2.1.1. Tên chủ đề
THIẾT KẾ HỆ THỐNG
ĐIỀU CHỈNH ĐỘ ẨM KHÔNG KHÍ TRONG PHÒNG (Số tiết: 03 tiết – Vật lí 10)
2.1.2. Phân tích bài “Độ ẩm của không khí” Vật lí 10 dưới góc độ STEM
Trong thực tế độ ẩm ảnh hưởng đến sức khỏe con người rất nhiều, đặc biệt là những thời điểm vào mùa lạnh độ ẩm trong phòng rất cao, trên thị trường hiện tại đang bán những sản phẩm hút ẩm để cải giảm độ ẩm trong phòng, bênh cạnh các thiết bị hút ẩm thì cũng có những thiết bị tạo ẩm khi trời nóng, độ ẩm thấp. Tuy nhiên, các sản phẩm này có nguyên lí cấu tạo phức tạp và tốn kém.
Trong các thiết bị điện tử chúng ta cũng thường thấy những thiết bị tản nhiệt làm giảm nhiệt độ của thiết bị thông qua một cánh tản nhiệt và sò nóng lạnh, chúng ta có thể khai thác các đặc tính này của các linh kiện điện tử trên để làm ngưng tụ hơi nước trong không khí.
Trong chủ đề này, HS sẽ thực hiện dự án thiết kế và chế tạo được hệ thống điều chỉnh độ ẩm trong phòng bao gồm máy tạo ẩm và máy hút ẩm.
Theo đó, HS phải tìm hiểu và chiếm lĩnh kiến thức mới:
- Ảnh hưởng của độ ẩm không khí (Bài 39 – Độ ẩm của không khí) Đồng thời, HS phải vận dụng các kiến thức cũ của các bài học:
- Hiện tượng mâu dẫn (Bài 37 – Các hiện tượng bề mặt của chất lỏng) - Sự bay hơi và ngưng tụ (Bài 38 – Sự chuyển thể của các chất)
2.1.3. Mục tiêu a. Kiến thức: a. Kiến thức:
- Vận dụng hiện tượng mâu dẫn để giải thích hiện tượng - Nắm được đặc điểm của sự bay hơi và ngưng tụ của nước.
- Định nghĩa được độ ẩm tuyệt đối và độ ẩm tỉ đối
- Nêu được những ảnh hưởng của độ ẩm trong đời sống thường gặp.
b. Kỹ năng
- Kỹ năng thu thập và xử lí thông tin về máy tạo ẩm và máy hút ẩm cụ thể là kỹ năng phân tích, đánh giá, tổng hợp…từ nhiều nguồn khác nhau sách, báo, internet, phương tiện truyền thông…) để giải quyết nhiệm vụ đặt ra.
- Lập kế hoạch, lên phương án thiết kế, ghi chép, đánh giá, chế tạo, thử nghiệm sản phẩm theo các tiêu chí cần đạt được.
- Hợp tác trong nhóm để cùng thực hiện nhiệm vụ học tập.
- Thiết kế được sơ đồ nguyên lý cấu tạo của máy tạo ẩm và hút ẩm.
- Thiết kế chế tạo được máy tạo ẩm và hút ẩm từ các vật dụng điện tử đã qua sử dụng và các vật liệu đơn giản.
- Xây dựng được báo cáo giới thiệu sản phẩm - Giới thiệu và trao đổi về sản phẩm nhóm
- Trình bày, bảo vệ được ý kiến cá nhân của mình, lắng nghe, nhận xét và phản biện được ý kiến của người khác.
- Tự đánh giá được quá trình làm việc cá nhân và các nhóm theo các tiêu chí giáo viên đưa ra.
c. Thái độ
- Say mê tìm tòi, sáng tạo đến các vấn đề thiết kế, chế tạo máy tạo ẩm và hút ẩm - Tích cực hợp tác trong hoạt động nhóm, nhiệt tình khi thực hiện nhiệm vụ tham gia vào hoạt động tìm hiểu thông tin, thiết kế và chế tạo sản phẩm máy tạo ẩm và hút ẩm. - Chân thành trao đổi, chia sẻ với bạn bè và thầy cô
- Có ý thức tập thể, trách nhiệm cao.
- Kiên trì, vượt khó để thực hiện nhiệm vụ.
d. Định hướng phát triển các năng lực
- Năng lực tự chủ, tự học: Học sinh tự nghiên cứu kiến thức nền và vận dụng kiến thức nền để xây dựng bản thiết kế máy tạo ẩm và máy hút ẩm.
- Năng lực hợp tác, trao đổi thông tin: thống nhất bản thiết kế và phân công thực hiện nhiệm vụ từng phần cụ thể.
sản phẩm máy tạo ẩm và hút ẩm
- Năng lực thực nghiệm: Sử dụng máy đo độ ẩm để khảo sát tính thiết thực của sản phẩm và thu nhận kết quả từ quá trình thực nghiệm.
2.1.4. Thiết bị
- GV hướng dẫn HS sử dụng một số thiết bị sau khi học chủ đề: - Đồng hồ đo độ ẩm không khí
- Nguồn một chiều 12V
- Thiết bị điện tử tạo nhiệt: Sò nóng lạnh Tec 12708
- Các thiết bị điện tử tái chế, sử dụng lại: Cánh tản nhiệt, quạt đẩy, động cơ điện một chiều 12V, dây bấc, dây điện,…
2.1.5. Tiến trình dạy học:
Hoạt động 1:XÁC ĐỊNH YÊU CẦU ĐỐI VỚI HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH ĐỘ ẨM KHÔNG KHÍ GỒM MÁY TẠO ẨM VÀ MÁY HÚT ẨM
a. Mục đích:
+ HS trình bày được kiến thức về các sản phẩm tạo ẩm, hút ẩm có mặt trên thị trường; Nhận ra được khả năng tạo ra máy tạo ẩm và hút ẩm từ các vật dụng đơn giản và các linh kiện điện tử tái sử dụng.
+ HS tiếp nhận được nhiệm vụ thiết kế máy tạo ẩm và hút ẩm đơn giản sử dụng nguồn điện một chiều 12V và nêu rõ yêu cầu đánh giá sản phẩm.
b. Nội dung:
+ GV tổ chức cho HS quan sát các hình ảnh, video về các hoạt động, hiện tượng trong đời sống liên quan đến máy tạo ẩm và hút ẩm được ứng dụng trong đời sống.
+ Học sinh trình bày ưu nhược điểm của thiết bị tạo ẩm và hút ẩm đã có bán trên thị trường (đã được giao về nhà tìm hiểu).
+ Từ các ví dụ thực tế trên, GV giao nhiệm vụ cho HS thực hiện dự án “Thiết kế hệ thống điều chỉnh độ ẩm không khí trong phòng” dựa trên các kiến thức cơ bản về độ ẩm gắng liền với sự bay hơi và nhưng tụ của nước.
+ GV thống nhất với HS về kế hoạch triển khai dự án và yêu cầu đánh giá sản phẩm của dự án.
c. Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh:
Kết thúc hoạt động, HS cần đạt được các sản phẩm sau:
+ Bản ghi chép kiến thức mới về sự tạo ẩm và hút ẩm thông qua sự bay hơi và ngưng tụ của nước.
+ Bảng mô tả nhiệm vụ của dự án và nhiệm vụ các thành viên; thời gian thực hiện dự án và các yêu cầu đánh giá sản phẩm của dự án.
d. Cách thức tổ chức hoạt động:
Bước 1. Đă ̣t vấn đề, chuyển giao nhiệm vụ
Trên cơ sở GV đã giao nhiệm vụ cho HS về nhà tìm hiểu thông tin về ưu và nhược điểm của các loại máy tạo ẩm và hút ẩm phổ biến hiện nay, GV đặt ra câu hỏi cho HS trả lời:
Nêu một vài ưu và nhược điểm của máy tạo ẩm và hút ẩm có bán trên thị trường hiện nay?
GV tổng kết bổ sung chỉ ra được cách cơ bản như: Các máy tạo ẩm và hút ẩm trên thị trường có giá thành khá cao, có sơ đồ mạch điện tử và sơ đồ nguyên lí phức tạp, các loại máy tạo ẩm điện tử có tuổi thọ thấp do linh kiện thường xuyên bị ẩm dễ dẫn đến hư hỏng.
Bước 2. HS làm thí nghiệm khám phá kiến thức.
GV đặt vấn đề giới thiệu thí nghiệm: Dùng dụng cụ đo nào để xác định độ ẩm của không khí? Có cách nào để tạo ra hơi ẩm khi độ ẩm thấp và hút hơi ẩm của không khí trong phòng khi độ ẩm cao hay không? Để tìm ra giải pháp để thay đổi độ ẩm trong phòng, các em làm việc theo nhóm để tiến hành thí nghiệm khả năng tạo ẩm và hút ẩm từ các linh kiện điện tử tái sử dụng và các vật dụng thường ngày.
+ GV chia HS của một lớp thành 3 nhóm lớn, mỗi nhóm từ 12 đến 14 học sinh (Dành thời gian cho các nhóm bầu nhóm trưởng, thư kí, phân công trong nhóm để tiến hành thết kế và chế tạo phần tạo ẩm và phần hút ẩm riêng tùy theo ý tưởng của từng nhóm). + GV nêu mục đích và hướng dẫn tiến hành thí nghiệm.
Mục đích: Giúp HS nhận ra được sự tồn tại của độ ẩm không khí và cách tạo ẩm, hút ẩm để thay đổi độ ẩm của không khí trong phòng.
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: Kiểm nghiệm các yếu tố đẩy nhanh sự bay hơi của nước
- 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 các yếu tố ảnh hương đến tốc độ bay hơi của nước:
+……… ………. +………... ……….
Thí nghiệm 3: Kiểm nghiệm sự ngưng tụ hơi nước trong không khí
- 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: ……….
- HS làm thí nghiệm theo nhóm, GV quan sát hỗ trợ nếu cần. - Đại diện HS các nhóm trình bày kết quả thí nghiệm và kết luận.
- GV nhận xét, chốt kiến thức: Các vật dụng thí nghiệm trên mục đích giúp HS khám phá kiến thức về sự tồn tại của độ ẩm, cách tạo ẩm và hút ẩm. Ngoài các vật dụng đơn giản trên thì có thể tạo ẩm và hút ẩm thông qua các thiết bị điện tử đơn giản trên thị trường kết hợp với các thiết bị điện tử tái sử dụng để đẩy nhanh quá trình tạo ẩm cũng như hút ẩm cho không khí trong phòng.
Bước 3. Giao nhiệm vụ cho HS và xác lập tiêu chí đánh giá sản phẩm
GV nêu nhiệm vụ: Căn cứ vào kết quả thí nghiệm vừa tiến hành, các nhóm sẽ thực hiện dự án “Thiết kế hệ thống điều chỉnh độ ẩm không khí trong phòng”
Sản phẩm là hệ thống điều chỉnh độ ẩm không khí trong phòng phải đạt được các yêu cầu về tạo ẩm và hút ẩm để độ ẩm đạt tới giá trị ảnh hưởng tốt đến sức khỏe con người và trang thiết bị trong phòng, hình thức, chi phí được đánh giá cụ thể như sau:
Tiêu chí của hệ thống điều chỉnh độ ẩm không khí trong phòng
Phần tạo ẩm Phần hút ẩm
Đẩy nhanh quá trình bay hơi của nước Làm ngưng tụ hơi nước trong không khí
Phương pháp 1 Phương pháp 2 Sử dụng sò nóng lạnh Tec 12708 (12V-8A) Sử dụng dây bấc
để hút nước kết hợp dùng nhiệt nóng từ bản tạo nhiệt để đẩy nhanh quá trình bay hơi của nước
Sử dụng loa tạo sương để tạo hơi ẩm
Dùng cánh tản nhiệt để lưu thông dòng nhiệt nóng và lạnh ở hai mặt của sò nóng lạnh
Dùng quạt đẩy hơi nước bay ra ngoài Dùng quạt làm mát cánh tản nhiệt ở mặt tạo nhiệt độ cao của sò nóng lạnh
Có hình thức đẹp Có hình thức đẹp
Chi phí làm máy tạo ẩm tiết kiệm Tái sử dụng những thiết bị điện tử từ CPU hỏng (cánh tản nhiệt, quạt tản nhiệt)
Bước 4.GV thống nhất kế hoa ̣ch triển khai
Hoạt động chính Thời lượng
Hoạt động 1: Dạy học kiến thức mới, làn nảy sinh vấn đề và giao nhiệm vụ dự án
Tiết 1
Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và chuẩn bị bản thiết kế sản phẩm để báo cáo.
1 tuần (HS tự học ở nhà theo nhóm).
Hoạt động 3: Báo cáo phương án thiết kế. Tiết 2
Hoạt động 4: Chế ta ̣o, thử nghiê ̣m sản phẩm 1 tuần (HS tự làm ở nhà theo nhóm). Hoạt động 5: Triển lãm, giới thiệu sản phẩm. Tiết 3
Bảng 2.3 Các hoạt động và thời lượng
Trong đó, GV nêu rõ nhiệm vụ ở nhà của hoạt động 2:
+ Nghiên cứu kiến thức liên quan: Nguyên tắc tạo ẩm và hút ẩm không khí dựa trên kiến thức về bay hơi và ngưng tụ của nước; Sự hút nước của dây bấc trong hiện tượng mao dẫn; Nguyên lý hoạt động loa tạo sương; Nguyên lí hoạt động của sò nóng lạnh Tec 12708 và cánh tản nhiệt.
+ Tiến hành chọn lọc các linh kiện cần tái chế, thử nghiệm tính khả thi để lựa chọn phương án có thể tạo ra sản phẩm đạt yêu cầu.
+ Tiến hành thảo luận bản vẽ thiết kế sản phẩm.
+ Tiến hành thảo luận chọn vật liệu, thiết bị để chế tạo sản phẩm và cách thức thực hiện.
Máy tạo ẩm Máy hút ấm
Chọn phương án
Bản vẽ mô hình
Chọn các vật dụng, thiết bị cần thiết để chế tạo Các bước thực hiện - Bước 1: - Bước 2: - Bước 3: - Bước 4: - Bước 1: - Bước 2: - Bước 3: - Bước 4:
Bảng 2.4. Mô tả các công đoạn thực hiện
GV cần nhấn mạnh: Khi bá o cáo phương án thiết kế sản phẩm học sinh phải vận dụng kiế n thứ c nền đã kể ở trên để giải thích, trình bày nguyên lí hoạt động của sản phẩm. Vì vậy, yêu cầu này có trọng số điểm lớn nhất.
Hoạt động 2: NGHIÊN CỨU VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU CHỈNH ĐỘ ẨM KHÔNG KHÍ VÀ ĐỀ SUẤT GIẢI PHÁP THIẾT KẾ MÁY TẠO ẨM VÀ MÁY HÚT ẨM
a. Mục đích:
HS tự học được kiến thức liên quan thông qua việc nghiên cứu tài liê ̣u về các kiến thức mao dẫn, bay hơi, ngưng tụ, nguyên lí loa tạo sương, nguyên lí sò nóng lạnh, cánh tản nhiệt và làm các thí nhiệm để hiểu về cách tạo ẩm và hút ẩm từ đó thiết kế được bản vẽ cho hệ thống.
b. Nội dung:
HS tự học và làm việc nhóm thảo luận thống nhất các kiến thức liên quan, làm thí nghiệm, vẽ bản thiết kế, phân tích cấu tạo để tìm linh kiện và vật liệu phù hợp.
GV đôn đốc, hỗ trợ tài liệu, giải đáp thắc mắc cho các nhóm khi cần thiết.
c. Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh:
Kết thúc hoạt động, HS cần đạt được các sản phẩm sau: + Bài ghi của cá nhân về các kiến thức liên quan;
+ Bản vẽ về mô hình máy hút ẩm và tạo ẩm của các nhóm được phân công; + Bảng tóm tắt thông tin thiết bị điện tử cần thiết và cách chế tạo;
+ Bài thuyết trình về bản vẽ và bản thiết kế.
d. Cách thức tổ chức hoạt động:
– Các thành viên trong nhóm đọc bài 37, 38, 39 trong sách giáo khoa Vật lí lớp 10CB. Trong đó cần hướng dẫn xác định được các kiến thức trọng tâm như sau:
+ Dây bấc có khả năng thấm hút tốt thông qua hiện tượng mao dẫn;
+ Tốc độ bay hơi của nước phụ thuộc vào nhiệt độ và gió: Nhiệt độ cao và gió mạnh giúp đẩy nhanh quá trình bay hơi của nước;
+ Loa tạo sương tác động của sóng siêu âm làm các phân tử nước tự tách ra khỏi bề mặt nước dưới dạng những hạt nhỏ li ti đường kính chỉ 1µm dễ dàng hòa vào không khí giống như sương mù;
+ Sự ngưng tụ xảy ra khi nhiệt độ giảm xuống, hơi nước trong không khí sẽ ngưng tụ tạo thành những hạt sương;
+ Sò nóng lạnh 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;
+ Cánh tản nhiệt làm tăng diện tích tiếp xúc của nguồn nhiệt với không khí, giúp thoát nhiệt nóng nhanh và ngưng tụ nhiều hơi nước ở mặt lạnh.
– HS làm việc nhóm:
Chia sẻ với các thành viên khác trong nhóm về kiến thức đã tìm hiểu được. Ghi