dao động, HS kết luận: màng loa dao động nên phát ra âm thanh.
HS suy luận tiếp, muốn cho màng loa dao động vậy phải có lực nào đó tác động vào màng loa. HS đặt vấn đề: Tại sao khi cho tín hiệu điện vào thì loa phát ra được âm thanh? Tại sao trong loa điện lại có nam châm vĩnh cửu?
- Các nam châm tương tác với nhau: các cực cùng tên thì đẩy nhau, các cực khác tên thì hút nhau;
- Dòng điện cũng tác dụng từ lên nam châm thử đặt gần nó;
⟹ Dòng điện tương tác từ với nam châm; nam châm tương tác từ với nam châm; dòng điện tương tác từ với dòng điện ⟹ Xung quanh dòng điện và nam châm có từ trường;
- Nếu cho dòng điện chạy trong dây dẫn đặt trong từ trường sẽ chịu tác dụng từ tác dụng lên dây dẫn đó;
- Nếu màng loa có chứa dây dẫn thì khi ta cho dòng điện chạy qua, từ trường của nam châm tác dụng từ lên dây dẫn, làm màng loa bị kéo vào hoặc đẩy ra.
- Nếu dòng điện chạy qua dây dẫn có cường độ thay đổi, từ trường của nam châm tác dụng từ lên dây dẫn có cường độ thay đổi, làm màng loa cũng bị kéo hoặc đẩy lúc mạnh lúc nhẹ tương tự như độ lớn của cường độ dòng điện chạy qua dây dẫn;
- Nếu cho dòng điện có cường độ thay đổi theo quy luật (tín hiệu điện) chạy qua dây dẫn, từ trường của nam châm tác dụng từ lên dây dẫn cũng thay đổi có quy luật như tín hiệu điện ⟹ màng loa dao động phát ra âm thanh có quy luật giống như đồ thị dòng điện;
- Nếu có thiết bị biến tín hiệu âm thanh thành tín hiệu điện rồi cho chạy qua dây dẫn đặt trong từ trường của nam châm, từ trường của nam châm tác dụng lực từ lên dây dẫn có độ lớn thay đổi như đồ thị tín hiệu điện ⟹ màng loa dao động phát ra âm thanh có quy luật như đồ thị tín hiệu âm thanh.
HS phân tích cấu trúc kỹ thuật của loa điện: lấy loa điện thực tế và tháo các chi tiết KT của loa điện thì thấy phía dưới màng loa có ống dây đồng và được đặt trong từ trường của nam châm. Ống dây này được nối với 2 cực bên ngoài khung loa ⟹ Cho tín hiệu âm thanh được cung cấp bởi máy nghe nhạc thì thấy màng loa dao động phát ra âm thanh.
⟹ Mô hình giả thuyết đã được kiểm chứng. [mức 3]
Tiêu chí 3: Thiết kế được sơ đồ, bản vẽ thể hiện nguyên lý cấu tạo và hoạt động, vận hành của hệ thống kỹ thuật và chỉ ra được tính mới, tính hiệu quả của nó so với những cái đã biết
+ Đối với chủ đề STEM “Xe đồ chơi sáng tạo”
Khi HS thực hiện nhiệm vụ thiết kế bản vẽ mô hình xe đồ chơi thì có nhóm 1 đã thể hiện hệ thống truyền chuyển động từ DC motor đến trục bánh xe trước. Trong khi các nhóm khác và sản phẩm mẫu có bản vẽ KT thể hiện hệ thống truyền chuyển động cho trục bánh xe sau. [mức 4]
Hình 3.10. Bản vẽ kỹ thuật của nhóm 1
Hình 3.12. Bản vẽ kỹ thuật của nhóm 4
Tiêu chí 5: Tự mày mò, tìm hiểu cấu trúc và đặc tính các linh kiện rời rạc của sản phẩm đã bị tháo ra hoặc các bộ kít còn mới rồi sau đó lắp ráp các linh kiện lại với nhau cho ra sản phẩm hoàn chỉnh
+ Đối với chủ đề STEM “Xe đồ chơi sáng tạo”
Từ sản phẩm mẫu, HS có thể tháo các bộ phận, chi tiết KT có trong xe đồ chơi để tìm hiểu cấu trúc bên trong, bên ngoài và đặc tính, mối liên hệ, liên kết giữa các bộ phận để từ đó lựa chọn nguyên vật liệu phù hợp. Sau đó kết hợp chuỗi thao tác KT vào các nguyên vật liệu để biến thành các bộ phận, chi tiết KT tương ứng với bộ phận, chi tiết KT của sản phẩm mẫu rồi lắp ráp lại thành một xe đồ chơi hoàn chỉnh. [mức 3]
+ Đối với chủ đề STEM “Tàu Ya-ma-tô”
HS tìm hiểu cấu trúc, đặc tính các chi tiết KT trong sản phẩm mẫu mô hình tàu Ya-ma-tô, thậm chí có thể tháo rời các bộ phận, chi tiết KT của sản phẩm mẫu để quan sát thật sâu, chính xác. Sau đó từ những nguyên vật liệu nào phù hợp với bộ phận nào của mô hình mẫu, dụng cụ nào thực hiện chức năng ở những vị trí, thao tác KT nào để tiến hành gia công, chế tạo thành sản phẩm hoàn chỉnh. [mức 3]
+ Đối với chủ đề STEM “Động cơ điện một chiều”
HS tháo rời DC motor để tìm hiểu cấu trúc bên trong có những chi tiết KT nào, đặc điểm từng bộ phận, chi tiết KT hoạt động như thế nào, có mối quan hệ gì với nhau hay không? Từ đó HS mô hình hóa DC motor thành mô hình động cơ điện một chiều có kích thước các bộ phận, chi tiết KT lớn hơn và được thể hiện ra bên ngoài càng
nhiều càng tốt. Sau đó HS tiến hành gia công, lắp ráp các bộ phận, chi tiết KT thành mô hình hoàn chỉnh. [mức 3]
+ Đối với chủ đề STEM “Loa điện”
HS tháo rời các loa điện đã không dùng đến để tìm hiểu cấu trúc bên trong rồi quan sát sơ bộ các bộ phận, chi tiết KT rồi thống kê tên gọi, chức năng, chất liệu, hình dạng các bộ phận, chi tiết KT lại. Sau đó, chuyển thể các bộ phận, chi tiết KT đó thành những nguyên vật liệu tái chế sẵn có rồi lắp ráp các bộ phận, chi tiết KT lại theo một tổ hợp các thao tác sử dụng kết hợp các dụng cụ và nguyên vật liệu một cách hợp lý để sản phẩm trở nên hoàn chỉnh và hoạt động tốt. [mức 3]
+ Đối với chủ đề STEM “Máy thu thanh”
Một số HS có thể tự mày mò, tìm hiểu đặc tính các linh kiện điện tử trong các bộ kít , sắp xếp vị trí các linh kiện cho đúng vị trí, đúng cực các chân linh kiện điện tử trong sơ đồ mạch điện ⟹ sản phẩm có thể vận hành tốt ngay lần đầu tiên. [mức 3]
Tiêu chí 6: Tìm ra các thiết bị, vật liệu mới thay thế cho thiết bị, vật liệu cũ nhưng vẫn đảm bảo tính hiệu quả cao và tiết kiệm
+ Đối với chủ đề STEM “Xe đồ chơi sáng tạo”
Khi HS vận hành thử xe đồ chơi dùng dây cu-roa thì nhận thấy nếu dùng dây thun để làm dây cu-roa thì sẽ dễ bị kẹt dây ⟹ xe không hoạt động được. HS tìm ra vật liệu khác là dây ni-lon để làm dây cu-roa. [mức 4]
+ Đối với chủ đề STEM “Tàu Ya-ma-tô”
HS khi gia công, chế tạo mô hình tàu Ya-ma-tô dùng mút xốp làm thân tàu đã thấy khó khăn khi tạo các rãnh để đặt các bản điện cực và dán các nam châm vĩnh cửu, khi vận hành thì pin hay bị rơi ra khỏi thân tàu ⟹ HS đề xuất thay đổi mút xốp thành giấy Foam có đặc điểm: chống thấm nước tốt như mút xốp, cắt thành các mảnh rồi dùng keo nến dán lại với nhau để tạo thành thân tàu ⟹ Hình dạng tàu được cắt theo nhu cầu, sở thích. [mức 4]
+ Đối với chủ đề STEM “Loa điện”
HS đề xuất dùng giấy chống thấm hoặc nhựa hoặc bằng kim loại thay vì dùng giấy A4 thường để mô hình loa điện có thể sử dụng được ở các điều kiện môi trường khác nhau ⟹ Tính khả dụng cao. [mức 3]
Tiêu chí 7: Đề xuất giải pháp thiết kế mới cho hệ thống kỹ thuật đã có, thay đổi một số chi tiết thiết kế nhằm tăng hiệu quả cho hệ thống kỹ thuật
+ Đối với chủ đề STEM “Xe đồ chơi sáng tạo”
Khi HS thực hiện lắp ráp xe đồ chơi dùng phản lực ke L 2 lỗ vào thân xe đã không để ý đến chiều cao của xe dẫn đến khi lắp DC motor và cánh quạt vào thì cánh quạt không quay được. HS đề ra phương án thay ke L 2 lỗ thành ke L 4 lỗ để nâng cao thân xe ⟹ Cánh quạt quay được ⟹ Xe hoạt động bình thường. [mức 3]
Hình 3.13. Bản vẽ thiết kế mới của học sinh nhóm 2
+ Đối với chủ đề STEM “Tàu Ya-ma-tô”
Khi HS thực hiện gia công, chế tạo mô hình tàu Ya-ma-tô đã đề xuất giải pháp thiết kế thân mô hình tàu bằng giấy Foam thay vì dùng mút xốp sẽ khó gia công, chế tạo hơn: hạn chế dùng keo dán, pin dễ bị rơi khỏi tàu. [mức 4]
+ Đối với chủ đề STEM “Động cơ điện một chiều”
- Tại các ổ trục của mô hình động cơ một chiều, HS đề xuất thiết kế thêm chi tiết ổ bi để khi vận hành động cơ, rôto chuyển động êm nhẹ hơn. [mức 4]
- Rôto sử dụng cho mô hình động cơ điện một chiều, HS đề xuất gắn thêm chi tiết ngạnh ở 2 ổ trục để khi rôto chuyển động quay sẽ không bị lệch khỏi vị trí, không làm ảnh hưởng đến chổi quét. [mức 3]
Hình 3.14. Học sinh tiến hành thay đổi một số chi tiết KT cho mô hình động cơ điện một chiều
+ Đối với chủ đề STEM “Loa điện”
- HS đề xuất thay đổi màng loa bằng giấy A4 ⟹ màng loa bằng giấy chống thấm, nhựa hay bằng kim loại trong mô hình loa điện. [mức 3]
- HS đề xuất thay đổi kích thước tiết diện của dây đồng dùng làm ống dây để quá trình quấn ống dây dễ hơn, nhanh hơn. [mức 4]
+ Đối với chủ đề STEM “Máy thu thanh”
HS đề xuất thay đổi thông số cuộn cảm để tần số dò đài của máy thu thanh đúng theo thang đo có trong bộ kít. [mức 4]
Tiêu chí 8: Tiến hành thực hiện giải pháp, thi công, chế tạo,...hệ thống kỹ thuật nhằm mang lại lợi ích và có ý nghĩa xã hội