+ Biết cách sắp xếp thông tin từ nhiều nguồn khác nhau
+ Đề xuất được phương pháp để mô tả cách thực hiện nhiệm vụ + Biết cách trình bày giải pháp khoa học, hiệu quả
+ Đưa ra cách giải thích hợp lý cho các quan sát + Có thể lập luận, lý giải với các bằng chứng hỗ trợ
+ Có kỹ năng giao tiếp hiệu quả với người nghe, có thể sử dụng các thuật ngữ khoa học đúng ngữ cảnh.
Trong chủ đề này, học sinh sẽ thực hiện dự án thiết kế và chế tạo được thiết kế, chế tạo các hệ thống chuyển động ứng dụng các định luật bảo toàn từ những nguồn vật liệu dễ kiếm, an toàn đối với người sử dụng.
Theo đó, HS phải tìm hiểu và chiếm lĩnh các kiến thức mới:
- Động lượng và định luật bảo toàn động lượng (Bài 23 – Vật lí lớp 10); - Cơng- cơng suất (Bài 24 – Vật lí lớp 10);
- Động năng (Bài 25 – Vật lí lớp 10); - Thế năng(Bài 26 – Vật lí lớp 10);
- Cơ năng, bảo toàn cơ năng, bảo tồn và chuyển hóa năng lượng(Bài 27 – Vật lí lớp 10);
Đồng thời, HS phải vận dụng các kiến thức cũ của các bài học: - Chuyển động tròn đều (Bài 5 – Vật lí lớp 10);
- Lực ma sát (Bài 13– Vật lí lớp 10); - Lực hướng tâm (Bài 14– Vật lí lớp 10); - Hàm bậc hai (Bài 3 – Đại số 10).
- Lực đàn hồi (Bài 12– Vật lí lớp 10);
- Ném ngang, ném xiên (Bài 15– Vật lí lớp 10); - Bản vẽ kĩ thuật (mơn công nghệ)
Giới thiệu chủ đề:
Vấn đề cần giải quyết
Động lượng và định luật bảo toàn động lượng Công, công suất
Động năng, thế năng, cơ năng Bảo tồn và chuyển hóa năng lượng
30
Bối cảnh thực tế
Xây dựng mơ hình khu vui chơi giải trí dành cho thanh thiếu niên ở địa phương.
Hệ thống dây truyền tự động là một hệ thống không thể thiếu trong các nhà máy, xí nghiệp nhằm nâng cao hiệu suất và chất lượng trong quá trình sản xuất và chế biến hàng hóa.
Tên lửa là một thiết bị vơ cùng cần thiết trong hành trình chinh phục vũ trụ mà tất cả các quốc gia đã và đang chế tạo.
Béc nước tưới cây là một trong những công cụ rất cần thiết cho việc tự động hóa trong việc tưới tiêu, đặc biệt nó có thể tạo ra lượng nước lớn nhưng lại rất nhẹ nhàng vì nước có thể phun ra dưới dạng sương hoặc hạt nhỏ li ti không làm ảnh hưởng đến cây trồng.
Tổ chức nhóm Lớp 10A1 trường THPT Thanh Chương 1 sĩ số có 40 học sinh được chia thành 4 nhóm
Tên nhóm: Nhóm1, Nhóm 2, Nhóm 3, Nhóm 4
Vật liệu cần thiết cho mỗi nhóm
Mơ tơ, tấm alu, bìa giấy, vỏ chai nhựa, ăcquy, van xe đạp, cồn, bi sắt, nam châm, cánh quạt, bi ve, ống nhựa PVC, ống kim tiêm...
Không gian Lớp học và tại nhà
Kế hoạch bài học
Mục tiêu bài học: Vận dụng kiến thức đã học và kiến thức về động
lượng, bảo tồn động lượng, xung lượng của lực, cơng, công suất, động năng, thế năng, cơn năng, bảo tồn và chuyển hóa năng lượng, kiến thức động lực học chất điểm, xác định vấn đề, thiết kế và tìm giải pháp, đánh giá hiệu quả của giải pháp thiết kế, nhận diện các hạn chế thiết kế, kĩ năng hợp tác nhóm, kĩ năng thuyết trình và giao tiếp hiệu quả.
Kiến thức liên quan:
Vật lý: Động lượng, bảo toàn động lượng, ứng dụng chuyển động bằng phản lực, súng giật khi bắn…Công, công suất, chuyển động ném ngang, ném xiên. Cơ năng, các dạng năng lượng, bảo tồn và chuyển hóa năng lượng, động lực học, động học chất điểm.
Toán học: đường parabol, liên quan đến đồ thị của hàm số bậc hai. Công nghệ kĩ thuật: Động cơ điện, Quy trình thiết kế kĩ thuật, Bản vẽ kĩ thuật.
Tiến trình học: Học sinh vận dụng quy trình thiết kế kĩ thuật gồm
8 bước để giải quyết vấn đề đặt ra: 1. Tìm hiểu thực tiễn, xác định vấn đề 1. Tìm hiểu thực tiễn, xác định vấn đề
31 2. Nghiên cứu kiến thức nền 2. Nghiên cứu kiến thức nền
3. Động não – tìm giải pháp 4. Lựa chọn giải pháp khả thi 4. Lựa chọn giải pháp khả thi
5. Thiết kế - chế tạo mẫu thử nghiệm 6. Thử nghiệm mẫu thiết kế 6. Thử nghiệm mẫu thiết kế
7. Báo cáo và thảo luận kết quả 8. Đánh giá và thiết kế lại 8. Đánh giá và thiết kế lại
Trong chuyên đề này quy trình 8 bước được thể hiện qua 5 hoạt động chính
HĐ1: Xác định vấn đề (yêu cầu thiết kế, chế tạo)
HĐ2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp thiết kế HĐ3: Trình bày và thảo luận phương án thiết kế
HĐ4: Chế tạo mơ hình/ thiết bị...theo phương án thiết kế
HĐ5: Trình bày và thảo luận về sản phẩm được chế tạo, điều chỉnh
thiết kế ban đầu.
3.2. Mục tiêu
a) Kiến thức, kĩ năng
– Mô tả được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của sản phẩm
– Nêu được khái niệm động lượng, biểu thức, định luật bảo tồn động lượng và vận dụng cho các bài tốn va chạm, tên lửa, súng giật khi bắn…
– Nêu được khái niệm động năng, thế năng, biểu thức, định luật lí động năng, định luật bảo tồn cơ năng và vận dụng cho các bài toán chuyển động của vật trên mặt phẳng ngang, mặt phẳng nghiêng, vòng xiếc, con lắc đơn, chuyển động rơi, ném, chuyển động tròn, lực hướng tâm.
– Áp dụng kiến thức toán học: hàm bậc hai, ghi chép xác định sự phụ thuộc của tầm bay xa trong q trình làm thí nghiệm nghiên cứu phụ thuộc vào góc ném;
– Vận dụng được các kiến thức trong chủ đề và kiến thức đã biết, thiết kế và chế tạo được tên lửa, hệ thống tưới cây tự động bằng vật liệu dễ tìm, giá thành rẻ;
– Tiến hành được thí nghiệm nghiên cứu và xây dựng một mơ hình chuyển động tuần hồn của một vật trong đó có gắn với chuyển động của vật trên mặt phẳng ngang, nghiêng, vòng xiếc, con lắc đơn…
– Đo được tầm bay xa của đạn để kiểm tra hoạt động của súng đã chế tạo theo góc bắn;
32 – Chế tạo được tên lửa, mơ hình tưới tiêu từ các vật liệu dễ tìm theo bản thiết kế; – Chế tạo được tên lửa, mơ hình tưới tiêu từ các vật liệu dễ tìm theo bản thiết kế; – Vẽ được bản thiết kế một chuyển động tuần hồn từ các vật liệu dễ tìm; – Chế tạo được một chuyển động tuần hồn từ các vật liệu dễ tìm;
– Trình bày, bảo vệ được ý kiến của mình và phản biện ý kiến của người khác; – Hợp tác trong nhóm để cùng thực hiện nhiệm vụ học tập.
b) Phát triển phẩm chất:
– Có thái độ tích cực, hợp tác trong làm việc nhóm; – u thích, say mê nghiên cứu khoa học;
c) Định hướng phát triển năng lực:
– Năng lực thực nghiệm, nghiên cứu kiến thức về động lượng, bảo toàn động lượng, động năng, thế năng, cơ năng, bảo tồn và chuyển hóa năng lượng, chuyển động cơ học và động lực học chất điểm;
– Năng lực giải quyết vấn đề chế tạo được các sản phẩm theo yêu cầu từ các vật liệu dễ tìm một cách sáng tạo;
– Năng lực giao tiếp và hợp tác nhóm để thống nhất bản thiết kế và phân công thực hiện từng phần nhiệm vụ cụ thể.
3.3. Thiết bị
GV sẽ hướng dẫn HS sử dụng một số thiết bị sau khi học chủ đề:
– Ống nhựa PVC, ắc quy, cồn, van xe đạp, ống tiêm, ống truyền, keo dính, alu, súng bắn keo, bi, gỗ, nam châm, động cơ điện DC, động cơ điện AC…
– Một số nguyên vật liệu như: Giá đỡ, Alu, dây dẫn điện, ốc vít, nước…
3.4. Tiến trình dạy học
Hoạt động 1: XÁC ĐỊNH YÊU CẦU THIẾT KẾ CÁC SẢN PHẨM (Tiết 1 – 45 phút)
A. Mục đích: Xác định tiêu chí sản phẩm; phát hiện vấn đề
- Học sinh phân tích và hiểu rõ yêu cầu của đề tài “Xây dựng và thực hiện một số chủ đề dạy học STEM phần các định luật bảo tồn Vật lí 10” bằng các vật liệu dễ tìm, giá thành rẻ theo các tiêu chí mà nhóm bốc thăm được.
- Học sinh hiểu rõ yêu cầu của hoạt động này là thu thập thơng tin tìm hiểu về một số sản phẩm như: dây truyền sản xuất tự động, mơ hình trị chơi ở các khu vui chơi giải trí dành cho thanh thiếu niên tại địa phương, mơ hình tên lửa Việt nam đã chế tạo, tìm hiểu hệ thống tưới cây hiện nay của gia đình và nơng dân khu vực mình sinh sống. Tìm hiểu các loại máy bơm nước, các loại máy hỗ trợ cho việc tập luyện cầu lơng, bóng chuyền, bóng đá đã và đang được sử dụng ở các trường THPT, các
33 nhà trung tâm huấn luyện TDTT. Các sản phẩm hay mơ hình đó có cấu tạo như thế nhà trung tâm huấn luyện TDTT. Các sản phẩm hay mơ hình đó có cấu tạo như thế nào, nguyên tắc hoạt động dựa trên kiến thức vật lí nào?
B. Nội dung
– HS tìm hiểu một số mơ hình chuyển động tuần hồn, mơ hình và dây truyền sản xuất tự động, đang sử dụng ở một số nhà máy, xí nghiệp hoặc nhà dân tự chế, mơ hình trị chơi chuyển động tại các khu vui chơi giải trí để xây dựng cho mình một mơ hình chuyển động tuần hồn theo u cầu.
- HS tìm hiểu cấu tạo và hoạt động của tên lửa, súng.
- HS tìm hiểu cấu tạo và hoạt động của hệ thống tưới cây tự động, hệ thống phun nước tại các công viên, khu vui chơi hoặc gia đình và hệ thống máy bơm nước dùng cho các gia đình chưa có hệ thống nước sạch ở địa phương.
- GV & HS đưa ra được ý tưởng các sản phẩm mà các nhóm sẽ thiết kế và chế tạo trong chuyên đề, nói rõ mỗi sản phẩm xuất phát từ nhu cầu thực tế nào, xây dựng tiêu chí đánh giá đối với mỗi sản phẩm. (Phiếu đánh giá số 1 – Phụ lục 1)
- Giáo viên thống nhất kế hoạch triển khai:
Hoạt động chính Thời lượng
Hoạt động 1: Giao nhiệm vụ dự án Tiết 1
Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền, đề xuất giải pháp và chuẩn bị bản thiết kế sản phẩm để báo cáo.
1 tuần ở nhà, HS tự nghiên cứu, GV cho HS báo cáo kiến thức và GV cho HS báo cáo kiến thức và
chốt nội dung kiến thức nền 3 tiết
Hoạt động 3: Đề xuất các bản thiết kế, lựa chọn phương án thiết kế tối ưu
1 tiết
Hoạt động 4: Chế tạo, thử nghiệm 2 tuần
(HS tự làm ở nhà, trường theo nhóm + GV hỗ trợ 3 tiết). Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh thiết kế. 2 tiết