3.3.1. Phương pháp quan sát
Tiến hành quan sát trực tiếp HS làm việc và vấn đáp HS kết hợp với việc phân tích video và phân tích các thông tin trên tài liệu, trên internet để thu thập số liệu về các hành vi của NL GQVĐTT của HS trong quá trình TNSP.
3.3.2. Phương pháp thống kê toán học
Dựa vào các số liệu thu thập được, sử dụng phương pháp thống kê toán học để xử lí, so sánh và đánh giá sự phát triển NL GQVĐTT của HS qua sản phẩm được thiết kế, từ đó rút ra kết luận về tính đúng đắn của giả thuyết khoa học của đề tài.
3.4. Diễn biến và kết quả thực nghiệm sư phạm
3.4.1. Diễn biến và kết quả thu được khi dạy chủ đề “Độ ẩm của không khí” và đưa ra vấn đề cần giải quyết cho HS(Vào chiều thứ 6, ngày 02/4/2021): đưa ra vấn đề cần giải quyết cho HS(Vào chiều thứ 6, ngày 02/4/2021):
(Tiết 1 – 45 phút)
Hoạt động 1: Giáo viên truyền đạt kiến thức về độ ẩm và sự ảnh hưởng của độ ẩm không khí
- Có hai loại độ ẩm: độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm tương đối
+ Độ ẩm tuyệt đối là hàm lượng hơi nước chứa trong một đơn vị thể tích không khí tại thời điểm xét.
+ Độ ẩm tương đối là tỷ số giữa độ ẩm tuyệt đối với độ ẩm không khí tại điểm bão hòa ở cùng nhiệt độ.
- Độ ẩm tỉ đối của không khí cằng nhỏ, sự bay hơi qua lớp da càng nhanh, thân người càng dễ bị lạnh. Độ ẩm tỷ đối cao hơn 80% tạo điều kiện cho cây cối phát triển. Nhưng lại dễ làm ẩm mốc, hư hỏng các dụng cụ đồ dùng trong nhà.
- Một số nội dung truyền đạt đến học sinh:
Hình 3.1. Bài giảng về độ ẩm và ảnh hưởng của độ ẩm không khí
Hoạt động 2: Làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết
GV nêu ra vấn đề là thực trạng về độ ẩm không khí ảnh hưởng đến sức khỏe và đời sống:
- Độ ẩm thấp sảy ra vào mùa hè hoặc đầu mùa đông khi lượng hơi nước trong không khí xuống rất thấp, thậm chí dưỡi 40%, điều này thực sự đáng nguy hại đối với
sức khỏe, ảnh hưởng trực tiếp đến hệ hô hấp, miễn dịch của con người. Khi độ ẩm không khí xuống quá thấp, cơ thể thoát hơi nước qua da nhanh hơn bình thường, khiến dã dễ bị khô nẻ, bong tróc. Trên thực tế, ảnh hưởng của giảm độ ẩm có trong không gian sống còn khiến chúng ta suy nhược cơ thể, thụt giảm năng suất lao động, làm việc và dễ mắc các bệnh do hệ miễn dịch bị suy yếu.
- Việt Nam là đất nước có khí hậu nhiệt đới gió mùa nên thông thường độ ẩm khá cao. Khi độ ẩm cao sẽ tăng cao nguy cơ các bệnh khớp, tim mạch, ho, hen suyễn, đau đầu và những căn bệnh mãn tính kinh niên của người cao tuổi… . Khi độ ẩm bắt đầu vượt quá 80% tạo điều kiện cho cây cối phát triển, đồng thời bắt đầu xuất hiện nấm mốc, vi khuẩn, ruồi muỗi… phát triển mạnh gây nguy hại cho sức khỏe con người cũng như dễ làm ẩm mốc, hư hỏng các máy và dụng cụ quang học, điện tử, cơ khí, khí tài quân sự, lương thực, thực phẩm trong các kho chứa.…
- Độ ẩm tốt cho sức khỏe được khuyến cáo là từ 55-65%, với độ ẩm này thì khả năng thoát mồ hôi trên cơ thể người sẽ tốt hơn còn nếu độ ẩm cao hơn hay thấp hơn khoảng này thì sẽ ảnh hưởng không tốt đến sức khỏe. Trong thực tế, để chống ẩm, người ta phải thực hiện nhiều biện pháp như dùng Silicagel hút ẩm, sấy nóng, thông gió, bôi dầu mỡ lên các chi tiết máy bằng kim loại, phủ lớp chất dẻo lên các bản mạch điện tử,... tuy hiệu quả nhưng rất mất thời gian và tốn nhiều công đoạn thực hiện.
Hoạt động 3: HS trình bày giải pháp để điều chỉnh độ ẩm và trình bày kiến thức về sản phẩm tạo ẩm, hút ẩm có mặt trên thị trường
Tiết trước, GV đã phân nhóm và cho học sinh về nhà tự tìm hiểu các kiến thức về các sản phẩm tạo ẩm và hút ẩm để thay đổi độ ẩm của không khí trong phòng
Các tổ cử đại diện lên trình bày kiến thức đã tìm hiểu bằng hình thức báo cáo trên Power Point:
Hình 3.3. Hình ảnh báo cáo về các sản phảm hút ẩm và tạo ẩm
Hoạt động 4: GV nhận xét phần báo cáo của từng nhóm và đặt câu hỏi định hướng thiết kế
GV định hướng thiết kế cho HS: Từ thực trạng về độ ẩm ở nước ta và các giải pháp thông thường để tạo ẩm và hút ẩm hãy sử dụng các kiến thức Vật lí đã học để thiết kế một hệ thống có thể điều chỉnh độ ẩm trong không gian nhỏ như căn phòng về độ ẩm phù hợp.
GV cho học sinh thí nghiệm khám phá kiến thức:
GV phát máy đo độ ẩm không khí, các dụng cụ thí nghiệm đơn giản, phiếu học tập làm thí nghiệm cho các nhóm để tự tiến hành thí nghiệm
Nguyên vật liệu: Mỗi nhóm sẽ nhận được một số vật liệu và dụng cụ như sau: + Máy đo độ ẩm không khí
+ Đĩa nhôm đựng nước + Dây bấc (mỗi nhóm 5 sợi)
+ Quạt đẩy sử dụng nguồn điện một chiều 12V + Bộ nguồn một chiều có điện áp 12V – 8A + Chai nhựa đựng nước đá
Phiếu hướng dẫn làm thí nghiệm:
CÁC THÍ NGHIỆM CẦN THỰC HIỆN
Thí nghiệm Cách thực hiện Kết quả
Thí nghiệm 1: Đo độ ẩm không khí trong phòng Sử dụng máy đo độ ẩm Digital Thermo – Hygrometer để xác định độ ẩm không khí trong phòng - Nhiệt độ:…………. - Độ ẩm:…………
Thí nghiệm 2: Làm nước bay hơi để tăng độ ẩm không khí trong phòng
- Cách 1: Đổ một lớp nước mỏng lên đĩa nhôm. Thổi nhẹ trên mặt nước hoặc hơ nóng đĩa nhôm.
- Cách 2: Dùng dây bất để hút nước trong đĩa nhôm kết hợp dùng quạt đẩy thổi gió lên dây bấc.
- Nêu cách yếu tố ảnh hương đến tốc độ bay hơi của nước:
+……… ………. +………... ……….
Thí nghiệm 3: Làm ngưng tụ hơi nước để giảm độ ẩm không khí trong phòng
- Dùng chai nhựa đựng ít nước đá bên trong, quan sát hiện tượng bên ngoài chai nhựa
- Điều kiện để ngưng tụ hơi nước trong phòng: ………. ………. ………. ……….
* Một số hình ảnh về thí nghiệm tìm giải pháp tạo ẩm và hút ẩm:
Hình 3.4. Nhiệt độ và độ ẩm không khí tại lớp học
Hình 3.5. Thực nghiệm về tác nhân đẩy nhanh sự bay hơi của nước
GV đưa ra kết luận về phần thực nghiệm xác định độ ẩm không khí và cách tạo ẩm hút ẩm đơn giản:
+ Ta có thể xác định được độ ẩm của không khí trong phòng và nơi cần khảo sát thông qua máy đo độ ẩm.
+ Từ giá trị đo được ta có thể nhận biết được độ ẩm tại nơi đang đo cao hay thấm từ đó đưa ra được phương án cần tạo ẩm hay hút ẩm.
+ Sự tạo ẩm bằng cách làm bay hơi nước phụ thuộc vào nhiệt độ cao và tốc độ gió.
+ Sự hút ẩm bằng cách làm ngưng tụ hơi nước trong không khí khi nhiệt độ nơi không khí gặp lạnh hay đạt đến nhiệt độ điểm sương.
GV nêu rõ yêu cầu cho học sinh: Đề xuất biện pháp cụ thể để hút ẩm và tạo ẩm không khí trong phòng đạt đến giá trị khuyến cáo bằng cách chế tạo sản phẩm tạo ẩm hoặc hút ẩm từ các vật dụng thông thường hoặc linh kiện điện tử tái sử dụng.
+ Các nhóm HS thảo luận để đề xuất các biện pháp.
+ GV phân tích sự hợp lý khi đề xuất phương án chế tạo hệ thống điều chỉnh độ ẩm không khí trong phòng.
+ GV yêu cầu các nhóm HS thảo luận: Hệ thống điều chỉnh độ ẩm không khí gồm có những phần nào? Các phần đó có chức năng như thế nào? Có thể sử dụng các kiến thức nào để áp dụng vào chức năng của của các phần đó?
+ HS cùng thảo luận nhóm để hoàn thành
GV phân công nhiệm vụ cho từng nhóm:
- Yêu cầu sản phẩm: Dựa vào đặc điểm của độ ẩm là luôn có hai ngưỡng cao và thấp vì vậy cần tạo ra hai loại sản phẩm là tạo ẩm và hút ẩm.
- Các nhóm lựa chọn thiết kế máy tạo ẩm hoặc máy hút ẩm dựa vào kiến thức vừa thực nghiệm kết hợp với các ý tưởng đề xuất thiết kế kết hợp với các vật dụng và linh kiện tái sử dụng hoặc mua tại các cửa hàng linh kiện điện tử để chế tạo
GV tập hợp các ý tưởng và phân công nhiệm vụ cho các nhóm
+ Nhóm 1: Chế tạo máy tạo ẩm bằng cách sử dụng loa tạo sương.
+ Nhóm 2: Chế tạo máy tạo ẩm bằng phương pháp dùng quạt đẩy tạo hơi nước + Nhóm 3: Chế tạo máy hút ẩm bằng sò nóng lạnh Tec - 12708
3.4.2. Tiến hành dạy học cho học sinh trình bày và bảo vệ phương án thiết kế hệ thống điều chỉnh độ ẩm không khí trong phòng. (Vào chiều thứ 6, ngày 09/4/2021): thống điều chỉnh độ ẩm không khí trong phòng. (Vào chiều thứ 6, ngày 09/4/2021):
(Tiết 2 – 45 phút)
Hoạt động 1: Các nhóm lên trình bày phương án thiết kế trong 5 phút. Các nhóm còn lại lắng nghe:
GV cho các nhóm lên trình bày các kiến thức nền về các vật, kiện điện tử cần thiết để chế tạo. HS trình bày cấu tạo của sản phẩm nhóm thiết kế thông qua bản vẽ thiết kế
* Các nhóm trình bày phương án thực hiện theo nhiệm vụ được phân công ở tiết trước:
- Nhóm 1
Hình 3.7. Bản phương án thực hiện
làm máy tạo ẩm của nhóm 1
- Nhóm 2
- Nhóm 3
Hình 3.8. Bản phương án thực hiện
làm máy tạo ẩm của nhóm 2
Hình 3.9. Bản phương án thực hiện
làm máy hút ẩm của nhóm 3
* Các nhóm trình bày phương án thiết kế thông qua bản vẽ trên giấy A4
- Nhóm 1: Trình bày phương án thiết kế máy tạo ẩm dùng loa tạo sương kết hợp với quạt đẩy để tăng tốc độ thoát sương cho máy
Hình 3.10. Bản thiết kế máy tạo ẩm dùng loa tạo sương
+ Loa tọa sương có hai ai đầu dây được hàn vào 2 bản cực, lớp ở giữa là vật liệu áp điện. Khi đặt một điện áp lên tấm vật liệu áp điện này thì nó sẽ biến dạng tùy theo mức điện áp đặt. Nếu ta cung cấp cho nó cùng một điện áp nhưng trái dấu nhau luân phiên theo một chu kỳ nào đó thì vật liệu sẽ co dãn theo đúng tần số của nguồn cấp. Dao động này làm tấm màng phía trên dao động theo. Các phân tử nước sẽ cố bắt kịp dao động của tấm màng nhưng không thể do quán tính và khối lượng riêng của nước tương đối lớn. Do sóng nước bị trễ pha so với sóng của màng dao động, tạo ra các vùng áp suất thấp giữa các sóng này gọi là lỗ trống. Các lỗ trống này chứa rất nhiều năng lượng và phát nổ ở gần bề mặt nước tạo ra đỉnh sóng nhấp nhô ở bề mặt, đồng thời ở đỉnh của sóng, các giọt nước nhỏ được cung cấp năng lượng từ các lỗ trống khi phát nổ có đủ năng lượng để thoát khỏi bề mặt nước và bắn vào không khí ở dạng sương. Kích thước những hạt sương rất nhỏ, chỉ cỡ 1 micro mét.
+ Động cơ đẩy là một quạt điện dùng điện áp 12V để đẩy luồng sương do loa tạo ra bay ra ngoài, giúp đẩy nhanh lượng sương vào không khí giúp độ ẩm tăng lên.
+ Hộp nhựa chứa nước có lỗ thoát khí phía trên và vị trí lắp quạt đẩy, lượng nước được đổ ngập qua khỏi miệng loa để nước có thể dao động trên mặt loa tạo sương.
- Nhóm 2: Trình bày phương án thiết kế máy tạo ẩm dùng quạt đẩy hơi nước từ dây bấc kết hợp với kẹp nhiệt để đẩy nhanh quá thình bay hơi của nước.
Hình 3.11. Bản thiết máy tạo ẩm sử dụng day bấc và quạt đẩy
+ Dây bấc có một đầu được nhúng vào nước, đầu còn lại treo hờ lên phía trên ngang với mặt thổi gió của quạt. Dây bấc hút nước dựa vào hiện tượng mao dẫn, lượng nước trên dây bấc có diện tích tiếp xúc lớn với luồng gió do quạt đẩy tạo ra.
+ Kẹp tạo nhiệt áp 2 bên của hàng dây bấc giúp cung cấp nhiệt lượng hỗ trợ đẩy nhanh quá trình bay hơi của nước.
+ Động cơ điện dùng dòng điện một chiều 12V đẩy luồng gió liên tục lên dây bấc, kết hợp với hơi nóng từ kẹp nhiệt giúp quá trình bay hơi của nước trong dây bấc nhanh hơn, cải thiện được độ ẩm trong không khí khi độ ẩm thấp.
- Nhóm 3: Trình bày phương án thiết kế máy hút ẩm dùng sò nóng lạnh Tec – 12708 kết hợp với các cánh tản nhiệt nhôm để làm ngưng tụ hơi nước trong không khí:
Hình 3.12. Bản thiết kế máy hút ẩm sử dụng sò nóng lạnh Tec – 12708
+ Sò nóng lạnh Tec – 12708 hay còn gọi là tấm bán dẫn siêu công nghệ hay chip peltier là cấu kiện bán dẫn có tính chất làm lạnh một mặt mặt còn lại được làm nóng .Nói rõ hơn là miếng bán dẫn nhỏ, nhẹ và công suất mạnh (50W) giúp hút nhiệt mặt có chữ kí hiệu phía trên và thải qua bề mặt bên kia, lượng nhiệt năng ở bề mặt bên kia sẽ bằng tổng nhiệt năng hút từ bề mặt có chữ và lượng nhiệt năng chuyển từ điện năng đặt vào 2 đầu dây của miếng bán dẫn.
+ Cánh tản nhiệt làm từ vật liệu nhôm, có diện tích tiếp xúc với không khí lớn nhằm tỏa nhiệt nóng và thu nhiệt từ môi trường không khí xung quanh. Giúp hỗ trợ cho quá trình sinh nhiệt của sò nóng lạnh.
+ Quạt đẩy giúp lưu thông nhanh dòng khí bên ngoài đi vào làm lạnh cánh tản nhiệt.
Hoạt động 2: GV tổ chức cho các nhóm nêu câu hỏi, nhận xét về phương án thiết kế của nhóm bạn; nhóm trình bày trả lời, bảo vệ, thu nhận góp ý, đưa ra sửa chữa phù hợp.
- Trong các bản thiết kế trên, bộ phận nào là quan trọng nhất, đóng vai trò chủ đạo trong hệ thống.
- Máy tạo sương dùng loa phun sương với kiến thức đã học có thể tự tạo mạch điện phun sương được hay không?
- Có thể dùng cách nào khác để tăng tốc độ bay hơi của nước trên dây bấc hay không?
- Cánh tản nhiệt trong bản thiết kế máy hút ẩm có thể tìm được ở đâu?
Hoạt động 3: GV nhận xét, tổng kết và chuẩn hoá các kiến thức liên quan, chốt lại các vấn đề cần chú ý, chỉnh sửa của các nhóm.
- Các nhóm đều đưa ra được các giải pháp và ý tưởng khác nhau về các bản thiết kế mô hình
- Đã định hướng được kiến thức liên quan cần thiết để đưa đến chức năng của các bộ phận trong máy tạo ẩm và hút ẩm
Hoạt động 4: GV giao nhiệm vụ cho các nhóm về nhà triển khai chế tạo sản phẩm theo bản thiết kế.
- Các nhóm tiếp tục triển khai thí nghiệm chọn linh kiện vật dụng và dựa theo bản thiết kế để chế tạo ra mẫu thử như mục đích đặc ra.
+ Nhóm 1: Chế tạo máy tạo ẩm bằng cách sử dụng loa tạo sương.
+ Nhóm 2: Chế tạo máy tạo ẩm bằng phương pháp dùng quạt đẩy tạo hơi nước + Nhóm 3: Chế tạo máy hút ẩm bằng sò nóng lạnh Tec - 12708
3.4.3. Tiến hành dạy học cho học sinh trình bày sản phẩm hệ thống điều chỉnh độ ẩm không khí trong phòng. (Vào chiều thứ 6, ngày 16/4/2021): ẩm không khí trong phòng. (Vào chiều thứ 6, ngày 16/4/2021):
(Tiết 3 – 45 phút)
Hoạt động 1: HS trình bày sản phẩm, thuyết trình, giới thiệu sản phẩm
GV tổ chức cho HS chuẩn bị và trưng bày sản phẩm, GV yêu cầu từng nhóm cho hệ thống điều chỉnh độ ẩm không khí hoạt động, hệ thống gồm hai bộ phận là tạo