CHƯƠNG 2. XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ NĂNG LƯỢNG VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC THEO STEM CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ
2.2. Xây dựng nội dung các chủ đề dạy học Vật lí theo giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực khoa học tự nhiên của học sinh
Nội dung 1. Lực và chuyển động 2.2.1. Chủ đề STEM “Nỏ iên châu”
2.2.1.1. V n đề thực tiễn
“Chuyện nỏ thần” hay là “Chuyện Mị Châu - TrọngThủy” là một truyền thuyết nổi tiếng của Việt Nam, gắn liền với những biến cố lịch sử thời An Dương Vương. Chuyện kể rằng, sau khi giúp An Dương Vương xây thành Cổ Loa, thần Kim Quy đã rút một chiếc móng của mình trao cho Vua để chế lẫy nỏ làm vũ khí giữ thành khi có ngoại bang xâm lấn. Vua bèn sai tướng Cao Lỗ chế nỏ thần, lấy móng rùa làm lẫy nỏ, gọi là “Linh quang kim trảo thần nỗ”. Nỏ làm xong, mỗi một phát bắn hàng hàng trăm mũi tên tua tủa bay vút ra, bách phát bách trúng.
Việc sử dụng nỏ vẫn đƣợc dùng trên các bản làng, dân tộc. Tuy nhiên nỏ không còn phổ biến sử dụng, vì thế học sinh muốn tìm hiểu thực tế là điều khó khăn. Nó thường chỉ được nhìn thấy qua sách báo, tranh ảnh hoặc thông qua tủ kính bảo tàng.
33 2.2.1.2. Hình thành ý tưởng
Sơ đồ 2.1. Hình thành ý tưởng “Nỏ Liên Châu”.
2.2.1.3. Kiến thức STEM trong chủ đề
Bảng 2.2. Kiến thức STEM trong chủ đề “Nỏ Liên Châu”.
Tên sản
phẩm Khoa học Công nghệ Kỹ thuật Toán học Nỏ liên
châu
- Lực đàn hồi - Chuyển
động ném xiên
- Đọc và tìm hiểu các tài liệu liên quan tới cung tên, nỏ trên mạng, sách.
- Nguyên liệu:
sử dụng que kem cũ, thìa gỗ que tre, đũa, bìa cứng, đồ nhựa... để chế tạo
- Bản kế hoạch: thiết kế trên giấy các thông số, quy trình lắp đặt.
- Hướng dẫn sử dụng, cách lắp ráp và điều khiển để đạt đƣợc mục tiêu đƣa ra trúng đích.
- Tính toán, thiết kế, đo đạc kích thước của các bộ phận lắp ráp mô hình nỏ liên châu đạt hiệu quả cao về giá thành và độ chính xác.
Nỏ liên châu
Lực đàn hồi. Chuyển động ném xiên.
Vật liệu tái sử dụng bảo vệ môi trường, tiết kiệm
Làm mô hình đồ chơi
Cuộc thi hoặc trò chơi trải nghiệm
34 2.2.1.4. Mục tiêu của chủ đề
a. Kiến thức
- Biết cách về đo độ dài, khối lƣợng và lực đàn hồi - Hình thành khái niệm về chuyển động ném xiên b. Kỹ năng
- Thiết kế đƣợc bản vẽ nỏ liên châu;
- Chế tạo và lắp ráp mô hình nỏ liên châu
- Đƣa vào thử nghiệm hoạt động và cải tiến mô hình nỏ liên châu - Làm việc nhóm, thuyết trình, phản biện;
c. Thái độ
- Có trách nhiệm, nhiệt tình trong công tác làm việc nhóm;
- Có ý thức sử dụng cẩn thận, tỉ mỉ và bảo vệ thiết bị và dụng cụ;
- Tuân theo quy tắc an toàn trong quá trình chế tạo lắp ráp.
2.2.1.5. Câu hỏi định hướng
- Liệt kê một số vũ khí thời xưa mà nước ta đã dùng trong chiến tranh và săn bắn?
- Nêu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cung, nỏ?
- Chế tạo mô hình nỏ liên châu đơn giản nhƣ thế nào?
2.2.2. Chủ đề STEM “Thuyền đồ chơi”
2.2.2.1. V n đề thực tiễn
Hiện nay, thuyền đồ chơi khá phong phú, phổ biến khắp nơi và đa dạng về mẫu mã, chủng loại, giá cả. Từ mô hình thuyền đồ chơi đến hiện đại hơn là thuyền đồ chơi điều khiển từ xa. Tuy nhiên người sử dụng chỉ quan tâm đến việc hoạt động của đồ chơi mà không biết về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của thuyền đồ chơi. Trong khi đó trào lưu sử dụng đồ từ làm hiện nay ngày càng phát triển, không những người làm có thể tạo ra đồ chơi độc đáo của riêng mình mà còn đƣợc thỏa sức sáng tạo và đam mê mà HS hiện nay đang rất cần kĩ năng này. Vì vậy mà vốn kiến thức, kinh nghiệm tích lũy, kĩ năng thiết kế thực hành đƣợc rèn luyện, nâng cao hơn.
35 2.2.2.2. Hình thành ý tưởng
Sơ đồ 2.2. Hình thành ý tưởng “Thuyền đồ chơi”.
2.2.2.3. Kiến thức STEM trong chủ đề
Bảng 2.3. Bảng kiến thức STEM chủ đề “Thuyền đồ chơi”.
Tên sản
phẩm Khoa học Công nghệ Kỹ thuật Toán học Thuyền
chạy bằng motor + cánh quạt
- Mạch điện một chiều - Chuyển động
bằng phản lực
- Lực đẩy Ác- si-mét.
- Máy khoan, cƣa, mỏ hàn, vỏ chai nhựa, công tắc, motor, cánh quạt, mạch điều khiển, súng bắn keo
- Phần mềm thiết kế
- Bản kế hoạch:
thiết kế trên giấy các thông số, quy trình lắp đặt.
- Hướng dẫn sử dụng, cách lắp ráp và cánh quạt, sơ đồ mạch điện một chiều
- Tính toán, thiết kế, đo đạc kích thước của các bộ phận lắp ráp.
- Kích
thước thân thuyền, cánh quạt.
Thuyền đồ chơi Thuyền
giấy
Thuyền chạy bằng cánh quạt
Thuyền chạy bằng mỏ chân vịt Thuyền chạy bằng
motor guồng quay Thuyền điều
khiển từ xa
36 2.2.2.4. Mục tiêu của chủ đề
a. Kiến thức
- Nêu đƣợc điều kiện cân bằng của vật rắn, lực, phản lực;
- Vận dụng kiến thức lực đẩy Ác -si - mét, chuyển hóa năng lƣợng, chuyển động của vật;
- Áp dụng đƣợc điều kiện cân bằng của vật rắn.
b. Kỹ năng
- Thiết kế đƣợc bản vẽ mô hình thuyền đồ chơi;
- Chế tạo và lắp ráp thuyền đồ chơi;
- Đƣa vào thử nghiệm hoạt động và cải tiến thuyền đồ chơi;
- Làm việc nhóm, thuyết trình, phản biện.
c. Thái độ
- Có trách nhiệm, nhiệt tình trong công tác làm việc nhóm
- Có ý thức sử dụng cẩn thận, tỉ mỉ và bảo vệ thiết bị và dụng cụ.
- Tuân theo quy tắc an toàn trong quá trình chế tạo lắp ráp.
2.2.2.5. Câu hỏi định hướng
- Làm thế nào để thiết kế và chế tạo loại thuyền đồ chơi yêu thích?
- Nêu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số loại thuyền đồ chơi?
- Cách thức chế tạo ra một số loại thuyền đồ chơi?
- Cấu tạo chính của thuyền gồm những bộ phận nào?
- Khi thiết kế thiết bị nào dùng để làm bộ phận phát động?
- Bộ phận nào làm vật tiếp tục chuyển động?
2.2.3. Chủ đề STEM “Bếp mặt trời”
2.2.3.1. V n đề thực tiễn
Mặt trời là nguồn năng lƣợng sạch, vô hạn. Sử dụng nguồn năng lƣợng này không những bảo vệ môi trường mà còn tiết kiệm chi phí, với mục tiêu sử dụng phổ biến rộng khắp nhƣ đun nấu, sấy khô, thắp sáng.... Trong khi đó việc đun nấu bằng ga hiện này rất nguy hiểm. Vì vậy tự làm bếp sử dụng năng lƣợng mặt trời phục vụ cho cuộc sống hằng ngày là việc cần thiết.
37 2.2.3.2. Hình thành ý tưởng
Sơ đồ 2.3. Hình thành ý tưởng “Bếp năng lượng mặt trời”.
2.2.3.3. Kiến thức STEM trong chủ đề
Bảng 2.3. Kiến thức STEM chủ đề “Bếp năng lượng mặt trời”.
Tên sản
phẩm Khoa học Công nghệ Kỹ thuật Toán học Bếp năng
lƣợng mặt trời.
- Hiện tƣợng phản xạ ánh sáng
- Gương phẳng - Chuyển hóa
năng lƣợng - Sự hấp thụ và
bức xạ nhiệt
- Kìm, kéo, dao, rọc giấy, keo, giấy bạc, gương cầu lồi....
- Phần mềm thiết kế -
- Bản kế hoạch:
thiết kế trên giấy các thông số, quy trình lắp đặt.
- Hướng dẫn sử dụng, cách lắp ráp bếp năng lƣợng mặt trời hình hộp
- Tính toán, thiết kế, đo đạc kích thước của các bộ phận lắp ráp.
- Đo góc nghiêng, kích thước chảo
parabol.
Bếp năng lƣợng mặt
trời Sử dụng
tiện ích
An toàn
Tài nguyên vô hạn Sử dụng nguồn
năng lƣợng sạch Bếp năng lƣợng mặt
trời hình hộp
38 2.2.3.4. Mục tiêu của chủ đề
a. Kiến thức
- Trình bày đƣợc cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bếp năng lƣợng mặt trời.
- Vận dụng kiến thức chuyển hóa năng lƣợng từ quang năng thành nhiệt năng - Vận dụng kiến thức phản xạ toàn phần vào quá trình thiết kế.
b. Kỹ năng
- Thiết kế đƣợc bản vẽ mô hình bếp mặt trời;
- Chế tạo và lắp ráp bếp mặt trời;
- Đƣa vào thử nghiệm hoạt động và cải tiến bếp mặt trời;
- Làm việc nhóm, thuyết trình, phản biện.
c. Thái độ
- Có trách nhiệm, nhiệt tình trong công tác làm việc nhóm;
- Có ý thức sử dụng cẩn thận, tỉ mỉ và bảo vệ thiết bị và dụng cụ;
- Tuân theo quy tắc an toàn trong quá trình chế tạo lắp ráp.
2.2.3.5. Câu hỏi định hướng
- Làm thế nào để sử dụng đƣợc nguồn năng lƣợng mặt trời để nấu chín thức ăn?
- Nêu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số loại bếp mặt trời?
- Cách thức chế tạo ra một số loại bếp mặt trời?
- Cấu tạo chính của bếp gồm những bộ phận nào?
2.2.4. Chủ đề STEM : Tàu ngầm trong chai nhựa 2.2.4.1. V n đề thực tiễn
Tàu ngầm trong chai nhựa là loại đồ chơi tương đối hấp dẫn với HS. Mô hình này có thiết kế đơn giản , dễ chế tạo. Nguyên lý hoạt động của tàu ngầm trong chai nhựa dựa trên nguyên lý áp suất bên trong chất lỏng, điều kiện chìm, nổi của vật. Sử dụng vật liệu tái sử dụng bảo vệ môi trường giảm thiểu rác thải nhựa nhƣ chai nhựa, ống hút…
39 2.2.4.2. Hình thành ý tưởng
Sơ đồ 2.4. Hình thành ý tưởng “Tàu ngầm trong chai nhựa”
2.2.4.3. Kiến thức STEM trong chủ đề
Bảng 2.4. Kiến thức STEM chủ đề “Tàu ngầm trong chai nhựa”
Tên sản
phẩm Khoa học Công nghệ Kỹ thuật Toán học Tàu ngầm
trong chai nhựa
- Lực đẩy Ác- si-mét, áp suất chất lỏng, điều kiện chìm, nổi, lơ lửng bên trong chất lỏng.
- Kìm, kéo, dao, rọc giấy, ống hút, chai nhựa…
- Phần mềm thiết kế
- Bản kế hoạch:
thiết kế trên giấy các thông số, quy trình lắp đặt.
- Hướng dẫn sử dụng, cách chế tạo tàu ngầm trong chai nhựa
- Tính toán, thiết kế, đo đạc kích thước của các bộ phận lắp ráp.
Tàu ngầm trong chai
nhựa
Tự làm đồ chơi độc đáo
Điều kiện chìm, nổ.
Áp suất Vật liệu từ đồ tái
sử dụng Thiết kế và chế
tạo đơn giản
40 2.2.4.4. Mục tiêu của chủ đề
a. Kiến thức
- Nêu đƣợc cấu tạo và nguyên lý hoạt động của đồ tàu ngầm trong chai nhựa;
- Vận dụng đƣợc điều kiện chìm, nổi và lơ lửng của vật trong chất lỏng;
- Áp dụng đƣợc nguyên lý áp suất bên tỏng chất lỏng.
b. Kỹ năng
- Thiết kế đƣợc bản vẽ mô hình tàu ngầm trong chai nhựa;
- Chế tạo và lắp ráp đƣợc đồ chơi tàu ngầm trong chai nhựa;
- Đƣa vào thử nghiệm hoạt động và cải tiến đồ chơi;
- Làm việc nhóm, thuyết trình, phản biện.
c. Thái độ
- Có trách nhiệm, nhiệt tình trong công tác làm việc nhóm;
- Có ý thức sử dụng cẩn thận, tỉ mỉ và bảo vệ thiết bị và dụng cụ;
- Nâng cao ý thức giữ gìn sức khỏe, bảo vệ môi trường.
2.2.4.5. Câu hỏi định hướng
- Làm thế nào để chế tạo ra loại đồ chơi thú vị dựa vào điều kiện chìm nổi bên trong chất lỏng.
- Nêu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của tàu ngầm trong chai nhựa?