NANG LỰC GIẢI QUYẾT VAN DE CUA HỌC SINH
2.1. Phân tích nội dung kiến thức “Điện” thuộc môn KHTN 9 theo mô hình
giáo dục STEM
2.1.1. Yêu cầu cần đạt của nội dung kiến thức “Điện” thuộc môn
KHTN 9
Bảng 2. 1. Yêu cầu cần đạt mạch nội dung Điện (KHTN 9)
Nội dung Yêu cầu cần đạt
can trở dong điện trong mach.
- Nêu được (không yêu cầu thành lập): Công thức tính điện trở của - Điện trở một đoạn đây dẫn (theo độ dài, tiết điện, điện trở suấU; công thức - Định luật tính điện trở tương đương của đoạn mạch một chiều nối tiếp. Song
Ohm Song.
- Đoạn mạch | - Sử dụng công thức đã cho dé tính được điện trở của một đoạn dây một chiều dẫn, điện trở tương đương của đoạn mạch một chiều nối tiếp, song
mắc nối tiếp, | song trong một số trường hợp đơn giản.
mắc song - Thực hiện thí nghiệm đẻ xây dựng được định luật Ohm: cường
Song độ dòng điện đi qua một đoạn đây dan tí lệ thuận với hiệu điện thé - Năng lượng | giữa hai đầu đoạn dây và tỉ lệ nghịch với điện trở của nó.
của đòng điện | - Thực hiện thí nghiệm đề rút ra được: Trong đoạn mạch điện mắc và công suất | nói tiếp, cường độ dòng điện là như nhau cho mọi điểm; trong đoạn điện mạch điện mắc song song, tông cường độ dòng điện trong các
nhánh băng cường độ dòng điện chạy trong mạch chính.
- Tính được cường độ dòng điện trong đoạn mạch một chiều mắc nỗi tiếp, mac song song, trong một số trường hợp đơn gián.
38
- Nêu được công suat điện định mức của dụng cụ điện (công suất
mà dụng cụ tiêu thụ khi hoạt động bình thường).
- Lay ví dụ dé chứng tỏ được dòng điện có năng lượng.
- Tính được năng lượng của dòng điện và công suất điện trong
trường hợp đơn giản.
một đoạn mạch điện mắc nối tiếp.
- Lắp được mạch điện và đo được giá trị cường độ dòng điện trong
một đoạn mạch điện mắc Song song.
2.1.2. Phân tích kiến thức trong mạch nội dung “Điện” thuộc môn
KHTN 9
Chúng tôi tham khảo những kiến thức thuộc mạch nội dung “Điện học” trong SGK Vật lý 9 (BGD & ĐT, 2014) và phân tích, tóm tắt các kiến thức chính trong
mạch nội dung này như sau:
I. Điện trở
1. Điện trở của đây dẫn
Điện trở biêu thị mức độ cản trở dòng điện nhiều hay ít của dây dẫn. được xác
định bằng công thức # = '
Trong giới hạn nội dung kiến thức môn Vật lý lớp 9, điện trở trong mạch điện thường được kí hiệu:
R R
Đơn vị điện trở được tính bằng Ôm, kí hiệu là @ Người ta còn dùng các bội số của Ôm như:
Kiôôm (kQ ): 1kQ = 10003
Megaôm (MQ); IMQ = 10000002
2. Sự phụ thuộc của điện trở vào chiều dài, tiết điện và điện trở suất của dây dẫn
* Điện trở suất
Sự phụ thuộc của điện trở vào vật liệu làm dây dẫn được đặc trưng bằng một đại lượng là điện trở suất của vật liệu.
Điện trở suất của một vật liệu/chất liệu có trị số băng điện trở của một đoạn dây dẫn hình trụ được làm bang vật liệu đó có chiều dai là Im và tiết điện là bn’.
Điện trở suất của vật liệu càng nhỏ thì vật liệu đó đẫn điện càng tốt.
* Điện trở đây dan tỉ lệ thuận với chiêu đài | của day, tỉ lệ nghịch với tiết điện S của day dan va phụ thuộc vào vật liệu lam day dan:
R=p—i
PS
Trong đó:
R là điện trở của đây dẫn (Q),
p là điện trở suất (Qn), Ì là chiều dai dây dẫn (m),
S là tiết diện của dây dẫn (m’).
3. Biến trở
Biến trở là điện trở có thê thay đổi trị số và có thé được sử dụng dé điều chỉnh
cường độ đòng điện trong mạch.
Các loại biến trở được sử dụng là: biến trở con chạy, biến trở tay quay, biến
trở than (chiết áp).
Kí hiệu trong sơ đồ của biến trở:
Có hai cách ghi trị số điện trở đùng trong kỹ thuật là:
- Trị số được ghi trên điện trỡ.
- Trị số được thé hiện bằng các vòng màu trên điện trở.
Il. Định luật Ohm
Cường độ dòng điện qua dây dẫn tỉ lệ thuận với hiệu điện thế đặt vào hai đầu dây và
tỉ lệ nghịch với điện trở của dây: J = =
Với:
[ là cường độ dòng điện, do bằng Ampe (A) U là hiệu điện thé, đo bằng Vôn (V)
R là điện trở, đo bằng 6m (2)
ILI. Đoạn mạch nối tiếp và đoạn mach song song 1. Đoạn mạch nối tiếp
a. Điện trở tương đương trong đoạn mạch nối tiếp
41
Điện trở tương đương (R,,) của một đoạn mạch gồm các điện trở là điện trở có thê thay thé cho đoạn mạch này, sao cho với cùng hiệu điện thé thì cường độ dong
điện chạy qua đoạn mạch vẫn có giá trị như trước.
Điện trở tương đương của đoạn mạch nối tiếp bằng tông các điện trở thành phần:
R,, = R, +R, +...4+R,
b. Cường độ dòng điện và hiệu điện thé trong đoạn mach nối tiếp
Trong đoạn mạch điện mắc nối tiếp, cường độ dòng điện là như nhau cho mọi
diém:
Hiệu điện thé giữa hai đầu đoạn mạch bằng tông hiệu điện thế giữa hai đầu mỗi điện trở thành phân:
U =U,+U,+...+U,
2. Đoạn mạch song song
a. Điện trở tương đương trong đoạn mạch song song
Đối với đoạn mạch gồm hai điện trở mắc song song thì nghịch đảo điện trở tương đương bằng tông các nghịch đảo của từng điện trở thành phân:
| 1 1 l
—=—+—+.+—
R, RR, R,
b. Cường độ dòng điện và hiệu điện thé trong đoạn mach song song
Trong đoạn mạch điện mắc song song, tông cường độ dòng điện trong các nhánh bằng cường độ dòng điện chạy trong mạch chính.
42
I=l+l,+..+l
Hiệu điện thé hai đầu đoạn mạch song song bằng hiệu điện thế hai đầu mỗi đoạn
mạch rẽ.
U =U, =U, =...=U
IV. Năng lượng của dòng điện và công suất điện 1. Công suất điện
Số oat ghi trên một dụng cụ điện cho biết công suất định mức cúa dụng cụ đó, nghĩa là công suất điện của dụng cụ này khi nó hoạt động bình thường.
Công suất điện trong một đoạn mạch bằng tích hiệu điện thé giữa hai đầu đoạn mach
và cường độ dòng điện qua nó:
P=UI
Trong đó:
P là công suất, đô bằng oat (W)
U là hiệu điện thé, đo bang vôn (V)
I là cường độ dòng điện, do bằng ampe (A)
Trường hợp đoạn mạch có điện trở R, công suất điện của đoạn mạch được tính theo
công thức:
2. Năng lượng của dòng điện
Dòng điện có năng lượng vì nó có thé thực hiện công và cung cấp nhiệt lượng.
Năng lượng của dòng điện được gọi là điện năng.
Công của dong điện sản ra trong một đoạn mạch là số đo lượng điện năng mà đoạn mạch đó tiêu thụ dé chuyên hoá thành các dạng năng lượng khác:
A=Pt=Uit Trong đó:
U đo bằng von (V), [ đo bằng ampe (A), t do bằng giây (s),
43
công A của dong điện do bằng jun (1).
IJ=1W.ls = 1V.1A.Is.
Ngoài ra, công của dòng điện được đo bằng kilôoat giờ (kWh):
I kWh = 1000W.3600s = 3 600 000 J = 3.6.10° J
2.2. Xây dựng chủ dé STEM “Quat tích điện mini” nhằm phát trién năng lực giải quyết vấn đề của học sinh
® Tình huống thực tiễn
Tốc độ tăng trưởng kinh tế trên thé giới nói chung và Việt Nam nói riêng đang diễn ra rất nhanh sau đại dịch Covid — 19 năm 2019, các quốc gia nhanh chóng triên khai khôi phục và đây mạnh lao động sản xuất, giúp cuộc sống người dân ôn định và tiếp tục no đủ hơn, nhưng hệ lụy kéo theo là hệ thống nhà kính, 6 nhiễm môi trường.
Trái Dat nóng lên và mực nước biên dâng cao. Chúng ta là HS nên có thê tam thời bỏ qua các vấn đề to lớn trên, nhưng ngay hiện tại, vấn đề mà HS Việt Nam chúng ta đang phải đối mặt là "mùa hè" kéo dài và “mia đông” ngắn di, cụ thê ngay hiện tại tháng 11 năm 2022, mặc dù đã sang mùa đông nhưng cả nước đang phải đối mặt với
nắng nóng gay gắt và nhiệt độ cao, thời tiết oi bức trực tiếp và cả gián tiếp ảnh hưởng
tiêu cực đến việc học của HS chúng ta, thời tiết nắng nóng khiến sức khỏe HS yếu đi, thiểu nước thiếu khoáng chất qua việc that thoát mé hôi, nóng bức gây ra tâm trạng cáu gắt, khó chịu và kém tập trung trong giờ học, nhất là vào các tiết học buôi trưa chiều - khi mà cơ sở vật chất của rất nhiều trường học hiện nay chưa trang bị được cho các em hệ thông làm mát hoặc máy điều hòa giải quyết được tình hình thời tiết
hiện nay.
Chủ dé này được xây dựng nhằm tạo cơ hội cho các em HS có thé phân tích được van đè, dé xuất ra được giải pháp “tránh nóng” bằng cách vận dụng kiến thức về định luật Ohm, mạch điện một chiều, kha năng sáng tạo, khiếu thâm mĩ đề tự thiết kế ra một chiếc Quạt điện nhỏ gọn, có thé sạc pin, điều chỉnh được tốc độ gió dé có thể sử dụng cho mỗi cá nhân trong trường, lớp, và đặc biệt là được chế tạo và thiết kế, trang trí do chính tay HS thực hiện.
* ¥ tưởng chủ đề
“+
Định luật Ohm trong đoạn mach.
Mach điện một chiếu (mắc nối
. tiếp, song song...) j
“Hướng đến đời sống học |
tập của HS, giỳp trỏnh ơ_
nóng vào những buổi
học gid chiếu oi bức
Z
kiệm chỉ
_ Tử những vat liệu mới, tiết
phí, lính hoạt
trong sử dụng, gia công... _.
Quạt tích điện mini
_ NL GQVĐ của HS, đưa ra giải
pháp và lựa chọa phương án
phù hợp, kĩ nang hoạt đồng
nhóm và cá nhan....
£
Vận dụng khả năng kỹ thuật,
thủ công, thẩm mĩ... trong thiết kế, chế tạo
* Kiến thức STEM trong chủ đề
Khoa học Công nghệ
(S) (T)
Định luật Ohm Mo han, súng ban trong đoạn mạch. keo, dây điện, Mạch điện một mach điện, dao,
chiều (mắc nối kéo...
tiếp, song song,...)
* Ké hoach bai day
I. Muc tiéu
Ki thuật (E)
Ban vé va quy
trinh lắp táp, chế
tạo quạt tích điện
mini. Sơ đồ nối
ghép các linh kiện
}
K4
Toán học
(M)
Tính hiệu điện thê
của và công suất
của quạt (dựa theo
số liệu lý thuyết của nhà sản xuất)
CHỦ ĐÈ STEM: QUẠT TÍCH ĐIỆN MINI
Môn: Khoa học tự nhiên; lớp 9 Thời gian thực hiện:
1, Năng lực khoa học tự nhiên
45
- [NT1] Thực hiện thí nghiệm dé xây đựng được định luật Ohm: cường độ dòng điện đi qua một đoạn dây dẫn tỉ lệ thuận với hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn dây và
tỉ lệ nghịch với điện trở của nó.
- [NT2] Thực hiện thí nghiệm đề rút ra được: Trong đoạn mạch điện mắc nối tiếp, cường độ dòng điện là như nhau cho mọi điểm.
- [NT3] Thục hiện thí nghiệm để rút ra được: Trong đoạn mạch điện mắc song song. tông cường độ dòng điện trong các nhánh bằng cường độ dòng điện chạy trong
mạch chính.
2. Năng lực giải quyết vấn đề
NL thành tố chợ
hành vi
Phân tích tình huồng Dé xuất được cách giải quyết van dé: can chế được đặt ra, phát hiện [GQI.1] tạo cược một chiếc quạt mini có thé sạc pin để
và phát biêu được van có thê sử dụng những lúc trời nóng oi bức, nơi
dé cần giải quyết bằng không có quạt điện hay điều hòa...
sản phẩm thiết kế kĩ Phát biéu được các nhiệm vụ cân thực hiện:
thuật [ogra Thiét ké, ché tao quat tich dién mini
Tim kiếm được các nguyên vật liệu dùng làm (GQ2.1] | các loại quạt tích điện hiện đang được bán trên
thị trường
Nêu được ưu, nhược điểm của các nguyên vật
Để xuất và lựa chọn [eee liệu vừa tim được
được giải pháp kĩ thuật Xác định được kiên thức về mạch điện một
phù hợp (GQ2.3] | chiều mắc nỗi tiếp trong việc chế tạo quạt tích
điện mini cần thực hiện
Dé xuât được các nguyên vật liệu va ý tưởng
(GQ2.4] | thực hiện mới cho việc chế tạo quạt tích điện mini để phù hợp với môi trường học tập
Lựa chọn và giải thích được lí do lựa chọn giải
pháp thiết kế, chế tạo quạt tích điện mioi dễ đàng, tối ưu.
Thiết kê được bảng vẽ chê tạo quạt tích điện
{GQ3.1]| .. :
mini
a Chi ra được tính mới mẻ trong thiệt ke và ưu Lap bản thiết kê và thực sẽ -
- : - s [GQ3.2] | điểm so với các loại quạt tích điện khác trên
hiện chê tạo sản phâm -
thị trường.
Thực hiện chê tạo được sản phâm quạt tích {GQ33). 0
điện mini
Tự đánh giá được ưu, nhược điểm của những
vật liệu, phương án thiết kế kĩ thuật chế tạo
(GQ4.1] °
quạt tích điện mini sau khi hoàn thành sản
phẩm
Đánh giá được ưu, nhược điểm của những vật [GQ4.2] | liệu. cách chế tạo quạt tích điện mini của các Đánh giá và cải tiền quá
oe nhóm khác.
trình thiệt kê kĩ thuật ee = — chan aE
u đề xuat được các phương án, biện pháp dé
(GQ4.3] ns ahoàn thiện sản phầm
pham dé khắc phục các hạn chế mà sản phẩm
còn gặp phải (về tính năng, hiệu suất sử dụng,
giá thành...)
3. Phẩm chất
[TN] Tích cực tham gia hoạt động thảo luận nhóm, có trách nhiệm với các nhiệm vụ được phân công.
II. Thiết bị day học và học liệu
47
- Thiết bị dạy học: laptop, máy chiếu, Powerpoint, bảng, phan, giấy A3, A4; bộ dụng cụ khảo sát định luật Ohm và tính chất của đoạn mạch một chiêu mắc nối tiếp.
Song song.
- Học liệu:
+ Sách giáo khoa vật lí lớp 9, phiéu học tập, phiêu đánh giá sản phẩm, bảng
phần công nhiệm vụ.
+ Tài liệu bô trợ về mạch sạc pin, mạch tăng áp, thao tác hàn chi, dây điện.
LIL. Tiến trình day học
1. Hoạt động 1: Xác định vấn đề
a. Mục tiêu
[GQI.I]. [GQ1.2], [GQ2.3]
b. Nội dung
- Thành lập các nhóm HS, bầu nhóm trưởng, thư kí
- HS theo dõi vấn đề được đặt ra bởi GV: “Mùa hè tại khu vực TP.HCM chúng ta là giai đoạn nắng nóng nhất nhưng cũng là giải đoạn quan trọng nhất đối với HS, bởi chúng ta cần chuẩn bị kiến thức cho ki thi cuối ki, thì chuyển cấp, vậy nếu cơ sở
vật chat nhà trường chưa đủ điều hòa, quạt gió cho phép chúng ta chong chọi với cái nóng oi bức này, chúng ta phải lam thé nào dé giảm bởi sự nóng bức này?”
- HS thảo luận nhóm, phân tích dữ kiện trong tình huông thông qua các câu hỏi gợi ý của GV, từ đó phát biéu nhiệm vụ cần thực hiện để giải quyết van dé: thiết ké, chế tạo một chiếc quạt tích điện mini; xác định kiến thức vật lí mới cần học.
- HS thảo luận và thông nhất với GV tiêu chí đánh giá bản thiết kế, tiêu chí đánh giá sản phẩm: tiền trình thực hiện dự án và phân phối thời gian thực hiện. ghi chép.
c. Sản phẩm
- Câu trả lời phân tích tình huống của HS:
+ Để giải quyết cái nóng trong lớp cần có quạt
+ Chúng ta có thể tự chế tạo một chiếc quạt tích điện mini mang theo để sử dụng
cá nhân, giúp giảm bớt cái nóng oi ả của mùa hè.
- Phan phát biéu nhiệm vụ can thực hiện của HS:
48
+ Thiết kế bản vẽ, chế tao quạt tích điện mini;
+ Cần kiến thức đề vận dụng giải quyết vấn đề: Định luật Ohm, đoạn mạch một
chiều mắc nỗi tiếp, song song.
- Bang ghi nhận nhiệm vụ, kế hoạch thực hiện dự án. phân công công việc cho
các thành viên nhóm của HS
- Bảng ghi nhận tiêu chí đánh giá thiết kế và tiêu chí đánh giá sản phẩm (HS đã
thông nhất với GV).
d. Té chức thực hiện
* Giao nhiệm vụ hoc tập
GV chia lớp thành các nhóm (tùy vào tình hình lớp đề chia nhóm cho phù hợp),
yêu cầu các nhóm bầu nhóm trưởng. thư kí, lập danh sách nhóm và bảng phân công
cụ thể nhiệm vụ của từng thành viền nhóm.
Bảng 2. 2. Phân công nhiệm vụ của các thành viên nhóm
STT à tê Vai trò Nhiệm vu Ghi chú
l Trưởng nhóm |
=. m——
GV đặt vẫn đề: “Mùa hè tại khu vực TP.HCM chúng ta là giai đoạn nắng nóng nhất nhưng cũng là giai đoạn quan trọng nhất đổi với HS, bởi chúng ta cân chuẩn bị kiến thức cho ki thi cuối kì, thi chuyển cấp, vậy nêu cơ sở vật chat nhà trường chưa đủ điều hòa, quạt gió cho phép chúng ta chống chọi với cái nóng oi bức này, chúng ta phải làm thé nào dé giảm bớt sự nóng bức này?” và yêu cầu các nhóm thảo luận phân tích tình huồng trên theo các gợi ý:
+ Dé giảm bớt cam giác nóng bức, HS các em can cá những thiết bị gì?
+ Thiết bị đó can có các tính năng, hình dạng như thé nào để tiện cho việc sử
dung trong môi trường lớp học hoặc sản trường ?
+ Các em đã từng chế tạo hoặc xem qua video/chuong trình hướng dan chế tạo một chiếc quạt tích điện nhỏ gọn để sứ dụng bao giờ chưa?
49
+ Từ các phân tích vừa nêu ra, các em nhận thay minh can thiết kế và chế tạo sản phẩm gi để giải qu yết vấn dé kề trên?
+ Dé thiết kế và chế tạp thành công sản phẩm ấy, các em cân biết được kiến
thức Vat lí nào mới?
* Thực hiện nhiệm vụ:
HS chia nhóm và di chuyển theo nhóm đã chia, bầu nhóm trưởng, thư ki; lập bảng danh sách phân công cụ thê nhiệm vụ của từng thành viên nhóm
HS lắng nghe yêu cầu và dan đắt của GV, đọc kĩ tình huống được đưa ra
Thảo luận nhóm. phân tích các dữ kiện trong tình huống, kết hợp trả lời, phân tích các gợi ý của GV, từ đó phát biéu được nhiệm vụ cần thực hiện và kiến thức dé giải quyết van dé nêu trên.
GV quan sát, theo đối các HS thực hiện nhiệm vụ, nêu khó khăn có thể hỗ trợ
qua gợi ý thêm:
+ Tình huống đặt ra cần có vật dụng gì dé giải quyết được nó?
+ Em có thể tự thiết kế, chế tạo nó được không? Hoặc em đã từng xem các video hướng dan tự chế nó trên Youtube, Facebook hay chưa?
+ Em cần tích hợp cho nó tính năng gì để phù hợp và tiện lợi cho việc sử dụng
nó trong lớp học và các giờ sinh hoạt ngoài lớp học ?
+ Em cần biết thêm kiến thức về định hay tính chất Vật lí nào để có thé thiết kế
và chế tạo được sản phẩm đó?
* Báo cáo, thảo luận
GV chọn | trong các nhóm HS xung phong dé trình bày phan phân tích tình huỗng của nhóm mình. phát biéu nhiệm vu cần thực hiện và kiến thức đề giải quyết
vấn dé.
Đại diện nhóm HS trình bày câu trả lời trước lớp. các HS còn lại lắng nghe đề
nhận xét, bô sung.
GV mời 1 HS bat ki trong các nhóm khác nhận xét, bỗ sung.