7. Cấu trúc của đề tài
2.2. Thiết kế chủ đề STEM “Máy vắt quần áo sáng tạo”
2.2.1. Tên chủ đề : MÁY VẮT QUẦN ÁO SÁNG TẠO
(STEM bài học – 3 tiết -Vật lí 10 )
2.2.2. Mô tả chủ đề
Khi phải mang trên người những bộ đồ vẫn còn ẩm ướt, lại không còn mùi thơm và sự mịn màng của vải... sẽ rất khó chịu. Thời điểm cuối năm,mưa nhiều và day dẳn nên không có ánh nắng để phơi quần áo. Khi quần áo chưa khô sẽ có mùi ẩm mốc làm chúng ta cảm thấy rất khó chịu. Đó chính là sự băn khoăn của không ít bà nội trợ vì những bất tiện khi thời tiết quá ẩm. Thậm chí có người còn than rằng, không gian phơi vốn đã rất hẹp, giờ lại không có nắng, phơi quần áo trong nhà sẽ bị nước nhỏ giọt ra sàn và phải là thật lâu mới có thể mặc được.
Với một chiếc máy vắt quần áo hiện đại, người tiêu dùng có thể bỏ qua bước vắt quần áo, mà vẫn bảo toàn được mùi hương của nước xả và độ mềm mại của vải vóc. Đây chính là ưu điểm vượt trội của máy vắt trong tiết trời ẩm và tiện lợi khi không gian phơi quần áo hạn hẹp.
Chủ đề giúp HS giải quyết vấn đề quần áo ẩm ướt vào ngày mưa. Với sự hỗ trợ của vật liệu đơn giản cùng với những thiết bị máy móc đa dạng như cảm biến độ ẩm, Motor 12V, HS có thể thực hiện tìm hiểu cấu tạo, cách vận hành thiết bị, lắp ráp cơ bản. Thông qua các hoạt động học tập, HS có thể rèn luyện kĩ năng đo đạc, xử lí số liệu, thao tác thí nghiệm, kĩ năng lắp ráp cơ bản.
HS tìm hiểu và vận dụng kiến thức về:
Chuyển động tròn đều (Bài 5-Vật lí 10) Lực hướng tâm (Bài 14-Vật lí 10) Chuyển động li tâm (Bài 14-Vật lí 10)
Sau khi hoàn thành, HS sẽ được thử nghiệm và tiến hành đánh giá chất lượng sản phẩm.
Chủ đề máy vắt sáng tạo, vấn đề cần giải quyết là:
2.2.3. Mục tiêu
2.2.3.1. Kiến thức
Khoa học Trình bày được các khái niệm về: Chuyển động tròn đều; lực hướng tâm; chuyển động li tâm
Giải thích được nguyên tắc vắt nước khỏi quần áo của máy vắt quần áo sáng tạo.
Kỹ thuật Thiết kế được bản vẽ kỹ thuật máy vắt, quy trình gia công, lắp ráp mô hình.
Toán Tính toán tốc độ quay của motor phù hợp với lực hướng tâm Đo kích thước các nguyên vật liệu để chế tạo
Dự trù kinh phí.
Công nghệ Lăp ráp các thiết bị để chế tạo máy
Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ điện. Sử dụng công nghệ thông tin trong quá trình tìm hiểu về máy vắt.
Bảng 2.2 Mục tiêu về kiến thức STEM được thể hiện trong chủ đề “Máy vắt quần áo
sáng tạo”
2.2.3.2. Kĩ năng
- Tính toán, vẽ được bản thiết kế máy vắt thông minh đảm bảo các tiêu chí đề ra; - Lập kế hoạch cá nhân/nhóm để chế tạo và thử nghiệm dựa trên bản thiết kế;
Máy vắt quần áo sáng tạo Để chế tạo được thì cần giải quyết các nhiệm vụ kiến thức gì ? Có những vật liệu nào để thiết kế mô hình máy vắt áo quần? Máy vắt áo quần hoạt động theo nguyên lí như thế nào ?
- Trình bày, bảo vệ được bản thiết kế và sản phẩm của mình, phản biện được các ý kiến thảo luận;
2.2.3.3. Phẩm chất
- Nhân ái: Sẵn sàng học hỏi, hoàn nhập và giúp đỡ mọi người.
- Chăm chỉ: Có tinh thần tự học, chăm học chăm làm, nhiệt tình tham gia các hoạt động của nhóm, lớp.
- Trung thực: Thật thà, ngay thẳng trong thực nghiệm và cả quá trình học tập. - Trách nhiệm: Ý thức giữ gìn sức khỏe bản thân, gia đình và cộng đồng
2.2.3.4. Năng lực
- Năng lực sáng tạo: giải quyết vấn đề thiết kế sơ đồ bản vẽ và chế tạo máy vắt quần
áo.
- Năng lực tự chủ và tự học: Tự nghiên cứu kiến thức nền, lên kế hoạch thiết kế, chế tạo, thử nghiệm và đánh giá
- Năng lực giao tiếp và hợp tác: Hợp tác với các thành viên trong nhóm để thống nhất bản thiết kế và phân công thực hiện, cùng nhau chế tạo mô hình.
- Năng lực ngôn ngữ: Báo cáo, trình bày sản phẩm trước lớp; phản biện ý kiến của giáo viên và các nhóm khác.
2.2.4. Thiết bị dạy học và học liệu
2.2.4.1. Chuẩn bị của giáo viên
a. Thiết bị: STT Tên nguyên vật liệu, dụng cụ Ảnh chụp thật dụng cụ Số lượng dự kiến Dự kiến giá thành 1 Thùng sơn 1 Tái chế 2 Sọt nhựa 1 20000
3 Motor 12-24V 1 100000
4 Thùng nhựa nhỏ 1 Tái chế
5 2 miếng gỗ 1 Tái chế
7 Máy khoan 1 ---
8 Ốc vít . 3000
9 Công tắc 2000
Tổng cộng 130000
Bảng 2.4. Thiết bị và dụng cụ cho “Máy vắt quần áo sáng tạo”
b. Sơ đồ thiết kế và các bước chế tạo sản phẩm mẫu - Hình ảnh bản thiết kế:
- Giải thích bản thiết kế:
STT Bộ phận Chức năng
1 Thùng sơn Lồng kín bên ngoài
2 Sọt nhựa Lồng sấy có lỗ để nước văng ra ngoài
3 Motor Đế quay biến điện năng thành cơ năng quay. 4 Ca nước Đế gắn motor
5 Công tắc Đóng- ngắt nguồn 6 Miếng gỗ Giảm ma sát
7 Dây dẫn Dẫn điện
Bảng 2.5 Giải thích chức năng từng bộ phận của bản thiết kế
c. Nguyên lí hoạt động của máy vắt quần áo:
Khi hoạt động, máy tạo ra vòng quay với tốc độ quay cao, áo quần cần vắt sẽ chịu tác dụng của lực li tâm cực lớn. Lực này giúp tách nước ra khỏi áo quần. Quá trình quay liên tục khiến nước bị đẩy ra khỏi quần áo, nước theo ống dẫn sẽ đi ra ngoài.
d. Các bước chế tạo (tùy chọn) Các bước Nội dung (làm những việc gì?) Ảnh thực tế từng bước tương ứng
1 Kiểm tra hoạt động của motor 2 Lắp motor vào ca nhựa
3 Lắp đế gỗ vào sọt nhựa
4 Lắp motor trong thùng nhựa nhỏ với đế gỗ trong sọt
5 Cố định thùng nhỏ vào đáy thùng lớn
7 Khoan lỗ để luồng dây điện và mắc công tắc bên ngoài
8 Khoan lỗ luồng ống thoát nước
9 Đóng kín nắp thùng và cho máy vận hành thử
e. Sản phẩm minh họa (demo)
https://studio.youtube.com/video/ryf27fiLlDo/edit
2.2.4.2. Chuẩn bị của học sinh
- Ôn lại các kiến thức về lắp mạch điện và dòng điện - HS chuẩn bị các dụng cụ: dây điện, ốc vít.
2.2.5. Tiến trình dạy học
2.2.5.1. Ma trận khái quát
Chủ đề được tiến hành trong 3 tiết học, có thể thực hiện theo hai phương án:
Phương án 1: Chủ đề thực hiện trong một buổi học hoàn chỉnh với thời lượng 3 giờ
Phương án 2: Chủ đề được triển khai trong 3 buổi học, mỗi buổi 45 phút Với điều kiện thực tế trong các trường THPT hiện nay, chúng tôi tập trung thiết kế tiến trình dạy học theo phương án thứ 2.
Các bước Tên hoạt động cụ thể Định hướng cách thức tổ chức (Tên PP và KTDH) Thời gian và địa điểm 1. Xác định vấn đề STEM Hoạt động 1: Xác định yêu
cầu thiết kế và chuyển giao nhiệm vụ - Tình huống đặt vấn đề - Xem video, hình ảnh thực tiễn 20 phút tại lớp 2. Nghiên cứu kiến thức nền
Hoạt động 2.1: Ôn tập kiến
thức về chuyển động tròn đều
Thông báo –đàm thoại Hoạt động nhóm
5 phút tại lớp
Hoạt động 2.2: Tìm hiểu
lực hướng tâm
Thông báo –đàm thoại Hoạt động nhóm
10 phút tại lớp
Tiết 1
Xác định vấn đề STEM Nghiên cứu kiến thức nền
Tiết 2 Đề xuất giải pháp- Lựa chọn giải pháp Tiết 3 Kĩ sư lắp ráp và hoàn thành sản phẩm
Hoạt động 2.3: Tìm hiểu
chuyển động li tâm
Thông báo –đàm thoại Hoạt động nhóm 10 phút tại lớp 3. Đề xuất giải pháp và lựa chọn giải pháp Hoạt động 3.1: Đề xuất
phương án thiết kế mô hình
máy vắt quần áo Hoạt động nhóm 20 phút
Hoạt động 3.2: Trình bày và
bảo vệ phương án thiết kế Báo cáo, thảo luận 25 phút tại lớp 4. Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá Hoạt động 4: Chế tạo sản phẩm, thử nghiệm và đánh giá Hoạt động nhóm 30 phút 5. Chia sẻ, thảo luận, điều
chỉnh
Hoạt động 5: Trình bày sản
phẩm, thảo luận và đánh giá Báo cáo, thảo luận
15 phút tại lớp
Bảng 2.7 Ma trận các hoạt động dạy học
2.2.5.2. Hoạt động cụ thể
Hoạt động 1. XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ STEM VÀ CHUYỂN GIAO NHIỆM VỤ a.Mục tiêu
- Tìm hiểu về vai trò máy vắt quần áo
- Học sinh vận dụng kiến thức các môn khoa học đã được học trong nhà trường để làm ra những đồ dùng được sử dụng trong đời sống, giảm thiểu rác thải ra môi trường. - Tạo hứng thú tìm tòi, đam mê, sáng tạo khám phá tìm hiểu cái mới, cái sáng tạo về các mô hình, dụng cụ, đồ dùng hàng ngày.
b.Nội dung hoạt động (làm những việc gì – kể tên đầu việc
- Nêu được tên chủ đề STEAM “ Máy vắt quần áo sáng tạo” - Xác định các tiêu chí và yêu cầu kỹ thuật của sản phẩm
c. Cách thức tổ chức
- GV ổn định lớp, kiếm diện học sinh
- GV đặt vấn đề vào bài: “Các em hãy quan sát hình ảnh sau và nêu ra vấn đề mọi người thường gặp”
GV: “ Vậy các em đã gặp trường hợp như vậy vào ngày mưa chưa”
“ Dạ, quần áo tuị em thường bị ẩm ướt”
GV: “ Các em có giải pháp gì để khắc phục điều đó?”
“ Phơi quạt xuyên đêm, dùng bàn ủi…..”
GV: “Cách giải quyết đó có mang tính lâu dài và lợi ích mang lại như thế nào?
“ Cách đó chỉ mang tính tạm thời và rất tốn tiền điện”
GV: “ Ở đây ta có thể sử dụng máy giặt tuy nhiên đối với một số hộ gia đình điều
kiện kinh tế ko cho phép. Vì vậy, hôm nay cô và các em sẽ đi tìm giải pháp tối ưu và mang lại hiệu quả cao hơn bằng cách chế tạo ra máy vắt quần áo. Vậy làm thế nào để chế tạo ra máy và nguyên lí hoạt động máy như thế nào? Chúng ta sẽ bắt đầu bài học STEM ngày hôm nay.”
- GV chia lớp thành 3 nhóm và yêu cầu các nhóm bầu ra nhóm trưởng và thư kí. - GV phát cho các nhóm phiếu học tập số 1
- GV cho học sinh quan sát video máy vắt hoạt động và mô hình chạy thử nghiệm - GV yêu cầu cả lớp quan sát máy vắt quần áo và thảo luận để trả lời cho cô các câu hỏi sau:
+ Nêu các lợi ích của máy vắt mang lại + Máy vắt quần áo hoạt động như thế nào? + Làm sao để cho máy vắt quay được?
+ Tốc độ quay là bao nhiêu để làm khô quần áo?
- GV và HS thống nhất kế hoạch thực hiện và các tiêu chí đánh giá. - GV gợi ý về các vấn đề cần giải quyết để tạo sản phẩm máy vắt quần áo Để làm được máy vắt quần áo như thế này chúng ta cần tìm hiểu các kiến thức: Chuyển động tròn đều- Lực hướng tâm- Chuyển động li tâm
Sau đó chúng ta phác thảo bản vẽ thiết kế, đưa ra danh sách các nguyên vật liệu cần dùng rồi tiến hành mua vật liệu và chế tạo sản phẩm.
d. Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS:
- HS hoàn thành câu hỏi của GV liên quan đến kiến thức chủ đề.
- HS nêu được yêu cầu thiết kế sản phẩm của chủ đề, hoàn thành bản phân công nhiệm vụ các thành viên trong nhóm
- Thống nhất kế hoạch thực hiện và các tiêu chí đánh giá sản phẩm => GV đánh giá thông qua quan sát trên lớp và câu trả lời của học sinh
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1
DANH SÁCH NHÂN SỰ, KẾ HOẠCH THỰC HIỆN DỰ ÁN VÀ CÁC TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ
Nhóm: ……… Lớp: ………...
Họ và tên Vị trí Mô tả nhiệm vụ
Nhóm trưởng Thư kí Thủ quỹ Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên
Thành viên Thành viên Thành viên
Tiêu chí đánh giá bài báo cáo bản vẽ thiết kế
Tiêu chí Điểm tối đa
Bản thiết kế được trình bày đủ, rõ ràng các bộ phận 2 Bản thiết kế có đầy đủ thông tin về kích thước của từng bộ
phận, vật liệu
2 Giải thích rõ ràng vì sao thiết kế mô hình máy vắt quần áo
và lựa chọn vật liệu như vậy
4
Trình bày rõ ràng, logic, sinh động 2
Tổng 10
Tiêu chí đánh giá báo cáo sản phẩm
Tiêu chí Điểm tối đa
Sản phẩm thật (100 điểm)
Tiêu chí 1: Máy vận hành được với tốc độ
quay đều phù hợp yêu cầu
10 Tiêu chí 2: Khi vận hành máy ít tạo ra tiếng
ồn to
10 Tiêu chí 3: Có tính thẩm mĩ (đẹp) 10 Tiêu chí 4: Bản vẽ mạch điện của motor được
vẽ rõ ràng, đúng nguyên lí; phù hợp với các vật liệu thực nghiệm và đáp ứng được yêu cầu của một máy vắt quần áo
10
Tiêu chí 5: Trình bày rõ ràng chức năng và
nguyên tắt hoạt động của các dụng cụ sử dụng 20
Tiêu chí 6: Giải thích rõ nguyên lí hoạt động
của máy
30 Tiêu chí 7: Trình bày rõ ràng, logic, sinh
động.
10
Tổng điểm 100
Bảng 2.8 Phiếu học tập số 1
Hoạt động 2. NGHIÊN CỨU KIẾN THỨC NỀN /TÁI HIỆN KIẾN THỨC a. Mục tiêu của hoạt động
- Phát biểu được các kiến thức về lực hướng tâm và chuyển động li tâm - Vẽ lại sơ đồ mạch điện một chiều
b. Nội dung hoạt động
- GV tổ chức cho HS hoạt động nhóm, thảo luận tìm hiểu các kiến thức, kĩ năng liên quan tới quá trình lựa chọn và chế tạo sản phẩm bằng cách trả lời các câu hỏi sau: (Phiếu học tập)
c. Cách thức tổ chức
Hoạt động 2.1: Ôn tập kiến
thức về chuyển động tròn đều
- GV : “ Chúng ta đã được học về chuyển động tròn đều. Vậy bây giờ các em hãy thực hiện nhóm để thảo luận và nhắc lại định nghĩa chuyển động tròn, lấy ví dụ thực tế và trong từng ví dụ, chỉ ra các cách để làm vật chuyển động tròn (trong khi vật luôn có tính quán tính là có xu hướng chuyển động thẳng theo hướng của vận tốc)”
HS báo cáo kết quả thảo luận .
GV chốt kiến thức về chuyển động tròn đều.
Hoạt động 2.2: Tìm hiểu
lực hướng tâm
- GV “Cho học sinh quan sát video về chuyển động của quả nặng. Các em hãy cho cô biết dạng quỹ đạo của quả nặn là gì?”
- GV “Từ quỹ đạo chuyển động của quả nặn các em hãy biểu diễn và phân tích các lực lên nó”
- Đánh giá câu trả lời của học sinh và vẽ lại các lực tác dụng.
- GV “ Từ định luật II Newton các em hãy thiết lập công thức lực hướng tâm. Từ đó phát biểu định nghĩa lực hướng tâm ”
- Đánh giá câu trả lời của học sinh và khẳng định lại kiến thức một lần nữa.
Hoạt động 2.3: Tìm hiểu
chuyển động li tâm
- GV cho HS quan sát chuyển động của bàn quay và yêu cầu HS trả lời các câu hỏi:
+ Lực nào giữ cho vật chuyển động tròn?
+ Điều gì xảy ra nếu lực hướng tâm không đủ lớn để giữ cho vật chuyển động tròn? Khi đó vật sẽ chuyển động như thế nào?
- GV yêu cầu HS trả lời các câu hỏi: + Nêu định nghĩa chuyển động li tâm
+ Những chuyển động li tâm thường gặp trong cuộc sống
+ Nêu cách phòng tránh chuyển động li tâm
- Đánh giá câu trả lời của học sinh và khẳng định lại kiến thức một lần nữa.
GV cho học sinh hoàn thành phiếu học tập số 2 theo nhóm và nộp lại vào tiết sau.
d. Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS:
- HS hoàn thành phiếu học tập khảo sát kiến thức liên quan đến kiến thức chủ đề.