Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc nội dung chương “ Sóng cơ và sóng âm” - Vật lí 12
2.1.3. Mối quan hệ giữa mục tiêu, chương trình, nội dung chương “Sóng cơ và sóng âm” - Vật lí 12 với mục tiêu, nội dung giáo dục STEM
Đối chiếu mục tiêu chương “Sóng cơ và sóng âm” - Vật lí 12 với mục tiêu của GD STEM cho thấy có nhiều điểm tương đồng, cả hai đều hướng tới định hướng HS vận dụng những kiến thức đã học vào thực tế. Về nội dung, chương “Sóng cơ và sóng âm” - Vật lí 12 nhìn ở góc độ STEM cho thấy:
- Khi học tập chương “Sóng cơ và sóng âm” - Vật lí 12, HS được trang bị những kiến thức về các loại sóng cơ đơn giản, cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của mô hình truyền sóng, thiết bị đo địa chấn, cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của các loại nhạc cụ… Đây là nội dung thuộc về Khoa học.
- HS được vận dụng những hiểu biết về công nghệ chế tạo được các thiết bị ứng dụng hiện tượng về sóng cơ học, sóng âm như: thiết bị đo địa chấn, thiết bị cảnh báo an toàn trên xe ô tô, các loại nhạc cụ, … đây là nội dung thuộc về Công nghệ.
SÓNG CƠ VÀ SỰ TRUYỀN SÓNGCƠ
GIAO THOA SÓNG
SÓNG DỪNG CHƯƠNG II: SÓNG ÂM –
SÓNG CƠ
ĐẶC TRƯNG VẬT LÍ CỦA ÂM
ĐẶC TRƯNG SINH LÍ CỦA ÂM
- HS được trang bị kiến thức và kĩ năng để thiết kế bản vẽ mô hình truyền sóng cơ học, các loại nhạc cụ, lắp ráp được mô hình truyền sóng cơ học, thiết bị đo sóng địa chấn, … Đây là nội dung thuộc về Kĩ thuật.
- Vận dụng kiến thức Toán học thực hiện những tính toán trong quá trình thiết kế mô hình cho chủ đề như chiều dài dây, tần số giao động của sóng, tần số âm… Đây là nội dung thuộc về Toán học.
- Từ những dữ liệu trên cho thấy mục tiêu của chương “Sóng cơ và sóng âm” Vật lí 12 và mục tiêu của GD STEM có nhiều điểm chung. Đây là cơ sở để triển khai DH chương “Sóng cơ và sóng âm ” - Vật lí 12 theo định hướng GD STEM.
2.2. Thiết kế chủ đề GD STEM nội dung kiến thức chương “Sóng cơ và sóng âm”
Chương “Sóng cơ và sóng âm” - Vật lí 12 là chương rất quan trọng vì không chỉ cho HS được phát triển các kiến thức và kỹ năng liên quan môn học mà còn ứng dụng rất nhiều trong đời sống hàng ngày. Tuy nhiên, GV thường giảng dạy chương này bằng những phương pháp truyền thống, không quan tâm đến các kỹ năng cần thiết và việc ứng dụng kiến thức đó vào thực tiễn. Vì vậy khiến cho HS không hiểu bài sâu sắc, hầu như không hiểu rõ được ý nghĩa vật lí cũng như ý nghĩa thực tiễn của nó, thậm chí làm cho HS nhàm chán và không ý thức học tập. Do đó, việc xây dựng và sắp xếp lại nội dung chương “Sóng cơ và sóng âm” theo định hướng GD STEM thành các chủ đề “Mô hình truyền sóng cơ học” và “Sự kì diệu của âm học” nhằm truyền tải các kiến thức khoa học và các kỹ năng cần thiết một cách đơn giản, nhẹ nhàng và hấp dẫn đến HS. Bên cạnh đó, HS không những biết được ý nghĩa thực tiễn của các kiến thức khoa học, kỹ thuật liên quan mà còn có cơ hội phát triển các NL giao tiếp, hợp tác, đặc biệt là NL GQVĐ.
Dựa vào kiến thức chương “ Sóng cơ và sóng âm”, tôi đề xuất một số chủ đề STEM để tổ chức DH cho HS được mô tả ở bảng sau:
Bảng 2.1. Mô tả các chủ đề STEM
STT Chủ đề STEM Ứng dụng trong thực tiễn 1 Mô hình truyền
sóng cơ học
Thiết bị thí nghiệm sóng cơ học, thiết bị đo cảnh báo động đất, thiết bị cảnh báo trên ô tô, đo vận tốc truyền sóng,….
2 Sự kì diệu của âm học
Chế tạo nhac cụ, ứng dụng siêu âm..
2.2.1. Chủ đề 1: “Mô hình truyền sóng cơ học” 2.2.1.1. Hình thành ý tưởng chủ đề:
Hình 2.2. Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề
2.2.1.2. Kiến thức STEM trong chủ đề Sản phẩm Khoa học (S) Công nghệ
(T)
Kĩ thuật (E) Toán học (M)
Mô hình truyền sóng cơ học
Hiện tượng truyền sóng cơ, giao thoa sóng, sóng dừng. - Chế tạo mô hình truyền sóng cơ học, thiết bị đo sóng địa chấn,… - Quy trình mắc mạch khuếch đại âm thanh, mắc chiếc áp điều chỉnh tốc độ mô tơ. Tính chiều dài sợi dây, đo tốc độ truyền sóng trên dây. MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG CƠ HỌC Giao thoa sóng, sóng dừng Ứng dụng thực tế trong đời sống Công nghệ, kĩ thuật Thiết kế tại nhà
- Quy trình lắp ráp mô tơ với bộ phận tạo sóng.
- Quy trình mắc mạch điện cho mô hình hoạt động. - Thiết kế và lắp ráp mô hình truyền sóng cơ học, thiết bị đo sóng địa chấn. 2.2.1.3. Mục tiêu của chủ đề a. Mục tiêu về năng lực
Mã số của mục tiêu về NL vật lí được đối chiếu với phụ lục 3 và mục tiêu về NL GQVĐ được đối chiếu với bảng 1.1.
Năng lực vật lí
Biểu hiện hành vi Mã số
- Nêu được định nghĩa sóng cơ, giao thoa sóng, sóng dừng, phân biệt được sóng ngang và sóng dọc, điều kiện để có sự giao thoa của hai sóng, điều kiện để hình thành sóng dừng.
VL 1.1
- Nêu được các định nghĩa về tốc độ truyền sóng, bước sóng, tần số sóng, biên độ sóng và năng lượng sóng.
VL 1.1
- Viết được phương trình sóng cơ, tính được các đại lượng đặc trưng của sóng cơ.
VL 1.2
- Giải thích được sự tạo sóng dừng trên hai đầu sợi dây VL 1.5 - Trình bày được quy trình thiết kế mô hình truyền sóng cơ học. VL 2.5 - Trình bày được các nội dung đã chuẩn bị trong phiếu học tập và báo cáo về
sản phẩm mô hình truyền sóng cơ học.
VL 2.5
- Vận dụng kiến thức sóng cơ và sự lan truyền sóng cơ, giao thoa sóng, sóng dừng để thực hiện bản thiết kế mô hình truyền sóng cơ học.
VL 2.5
- Giải thích được một số hiện tượng liên quan đến đời sống. VL 3.1 - Giải thích được nguyên lý hoạt động của mô hình truyền sóng cơ học. VL 3.1
Năng lực giải quyết vấn đề
Biểu hiện hành vi Mã số
- Phân tích được thông tin, xác định VĐ cần giải quyết là chế tạo mô hình truyền sóng cơ học.
GQVĐ 1
- Thu thập được các thông tin để chế tạo mô hình truyền sóng cơ học. GQVĐ 2 - Đề xuất được các giải pháp khả thi trong việc chế tạo mô hình truyền sóng cơ
học
GQVĐ 3
- Thực hiện và vận hành thành công nguyên mẫu mô hình truyền sóng cơ học. GQVĐ 4 - Ghi nhận và đánh giá được mức độ hiệu quả của nguyên mẫu. GQVĐ 5
Các năng lực khác
Biểu hiện hành vi
- Năng lực tự học: Nghiên cứu tài liệu, tìm hiểu thông tin liên quan đến chủ đề bài học qua các kênh thông tin
b.Mục tiêu về thái độ
- Tích cực trong quá trình thực hiện cũng như trình bày sản phẩm dự án. - Say mê tìm tòi, nghiên cứu khoa học.
- Tích cực trong hoạt động nhóm, trong quá trình thảo luận đóng góp ý kiến. - Có ý thức tập thể, trách nhiệm cao.
- Công bằng, khách quan trong đánh giá và tự đánh giá.
c. Mục tiêu về phẩm chất:
- Trung thực: Nghiêm túc nhìn nhận khuyết điểm của bản thân, của nhóm trong thiết kế và chế tạo sản phẩm mô hình truyền sóng cơ học.
- Trách nhiệm: Sử dụng nguyên vật liệu thân thiện với môi trường, an toàn tiết kiệm trong chi tiêu, mua sắm dụng cụ để chế tạo sản phẩm mô hình truyền sóng cơ học.
2.2.1.4. Phân phối thời gian cho nội dung kiến thức của chủ đề
Chủ đề này dạy trong năm tiết, tiết đầu khám phá vấn đề mô hình truyền sóng cơ học. Tiết hai, ba nghiên cứu lý thuyết về sóng cơ, hiện tượng sóng dừng và giao thoa sóng, đề xuất giải pháp. Tiết bốn trình bày và bảo vệ phương án thiết kế nguyên mẫu mô hình truyền sóng cơ học. Tiết năm báo cáo sản phẩm và đánh giá. Cụ thể như sau:
Bảng 2.2. Phân bố thời gian kế hoạch tổ chức hoạt động DH “Mô hình truyền
sóng cơ học” theo định hướng GD STEM
Hoạt động
Nội dung Thời gian
1. Khám phá vấn đề mô hình truyền sóng cơ học 45 phút
2. Nghiên cứu kiến thức nền 90 phút
3. Nghiên cứu nguyên lý và đề xuất nguyên mẫu thiết kế mô hình truyền sóng cơ học.
1 tuần
4. Trình bày và bảo vệ phương án thiết kế nguyên mẫu mô hình truyền sóng cơ học
45 phút 5. Thử nghiệm chế tạo nguyên mẫu mô hình truyền sóng cơ
học
1 tuần 6. Trình bày nguyên mẫu mô hình truyền sóng cơ học và
đánh giá kết quả.
2.2.1.5. Chuẩn bị a. Giáo viên
a1. Tài liệu hướng dẫn.
Bảng 2.3. Thiết bị và vật liệu chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 1)
LẮP RÁP MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG CƠ HỌC (Bộ 1-Tạo sóng cơ học bằng loa)
I. Chuẩn bị công cụ, thiết bị, vật liệu
TT Dụng cụ Số
lượng
Công dụng Hình minh họa
Vật liệu 1 2 ống nhựa Ф21 dài 1m 2 Làm giá đỡ, khung 2 2 ống nhựa Ф21 dài 30 cm 2 Làm thanh gắn loa và dây chun
3 Ống chữ T Ф21 2 Nối các ống với nhau
4 Ống co Ф21 Nối các ống với nhau
5 Ống giảm Ф49- 21
1 Dùng đề gắn với loa và dây chun
6 Ống giảm Ф60- Ф21 1 Dùng làm giá đỡ loa 7 Adaptor 12V 1 Cấp nguồn 12v cho mạch
8 Dây jack 1 Dùng để kết nối điện thoại với mạch khuếch đại Loa 1 Phát tần số âm thanh 10 Dây dẫn 50cm 2 Nối các mạch điện 11 Điện thoại 1 Dùng để chỉnh tần số âm thanh
12 Keo nến 1 Dùng đề gắn các vật liệu
13 Dây chun 1m 1 Dùng để tạo sóng
14 Mạch khuếch đại âm thanh
1 Dùng để khuếch đại âm thanh vào
loa
THIẾT BỊ
1 Kìm 1
2 Súng bắn keo 1
II. Quy trình lắp ráp, chế tạo sản phẩm.
Bảng 2.4. Bảng gợi ý chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 1)
Bước 1: Lắp ráp giá đỡ 1.1: Nối ống dài 1m với co Ф21 1.2: Nối co với ống chữ T 1.3: Tiếp tục nối ống chữ T với ống co 1.4: Nối 2 ống 30cm làm thanh đỡ 1.5: nối ống giảm Ф 60 – Ф21 làm bộ phận giữ loa
Bước 2: Lắp ráp mạch khuếch đại tạo sóng 2.1: Lắp
mạch khuếch đại với loa
2.2: Lắp mạch
khuếch đại với nguồn
2.3: Nối
Adapter 12v với nguồn
2.4: Nối dây
jack với điện thoại
2.5: Tải app
Frequency Sound Generator trên
điện thoại
3.1: Bắn keo nến
để gắn bộ phận kết nối với dây chun
3.2: Gắn loa lên
giá đỡ
3.3: Gắn dây chun 3.4: Hoàn thành sản
phẩm
Bảng 2.5. Thiết bị và vật liệu chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 2)
LẮP RÁP MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG CƠ HỌC (Bộ 2-Tạo sóng cơ học bằng mô tơ)
I. Chuẩn bị công cụ, thiết bị, vật liệu
TT Dụng cụ Số
lượng
Công dụng Hình minh họa
Vật liệu 1 2 ống nhựa Ф21 dài 1m 2 Làm giá đỡ, khung 2 ống nhựa Ф21dài 30 cm 2 Làm thanh gắn bộ phận truyền dao động và dây chun
Ống chữ T Ф21 2 Nối các ống với nhau 4 Ống co Ф21 2 Nối các ống với nhau 5 Chiết áp 1 Dùng để điều chỉnh tốc độ quay mô tơ
6 Mô tơ 12v (18.000 vòng/phút) 1 Dùng để tạo dao động 7 Công tắc 2 chân 1 Dùng để bật, tắc nguồn.
8 Thanh nhôm 1 Dùng để truyền dao động cho dây 9 Con tán 1 Dùng để làm bộ phận biến chuyển động tròn đều thành dao động tuần hoàn.
10 Dây dẫn 50cm 2 Dùng để nối các mạch với nhau 11 Pin 12v 1 Dùng để cấp nguồn cho mạch 12 Keo nến 1 Dùng để gắn các vật liệu với nhau
13 Dây chun 1m 1 Dùng để tạo sóng
THIẾT BỊ
1 Kìm 1
3 Kéo 1
II. Quy trình lắp ráp, chế tạo sản phẩm.
Bảng 2.6. Bảng gợi ý chế tạo mô hình truyền sóng cơ học ( Bộ 2)
Bước 1: Lắp ráp mạch đIện với mô tơ 1.1: Nối cực
dương (dây đỏ) của mô tơ với dây đen của transistor
1.2: Nối cực âm của
pin với công tắc 2 chân.
1.3: Nối cực dương
(dây đỏ) của pin vào cực giữa của chiết áp
1.4: Nối cực âm
(dây đen) của mô tơ và cực âm của pin với cực ngoài cùng của chiết áp. Bước 2: Lắp ráp giá đỡ 2.1: Nối ống dài 1m với co Ф21 2.2: Nối co với ống chữ T
2.3: Tiếp tục nối
ống chữ T với ống co 2.4: Nối ống dài 1m với co Ф21 2.5: Nối ống là thanh đỡ mô tơ và ống gắn dây chun
Bước 3: Chế tạo bộ phận dao động tạo sóng và hoàn thành mô hình 3.1: Gắn con
tán và que sắt vào trục quay mô tơ
3.2: Gắn
thanh nhôm vào đầu của ống nhựa 30cm
3.3: Dán dây
chun vào thanh nhôm
3.4: Gắn mô
tơ vào thanh nhôm để truyền dao động cho thanh nhôm 3.5: Gắn đầu dây còn lại vào ống ngắn 30 cm
Bảng 2.7. Thiết bị và vật liệu chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 3)
LẮP RÁP MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG CƠ HỌC (Bộ 3-Tạo sóng cơ học bằng mô tơ
I. Chuẩn bị công cụ, thiết bị, vật liệu
T Dụng cụ Số
lượng
Công dụng Hình minh họa
Vật liệu 1 2 ống nhựa Ф21 dài 1m 2 Làm giá đỡ, khung 2 2 ống nhựa Ф21 dài 30 cm 2 Làm thanh gắn bộ phận truyền dao động và dây chun
3 Ống chữ T Ф21 2 Nối các ống với nhau 4 Ống co Ф21 2 Nối các ống với nhau 5 Chiết áp 1 Dùng để điều chỉnh tốc độ quay mô tơ
6 Mô tơ 12v (18.000 vòng/phút) 1 Dùng để tạo dao động 7 Công tắc 2 chân 1 Dùng để bật, tắc guồn. 8 Tấm bìa c ng 1 Dùng để tạo bộ phận dao động.
9 Que kẽm 5cm 1 Dùng để làm trục quay 1 Dây dẫn 50cm 2 Dùng để nối các mạch với nhau 11 Pin 12v 1 Dùng để cấp nguồn cho mạch 12 Keo nến 1 Dùng để gắn các vật liệu với nhau
1 Dây chun 1m 1 Dùng để tạo sóng
THIẾT BỊ
2 Súng bắn keo 1
3 Kéo 1
II. Quy trình lắp ráp, chế tạo sản phẩm.
Bảng 2.8. Bảng gợi ý chế tạo mô hình truyền sóng cơ học ( Bộ 3)
Bước 1: Lắp ráp mạch điện với mô tơ 1.1: Nối cực
dương (dây đỏ) của mô tơ với dây đen của transistor
1.2: Nối cực âm của
pin với công tắc 2 chân.
1.3: Nối cực dương
(dây đỏ) của pin vào cực giữa của chiết áp
1.4: Nối cực
âm (dây đen) của mô tơ và cực âm của pin với cực ngoài cùng của chiết áp.
2.1: Nối ống dài 1m với co Ф21 2.2: Nối co với ống chữ T
2.3: Tiếp tục nối ống
chữ T với ống co 2.4: Nối ống dài 1m với co Ф21 2.5: Nối ống là thanh đỡ mô tơ và ống gắn dây chun
Bước 3: Chế tạo bộ phận dao động tạo sóng và hoàn thành mô hình 3.1: Tạo bộ phận biến chuyển động tròn thành chuyển động thẳng 3.2: Gắn trục
quay vào mô tơ
3.3: Gắn bộ phận
biến đổi chuyển động vào mô tơ
3.4: Gắn dây
chun vào trục quay
3.5: Ráp bộ
phận tạo dao động vào giá đỡ.
Bảng 2.9. Thiết bị và vật liệu chế tạo mô hình truyền sóng cơ học (Bộ 4)
LẮP RÁP MÔ HÌNH TRUYỀN SÓNG CƠ HỌC (Bộ 4-Tạo sóng cơ học bằng ống hút)
III. Chuẩn bị công cụ, thiết bị, vật liệu
TT Dụng cụ Số
lượng
Công dụng Hình minh họa
Vật liệu 1 2 ống nhựa Ф21 dài 1m 2 Làm giá đỡ, khung 2 2 ống nhựa Ф21dài 30 cm