PHẦN 2 : NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
2.3. Thiết kế các hoạt động trải nghiệm trong dạy học stem chủ đề dòng điện
2.3.2. Dạy học STEM phần dòng điện không đổi: CHẾ TẠO QUẠT ĐIỆN MIN
MINI DÙNG NGUỒN MỘT CHIỀU
I. Kế hoạch dạy học STEM
1. Tên chủ đề: “CHẾ TẠO QUẠT ĐIỆN MINI DÙNG NGUỒN MỘT CHIỀU”
2. Mô tả chủ đề:
Trong những buổi sinh hoạt tập trung dƣới sân trƣờng thƣờng rất nóng học sinh dung quạt tay nhƣng rất mỏi tay và mệt. Vì vậy, tự làm một chiếc quạt điện mini là biện pháp hữu hiệu và hiệu quả cho vấn đề trên. Quạt điện mini thƣờng sử dụng nguồn 9V-12V kích thƣớc nhỏ gọn, không chỉ đƣợc làm từ vật liệu dễ tìm, dễ chế tạo mà còn rất tiện lợi hơn nữa trải nghiệm với thiết kế quạt điện mini là cơ hội để học sinh tìm hiểu và chiếm lĩnh kiến thức về mạch điện một chiều, động cơ điện một chiều, rèn luyện các kỹ năng gia công cơ bản,…
Vật lí 11 - THPT”
21 Trong chủ đề này, HS sẽ thực hiện dự án thiết kế và chế tạo đƣợc quạt điện mini từ các vật liệu thân thiện với môi trƣờng.
Theo đó, HS phải tìm hiểu và chiếm lĩnh các kiến thức mới: - Dòng điện không đổi. Nguồn điện (Bài 7 Vật lí lớp 11).
- Điện năng, công suất điện (Bài 8 Vật lí lớp 11)… - Các kiến thức vật lí liên quan khác
Đồng thời học sinh phải vận dụng các kiến thức các môn thành phần:
- Khoa học (S): Cách chế tạo quạt điện mini dựa vào các kiến thức đã học về dòng điện không đổi, điện áp định mức, công suất điện, điện trở, độ sụt áp, … trong mạch điện không đổi.
+ Công nghệ 11: Thiết kế, bản vẽ kỹ thuật ; + Toán: Tính toán, dự toán kinh phí của dự án,
3. Yêu cầu sản phẩm:
- Động cơ từ các loại đồ chơi cũ (hoặc mua ở các cửa hàng linh kiện điện tử), sử dụng nguồn điện từ 9V- 12V,
- Tạo ra đƣợc chiếc quạt mini có khả năng làm mát đƣợc 1m - Độ rộng làm mát 0,5m,
- Thời gian hoạt động từ 30 phút trở lên,
- Phải an toàn cho ngƣời sử dụng, có tính thẩm mĩ, tính tiết kiệm.
II. Mục tiêu 1. Kiến thức:
- Vận dụng đƣợc các kiến thức trong chủ đề và kiến thức đã biết thiết kế quạt điện mini từ các vật liệu thân thiện với môi trƣờng.
- Mô tả đƣợc cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của quạt điện mini;
2. Kỹ năng:
- Đo điện áp và cƣờng độ dòng điện để kiểm tra hoạt động ổn định của quạt. - Vẽ đƣợc bản thiết kế quạt điện mini.
- Chế tạo đƣợc quạt điện mini theo bản thiết kế;
- Trình bày, bảo vệ đƣợc ý kiến của mình và phản biện ý kiến của ngƣời khác.
3. Thái độ
- Nghiêm túc, chủ động, tích cực tham gia các hoạt động đƣợc giao để giải quyết nhiệm vụ
Vật lí 11 - THPT”
22 - Có ý thức tuân thủ các tiêu chuẩn kĩ thuật và giữ gìn vệ sinh.
- Xây dựng đƣợc các thói quen tốt trong học tập và trong đời sống.
- Có ý thức thực hiện đúng quy trình, các quy định về an toàn, tiết kiệm điện và bảo vệ môi trƣờng.
4. Phát triển phẩm chất, năng lực. a. Về Phát triển phẩm chất
- Có thái độ tích cực, hợp tác trong làm việc nhóm; - Yêu thích, say mê nghiên cứu khoa học;
- Có ý thức bảo vệ môi trƣờng.
- Hợp tác trong nhóm để cùng thực hiện nhiệm vụ học tập.
b. Phát triển các năng lực
- Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo khi khảo sát hoạt động của động cơ quạt; chế tạo đƣợc quạt điện mini một cách sáng tạo;
- Năng lực giao tiếp và hợp tác: thống nhất bản thiết kế và phân công thực hiện từng phần nhiệm vụ cụ thể.
- Năng lực tự chủ và tự học: học sinh tự nghiên cứu kiến thức nền và vận dụng kiến thức nền để xây dựng bản thiết kế quạt điện mini.
- NL sử dụng ngôn ngữ vật lý, vận dụng kiến thức vật lý vào thực tiễn cuộc sống - NL toán học
- NL công nghệ - NL tin học.
III. Chuẩn bị
- Các thiết bị dạy học: Mẫu bản kế hoạch, …
- Nguyên vật liệu và dụng cụ để chế tạo quạt điện mini.
- Mô tơ điện, Pin hoặc Ác quy hoặc bộ chuyển đổi dòng điện xoay chiều thành 1 chiều, dây dẫn, công tắc, ống nhƣa PVC, nắp ống nhựa PVC, keo, băng dính, thƣớc, kéo, bút, …
IV. Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học STEM Hoạt động 1: Xác định vấn đề hoặc nhu cầu thực tiễn
1. Mục đích của hoạt động
- Học sinh hình thành một phần kiến thức ban đầu về mạch điện, công suất của động cơ, nhận diện đƣợc các thành phần trong mạch điện
Vật lí 11 - THPT”
23 - Học sinh nhận thấy sự cần thiết và ý nghĩa của quạt điện mini trong đời sống của bản thân.
- Học sinh tiếp nhận đƣợc nhiệm vụ thiết kế quạt mini, nghi nhận đƣợc các tiêu chí của sản phẩm, và các tiêu chí đánh giá sản phẩm này.
- Nêu đƣợc nguyên lý cấu tạo và hoạt động của quạt mini.
- Yêu cầu sản phẩm:
+ Hình thức: thẩm mỹ, an toàn, tiện lợi, dễ tháo lắp, sửa chữa.
+ Chế tạo từ những vật liệu dễ tìm kiếm: tận dụng những đồ chơi cũ hoặc dễ mua. + Có đủ thông tin về các thông số kỹ thuật nhƣ: loại vật liệu, nguồn điện, độ dài cánh quạt, chiều cao quạt, độ rộng đế quạt, điện áp định mức của động cơ…
+ Có khả năng làm mát khoảng cánh 1m, độ rộng gió làm mát 0,5m, cầm tay hoặc để bàn dễ dàng.
+ Quạt điện có thể điều chỉnh tốc độ
2. Nội dung hoạt động
Mỗi nhóm học sinh(4 nhóm) thiết kế một chiếc quạt điện mini
Giáo viên Học sinh Hình thức, địa điểm
GV hƣớng dẫn HS làm nhiệm vụ sau: - Chia nhóm, - Bầu nhóm trƣởng - Thƣ ký nhóm (nhóm các thành viên trong một xã hoặc xã liền kề để thuận tiện hoạt động) - HS hình thành các nhóm - Cử nhóm trƣởng, thƣ ký và các thành viên phụ trách nhiệm vụ khác. Tập trung ở lớp Giới thiệu chủ đề:
- Tìm hiểu kiến thức về bài: Dòng điện không đổi, nguồn điện, công suất điện, ghép nguồn điện…
- Tìm hiểu về động cơ điện một chiều
- Hãy chế tạo quạt điện mini
Lắng nghe, ghi chép, tập trung ý kiến thắc mắc cần hỏi
Vật lí 11 - THPT”
24 dùng nguồn điện một chiều.
Giải thích, tháo gỡ, thắc mắc cho học sinh
Nêu câu hỏi về những thắc mắc, chƣa rõ
Tập trung ở lớp
Giới thiệu tài liệu về kiến thức nền: SGK vật lý 11
Phân công nhiệm vụ tìm hiểu kiến thức nền
Tập trung ở lớp
* Các nhóm tự phân công nhiệm vụ cho từng thành viên trong nhóm
Tên thành viên Vị trí Nhiệm vụ chính
……….. Nhà chuyên môn Nắm chắc kiến thức liên môn. Tính toán phù hợp,… ……….. Nhà thiết kế Vẽ bản thiết kế chi tiết ……….. Chuyên gia vật liệu thi
công
Tìm kiếm, gia công nguyên vật liệu, tạo mô hình
……….. Kế toán Dự trù kinh phí, thu chi ... ……….. Chuyên gia ghi hình Quay video, chụp hình
… … …
3. Dự kiến sản phẩm
- Bảng phân công nhiệm vụ
- Bảng dự trù vật liệu, dụng cụ và kinh phí cần có. - Bản vẽ thiết kế mô hình
4. Cách thức tổ chức hoạt động
- GV chia lớp thành 4 nhóm(mỗi nhóm 9 đến 12 ngƣời) - Nêu vấn đề, giao nhiệm vụ
- Thông báo thời gian hoàn thành từng nhiệm vụ - Thông báo tiêu chí đánh giá sản phẩm.
- Tiêu chí đánh giá xem phụ lục
Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp cho dự án thiết kế quạt điện mini
1. Mục đích của hoạt động.
- Học sinh trình bày đƣợc kiến thức về nguồn điện, mạch điện một chiều, công suất động cơ, độ giữ thăng bằng của quạt, độ mát của quạt thông qua việc báo cáo bản thiết kế của quạt mini và giải thích nguyên lí hoạt động của nó.
- Thông qua các hoạt động phản biện, vấn đáp, giáo viên giúp học sinh nhận ra những sai lầm (nếu có) khi tự nghiên cứu kiến thức nền và củng cố giúp học sinh
Vật lí 11 - THPT”
25 hiểu rõ hơn về việc ứng dụng kiến thức nền trong việc thiết kế sơ đồ của quạt điện mini.
- Học sinh thực hành đƣợc kỹ năng thiết kế và thuyết trình, phản biện hình thành ý thức về cải tiến, phát triển bản thiết kế sản phẩm.
- Mô tả đƣợc bản thiết kế quạt điện dùng nguồn một chiều
- Hoàn thiện đƣợc bản thiết kế mô hình quạt điện mini dùng nguồn 1 chiều của nhóm mình.
2. Nội dung hoạt động
- Tìm hiểu kiến thức liên quan:
Toán: Tính toán đo đạc chính xác, dự trù kinh phí hợp lí; Công nghệ: Thiết kế mô hình, Vẽ thiết kế, màu sắc, kiểu dáng.
Vật lí: dòng điện không đổi, nguồn điện, ghép nguồn điện, động cơ điện một chiều đơn giản.
- Từ yêu cầu tiêu chí đánh giá sản phẩm, HS tự tìm hiểu các kiến thức liên quan từ
SGK, tài liệu tham khảo hay trên internet,…nhằm hoàn thành câu hỏi, bài tập đƣợc giao, từ đó có kiến thức để thiết kế chế tạo đƣợc quạt điện mini.
- HS sẽ trình bày những kiến thức mà mình tự học thông qua việc trình bày báo cáo và bảo vệ bản thiết kế sản phẩm của mình nhằm đáp ứng tiêu chí đánh giá
- Về kiến thức trọng tâm:
- Khi ta cung cấp điện cho động cơ một chiều, động cơ điện hoạt động, trục động cơ có thể làm quay cánh quạt.
- Định hƣớng về mô hình, kiểu dáng, vật liệu.
HS thảo luận đƣa ra dự kiến tìm kiếm các bộ phận trong mô hình sản phẩm.
3. Dự kiến sản phẩm
- Bảng ghi chép những kiến thức về nguồn điện, vật dẫn điện, vật cách điện, cấu tạo mạch điện, chiều dòng điện, công suất động cơ, độ rộng cánh quạt, độ rộng đế quạt,…
- Bản vẽ chi tiết mô hình sản phẩm dự kiến. - Sơ đồ nguyên lý mạch điện
- Bản ghi nhận ý kiến đóng góp, các câu hỏi và ý kiến phản biện của nhóm bạn. - Các câu trả lời chi tiết cho các câu hỏi của GV
4. Cách thức tổ chức hoạt động
Vật lí 11 - THPT”
26 - HS thực hiện nhiệm vụ theo nhóm:
+ Tự đọc và nghiên cứu qua các kênh thông tin, đề xuất và thảo luận các ý tƣởng ban đầu, thống nhất một phƣơng án thiết kế tốt nhất;
+ Xây dựng và hoàn thiện bản thiết kế.
+ Lựa chọn hình thức và chuẩn bị nội dung báo cáo. - GV hỗ trợ HS khi cần thiết.
GV tiến hành giao các dự án cho 4 nhóm, 4 nhóm thực hiện dự án giống nhau, cụ thể:
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
GV giao nhiệm vụ:
- Nghiên cứu kiến thức nền: dòng điện không đổi, ghép nguồn điện, định luật ôm đối với toàn mạch,…
- Nhóm báo cáo kết quả nghiên cứu kiến thức nền bằng bản đồ tƣ duy.
- Đề xuất xây dựng bản thiết kế về quạt điện một chiều.
- Lập kế hoạch trình thiết kế mà nhóm đã đề xuất. - Giáo viên quan sát, hỗ trợ học sinh khi cần thiết. - Giáo viên nhận xét và góp ý cho từng nội dung báo cáo
Yêu cầu:
- Quạt khi hoạt động thì tạo gió mạnh, gió thôi xa tối thiểu 1m, chạy ổn định, không ồn…
- Quạt có hình thức đẹp, an toàn, thuận tiện cho việc tháo lắp và sửa chữa
- Sử dụng các thiết bị và các linh kiện điện tử lắp mạch đơn giản, vật liệu an toàn giá rẻ, dễ tìm. - Đề cao tính sáng tạo của từng nhóm
HS nhận nhiệm vụ đƣợc giao và hoàn thành nhiệm vụ theo yêu cầu
- HS tìm hiểu kiến thức nền trong SGK, các tài liệu liên quan và mạng internet. - HS hoàn thành kiến thức nền bằng sơ đồ tƣ duy. - Thảo luận nhóm bƣớc đầu đề suất xây dựng thiết kế quạt điện mọt chiều.
- Nếu có khó khăn thì nhờ GV hỗ trợ
- lắng nghe góp ý của GV
Hoạt động 3: Chọn giải pháp tốt nhất cho dự án quạt điện mini
1. Mục đích của hoạt động
- Chọn đƣợc giải pháp tốt nhất để làm mô hình sản phẩm có thể vận hành tốt nhất, hiệu quả nhất của nhóm.
Vật lí 11 - THPT”
27
2. Nội dung hoạt động
- Các nhóm thống nhất lựa chọn một mô hình đại diện cho nhóm - Các nhóm hoàn thành bảng chi phí vật liệu, dự kiến nhƣ sau:
Nguyên vật liệu Địa chỉ tìm kiếm Giá thiết bị (VN đồng) Số lƣợng Thành tiền Dây dẫn kim loại để nối
Cửa hàng điện dân dụng (tận dụng dây điện thừa ở nhà)
Pin hoặc ác quy Cửa hàng điện dân dụng Cánh quạt Tự chế tạo từ vỏ chai,
đĩa cd,… Giá đỡ Tự chế tạo Moto loại 9V -
12V
Cửa hàng điện dân dụng/ tận dụng đồ cũ Công tắc điện
hoặc hộp số thay đổi tốc độ quay của quạt
Cửa hàng điện dân dụng, có thể tự chế, hoặc tận dụng đồ cũ Súng bắn keo(bật lửa) Cửa hàng Băng dính đen cách điện
Cửa hàng điện dân dụng Keo nến, dao dọc giấy Cửa hàng 3. Dự kiến sản phẩm - Bảng chi phí tổng thể. - Giải pháp tốt nhất.
- Dự đoán về hình thức và sự hoạt động của sản phẩm. - Bản thiết kế sản phẩm
- Bản phân công nhiệm vụ
4. Cách thức tổ chức hoạt động
- GV: Phỏng vấn các nhóm lí do chọn giải pháp tốt nhất của nhóm mình - HS: Lập luận, giải thích tại sao chọn giải pháp của nhóm.
Vật lí 11 - THPT”
28
Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh
Giao nhiệm vụ:
- Xây dựng bản thiết kế quạt điện mini một chiều theo yêu cầu.
- Lập kế hoạch trình bày và bảo vệ bản thiết kế.
- Giáo viên quan sát, hỗ trợ học sinh khi cần thiết.
- Giáo viên nhận xét và góp ý cho từng nội dung báo cáo.
- Yêu cầu các nhóm đề xuất các tiêu chí đánh giá cho hoạt động và sản phẩm - Giáo viên tổng kết góp ý các thiết kế và tổng hợp các tiêu chí để đánh giá của từng nhóm, có thể gợi ý thêm một số tiêu chí mới.
- Một nhóm lên báo cáo, nhóm khác hỗ trợ phản biện
- Đề xuất và thảo luận các ý tƣởng ban đầu, thống nhất một phƣơng án thiết kế tốt nhất;
- Xây dựng và hoàn thiện bản thiết kế quạt điện mini;
- Lựa chọn hình thức và nội dung báo cáo.
- Mỗi nhóm trình bày các tiêu chí đánh giá, thƣ ký nhóm tổng hợp thống nhất để đƣa ra bộ tiêu chí chung để đánh giá hoạt động cũng nhƣ đánh giá sản phẩm.
Hoạt động 4: Chế tạo mô hình hoặc mẫu thử nghiệm và đánh giá
1. Mục đích của hoạt động
- Mỗi nhóm có ít nhất một mô hình để thử nghiệm
- Biết phân tích ƣu, nhƣợc điểm của mô hình để có phƣơng án cải tạo cho sản phẩm hoạt động tốt nhất.
- Thử nghiệm nhằm so sánh, phân tích và đánh giá chất lƣợng và sự ổn định của sản phẩm.
2. Nội dung hoạt động
- Chế tạo cánh quạt, thân quạt, đế quạt, hộp số. - Lắp ráp các bộ phận để hoàn thành quạt điện
- Vận hành thử hệ thống ít nhất 3 lần, mỗi lần ít nhất 1 phút.
- Quan sát, kiểm tra mẫu thử về: Tốc độ quay của cánh quạt, lƣu lƣợng gió tạo ra,