+ 90% HS gặp khó khăn về vận dụng các kiến thức để giải thích, xử lý các hiện tƣợng Vật lí
- 100% HS không đƣợc GV sử dụng BTCNDTT trong việc tổ chức giờ học. - 60% HS tham gia tích cực tìm hiểu tƣ liệu liên quan vấn đề, ứng dụng thực tế chung vớicác bạn trong nhóm.
1.3.6. Nguyên nhân gây nên những khó khăn trong việc phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn của học sinh vận dụng kiến thức vào thực tiễn của học sinh
- Theo tôi, nguyên nhân cơ bản của những khó khăn trong việc phát triển NLVDKTVTT của HS bao gồm: HS chỉ đƣợc học lý thuyết, làm bài tập định lƣợng đơn thuần mà không hề đƣợc tiếp xúc BTCNDTT.
+ Hình thức thi THPT Quốc Gia là thi trắc nghiệm với các câu hỏi nặng về kiến thức vật lý hơn.
+ Thời gian tổ chức một tiết học có lồng ghép BTCNDTT sẽ tốn rất nhiều thời gian nên nếu không chuẩn bị kĩ các tài liệu liên quan cho từng câu hỏi để giúp HS tìm hiểu nhanh chóng và giải thích cũng nhƣ bài dạy chu đáo sẽ rất dễ dẫn tới lấn giờ của các tiết học khác.
+ GV cũng chƣa có tiêu chí đánh giá năng lực của học sinh một cách đồng bộ dẫn tới nhiều đánh giá không công bằng.
+ Chƣa có ngân hàng BTVLCNDTT cụ thể và phổ biến cho GV.
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1
Trong chƣơng 1 tôi đã trình bày:
- Nội dung nghiên cứu cơ sở lý luận của dạy học theo định hƣớng phát triển năng lực: Khái niệm năng lực, NLVDKTVTT, trong đó tập trung vào khái niệm, cấu trúc, công cụ đánh giá.
- Nghiên cứu và trình bày đƣợc cơ sở lý luận về BTVL về khái niệm, vai trò, phân loại; lí luận về BTTT (về khái niệm, nguyên tắc xây dựng, quy trình soạn thảo, các hình thức thể hiện và ý tƣởng sử dụng).
- Nghiên cứu thực trạng dạy học BTVL phần “Dòng điện trong các môi trƣờng” - Vật lí 11ở một số trƣờng THPT trên địa bàn tỉnh Quảng Ngãi.
CHƢƠNG 2 XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP CÓ NỘI DUNG THỰC TẾ CHƢƠNG “DÕNG ĐIỆN TRONG CÁC MÔI TRƢỜNG” NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC VẬN DỤNG KIẾN THỨC VẬT LÝ VÀO
THỰC TIỄN CHO HỌC SINH
2.1. Cấu trúc chƣơng “Dòng điện trong các môi trƣờng”- Vật lý 11 và sự liên hệ với thực tiễn với thực tiễn
2.1.1. Phân tích cấu trúc chương “Dòng điện trong các môi trường” Vật lý 11
“Dòng điện trong các môi trƣờng” là chƣơng thứ 3 trong chƣơng trình Vật lí 11 hiện hành, nó đƣợc đặt sau chƣơng Dòng điện không đổi. Trên cơ sở các kiến thức chƣơng trƣớc, mục tiêu của chƣơng này là nghiên cứu cụ thể về dòng điện trong từng môi trƣờng vật chất (kim loại, chất điện phân, chất khí, chân không, chất bán dẫn) về các khía cạnh: bản chất của dòng điện, mối quan hệ u – i, các hiện tƣợng – quy luật về điện và các ứng dụng trong thực tiễn. Thời lƣợng dành cho việc dạy chƣơng này là 12 tiết (trong đó có 8 tiết lý thuyết, 2 tiết bài tập và 2 tiết thực hành thí nghiệm)Sơ đồ cấu trúc các kiến thức của chƣơng đƣợc thể hiện qua hình 2.1.
2.1.2. Một số kiến thức chương “Dòng điện trong các môi trường” liên quan đến thực tiễn
Bảng 2.1. Bảng nội dung kiến thức trong bài học liên quan đến thực tế
Bài Nội dung kiến thức trong bài
học Nội dung liên quan đến thực tế
Dòng điện trong kim loại
Hiện tƣợng siêu dẫn
Cặp nhiệt điện
Hiện tƣợng siêu dẫn là gì? Ứng dụng của hiện tƣợng siêu dẫn Hiện tƣợng siêu dẫn là gì?Siêu dẫn là hiệu ứng vật lý xảy ra đối với một số vật liệu ở nhiệt độ đủ thấp và từ trƣờng đủ nhỏ, đặc trƣng bởi điện trở bằng 0 dẫn đến sự suy giảm nội từ trƣờng (hiệu ứng Meissner).
2. Ứng dụng của hiện tƣợng siêu dẫn
- Truyền tải điện năng - Đoàn tàu chạy trên đệm từ - Máy quét MRI dùng trong y học
Cảm biến nhiệt
Dòng điện trong chất điện phân
Các hiện tƣợng diễn ra ở điện cực- hiện tƣợng dƣơng cực tan
mạ điện
Dòng điện trong chất khí
Qúa trình phóng điện tự lực của chất khí và điều kiện để tạo ra quá trình dẫn điện tự lực Sấm sét và cách phòng tránh Bugi xe máy Đèn ống/ đèn huỳnh quang Dòng điện trong chất bán dẫn Bán dẫn loại p, bán dẫn loại n, lớp chuyển tiếp p-n và đặc tính chỉnh lƣu của điot bán dẫn
- Điôt bán dẫn - Pin quang điện. - Quang trở
2.2. Xây dựng bài tập có nội dung thực tế nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh trong chƣơng “ Dòng điện trong các môi kiến thức vào thực tiễn cho học sinh trong chƣơng “ Dòng điện trong các môi trƣờng”- Vật lý 11
2.2.1. Mục tiêu dạy học chương “Dòng điện trong các môi trường”- Vật lí 11
Nêu đƣợc bản chất của dòng điện trong kim loại
Nêu đƣợc điện trở suất của kim loại tăng theo nhiệt độ. Nêu đƣợc hiện tƣợng nhiệt điện là gì.
Nêu đƣợc hiện tƣợng siêu dẫn là gì.
Nêu đƣợc bản chất của dòng điện trong chất điện phân. Mô tả đƣợc hiện tƣợng dƣơng cực tan.
Phát biểu đƣợc định luật Fa-ra-đây về điện phân và viết đƣợc hệ thức của định luật này.
Nêu đƣợc một số ứng dụng của hiện tƣợng điện phân. Nêu đƣợc bản chất của dòng điện trong chất khí. Nêu đƣợc điều kiện tạo ra tia lửa điện.
Nêu đƣợc điều kiện tạo ra hồ quang điện và ứng dụng của hồ quang điện.
Nêu đƣợc điều kiện để có dòng điện trong chân không và đặc điểm về chiều của dòng điện này.
Nêu đƣợc dòng điện trong chân không đƣợc ứng dụng trong các ống phóng điện tử.
Nêu đƣợc bản chất của dòng điện trong bán dẫn loại p và bán dẫn loại n. Nêu đƣợc cấu tạo của lớp chuyển tiếp p – n và tính chất chỉnh lƣu của nó. Nêu đƣợc cấu tạo, công dụng của điôt bán dẫn và của tranzito.
2.2.1.2. Mục tiêu về kĩ năng
Giải thích đƣợc một số ứng dụng của hiện tƣợng siêu dẫn. Giải thích đƣợc hiện tƣợng dƣơng cực tan.
Phân tích một số ứng dụng của hiện tƣợng dƣơng cực tan trong thực tế. Giải thích đƣợc hiện tƣợng sấm sét.
Tìm hiểu đƣợc các ứng dụng của chất bán dẫn trong thực tế.
Phát hiện và vận dụng những kiến thức đã học để giải thích các hiện tƣợng liên quan trong thực tế.
2.2.1.3. Mục tiêu về thái độ:
Say mê, hứng thú tìm tòi những kiến thức trong chƣơng.
Nghiêm túc thực hiện các nhiệm vụ đƣợc giao khi học các kiến thức trong chƣơng.
Có tinh thần hợp tác trong việc học, làm việc nhóm, áp dụng kiến thức đã đạtđƣợc.
Rèn luyện tính trung thực và khách quan, cách nhìn nhận vấn đề khoa học để có thái độ nghiêm túc trong khoa học.
2.2.1.4. Mục tiêu năng lực vận dụng kiến thức vật lí vào thực tiễn
Giải thích các hiện tƣợng tự nhiên, các ứng dụng kỹ thuật của vật lí liên quan đến kiến thức.
Vận dụng các kiến thức để tính toán các đại lƣợng trong tính huống thực tiễncụ thể.
Kiểm chứng hiện tƣợng tự nhiên, nguyên tắc hoạt động của các ứng dụng kỹ thuật của vật lí liên quan (các thiết bị).
Đề xuất, lựa chọn giải pháp để giải quyết một vấn đề thực tiễn.
Thiết kế/chế tạo một giải pháp kỹ thuật đáp ứng một yêu cầu thực tiễn cụ thể
2.2.2. Xây dựng BTCNDTT nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn trong chương “Dòng điện trong các môi trường”- Vật lý 11 thực tiễn trong chương “Dòng điện trong các môi trường”- Vật lý 11
2.2.2.1. Ma trận phân bố bài tập (tình huống)
Bảng 2.2. Bảng ma trận bài tập
Bài tập Mức độ biểu hiện
Mức 1 Mức 2 Mức 3 Mức 4 Mức 5 BÀI TẬP 1: SÉT VÀ CÁCH PHÒNG TRÁNH Câu 1.1, 1.3; 1.6
1.4 Câu 1.2 Câu 1.7 Câu 1.5
BÀI TẬP 2: PIN NĂNG LƢỢNG MẶT TRỜI
Câu 2.3; 2.4 Câu 2.1; 2.2 Câu 2.5 Câu 2.6
BÀI TẬP 3: MẠ ĐIỆN BẰNG PHƢƠNG PHÁP ĐIỆN PHÂN
Câu 3.4; 3.5 Câu 3.6 Câu 3.1; 3.2 Câu 3.3 Câu 3.7
BÀI TẬP 4 : TÀU ĐỆM TỪ Câu 4 BÀI TẬP 5: BUGI XE MÁY Câu 5.1; 5.3; 5.4 Câu 5.2 Câu 5.5 BÀI TẬP 6: CẢM BIẾN NHIỆT
Câu 6.3 Câu 6.1 Câu 6.2
2.2.2.2. Soạn thảo bài tập cụ thể
BÀI TẬP 1: SÉT VÀ CÁCH PHÕNG TRÁNH
Vào mùa hè, ở quê thƣờng có mƣa giông kèm theo sấm sét. Bà của em bảo rằng những ngƣời làm việc ác thì bị trời trừng phạt, nếu đi gặp mƣa giông thì sẽ bị trời đánh. Thế nhƣng thực tế lại thấy rằng sấm sét làm thiệt mạng đến con ngƣời mà còn làm hỏng các dụng cụ điện trong nhà nữa. Nhƣ vậy bà nói có đúng không nhỉ.
Câu hỏi 1.1 Giải thích nguyên nhân tạo ra sét ?
Hình 2.2. Hình ảnh giông sét trên các tòa nhà.
Đáp án:
Khi có cơn giông, các đám mây gần mặt đất thƣờng tích điện âm và mặt đất tích điện dƣơng. Giữa đám mây và mặt đất có một hiệu điện thế lớn. Những chỗ nhô cao trên mặt đất giống nhƣ những mũi nhọn là nơi có điện trƣờng mạnh nhất. Sét là tia lửa điện hình thành giữa đám mây mƣa và mặt đất.
Thành tố NL VDKTVTT được phát triển: thành tố 1. Tìm hiểu và khám phá vấn đề thực tiễn (hành vi KP2, KP3)
Gợi ý sử dụng: sử dụng vào bƣớc hình thành kiến thức khi dạy mục V- Tia lửa điện và điều kiện tạo ra tia lửa điện trong bài “Dòng điện trong chất khí”.
Câu hỏi 1.2. Thƣờng để phòng chống sét ở các công trình, nhà cửa thƣờng lắp
cột thu lôi. Hãy tìm hiểu cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của cột thu lôi?
Đáp án:
Hình 2.3 là hình ảnh một cột thu lôi đơn giản hiện nay. Nó có cấu tạo gồm một thanh kim loại dài đƣợc nối từ đỉnh của tòa nhà xuống mặt đất bằng một dây dẫn. Trên cùng của cột thu lôi đƣợc thiết kế với một đầu nhọn để có thể tập trung đƣợc tia sét. Để đảm bảo tăng mức độ an toàn thì các nhà thiết kế đã cho lắp thêm một cái vỏ bên ngoài bằng sứ để đảm bảo ngăn chặn những ảnh hƣởng của sét có thể tác động tới công trình.
Thành tố NL VDKTVTT được phát triển: thành tố 2. Thiết lập không gian có vấn đề (hành vi TL1,TL2)
Gợi ý sử dụng: sử dụng vào bƣớc tìm tòi và mở rộng khi dạy mục V- Tia lửa điện và điều kiện tạo ra tia lửa điện trong bài “Dòng điện trong chất khí”
Câu hỏi 1.3. Hãy trình bày nguyên tắc hoạt động của cột thu lôi, từ đó giải thích
tại sao cột thu lôi lại có thể bảo vệ đƣợc ngôi nhà an toàn khi có giông sét?
Đáp án:[17]
Khi xảy ra cơn giông, các đám mây đã tích điện tích âm và mặt đất (công trình, nhà cửa, cây cối trên mặt đất) tích điện tích dƣơng. Giữa mây và mặt đất có hiệu điện thế rất lớn, lớp không khí bị dẫn điện, khi đó sét đƣợc hình thành. Những chỗ nhô cao trên mặt đất giống nhƣ những mũi nhọn là nơi có điện trƣờng mạnh nhất. Sau khi hình thành, sét sẽ đánh vào những chỗ đó nhiều nhất. Do cao và nhọn, cột thu lôi sẽ tập trung nhiều điện tích nên có điện trƣờng lớn, sét sẽ đánh vào nó. Sau khi bị sét đánh, cột thu lôi sẽ dẫn dòng điện ấy trực tiếp xuống đất thông qua dây dẫn bằng kim loại làm các điện tích trái dấu nhanh chóng bị trung hòa.Do nhà cửa, công trình không chịu dòng điện qua trực tiếp nên không gây ra tác hại gì.
Hình 2.4. Hình mô tả nguyên lý làm việc của cột thu lôi
Thành tố NL VDKTVTT được phát triển: thành tố 2. Thiết lập không gian có vấn đề (hành vi TL1,TL2)
Gợi ý sử dụng: sử dụng vào bƣớc tìm tòi và mở rộng khi dạy mục V- Tia lửa điện và điều kiện tạo ra tia lửa điện trong bài “Dòng điện trong chất khí” hoặc sử dụng vào tiết bài tập
Câu hỏi 1.4. Giả sử một cột thu lôi đƣợc đặt trên đỉnh tòa nhà, chiều cao từ đỉnh
cột thu lôi đến mặt đất là h. Theo mô hình hình chống sét đơn giản (mô hình hình học cổ điển - B.Franklin, áp dụng cho các công trình có chiều cao dƣới 20m) thì bán kính bảo vệ Rx cho một vật có chiều cao hx trong không gian của cột thu lôi là[26]
1, 6 . 1 x x x R h h h
Biết chiều cao từ đỉnh cột thu lôi gắn trên tầng 4 của gia đình hàng xóm nhà bạn Huy là 20m. Hỏi chiếc ti vi trong phòng bạn Huy ở tầng 2 cao 3,5m so với đất, nằm cách cột thu lôi trên 6m có an toàn không?
Đáp án: Rx = 4,76m < 6m. Không an toàn.
Thành tố NL VDKTVTT được phát triển: thành tố 2. Thiết lập không gian có vấn đề (hành vi TL1,TL2)
Gợi ý sử dụng: sử dụng vào bƣớc tìm tòi và mở rộng khi dạy mục V- Tia lửa điện và điều kiện tạo ra tia lửa điện trong bài “Dòng điện trong chất khí” hoặc sử dụng vào tiết bài tập.
Câu hỏi 1.5. Dựa vào nguyên tắc hoạt động của cột thu lôi. Em hãy thiết kế cột thu lôi chống sét cho ngôi nhà của em, chú ý các yêu cầu kĩ thuật về:
- Các đầu kim thu sét - Dây dẫn sét
- Hệ thống tiếp đất - Các cọc tiếp đất.
Đáp án:
Chống sét đánh thẳng bằng công nghệ kim cổ điển, cách làm hệ thống chống xét cho nhà ở
Cấu hình của hệ thống chống xét đánh thẳng bao gồm 3 phần:
Các đầu kim thu sét: Thƣờng làm từ thép mạ đồng, đồng thay đúc hoặc inox. Chiều dài của kim phụ thuộc nhiều vào cấu trúc của các công trình cần đƣợc bảo vệ
Dây dẫn sét: Dùng để dẫn dòng sét từ các đầu kim thu đến hệ thống tiếp đất. Loại này thƣờng làm bằng đống lá hoặc cáp đồng trần. Tiết diện của dây dẫn quy định theo tiêu chuẩn quốc tế NFC12 102 của Pháp là 50mm2
-75mm2.
Hệ thống tiếp đất: Dùng để tản dòng diện trong đất. Cấu hình bao gồm:
+ Các cọc tiếp đất: thƣờng có độ dài từ 2.4-3m, đƣờng kính ngoài thƣờng là 14- 16mm, đƣợc chôn thẳng đứng và cách mặt đất từ 0.5-1m, cọc cách cọc từ 3-15m.
+ Dây tiếp đất: thƣờng làm từ cát đồng trần, tiết diện từ 50-75mm2 dùng để liên kết các cọc tiếp đất lại với nhau. Dây tiếp đất thƣờng nằm âm dƣới mặt đất từ 0.5-1m
+ Ốc siết cáp hoặc mối hàn hóa nhiệt Exoweld: dùng để liên kết các dây tiếpđất và các cọc tiếp đất lại với nhau.
Mô hình cột thu lôi có thể đƣợc thiết kế nhƣ sau:
Hình 2.5. Hình cột thu lôi được bố trí trên mái nhà
Hình 2.6. Hình cấu tạo của kim thu sét
Thành tố NL VDKTVTT được phát triển: thành tố 3. Lập kế hoạch giải pháp thực hiện (hành vi TH1,TH3)
Câu hỏi 1.6. Một số nhà ở mặc dù có lắp đặt hệ thống cột thu lôi chống sét
nhƣng khi có sét các thiết bị điện, điện tử vẫn có nguy cơ bị đánh hỏng. Tại sao lại có trƣờng hợp nhƣ vậy?
Đáp án:
Hệ thống chống sét đánh thẳng (gồm bộ phận kim thu sét hay cột thu lôi, dây thoát sét xuống và bộ phận tiếp đất) có tác dụng bảo vệ công trình, tức là khi sét đánh vào, hệ thống chống sét có tác dụng chuyển dòng điện sét xuống đất một cách nhanh chóng.
Tuy nhiên, dòng điện do tia sét tạo ra gây ra từ trƣờng lớn, từ trƣờng này gây ra hiện tƣợng cảm ứng điện từ lên các thiết bị điện, điện tử trong nhà sinh ra suất điện động cảm ứng/dòng điện cảm ứng. Khi dòng điện này lớn sẽ gây ra nguy cơ hỏng các thiết bị. Bởi vậy, chúng ta cần lắp đặt các thiết bị chống quá điện áp sét chuyên dụng để bảo vệ các thiết bị này.