6. Cấu trúc đề tài
2.2. Quy trình xây dựng
Trong khóa luận, chúng tôi trình bày nội dung và quy trình xây dựng chủ đề “Năng lượng và sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả” ở bậc THCS như sau:
2.2.1. Lựa chọn chủ đề
Thực tế đã chứng minh, năng lượng đóng vai trò quan trọng trong tăng trưởng kinh tế và bảo vệ môi trường. Đây là đầu vào quan trọng của rất nhiều ngành sản xuất và là một trong những mặt hàng tiêu dùng thiết yếu của hộ gia đình. Sự thiếu hụt năng lượng trong một thời gian dài sẽ là nhân tố kìm hãm sự phát triển liên tục của nền kinh tế quốc dân, gây hiệu ứng xấu đối với tăng trưởng kinh tế và phát triển xã hội. Nguồn năng lượng truyền thống có thể khai thác để cung cấp cho nhu cầu của xã hội không phải là vô tận. Nước Việt Nam chúng ta được thiên nhiên ưu đãi, có sự giàu có về tài nguyên năng lượng nhưng thực tế cho thấy khả năng khai thác, chế biến, sử dụng còn nhiều hạn chế, gây nên sự lãng phí và hiệu quả không cao. Nếu tình trạng này cứ tiếp tục kéo dài thêm sẽ hết sức nguy hiểm. Do vậy, nhiều nước đã đưa vấn đề năng lượng thành quốc sách, đặt thành vấn đề “an ninh năng lượng” đối với sự phát triển quốc gia.
Theo Nghị định số 102/2003/NĐ-CP của chính phủ về sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả: “Sử dụng NLTK&HQ là sử dụng năng lượng một cách hợp lý, nhằm giảm mức tiêu thụ năng lượng, giảm chi phí năng lượng cho hoạt động của các phương tiện, thiết bị sử dụng năng lượng mà vẫn đảm bảo nhu cầu năng lượng cần thiết cho các quá trình sản xuất, dịch vụ và sinh hoạt”.
Giáo dục sử dụng tiết kiệm và hiệu quả năng lượng trong phạm vi trường phổ thông là một quá trình tạo dựng cho học sinh những nhận thức và mối quan tâm đối với các nguồn năng lượng sao cho các em có đủ kiến thức, thái độ, động cơ, ý thức và kỹ năng để có thể hoạt động một cách độc lập hoặc phối hợp nhằm tìm ra giải pháp nhằm sử dụng tiết kiệm và hiệu quả năng lượng trong hiện tại và tương lai.
Vì vậy, tôi lựa chọn chủ đề “Năng lượng và sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả.”
2.2.2. Xác định các vấn đề cần giải quyết
29
- Một số cách phân loại thường được sử dụng để phân loại các dạng năng lượng là gì?
- Thế nào là sự bảo toàn và chuyển hóa năng lượng? Chuyển hóa năng lượng và vật chất là gì?
- Sự chuyển hóa năng lượng có ý nghĩa quan trọng gì trong việc giải quyết các vấn đề kỹ thuật liên quan tới việc sử dụng năng lượng?
- Ảnh hưởng của việc khai thác và sử dụng năng lượng đến môi trường sinh thái?
- Tiết kiệm năng lượng mạng lại những lợi ích gì? Đề xuất biện pháp sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả?
2.2.3. Xác định các kiến thức trong chủ đề
Tên bài học: “Năng lượng và sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả”
Thời lượng kiến thức: 5 tiết
Nội dung Đóng góp của các môn học vào bài học Nội dung 1:
Khám phá năng lượng
+ Mục I,II – Bài 42: Ảnh hưởng của ánh sáng lên đời sống sinh vật – Sinh học 9
+ Mục II, III – Bài 16: Cơ năng – Vật Lý 8 Nội dung 2: Đi
tìm nguồn năng lượng xanh
+ Mục IV – Bài 16: Cơ năng – Vật lý 8
+ Mục I, II, III – Bài 21: Nhiệt năng – Vật lý 8
+ Mục I – Bài 13: Điện năng – Công của dòng điện – Vật lý 9
+ Bài 26: Đặc điểm tài nguyên khoáng sản Việt Nam – Địa lý 8 Nội dung 3: Sự
tồn tại bí ẩn của năng lượng
+ Mục II – Bài 59: Năng lượng và sự chuyển hóa năng lượng –
Vật lý 9
+ Mục I – Bài 32: Chuyển hóa – Sinh học 8
+ Mục I – Bài 60: Định luật bảo toàn năng lượng – Vật lý 9
+ Bài 17: Sự chuyển hóa và bảo toàn cơ năng – Vật lý 8
Nội dung 4:
Vấn đề “an ninh năng lượng”
+ Bài 32: Vai trò của điện năng trong kỹ thuật và đời sống –
Công nghệ 8
+ Bài 53: Tác động của con người đối với môi trường – Sinh học 9
30
Nội dung 5:
Bạn ơi, hành động nào!
+ Bài 38: Đồ dùng loại điện quang – đèn sợi đốt – Công nghệ 8
+ Bài 48: Sử dụng hợp lý điện năng – Công nghệ 9
Bảng 2.2. Các kiến thức trong chủ đề 2.2.4. Xác định mục tiêu dạy học của chủ đề
2.2.4.1.Về kiến thức
- HS nêu được các khái niệm cơ bản như: năng lượng, cơ năng, điện năng, nhiệt năng…
- Kể tên và nhận biết được một số dạng năng lượng quen thuộc và một số nguồn năng lượng quan trọng (năng lượng hóa thạch, hạt nhân, các năng lượng tái tạo…)
- HS trình bày được nguồn gốc sinh ra các dạng năng lượng, hoạt động tiêu thụ điện. Từ đó biết vận dụng để nâng cao hiệu quả sử dụng và tiết kiệm điện năng trong đời sống cũng như khoa học kỹ thuật.
- Nhận biết được một cách định tính sự chuyển hóa và truyền năng lượng trong một số quá trình:
+ Tự nhiên, sinh học, sinh thái
+ Kĩ thuật, sản xuất,…, đặc biệt là các động cơ nhiệt, thiết bị điện, sản xuất và sử dụng điện năng
- Nêu được vai trò của năng lượng đối với đời sống và sự phát triển; các nguồn năng lượng thông dụng là có hạn…
2.2.4.2.Về kỹ năng
- Phát triển năng lực làm việc độc lập, tích cực, hợp tác và sáng tạo để thực hiện tốt các nhiệm vụ cá nhân.
- Phát triển năng lực hợp tác; biết thảo luận chia sẻ ý tưởng với các thành viên trong nhóm và tổng hợp ý tưởng này với nhau.
- Biết cách thu thập thông tin từ nhiều nguồn khác nhau và xử lý các thông tin thu nhận được (phân tích, tổng hợp,…) rút ra các nhận xét về vấn đề cần tìm hiểu về năng lượng.
- Phân tích mối quan hệ giữa hoạt động của con người với môi trường, tác động của con người vào môi trường thông qua việc sử dụng năng lượng điện và phát triển các ngành công nghiệp.
31
- Có ý thức trong việc khai thác và sử dụng năng lượng an toàn, hiệu quả, giảm thiểu ảnh hưởng không tốt đến môi trường.
- Có hành vi sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả ở mọi lúc mọi nơi như: trong lớp học, tại nhà trường; địa phương…
- Có ý thức tuyên truyền về sử dụng năng lượng một cách hiệu quả đồng thời có thái độ phê phán những hành vi chưa sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả trong gia đình và cộng đồng.
2.2.5. Xác định các nội dung dạy học
Với các kiến thức đã xác định được ở mục 2.2.3., tôi tiến hành phân tích để đưa ra các nội dung dạy học.
NỘI DUNG 1: KHÁM PHÁ NĂNG LƯỢNG
Chủ đề này bắt đầu bằng việc làm quen với khái niệm năng lượng. Trong nội dung này, HS sẽ thực sự biết và hiểu về năng lượng, nguồn gốc và các dạng năng lượng quanh ta.
Ngoài nhiệm vụ khám phá về khái niệm năng lượng, HS sẽ được giao nhiệm vụ tìm hiểu về các nguồn năng lượng sạch cho tương lai.
Thông qua việc tìm hiểu tìm hiểu năng lượng, HS biết được năng lượng đến từ rất nhiều nguồn khác nhau.
Yêu cầu HS về nhà tìm một số nguồn năng lượng quanh khu vực mình đang sống. Từ đó, cho biết nguồn năng lượng nào được sử dụng phổ biến nhất?
NỘI DUNG 2: ĐI TÌM NGUỒN NĂNG LƯỢNG XANH
Bây giờ các em hãy phân loại các dạng năng lượng theo 3 nhóm chính
Đầu tiên, các em tìm hiểu về các dạng năng lượng phân loại theo vật lý – kỹ thuật. Trong nội dung này, HS sẽ biết được các khái niệm và ví dụ như: cơ năng, nhiệt năng, điện năng,…
Tiếp theo, các em tìm hiểu các dạng năng lượng phân loại theo nguồn gốc năng lượng, ví dụ như: năng lượng tái tạo, năng lượng sinh khối, năng lượng cơ bắp. Từ đó, các em biết được các dạng năng lượng này đến từ đâu.
Ngoài nhiệm vụ hiểu biết thêm về nguồn gốc của các dạng năng lượng, HS sẽ được giao nhiệm vụ kể tên các mỏ khoáng sản lớn hiện nay ở Việt Nam.
32
Cuối cùng, HS sẽ tìm hiểu các dạng năng lượng phân loại theo dòng biến đổi năng lượng. Từ đó, HS biết được quá trình từ khai thác biến đổi truyền tải sử dụng năng lượng.
Yêu cầu mỗi nhóm về nhà chuẩn bị 1 bài powerpoint tìm hiểu về nguồn gốc của các năng lượng tái tạo? Từ đó, hãy đưa ra các giải pháp sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo ít gây ô nhiễm môi trường.
NỘI DUNG 3: SỰ TỒN TẠI BÍ ẨN CỦA NĂNG LƯỢNG
Trong nội dung này, HS tìm hiểu về sự chuyển hóa của năng lượng không chỉ là chuyển hóa năng lượng trong kỹ thuật mà còn có sự chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào. Từ đó, HS sẽ biết được khái niệm về chuyển hóa năng lượng, các dạng năng lượng biến đổi.
Ngoài nhiệm vụ trên, HS sẽ được giao nhiệm vụ quan sát thí nghiệm và chỉ ra được rằng mọi quá trình biến đổi đều kèm theo sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác.
NỘI DUNG 4: VẤN ĐỀ “AN NINH NĂNG LƯỢNG”
Trong nội dung này, hướng dẫn HS tìm hiểu về vai trò của năng lượng đối với con người, đặc biệt là vai trò của điện năng trong kỹ thuật và đời sống. Từ đó, hiểu được vai trò sống còn đối với cuộc sống con người, nó quyết định sự tồn tại, phát triển và chất lượng cuộc sống của con người.
Ngoài nhiệm vụ trên, HS sẽ được giao nhiệm vụ tìm hiểu một số ảnh hưởng của việc khai thác và sử dụng năng lượng đến môi trường sinh thái. Từ đó, HS thấy được: “Nếu sử dụng tài nguyên năng lượng không tiết kiệm, hiệu quả thì sẽ trở thành tác nhân gây ô nhiễm môi trường, gây hiệu ứng nhà kính làm trái đất nóng lên”. Do đó, các em phải ý thức bảo vệ và cải tạo môi trường nhằm bảo vệ các nguồn năng lượng.
NỘI DUNG 5: BẠN ƠI, HÀNH ĐỘNG NÀO!
Trong nội dung này, hướng dẫn HS tìm hiểu một số biện pháp để sử dụng năng lượng một cách hiệu quả, tiết kiệm ở một số lĩnh vực như: quản lý; tuyên truyền, giáo dục; kỹ thuật. Từ đó, HS biết được năng lượng rất quý giá nên con người phải tìm cách để hạn chế sử dụng năng lượng.
33
Yêu cầu HS về nhà liệt kê một số việc làm của bản thân để góp phần tiết kiệm năng lượng. Từ đó thử để ý xem tiền điện tháng này của gia đình mình như thế nào với tháng trước nhé.
Chúng tôi đã thiết kế nội dung cho từng chủ đề. Sau đây là nội dung “Sự tồn tại bí ẩn của năng lượng (các nội dung còn lại xem ở phụ lục).
34
NỘI DUNG 3: SỰ TỒN TẠI BÍ ẨN CỦA NĂNG LƯỢNG
Xung quanh ta, năng lượng đang được chuyển đổi từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác, song trong một hệ kín năng lượng của hệ có giá trị không đổi
Chuyển hóa năng lượng trong kỹ thuật
Phản ứng dây chuyền
Sự biến đổi năng lượng từ dạng này sang dạng khác được gọi là “chuyển hóa năng lượng”. Từng bước dưới đây có thể liên kết với nhau để tạo ra một chuỗi năng lượng.
Hoàn thành chuỗi dây chuyền bên?
35
Trong tự nhiên cũng như trong kĩ thuật có rất nhiều hiện tượng ở đó diễn ra các quá trình chuyển hoá năng lượng như:
+ Chuyển hoá cơ năng thành nhiệt năng (như hiện tượng ma sát làm nóng các vật chuyển động có ma sát).
36
+ Sự chuyển hoá quang năng thành điện năng: như ở các trạm phát điện nhờ năng lượng mặt trời.
+ Sự chuyển hoá điện năng thành các dạng năng lượng khác như: điện năng thành cơ năng (động cơ điện); điện năng thành nhiệt năng (dụng cụ đun nấu bằng điện), điện năng thành hoá năng (trong điện phân, mạ kim loại…).
37
Trên hình vẽ các thiết bị trong đó thực hiện sự biến đổi năng lượng từ dạng ban đầu sang dạng cuối cùng cần dùng cho con người. Hãy chỉ ra năng lượng đã được chuyển hóa từ dạng nào sang dạng nào qua các bộ phận (1), (2) của mỗi thiết bị.
a) b)
c)
e)
38
Dạng năng lượng ban đầu Dạng năng lượng cuối cùng ta nhận biết được
Hóa năng Quang năng
Điện năng
Chuyển hóa vật chất và năng lượng trong tế bào
Mọi hoạt động của cơ thể đều gắn chặt với hoạt động sống của các tế bào và đều cần năng lượng.
Cây xanh quang hợp tạo ra chất hữu cơ, tích lũy năng lượng. Người và động vật lấy chất hữu cơ trực tiếp từ thực vật hoặc từ động vật ăn thực vật để xây dựng cơ thể, tích lũy và sử dụng năng lượng cho hoạt động sống.
Trong các trường hợp ở hình trên, ta nhận biết được điện năng, hóa năng, quang năng khi chúng đã được chuyển hóa thành dạng năng lượng nào?
39
Trong tế bào, quá trình biến đổi các chất đơn giản thành các chất đặc trưng có cấu trúc phức tạp và tích lũy năng lượng, đồng thời xảy ra sự ôxi hóa các chất phức tạp thành các chất đơn giản và giải phóng năng lượng gọi là quá trình chuyển hóa vật chất và năng lượng.
Quan sát sơ đồ trên, hãy cho biết sự chuyển hóa vật chất và năng lượng ở tế bào gồm những quá trình nào? Lập bảng so sánh đồng hóa và dị hóa?
40
Trong tất cả các phản ứng chuyển hóa trên bao giờ cũng có một phần năng lượng được biến đổi thành nhiệt năng và giải phóng ra ngoài cơ thể.
Định luật bảo toàn năng lượng
Năng lượng không tự nhiên sinh ra hoặc tự mất đi mà chỉ chuyển hóa từ dạng này sang dạng khác, hoặc truyền từ vật này sang vật khác
Bố trí thí nghiệm 1 như hình:
Thả cho viên bi sắt lăn xuống từ điểm A có độ cao h1. Quan sát chuyển động của bi, đánh dấu vị trí của bi khi lên đến điểm B có độ cao lớn nhất h2 ở bên phải
Hãy chỉ rõ thế năng và động năng của viên bi đã biến đổi như thế nào khi viên bi chuyển động từ A đến C rồi từ C đến B?
So sánh thế năng ban đầu mà ta cung cấp cho viên bi ở vị trí A và thế năng mà bi có ở điểm B?
Thiết bị thí nghiệm trên có thể làm cho viên bi có thêm nhi ều năng lượng hơn thế năng mà ta cung cấp cho nó lúc ban đầu không? Trong quá trình viên bi chuyển động, ngoài cơ năng ra còn có dạng năng lượng mới nào xuất hiện không?
41
Kết luận 1: Trong các hiện tượng tự nhiên, thường có sự biến đổi giữa thế năng và động năng, cơ năng luôn luôn giảm. Phần cơ năng luôn luôn giảm. Phần cơ năng hao hụt đi đã chuyển hóa thành nhiệt năng.
Bố trí thí nghiệm 2 như hình:
Quan sát hiện tượng xảy ra với máy phát điện, động cơ điện và quả nặng B khi ta thả cho quả nặng A chuyển động từ trên xuống dưới.
Hãy chỉ ra trong thí nghi ệm này, năng lượng đã được biến đổi từ dạng nào sang dạng nào qua mỗi bộ phận? So sánh thế năng ban đầu cung cấp cho quả nặng A và thế năng mà quả nặng B thu được khi lên đến vị trí cao nhất. Vì sao có sự hao hụt thế năng này?
A
B A’
42
Kết luận 2: Trong động cơ điện, phần lớn điện năng chuyển hóa thành cơ năng. Trong các máy phát điện, phần lớn cơ năng chuyển hóa thành điện năng. Phần năng lượng hữu ích thu được cuối cùng bao giờ cũng nhỏ hơn phần năng lượng ban đầu cung cấp cho máy. Phần năng lượng hao hụt đi đã biến đổi thành dạng năng lượng khác.