Chủ đề: Thiết kế bình lọc nước mini
PHẦN I. MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU I.1. Mô tả chủ đề
Một trong những vấn đề cấp thiết ở nhiều khu vực hiện nay là việc tiếp cận với nguồn nước sạch. Nước sạch ngày càng khan hiếm, nhiều vùng bị thiên tai bão lũ, ngập úng khiến cho nguồn nước bị nhiễm bẩn, gây khó khăn cản trở cho sinh hoạt hàng ngày.
Chính vì vậy, việc thiết kế chế tạo bình lọc nước mini từ các dụng cụ, vật liệu đơn giản, dễ kiếm và thân thiện với môi trường để biến nguồn nước bị nhiễm bẩn thành nước sạch hơn, có thể dùng cho sinh hoạt hàng ngày đối với người dân là hết sức cần thiết.
I.2. Đối tượng, thời gian và địa điểm thực hiện
− Đối tượng: HS lớp 11.
− Thời gian thực hiện: 3 tiết.
− Địa điểm thực hiện: tại nhà và lớp học.
I.3. Môn học phụ trách chính: môn Hóa học
− Bài 15: Cacbon (SGK Hóa học 11 – cơ bản)
− Bài 17: Silic và hợp chất của silic (SGK Hóa học lớp 11 – cơ bản)
PHẦN II. MỤC TIÊU DẠY HỌC 1. Kiến thức
− Trình bày được khái niệm về than hoạt tính
− Trình bày được khái niệm về hấp phụ
− Trình bày được quá trình hấp phụ của than hoạt tính
− Trình bày được công dụng của các vật liệu lọc nước
2. Năng lực
a. Năng lực chung (NLGQVĐ&ST)
39
− Lập kế hoạch, tiến hành nghiên cứu, thiết kế bình lọc nước mini, ghi chép, đánh giá và đề xuất mô hình sản phẩm bình lọc nước mini theo các tiêu chí cần đạt của sản phẩm.
− Hợp tác nhóm để cùng thực hiện nhiệm vụ học tập
− Trình bày, bảo vệ được ý kiến của nhóm mình, phản biện được các ý kiến thảo luận từ các thành viên nhóm khác
− Tự đánh giá được quá trình làm việc cá nhân và nhóm theo những tiêu chí GV đề ra.
b. Năng lực hóa học
− Tiến hành, mô tả được hiện tượng của thí nghiệm trộn than hoạt tính với nước đục và lắc trong khoảng thời gian 10 phút
3. Phát triển phẩm chất
− Yêu thích, say mê khám phá tìm tòi, vận dụng các kiến thức đã học được vào giải quyết nhiệm vụ được giao
− Nghiêm túc, chủ động, tích cực thực hiện các nhiệm vụ cá nhân, thảo luận nhóm xây dựng sản phẩm bình lọc nước mini cho nhóm
− Hòa đồng, giúp đỡ bạn bè.
PHẦN III. KẾ HOẠCH DẠY HỌC
Chủ đề dạy học có thể được tổ chức theo trình tự các hoạt động sau:
Hoạt động 1: Xác định yêu cầu xây dựng mô hình chế tạo bình lọc nước
Xác định yêu cầu xây dựng mô hình chế tạo bình lọc nước
Tìm hiểu kiến thức nền và nghiên cứu xây dựng mô hình bình lọc nước
Trình bày, bảo vệ mô hình bình lọc nước
Thực hiện chế tạo sản phẩm bình lọc nước và thực hiện lọc nước lũ
40 − Thời gian: 45 phút – Tiết 1
− Địa điểm thực hiện: tại lớp học
Hoạt động 2: Tìm hiểu kiến thức nền và nghiên cứu xây dựng mô hình bình lọc nước
− Thời gian: 2 tuần
− Địa điểm thực hiện: tại nhà
Hoạt động 3: Trình bày, bảo vệ mô hình bình lọc nước
− Thời gian: 45 phút – Tiết 2
− Địa điểm thực hiện: tại lớp học
Hoạt động 4: Thực hiện chế tạo sản phẩm bình lọc nước và thực hiện lọc nước lũ
− Thời gian: 1 tuần
− Địa điểm thực hiện: tại nhà
Hoạt động 5: Trình bày sản phẩm bình lọc nước, nước sau lọc và thảo luận
− Thời gian: 45 phút – Tiết 3
− Địa điểm thực hiện: tại lớp học
PHẦN IV. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC
Hoạt động 1: Xác định yêu cầu xây dựng mô hình chế tạo bình lọc nước (Tiết 1 – Thời gian: 45 phút)
a. Mục đích
− HS tiến hành được thí nghiệm hấp phụ của than hoạt tính với nước bẩn, quan sát, mô tả được hiện tượng, từ đó đặt ra các câu hỏi về quá trình hấp phụ.
− Từ kết quả thí nghiệm, HS đặt ra các câu hỏi về việc ngoài than hoạt tính thì các vật liệu lọc khác cũng có vai trò quan trọng không kém trong lọc nước.
− HS tiếp nhận nhiệm vụ: Nghiên cứu, xây dựng mô hình bình lọc nước mini từ các vật liệu lọc như cát, đá, sỏi, xơ cọ, than hoạt tính theo một số tiêu chí về sản phẩm, dựa trên cơ sở nghiên cứu ảnh hưởng của các lớp vật liệu và cách sắp xếp chúng đến quá trình lọc nước bẩn thành nước sạch.
b. Nội dung
− HS tiến hành thí nghiệm độ hấp phụ của nước và đặt các câu hỏi liên quan đến quá trình hấp phụ của than hoạt tính, ứng dụng lọc nước của quá trình hấp phụ.
41
− GV giới thiệu về tác hại của nguồn nước nhiễm bẩn ở các vùng nước ô nhiễm do thiên tai, bão, lũ lụt, giới thiệu lợi ích của nước sạch. GV đặt vấn đề “Làm như thế nào để có thể lọc được nước bẩn thành nước sạch, sử dụng an toàn trong sinh hoạt?”, giao nhiệm vụ xây dựng mô hình bình lọc nước mini từ việc nghiên cứu ảnh hưởng của các lớp vật liệu lọc, cách sắp xếp vị trí của chúng trong bình lọc nước; nêu các tiêu chí để đánh giá sản phẩm.
− GV hướng dẫn HS tự học kiến thức nền về than hoạt tính, quá trình hấp phụ ở than hoạt tính, công dụng của các lớp vật liệu lọc (cát, đá, sỏi, xơ cọ) đồng thời tìm hiểu về lọc nước, mô hình lọc nước với các vật liệu lọc nước nêu trên, lập kế hoạch nghiên cứu ảnh hưởng của các lớp vật liệu lọc, cách sắp xếp vị trí của các lớp vật liệu lọc đến quá trình lọc nước, đề xuất mô hình thiết kế bình lọc nước mini.
− HS thảo luận nhóm, thống nhất kế hoạch thực hiện
c. Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS
− Kết quả thí nghiệm hấp phụ của than hoạt tính
− Các câu hỏi về quá trình hấp phụ
− Kế hoạch thực hiện nhiệm vụ của nhóm (nghiên cứu kiến thức nền, thảo luận phương án nghiên cứu ảnh hưởng của các lớp vật liệu lọc và phân tích, thảo luận, thống nhất đưa ra mô hình bình lọc nước mini của nhóm) gồm: nhiệm vụ của các cá nhân trong nhóm, thời gian và nội dung thảo luận nhóm thực hiện nhiệm vụ tự học và đề xuất mô hình bình lọc nước mini.
d. Cách thức tổ chức hoạt động
− GV đặt vấn đề: Trên thị trường hiện nay, có rất nhiều chủng loại máy lọc nước, trong các lõi lọc nước có chứa than hoạt tính có tính chất hấp phụ. Vậy hấp phụ là quá trình như thế nào?
− GV tổ chức cho HS làm thí nghiệm hấp phụ của than hoạt tính theo nhóm để HS tìm hiểu về quá trình hấp phụ của than hoạt tính.
− GV phát phiếu học tập số 1 có hướng dẫn thí nghiệm và quan sát, báo cáo kết quả.
− GV tổ chức cho HS báo cáo kết quả thí nghiệm (một nhóm báo cáo, các nhóm còn lại chú ý lắng nghe, tham gia phản biện, bổ sung ý kiến)
42
− GV nhận xét, kết luận về quá trình xảy ra ở bình tam giác chứa nước bẩn sau khi được lắc với than hoạt tính trong vòng 15 phút. GV đặt tiếp câu hỏi về điều kiện để xảy ra quá trình hấp phụ (bề mặt chất hấp phụ tiếp xúc với chất bẩn trong dung dịch)
− GV giới thiệu: Từ thí nghiệm vừa thực hiện, có thể thấy được than hoạt tính có tính chất hấp phụ nên có thể làm giảm độ đục của nước bẩn. Ngoài nước bẩn thông thường, quá trình hấp phụ của than hoạt tính còn có thể làm trong những nguồn nước khác như nước sông, nước ao hồ, nước lũ....
− GV đặt câu hỏi: Nước sạch đóng vai trò quan trọng như thế nào đối với đời sống con người? Tại những vùng khan hiếm nước sạch, những vùng thiên tai, bão lũ, thì cần phải làm như thế nào để có được nguồn nước sạch?
− HS trả lời vai trò của nước sạch đối với đời sống con người, cách mà người dân ở những vùng khan hiếm nước sạch, vùng thiên tai bão lũ có thể làm để có được nguồn nước sạch.
− GV đặt câu hỏi: Lọc sạch nước cụ thể như thế nào?
− HS trả lời cách chế tạo bình lọc nước từ những vật liệu lọc nước đơn giản.
− GV đặt câu hỏi: Lọc nước lũ thành nước sạch được dùng để sử dụng cho sinh hoạt hàng ngày được gọi là thành công khi nước đã được lọc có độ đục thấp, không màu, không mùi. Vậy em có bí quyết gì để lọc nước lũ thành nước sạch từ những vật liệu lọc đơn giản thành công không? Tại sao em thực hiện những điều đó?
− HS trả lời theo vốn hiểu biết, kinh nghiệm thực tiễn của mình.
− GV đặt vấn đề: Làm thế nào để có thể tìm ra vật liệu lọc đơn giản và cách sắp xếp các lớp vật liệu lọc tối ưu để lọc sạch nước sông (nước lũ), cách xây dựng mô hình bình lọc nước? HS sẽ làm việc theo nhóm để chọn vật liệu lọc và cách sắp xếp các lớp vật liệu lọc, khối lượng các lớp vật liệu lọc, cách xây dựng mô hình bình lọc và thi xem sản phẩm nước lọc của nhóm nào có kết quả tốt nhất.
− GV nêu chi tiết nhiệm vụ và các tiêu chí đánh giá sản phẩm.
Nhiệm vụ:
43
• Tìm hiểu cách thiết kế bình lọc nước mini.
• Tìm hiểu cách lựa chọn, sắp xếp, tỉ lệ các lớp vật liệu lọc đơn giản, hiệu quả
• Tham khảo điều kiện (tỉ lệ các lớp vật liệu lọc, cách sắp xếp các lớp vật liệu lọc) tạo thành sản phẩm bình lọc nước mini hiệu quả cao, kết hợp phân tích lí thuyết về quá trình hấp phụ, tính chất của than hoạt tính, của cát (SiO2), ... để tiến hành thực nghiệm thay đổi các điều kiện đó, chỉ ra sự ảnh hưởng của tỉ lệ khối lượng, cách sắp xếp các vật liệu lọc đến chất lượng nước sau lọc.
• Để xuất điều kiện tốt nhất cho các lớp vật liệu trong bình lọc nước.
Hoạt động 2: Tìm hiểu kiến thức nền và nghiên cứu xây dựng mô hình bình lọc nước (Làm việc ở nhà)
a. Mục đích
HS tự đọc sách, tài liệu, thảo luận, thí nghiệm để:
− Hình thành kiến thức mới về: Khái niệm về than hoạt tính, quá trình hấp phụ, tính chất của than hoạt tính và cát (SiO2)
− Nêu được các bước xây dựng mô hình bình lọc nước mini
− Nêu và giải thích được ảnh hưởng của độ dày (khối lượng) của các lớp vật liệu, cách sắp xếp các lớp vật liệu đến quá trình hấp phụ chất bẩn có trong nước từ đó chọn điều kiện tối ưu để xây dựng mô hình bình lọc nước mini
b. Nội dung
− Các cá nhân HS tự học kiến thức nền, gồm bài Cacbon và bài Silic và hợp chất của Slilic (Hóa học 11), tìm hiểu, xem lại các kiến thức liên quan đến áp suất chất lỏng (Vật lí 8), thể tích hình trụ (toán 9), tham khảo các tài liệu khác có liên quan (theo hướng dẫn ở phiếu học tập số 2)
− Thảo luận nhóm để xuất phương án và tiến hành các thí nghiệm thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của khối lượng, cách sắp xếp các loại vật liệu lọc đến quá trình hấp phụ các chất bẩn (phiếu học tập số 3)
− Phân tích các kết quả thực nghiệm với các mô hình bình lọc nước có khối lượng, cách sắp xếp các lớp vật liệu lọc khác nhau từ đó đề xuất mô hình bình lọc nước mini chuẩn nhất.
44
− Chuẩn bị bài trình bày (bằng powerpoint) trước lớp về cách xây dựng mô hình bình lọc nước mini, giải thích được chi tiết vì sao xây dựng mô hình đó.
c. Dự kiến sản phẩm cần đạt được
− Cá nhân: Hoàn thành phiếu học tập số 2.
− Nhóm: Hoàn thành nhật kí làm việc và bản vẽ mô hình bình lọc nước mini với các
lớp vật liệu lọc cụ thể, ghi rõ chi tiết cách thiết kế vỏ bình lọc, khối lượng và cách sắp xếp các lớp vật liệu lọc.
d. Cách thức tổ chức hoạt động
− Hướng dẫn HS tự học kiến thức nền theo phiếu học tập số 2. Đây là nhiệm vụ cho mỗi cá nhân trước khi làm việc nhóm, lên phương án thực nghiệm.
− Hướng dẫn HS làm việc nhóm lên phương án và tiến hành làm thực nghiệm nghiên cứu ảnh hưởng của độ dày và sự sắp xếp các lớp vật liệu lọc đến chất lượng nước sau lọc.
− Hướng dẫn HS nghiên cứu cách đo độ đục của nước bằng phần mềm LUX Light Metter trên smartphone.
Hình 2.3. Cách đo chỉ số LUX của nước bằng smartphone
Hoạt động 3: Trình bày, bảo vệ mô hình bình lọc nước (Tiết 2 – Thời gian: 45 phút)
a.Mục đích
HS bảo vệ và hoàn thiện được mô hình bình lọc nước mini 5 lít của nhóm mình
45
− HS trình bày, giải thích, bảo vệ mô hình bình lọc nước mini
− Thảo luận, đặt câu hỏi và phản biện mô hình bình lọc nước mini của các nhóm.
− Các nhóm ghi chép lại, thảo luận thống nhất mô hình đề xuất để thử nghiệm
− Phân công công việc, lên kế hoạch thực nghiệm mô hình bình lọc nước mini theo đề xuất thử nghiệm đã thống nhất.
c. Sản phẩm cần đạt
− Mô hình bình lọc nước mini 5 lít hoàn thiện, tối ưu.
d. Cách thức tổ chức hoạt động
− GV nêu yêu cầu cho bài trình bày:
+ Nội dung cần trình bày: Các lớp vật liệu lọc được sử dụng, khối lượng (độ dày), cách sắp xếp các vật liệu lọc, các kết quả nghiên cứu thực nghiệm các yếu tố ảnh hưởng đến nước sau lọc, giải thích nguyên nhân của phương án được cho là tối ưu nhất (phương án đề xuất)
+ Thời lượng báo cáo: Từ 3-5 phút/nhóm
− Đại diện HS các nhóm lên báo cáo, các nhóm báo cáo sau nếu có kết quả thực nghiệm trùng với nhóm báo cáo thì bỏ qua, chỉ nêu các kết quả thực nghiệm khác và lí giải nguyên nhân đồng thời lí giải nguyên nhân của phương án tối ưu nhất để tránh mất thời gian.
− Các nhóm khác chú ý lắng nghe, ghi chép kết quả của nhóm báo cáo để so sánh với kết quả của nhóm mình đồng thời nêu ít nhất 1 câu hỏi phản biện cho nhóm báo cáo, sau đó thực hiện đánh giá nhóm báo cáo vào phiếu đánh giá (mẫu phiếu xem ở phần phụ lục)
− GV đánh giá bài trình bày của các nhóm vào phiếu đánh giá dành cho GV (mẫu phiếu xem ở phần phụ lục)
− GV tổ chức cho HS thảo luận thống nhất phương án đề xuất thực nghiệm, đồng thời đặt thêm một số câu hỏi làm rõ như:
+ Bản chất của quá trình chuyển từ nước bẩn thành nước sạch hơn là gì?
46
+ Sau khi xếp các lớp vật liệu lọc vào bình, vì sao cần phải sục rửa bình nhiều lần bằng nước sạch đến khi nước chảy ra trong vắt thì mới bắt đầu tiến hành lọc nước bẩn?
+ Vì sao phải cung cấp nước thường xuyên cho bình lọc để đảm bảo chất lượng nước sau lọc được tốt nhất?
+ Các lớp vật liệu quá mỏng hoặc quá ít lớp vật liệu, các lớp vật liệu sắp xếp sai có ảnh hưởng như thế nào đến chất lượng sản phẩm nước lọc?
+ Tăng khối lượng cát và đặc biệt là than hoạt tính có ảnh hưởng như thế nào đến sản phẩm nước lọc. Vì sao?
− GV hướng dẫn nhiệm vụ và yêu cầu tiếp theo: Các nhóm về nhà làm việc nhóm thực hiện chế tạo bình lọc nước mini dựa theo mô hình đề xuất đã thống nhất, có chụp ảnh, quay video bình lọc mini, các lớp vật liệu lọc, quá trình lọc nước, sản phẩm nước sau lọc, hình ảnh chỉ số LUX của nước trước và sau lọc. (video ngắn cỡ 3-5 phút/video). Cần lên kế hoạch cụ thể, nếu sản phẩm nước lọc không đạt như tiêu chí ban đầu cần phân tích tìm nguyên nhân và thay đổi phương án để làm lại sao cho sản phẩm đạt tiêu chí về độ trong (chỉ số lux thấp) như đã đề ra. Ghi lại