8. Cấu trúc luận văn
2.2.3. Kiến thức STEM trong chủ đề
- Khoa học (S): Áp suất.
- Công nghệ (T): Tạo ra công cụ hỗ trợ nâng vật nặng bằng dụng cụ đơn giản: xilanh các loại (5ml, 10ml, 50ml...), que tre, viên bi, ốc vít…..
- Kỹ thuật (E): Thiết kế và chế tạo mô hình máy kích thủy lực bằng dụng cụ đơn giản như xilanh, các ảnh gỗ….
- Toán học (M): Tính toán kích thước các bộ phận, tính toán số chiều dài dụng cụvà xilanh đo mực nước như thế nào, ....
2.3. Tiến trình dạy học chủ đề"Áp suất chất lỏng-Bình thông nhau” theo định hướng giáo dục STEM
2.3.1. Phân phối thời gian cho các nội dung kiến thức của chủ đề
STT Hoạt động Nội dung hoạt động Thời gian Buổi 1: Nghiên cứu kiến thức nền. Thiết kế mô hình máy kích thủy lực
1 Khởi động
GV sử dụng tranh ảnh, video giới thiệu tình huống thực tiễn về người thợ dùng máy kích thủy lực để nâng ô tô. HS tiếp nhận tình huống và nêu vấn đề nghiên cứu.
5 phút
2
Hình thành kiến thức mới
Tìm hiểu kiến thức về áp suất, áp suất chất lỏng, công thức tính áp suất chất lỏng
20 phút
3 Nghiên cứu, tìm hiểu cấu tạo
nguyên lí bình thông nhau. 10 phút
4
Thiết kế mô hình máy kích thủy lực
Ý tưởng thiết kế mô hình máy kích thủy lực.
Đề xuất các phương án thiết mô hình máy kích thủy lực
Dự kiến dụng cụ để thiết kếmô hình máy kích thủy lực.
5 Báo cáo
Bản thiết kế Các nhóm báo cáo 15 phút
6
Thảo luận, lựa chọn phương
án tối ưu
Các nhóm thảo luận để lựa chọn
phương án thiết kế tối ưu nhất. 10 phút
Buổi 2: Lắp ráp mô hình máy kích thủy lực
7 Tiêu chí đánh giá Thống nhất các tiêu chí đánh giá về: - Sản phẩm - Báo cáo 5 phút 8 Lập kế hoạch thực hiện
Thống nhất kế hoạch thực hiện, phân
công nhiệm vụ cho mỗi thành viên. 5 phút 9 Lắp rắp, chế tạo
sản phẩm HS lắp ráp, chế tạo sản phẩm. 20 phút 10 Báo cáo
sản phẩm Học sinh báo cáo sản phẩm. 15 phút 11 Nhận xét,
đánh giá
Nhận xét, khắc phục nhược điểm
giúp HS hoàn thiện sản phẩm. 10 phút
2.3.2. Bộ câu hỏi định hướng của chủ đề
STT Hoạt động Câu hỏi định hướng
Buổi 1: Nghiên cứu kiến thức nền. Thiết kế mô hình máy kích thủy lực 1 Khởi động Người thợ muốn nâng chiếc xe ô tô để rửa xe
hoặc để rửa xe cho dễ dàng là rất khó vì nó rất nặng, sức người không thể nâng được. Vì vậy ta phải làm như thế nào để giúp người thợ có thể nâng chiếc xe một cách dễ dàng mà không tốn sức?
2 Hình thành kiến thức mới
Tìm hiểu kiến thức về áp suất, áp suất chất lỏng, công thức tính áp suất chất lỏng:
- Nhận xét về mối quan hệ giữa tác dụng của áp lực với diện tích bị ép?
- Tại sao khi lặn sâu người thợ lặn phải mặc bộ áo lặn chịu được áp suất lớn?
- Có tồn tại áp suất trong lòng chất lỏng không? Chất lỏng gây lên áp suất theo những phương nào? Hãy làm thí nghiệm kiểm chứng?
3 Nghiên cứu, tìm hiểu cấu tạo, nguyên lí bình thông nhau:
- Hãy so sánh các mực chất lỏng ở các nhánh trong bình thông nhau chứa cùng một chất lỏng đứng yên? Làm thí nghiệm kiểm chứng?
- Có thể nào chỉ cần dung một tay mà nâng bổng được chiếc xe nặng hàng chục tấn lên được không?
4 Thiết kế mô hình máy kích
thủy lực
- Em hãy đề xuất các phương án thiết kế mô hình máy kích thủy lực?
- Em hãy dự kiến các nguyên vật liệu cần dùng để thiết kế, chế tạo mô hình máy kích thủy lực? - Hãy trình bày lý do tại sao lại dùng các nguyên vật liệu đó, và tại sao lại thiết kế mô hình như vậy? - Hãy trình bày nguyên lý hoạt động của mô hình?
5 Báo cáo Bản thiết kế
Các nhóm báo cáo:
- Giới thiệu bản thiết kế mô hình máy kích thủy lực - Thuyết minh bản thiết kế
6 Thảo luận, lựa chọn phương án
tối ưu
Các nhóm thảo luận để lựa chọn phương án thiết kế tối ưu:
- Hãy nhận xét ưu, nhược điểm của từng mô hình? - Hãy đưa ra phương án khắc phục cho từng mô hình? - Hãy lựa chọn phương án tối ưu?
Buổi 2: Lắp ráp mô hình máy kích thủy lực 7 Tiêu chí
đánh giá
Thống qua các tiêu chí đánh giá về:
- Hãy nhắc lại các tiêu chí đánh giá sản phẩm - Hãy nhắc lại các tiêu chí đánh giá bài báo cáo
8 Lập kế hoạch thực hiện
Thống nhất kế hoạch thực hiện, phân công nhiệm vụ cho mỗi thành viên:
- Mục đích của hoạt động là gì? Nhiệm vụ cụ thể ra sao?
- Cần làm những phần việc/công đoạn nào? Ai là người làm phần việc/công đoạn đó?
- Làm khi nào? Thời gian làm?...
9 Lắp rắp, chế tạo sản phẩm
HS lắp ráp, chế tạo sản phẩm: - Hãy lựa chọn dụng cụ phù hợp? - Gia công chi tiết nhỏ nào trước?
- Lắp ráp phần nào trước, phần nào sau? - Thử nghiệm sản phẩm như thế nào?
- Cần chỉnh sửa điều gì, cải tiến ra sao để sản phẩm vận hành tốt?
- Sản phẩm đáp ứng những tiêu chí đánh giá như thế nào?
- Trong quá trình chế tạo máy kích thủy lực, em gặp những thuận lợi và khó khăn gì?
- Việc tự thiết kế, lắp ráp máy kích thủy lực đã mang lại cho em những điều bổ ích gì?
2.3.3. Chuỗi hoạt động giảng dạy a) Chuẩn bị GV a) Chuẩn bị GV
- Lựa chọn nội dung, phương pháp, hình thức tổ chức thực hiện.
- Lập kế hoạch dạy học.
- Các phiếu học tập giao nhiệm vụ cho học sinh, kế hoạch dạy học, các tiêu chí đánh giá hoạt động của học sinh, phiếu đánh giá sản phẩm, ..…
- Các dụng cụ thí nghiệm về áp suất và bình thông nhau. - Mô hình máy kích thủy lực.
- Chuẩn bị một số thiết bị, dụng cụ cần thiết cho học sinh làm mô hình như: súng bắn keo, các tấm gỗ, thanh đè lưỡi, xilanh, dây truyền, ……
b) Chuẩn bị HS
- Tìm hiểu kiến thức liên quan đến áp suất qua Sách giáo khoa, báo chí, qua các nguồn thông tin khác như internet, yotube,...
- Nội dung kiến thức: Mô hình máy kích thủy lực, nguyên lý hoạt động, các bộ phận chính, cách lắp ghép.
- Các câu hỏi đặt ra.
- Các vấn đề cần giải quyết.
- Tham gia: Thực hành thiết kế mô hình, lắp ráp mô hình máy kích thủy lực. - Báo cáo kết quả sản phẩm.
c) Tiến trình dạy học
BUỔI 1 HĐ 1: Khởi động
Mục tiêu: Học sinh tiếp nhận vàmô tả được tình huống thực tiễn; nêu được vấn đề cần giải quyết
HĐ của GV HĐ của HS Nội dung
- GV giới thiệu tình huống và nêu vấn đề : Người thợ muốn tự mình nâng chiếc xe ô tô để rửa dưới gầm xe hoặc để sửa xe
- Quan sát - Tiếp nhận tình huống, vấn đề
- Mô tả được tình huống
cho dễ dàng thường dùng một thiết bị được gọi là máy kích thủy lực. Vậy:
- Tại sao người thợ khi dùng máy kích thủy lực có thể nâng chiếc xe ô tô một cách dễ dàng mà không tốn nhiều sức?
- Hãy thiết kế mô hình máy kích thủy lực bằng những dụng cụ đơn giản?
- Nêu được vấn đề cần giải quyết
HĐ 2. Hình thành kiến thức “Áp suất chất lỏng - Bình thông nhau ” Mục tiêu:
- Dùng dụng cụ thực hành, khẳng định được: áp suất sinh ra khi có áp lực tác dụng lên một diện tích bề mặt, áp suất = áp lực / diện tích bề mặt.
- Liệt kê được một số đơn vị đo áp suất thông dụng.
- Thảo luận được công dụng của việc tăng, giảm áp suất qua một số hiện tượng thực tế.
- Nêu được: Áp suất tác dụng vào chất lỏng sẽ được chất lỏng truyền đi nguyên vẹn theo mọi hướng; lấy được ví dụ minh hoạ.
- Mô tả được thí nghiệm chứng tỏ sự tồn tại của áp suất trong lòng chất lỏng. tính áp suất chất lỏng.
- Viết được công thức tính áp suất chất lỏng, nêu được tên, đơn vị các đại lượng trong công thức.
- Nêu được: Các mặt thoáng trong bình thông nhau chứa một loại chất lỏng đứng yên thì ở cùng một độ cao.
HĐ của GV HĐ của HS Nội dung
- Yêu cầu HS trả lời các câu hỏi: Người đang ngồi trên bàn có áp lực không? Tại sao?
Lực kéo vật nặng của 1 người có phải áp lực không? Tại sao?
- Có, do có lực tác dụng vuông góc với S bị ép - Không,do lực tác dụng không vuông góc với S bị ép
I. Áp lực
- Áp lực là lực ép có phương vuông góc với mặt bị ép.
- Hướng dẫn cho HS thảo luận đưa ra phương án thí nghiệm ở 2 trường hợp, P phụ thuộc vào F và S. - Độ lớn của áp lực lớn thì tác dụng của áp lực như thế nào? - Diện tích của áp lực lớn thì tác dụng của áp suất như thế nào? - Từ định nghĩa áp suất nếu gọi F là áp lực, S là diện tích bị ép thì p được tính như thế nào? - Hs làm thí nghiệm - Áp lực càng lớn - Càng nhỏ - p = F/S II) Áp suất 1. Tác dụng của áp lực phụ thuộc vào những yếu tố nào? Kết luận: Tác dụng của áp lực càng lớn khi áp lực càng mạnh và diện tích bị ép càng nhỏ. 2. Áp suất - Áp suất là độ lớn của áp lực trên một đơn vị diện tích bị ép. p = F/S + F: áp lực tác dụng (N) + S: diện tích bị ép (m2) + p: áp suất (N/m2) - Đơn vị của áp suất là: Paxcan (Pa)
1) Yêu cầu học sinh quan sát thí nghiệm + 1 bình trụ có đáy C và các lỗ A, B ở thành bình được bít bằng một màng cao su mỏng. + Khảo sát sự tồn tại của áp suất trong lòng chất lỏng.
- Cho HS nhận xét và trả lời câu hỏi
- Nhận xét: Các màng cao su biến dạng chứng tỏ chất lỏng gây áp suất lên đáy bình và thành bình.
Vậy trong lòng chất lỏng có gây áp suất không? Chúng ta sẽ tiến hành thí nghiệm 2.
2) Mô tả thí nghiệm 2 Lấy một bình trụ thủy tinh có đĩa D tách rời dùng làm dây. Muốn D đậy kín đáy ống ta phải dùng tay kéo dây buộc đĩa D lên. - Cho HS dự đoán kết quả thí nghiệm. Quan sát - Lắng nghe và dự đoán thí nghiệm. - Tiến hành thí nghiệm
III) Sự tồn tại của áp suất trong lòng chất lỏng: 1. Thí nghiệm 1: C1: Chất lỏng gây áp suất lên thành bình và đáy bình . C2: Chất lỏng gây áp suất theo mọi phương. Vậy: Chất lỏng gây ra áp suất theo mọi phương.
2. Thí nghiệm 2:
Nhận xét: Chất lỏng gây ra áp suất theo mọi phương lên các vật trong lòng nó.
Kết luận: Chất lỏng không chỉ gây ra áp suất lên đáy bình, mà lên cả thành bình và các vật ở trong lòng chất lỏng.
- Yêu cầu HS trả lời câu hỏi
- Rút ra nhận xét, Nhận xét: Chất lỏng không chỉ gây ra áp suất lên đáy bình, mà lên cả thành bình và các vật ở trong lòng chất lỏng. - Giáo viên yêu cầu HS dựa vào công thức tính áp suất chất lỏng để chứng mình công thức: p=d.h Trong đó p là áp suất ở đáy cột chất lỏng, h là chiều cao cột chất lỏng - Đơn vị của áp suất là
𝑁/𝑚2 hay Pa
- Công thức này cũng áp dụng cho một điểm mất kì trong long chất lỏng, chiều cao của cột chất lỏng cũng là độ sâu của điểm so với mặt thoáng. Bài tập: So sánh áp suất tại hai điểm A,B nằm trong cùng một chất lỏng đưng yên
- Chứng mình công thức p=h.d. Giả sử có môt khối chất lỏng hình trụ, diện tích đáy là S, chiều cao là h. Ta có: p=𝐹
𝑆
mà F=P=d.v
Suy ra 𝑝 = 𝑑. ℎ
- Làm bài tập
IV. Xây dựng công thức tính áp suất trong lòng chất lỏng Ta có: p=𝐹 𝑆 mà F=P=d.v Suy ra 𝑝 = 𝑑. ℎ Trong cùng một chất lỏng đứng yên, áp suất tại những điểm nằm trên cùng một măt phẳng nằm ngang (có cùng độ sâu h) có độ lớn như nhau.
- Cho HS làm thí nghiệm với bình thông nhau và trả lời câu hỏi: So sánh mực chất lỏng ở các nhánh trong bình thông nhau chứa cùng chất lỏng đứng yên? Quan sát Thực hiện thí nghiệm và rút kết luận V) Bình thông nhau
Trong bình thông nhau chứa cùng một chất lỏng đứng yên, các mực chất lỏng ở các nhánh luôn ở cùng độ cao.
Hướng dẫn cho HS thảo luận về Nguyên tắc hoạt động và Cấu tạo của máy tính thủy lực
Quan sát VI. Nguyên tắc hoạt
động của máy kích thủy lực
1) Nguyên tắc hoạt động: Dựa trên nguyên lý Pascal: Chất lỏng đựng trong một bình kín có khả năng truyền nguyên vẹn độ tăng áp suất đến mọi nơi trong chất lỏng.
2) Cấu tạo: Gồm 2 ống hình trụ có tiết diện khác nhau, thông với nhau ở đáy, mỗi ống có một pittông, bên trong chứa chất lỏng.
B A
3) Hoạt động: Khi tác dụng lên pittông nhỏ một lực f sẽ gây ra một áp suất p = f/s. Áp suất này được chất lỏng truyền nguyên vẹn sang pittông lớn và gây nên lực nâng F lên pittông lớn:
F = p.S = S.f/s. Suy ra: F/f = S/s
HĐ3: Thiết kế mô hình máy kích thủy lực
Mục tiêu:
- Thiết kế được mô hình máy kích thủy lực
HĐ của GV HĐ của HS Nội dung
- Yêu cầu học sinh dự kiến nguyên vật liệu để chế tạo thành công mô hình máy kích thủy lực - Yêu cầu học sinh đề xuất ra các ý tưởng thiết kế mô hình máy kích thủy lực đơn giản
-Yêu cầu học sinh thiết kế lại ý tưởng
- Yêu cầu học sinh chế tạo mô hình máy kích thủy lực đơn giản và cáo sản phẩm vào tiết sau
Thảo luận và đưa ra các vật liệu đơngiản.
Chia nhóm để thực hiện nhiệm vụ
HS: Học sinh tìm phương án thiết kế mô hình máy kích thủy lực và suy nghĩ ưu nhược điểm của các phương án. HS: Suy nghĩ và nhận định phương án phù hợp nhất Một số mô hình máy kích thủy lực: - Mô hình máy kích thủy lực đơn giản: xilanh, bộ dây truyền…
HĐ4: Lập kế hoạch thực hiện
Mục tiêu
- Học sinh thống nhất và lập được kế hoạch phân công các thành viên trong nhóm
- Hình thành các bước để thực hiện sản phẩm
HĐ của HS Nội dung cần đạt
HS: Phân công nhiệm vụ trong nhóm.
HS làm việc theo nhóm, thiết kế mô hình máy kích thủy lực
HS các nhóm lần lượt trình bày.
- GV: Các nhóm đã thống nhất nguyên liệu và phương án thiết kế mô hình.
Chia lớp làm 3 nhóm.
- GV: Sau khi HS phân công nhiệm vụ cụ thể cho các thành viên.
YC: Hãy thiết kế mô hình. Thiết kế trên khổ giấy A3 (Thời gian thiết kế 5p).
GV: Các nhóm lên trình bày bản thiết kế của nhóm.
- Chỉ ra các bộ phân trong bản thiết kế. - Chỉ ra ưu điểm của bản thiết kế. - Chỉ ra nguyên lí hoạt động.
Giáo viên kết luận chỉ ra ưu nhược điểm của các bản thiết kế.
BUỔI 2:
HĐ1: Lắp ráp mô hình máy kích thủy lực vào báo cáo sản phẩm
Mục tiêu:
- Chế tác, lắp ráp và vận hành được mô hình máy kích thủy lực
- Báo cáo sản phẩm và trình bày được nguyên lí hoạt động của mô hình máy kích thủy lực
HĐ của GV HĐ của HS Nội dung cần đạt Đưa ra các tiêu