Chương 2. XÂY DỰNG NỘI DUNG, THIẾT KẾ PHƯƠNG ÁN DẠY HỌC TÍCH H ỢP CHỦ ĐỀ ” ÁNH SÁNG” Ở THPT
2.2. Thi ết kế phương án dạy học tích hợp chủ đề “ Ánh sáng”
Xuất phát từ nội dung chương trình Giáo dục phổ thông các môn Sinh học, Vật lí và Địa lí cũng như những mục tiêu dạy học các nội dung này đồng thời thu thập thêm các kiến thức về tác dụng của ánh sáng đối với đời sống sinh vật từ các nguồn tài liệu khác, chúng tôi đã xây dựng nội dung chủ đề “Ánh sáng”gồm 3 tiểu chủ đề ( mỗi tiểu chủ đề là một bài học):
- Bài 1. Sự truyền ánh sáng - Bài 2. Bản chất ánh sáng
- Bài 3. Ánh sáng với đời sống sinh vật.
BÀI 1. Sự truyền ánh sáng 1. Mục tiêu của bài học
Sau khi học bài học này, học sinh có những hiểu biết về dấu hiệu chung bản chất và quy luật của các hiện tượng truyền sáng trong tự nhiên. Cụ thể sau khi học chủ đề, học sinh đạt được:
* Về kiến thức :
- Nêu được định nghĩa nguồn sáng, vật sáng..
- Phát biểu được định luật truyền thẳng của ánh sáng.
- Nêu được khái niệm tia sáng
- Nhận biết được ba loại chùm sáng: song song, hội tụ và phân kì.
- Phát biểu được định luật phản xạ ánh sáng.
- Phát biểu được định luật khúc xạ ánh sáng và viết được hệ thức của định luật - Biết tính chiết suất, góc tới, góc khúc xạ trong hệ thức của định luật khúc xạ ánh sáng.
- Trình bày được các hệ quả chủ yếu của chuyển động tự quay quanh trục của Trái Đất:sự luân phiên ngày, đêm, giờ trên Trái Đất, sự chuyển động lệch hướng của các vật thể.
- Trình bày được các hệ quả chủ yếu của chuyển động quanh Mặt Trời của Trái Đất: hiện tượng mùa và các hiện tượng ngày đêm dài ngắn theo mùa
* Về kỹ năng
- Nêu được ví dụ về nguồn sáng và vật sáng
- Biểu diễn được đường truyền của ánh sáng (tia sáng) bằng đoạn thẳng có mũi tên.
- Biểu diễn được tia tới, tia phản xạ, góc tới, góc phản xạ, pháp tuyến trong sự phản xạ ánh sáng bởi gương phẳng.
- Vẽ được tia phản xạ khi biết tia tới đối với gương phẳng và ngược lại.
- Tiến hành được thí nghiệm để xác định tỉ số sin( góc tới)/sin (góc khúc xạ ) có giá trị không đổi đối với mỗi cặp môi trường trong suốt . Từ đó tính được chiết suất tỉ đối giữa hai môi trường trong suốt.
- Sử dụng tranh ảnh, hình vẽ, mô hình để trình bày, giải thích các hệ quả của chuyển động tự quay quanh trục của Trái Đất: hiện tượng luân phiên ngày đêm, sự phân chia các múi giờ và sự lệch hướng chuyển động của các vật thể trên Trái Đất.
- Sử dụng tranh ảnh, hình vẽ, mô hình để trình bày, giải thích các hệ quả của chuyển động quanh Mặt Trời: chuyển động biểu kiến của mặt trời hằng năm, hiện tượng mùa và hiện tượng ngày đêm dài, ngắn theo mùa và theo vĩ độ trên Trái Đất.
- Sử dụng thành thạo phần mềm Power Point để trình bày nội dung dự án được giao.
* Về thái độ
- Sẵn sàng nhận nhiệm vụ học tập, nỗ lực hoàn thành các nhiệm vụ học tập - Có tinh thần học tập hợp tác
- Phát triển tư duy tìm tòi khám phá trong học tập, nghiên cứu khoa học.
*Bồi dưỡng năng lực - Năng lực tự học
- Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo - Năng lực ngôn ngữ và giao tiếp
- Năng lực hợp tác - Năng lực thẩm mỹ 2. Nội dung của bài học
2. 1. Các khái niệm, định luật về sự truyền của ánh sáng trong tự nhiên.
a. Các khái niệm
- Nguồn sáng: Là các vật tự nó phát ra ánh sáng.
- Vật sáng: Bao gồm nguồn sáng và các vật phản xạ lại ánh sáng chiếu tới nó.
- Tia sáng: Đường truyền của ánh sáng được biểu diễn bằng một đường thẳng có hướng .
- Chùm sáng: Gồm rất nhiều tia sáng hợp thành. Khi vẽ chùm sáng ta chỉ vẽ hai tia sáng ngoài cùng trong mỗi chùm sáng.
b. Các định luật.
Ánh sáng truyền trong tự nhiên tuân theo ba định luật cơ bản sau :
- Định luật truyền thẳng ánh sáng:Trong môi trường trong suốt và đồng tính ánh sáng truyền theo đường thẳng.
- Định luật phản xạ ánh sáng:Tia phản xạ nằm trong cùng mặt phẳng với tia tới và đường pháp tuyến. Góc phản xạ bằng góc tới .
- Định luật khúc xạ ánh sáng : . Tia khúc xạ nằm trong mặt phẳng tới( tạo bởi tia tới và pháp tuyến) và ở bên kia pháp tuyến so với tia tới.
. Với hai môi trường trong suốt nhất định, tỉ số giữa sin góc tới ( sin i) và sin góc khúc xạ ( sin r) luôn không đổi
2. 2. Sự truyền ánh sáng từ Mặt Trời đến Trái Đất.
Trái Đất trong hệ Mặt Trời.
Mặt Trời là một ngôi sao trung bình trong Dải Ngân Hà. Hệ Mặt Trời gồm có Mặt Trời ở trung tâm cùng với các thiên thể chuyển động xung quanh( các hành tinh, tiểu hành tinh, vệ tinh, sao chổi, thiên thạch) và các đám khí bụi. Khoảng cách trung bình từ Trái Đất đến Mặt Trời là 149,6 triệu km. Khoảng cách dod với sự tự quay làm cho Trái Đất nhận được lượng nhiệt và ánh sáng để sự sống cóa thể phát sinh và phát triển . Cũng như các hành tinh khác Trái Đất vừa tự quay quanh trục vừa chuyển động tịnh tiến xung quanh Mặt Trời. Các chuyển động này đã tạo ra nhiều hệ quả địa lí trên Trái Đất
Hệ quả của chuyển động tự quay quanh trục của Trái Đất
a.Sự luân phiên ngày, đêm: Hình khối cầu của Trái đất luôn được Mặt Trời chiếu sáng một nửa, vì thế đã sinh ra ngày và đêm, do Trái đất tự quay quanh trục, nên mọi nơi bề mặt của Trái Đất đều lần lượt
được mặt trời chiếu sáng b. Giờ Trái đất và đường chuyển ngày quốc tế.
Trái Đất có hình khối cầu và tự quay quanh trục từ tây sang đông nên trong cùng một thời điểm, người đứng ở kinh tuyến khác nhau sẽ nhìn thấy Mặt trời
ở độ cao khác, các điểm thuộc kinh tuyến khác nhau sẽ có giờ khác nhau, ( giờ địa phương hay giờ mặt trời).
Để cho việc tính giờ và giao dịch quốc tế, người ta chia bề mặt Trái đất thành 24 múi giờ, mỗi múi giờ rộng 15 độ kinh tuyến. Giờ ở múi số 0 sẽ được lấy làm giờ quốc tế hay giờ GMT ( Greenwich Mean Time). Việt Nam thuộc múi giờ số 7.
Theo cách tính giờ múi, trên Trái Đất lúc nào cũng có một múi giờ mà ở đó có hai ngày lịch khác nhau. Người ta quy định lấy kinh tuyến 1800 qua giữa múi giờ số 12 ở Thái Bình Dương làm đường chuyển ngày quốc tế. Nếu đi từ phía tây sang phía đông qua kinh tuyến 1800 thì lùi một ngày lịch. Nếu đi từ
phía đông sang phía tây qua kinh tuyến 1800 thì tăng thêm một ngày lịch.
c. Sự lệch hướng chuyển động của các vật thể.
Khi Trái đất tự quay quanh trục, mọi địa điểm thuộc các vĩ độ khác nhau ở bề mặt Trái đất ( trừ hai cực), đều có vận tốc dài khác nhau và chuyển hướng từ tây sang đông. Do vậy các vật thể chuyển động trên bề mặt Trái đất sẽ bị lệch so với hướng ban đầu.
Hệ quả chuyển động xung quanh Mặt trời của Trái đất
a. Các mùa trong năm.Ngoài sự vận động tự quay quanh trục, Trái đất còn chuyển động quanh
Mặt trời theo một quỹ đạo có hình elip gần tròn. có hai tiêu điểm cách nhau khoảng 5 triệu km. Đường Hoàng đạo có độ dài khoảng 943.040.000km. Điểm cận nhật là điểm Trái đất gần Mặt trời nhất (cách 147 triệu km) vào ngày 3 hoặc 4 tháng 1. Điểm viễn
nhật (cách 152 triệu km), vào ngày 4 hoặc 5 tháng 7 hàng năm .
. Thời gian Trái đất chuyển động quanh Mặt trời một vòng trên hoàng đạo hết 365 ngày 5 giờ 48 phút 56 giây với vận tốc trung bình 28km/s (gọi là năm Thiên văn hay năm Xuân phân) . Trong khi chuyển động trên quỹ đạo (quanh Mặt trời), Trái đất lúc nào cũng giữ nguyên độ nghiêng và hướng nghiêng của trục không đổi. Mặt phẳng xích đạo so với Hình 2.2. - Sự lệch hướng chuyển động của các vật thể trên bề mặt
Trái Đất
mặt phẳng hoàng đạo lệch một góc 230 27' .
b. Hiện tượng mùa.
Mùa là một phần thời gian của năm, nhưng có những đặc điểm riêng về thời tiết và khí hậu. Nguyên nhân gây ra các mùa là do trục của Trái đất nghiêng với mặt phẳng quỹ đạo của Trái Đất không đổi phương trong không gian., nên có thời kì bán cầu Bắc ngả về phía Mặt Trời, có thời kì bán cầu Nam ngả về phía Mặt Trời. Điều đó làm cho thời gian chiếu sang và sự nhận lượng bức xạ mặt trời ở mỗi bán cầu thay đổỉ trong năm.
Người ta chia một năm ra bốn mùa. Các nước theo dương lịch ở bán cầu Bắc lấy bốn ngày: xuân phân ( 21 – 3), hạ chí ( 22 – 6), thu phân ( 23- 9) và đông chí( 22 – 12) là bốn ngày khởi đầu của bốn mùa. Ở bán cầu Nam, bốn mùa diễn ra ngược với bán cầu Bắc.
c. Hiện tượng ngày, đêm dài ngắn theo mùa và theo vĩ độ.
Trong khoảng thời gian từ ngày 21 – 3 đến 23 – 9 , bán cầu Bắc ngả về phía Mặt trời, nên bán cầu này có góc chiếu sáng lớn, diện tích chiếu sáng lớn hơn diện tích khuất trong bóng tối, đó là mùa xuân và hạ của bán cầu Bắc, ngày dài hơn đêm.
Trong khoảng thời gian từ ngày 23 – 9 đến 21 – 3, bán cầu Nam ngả về phía Mặt trời, nên bán cầu này có góc độ chiếu sáng lớn, đó là mùa xuân và mùa hạ của bán cầu Nam, ngày dài hơn đêm. Ở bán cầu Bắc thì ngược lại.
Hình 2.3-Sự vận độngcủa Trái Đất quanh Mặt Trời và các mùa ở Bắc bán cầu
Riêng hai ngày 21 – 3 và 23 – 9, Mặt thẳng góc xuống xích đạo lúc 12 giờ trưa nên thời gian chiếu sáng cho hai bán cầu là như nhau.
Ở xích đạo, quanh năm có độ dài ngày và đêm khác nhau, càng xa xích đạo, độ dài ngày và đêm càng chênh lệch nhiều.
Bảng 2.1: Thời gian ngày dài nhất và ngắn nhất trong năm theo vĩ độ Độ vĩ Ngày dài nhất Ngày ngắn nhất
00 12h05’ 12h05’
100 12h40’ 11h30’
200 13h18’ 10h53’
300 14h02’ 10h10’
400 14h58’ 9h16’
450 15h33’ 8h42’
500 16h18’ 8h00’
550 17h17’ 7h05’
600 18h45’ 5h45’
650 21h43’ 3h22’
660 24h00’ 2h30’
d. Sự phân phối bức xạ Mặt Trời khi đến Trái Đất.
Nguồn cung cấp nhiệt chủ yếu cho mặt đất là bức xạ Mặt Trời.Quá trình bức xạ Mặt Trời đến bề mặt Trái Đất được phân bố như sau: Nếu nguồn bức xạ là 100% thì 30% bị phản hồi vào không gian trước khi đến Trái Đất, 19% bị khí quyển hấp thụ, 47% được bề mặt Trái Đất hấp thụ, 4% tới bề mặt Trái Đất lại bị phản hồi vào không gian.
Như vậy, nhiêt cung cấp chủ yếu cho không khí ở tầng đối lưu là nhiệt của bề mặtTrái Đất được Mặt Trời đốt nóng. Nhiệt lượng do Mặt Trời mang đến bề mặt Trái Đất luôn thay đổi theo góc chiếu của tia bức xạ Mặt Trời, nếu góc chiếu lớn thì nhiệt lượng lớn và ngược lại
Bảng 2.2. Phân bố bức xạ Mặt Trời theo vĩ độ ở Bắc bán cầu vào các ngày 21/3, 22/6, 23/9, 22/12(đơn vị: cal/cm2/ngày)
Vĩ độ 00 100 300 500 700 900
21/3 672 569 506 367 132 0
22/6 377 649 728 707 624 634
23/9 663 630 548 361 130 0
22/12 616 519 226 66 0 0
Hình 2.5 : Sự phân bố các đới khí hậu theo vĩ độ Hình 2.4. - Sự phân bố bức xạ Mặt Trời trên Trái Đất
C. Tổ chức dạy học
1.Phương pháp và hình thức tổ chức dạy học
-Sử dụng phương pháp dạy học theo hướng tổ chức hoạt động nhóm, giúp học sinh tái hiện các khái niệm, định luật về sự truyền của ánh sáng trong tự nhiên đã học ở THCS và xây dựng hệ thức của định luật khúc xạ ánh sáng thông qua Phiếu học tập số 1.
- Tổ chức dạy học dự án Tìm hiểu sự truyền ánh sáng từ Mặt Trời đến Trái Đất..
2. Chuẩn bị
* Giáo viên: Chuẩn bị bộ thí nghiệm quang gồm : nguồn sáng, bán trụ , thước đo độ - Phiếu học tập số 1 ( Phụ lục 1)
- Triển khai các nội dung : hệ quả của chuyển động tự quay quanh trục của Trái Đất và hệ quả của chuyển động quay quanh Mặt Trời của Trái Đất thành dự án.
- Chia nhóm học sinh trong lớp và giao nhiệm vụ.
- Phòng học có đủ phương tiện và thiết bị phục vụ cho bài dạy.
* Học sinh:
- Ôn tập lại các nội dung kiến thức liên quan đã học ở cấp THCS.
- Nhận và tiến hành nhiệm vụ được giao 3. Tiến trình dạy học
Hoạt động1: Ôn tập các khái niệm, định luật về sự truyền của ánh sáng trong tự nhiên.
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh - Chia nhóm
- Giao các nhóm thực hiện nhiệm vụ 1, 2, 3 trên Phiếu học tập số 1.
- Hướng dẫn thảo luận
- Xác nhận ý kiến đúng
- Đề nghị các nhóm tiếp tục thực hiện nhiệm vụ 4 trên Phiếu học tập số 1
- Đề nghị báo cáo nhóm báo cáo kết quả thí nghiệm
- Thể chế hóa kiến thức Định luật khúc xạ ánh sáng
- Tiếp nhận nhiệm vụ
- Một nhóm trình bày, các nhóm khác lắng nghe, tham gia thảo luận
- Ghi nhận
- Thí nghiệm tìm quy luật về mối quan hệ giữa góc khúc xạ và góc tới.
- Báo cáo kết quả
- Ghi nhận kiến thức Định luật khúc xạ ánh sáng
Hoạt động 2: Tìm hiểu sự truyền ánh sáng từ Mặt Trời đến Trái Đất.
Ý tưởng sư phạm: Tổ chức dạy học theo dự án Dự án 1.
Ý tưởng dự án: Trong một lần đến thăm và dạy học cho các em bé mồ côi tại trung tâm bảo trợ xã hội. Các bé đã hỏi Nam “ Anh ơi vì sao lại có ngày và đêm?
Chúng em chỉ thích ngày thôi , vì có các anh chị đến chơi, vui lắm” . Để giúp Nam giải thích cho các em hiểu về hiện tượng trên đồng thời cung cấp thêm cho các em một số kiến thức liên quan đến chuyển động tự quay quanh trục của Trái Đất, em hãy thiết kế một bài thuyết trình bằng Power Point
a.Câu hỏi định hướng:
Trong quá trình chuyển động tự quay quanh trục của Trái Đất , ánh sáng từ Mặt Trời chiếu xuống Trái Đất gây ra hệ quả gì?
b. Câu hỏi bài học:
- Tính chất của chuyển động tự quay quanh trục của Trái Đất như thế nào?
- Tại sao có hiện tượng ngày – đêm luân phiên trên Trái Đất?
- Múi giờ trên Trái Đất được phân chia như thế nào? tại sao phải có đường đổi ngày?
- Khi chúng ta chuyển động dọc theo một kinh tuyến trên Trái đất chúng ta có thực sự đi thẳng?
c. Nguồn thông tin hỗ trợ.
- SGK Địa lí lớp 10.
- Giáo trình thiên văn (.http://vndoc.com/giao-trinh-thien-van-hoc-dai-cuong- ebook/)
d. Tiến trình tổ chức dự án
Stt Hoạt động Cách tiến hành
1. Tìm ý tưởng dự án
- Xuất phát từ việc : Soạn một nội dung dạy học cho các em bé đồng thời trả lời cho câu hỏi mà các bé đặt ra .
- HS thảo luận nhóm và nêu ý tưởng dự án: Thiết kế một bài thuyết trình bằng Power point về chuyển động tự quay quanh trục của Trái Đất và các hệ quả.
2. Quyết định chủ đề
- Học sinh làm việc theo nhóm , chọn chủ đề cho nhóm , xác định rừ mục đớch dự ỏn, hỡnh dung ra sản phẩm mà dự ỏn cần đạt được.
3. Xây dựng kế hoạch
- HS làm việc theo nhóm, lập kế hoạch thực hiện dự án . - Phân công nhiệm vụ cho từng thành viên cụ thể trong nhóm
và thời gian quy định cho mỗi cá nhân.
- Xác định các nội dung cần trình bày:
+ Các tính chất của chuyển động tự quay quanh trục của Trái Đất.
+ Giải thích hiện tượng ngày đêm luân phiên nhau, hoàng hôn và bình minh.
+ Sự phân chia múi giờ trên Trái Đất. Việt Nam thuộc múi giờ nào?.
+ Đường đổi ngày: vị trí và cách đổi ngày theo quy ước.
+ Chuyển động biểu kiến của các vật khi đi dọc theo kinh độ.
- Sưu tập các hình ảnh minh họa cho từng nội dung.
- Thiết kế các slide trình chiếu phù hợp và đẹp mắt.
- Đưa ra các nguồn thông tin có thể tham khảo.
- Lên kế hoạch chuẩn bị trình bày sản phẩm.
4. Thực hiện dự án
- Học sinh làm việc theo nhóm và cá nhân theo kế hoạch.
- Công việc được thực hiện ở nhà và ngoài giờ học 5. Báo cáo sản
phẩm
- Từng nhóm báo cáo sản phẩm của nhóm mình. Các nhóm còn lại lắng nghe, đánh giá theo tiêu chí đã đề ra và cho ý kiến đóng góp
- Cả lớp thảo luận về ý kiến đóng góp.
- Giáo viên tổng kết lại các ý kiến.
Dự án 2.
Ca dao - tục ngữ Việt Nam có câu
Đêm tháng năm chưa nằm đã sáng Ngày tháng mười chưa cười đã tối.
Giáo viên dạy bộ môn Văn yêu cầu các bạn trong lớp vận dụng kiến thức Vật lí, Địa lí đã học để giải thích cho câu tục ngữ trên. Em hãy thiết kế một bài thuyết trình bằng Power Point để thực hiện nhiệm vụ được giao.
a. Câu hỏi định hướng: