8. CẤU TRÚC LUẬN VĂN
3.5.Phân tích diễn biến của các hoạt động ngoại khóa trong quá
nghiệm sƣ phạm
Trong đợt thực nghiệm sư phạm đề tài đã tổ chức hoạt động ngoại khóa với các nhiệm vụ nêu trên ở trường THPT Lương Phú
Bước 1: Giáo viên làm việc chung với học sinh tham gia hoạt động ngoại khóa, phân nhóm học sinh và giao nhiệm vụ cho các nhóm
- Số học sinh tham gia:42
- Thời gian làm việc: 01/07/2013 - Địa điểm: Trường THPT Lương Phú
Khi đã tập hợp đầy đủ các em học sinh sẽ tham gia vào buổi ngoại khóa xong, giáo viên nêu nội dung hoạt động ngoại khóa về "Cảm ứng điện từ ". Giáo viên cũng giới thiệu đợt hoạt động này gồm 2 phần chính: Phần thứ nhất là hoạt động thực nghiệm thiết kế, chế tạo sản phẩm có ứng dụng hiện tượng " Cảm ứng điện từ " từ những vật liệu đơn giản, sẵn có hoặc rẻ tiền, dễ kiếm; tiến hành thí nghiệm với những dụng cụ đã chế tạo được và nội dung thứ hai là tham dự gameshow " Rung chuông vàng " với các câu hỏi mang ý nghĩa kiểm tra kiến thức và khả năng nắm chắc kiến thức, vận dụng kiến thức đã học giải các bài toán của học sinh. Giáo viên định hướng cho học sinh về nội dung của phần thứ nhất. Sau đó giáo viên yêu cầu học sinh lựa chọn, đăng kí tham gia và thành lập các nhóm.
Khi đã thành lập các nhóm đăng kí vào các hướng nghiên cứu nêu trên của giáo viên. Giáo viên yêu cầu các nhóm cử ra nhóm trưởng, ghi lại tên, số điện thoại liên lạc và địa chỉ của các thành viên trong nhóm mình. Đồng thời các nhóm trưởng cũng ghi lại số điện thoại của giáo viên để tiện liên lạc khi gặp khó khăn cần trao đổi với giáo viên. Qua thông tin của các nhóm chúng tôi được biết các em đăng kí vào các nhóm là do các em trong cùng một nhóm có
cùng lòng yêu thích, đam mê tìm hiểu, học hỏi theo các hướng nghiên cứu nêu trên và có thể hợp tác, hỗ trợ lẫn nhau trong quá trình thực hiện ý tưởng của mình. Thường trong một nhóm là những học sinh trong một nhóm bạn thân hoặc các em ở gần nhà nhau.
Sau khi đã chia nhóm, giáo viên yêu cầu các nhóm tự họp, bàn bạc và đưa ra ý tưởng của mình chế tạo sản phẩm nào phù hợp với nhóm mình và với hướng nghiên cứu mà nhóm đã lựa chọn. Hướng chế tạo dụng cụ đó là gì? Vẽ phác họa sơ đồ ý tưởng của mình và xét tính khả thi của ý tưởng (có thể chế tạo được hay không )? Các bộ phận chính của sản phẩm cần có? Nguyên lý hoạt động của sản phẩm định chế tạo? Nguyên liệu, dụng cụ để chế tạo sản phẩm đó là gì?...Cũng có nhóm xác định nội dung nghiên cứu là tìm hiểu nguyên lí hoạt động của một ứng dụng kĩ thuật nào đó trong thực tiễn cuộc sống.
Giáo viên ra hạn cho các nhóm về bàn bạc và suy nghĩ đăng kí ý tưởng của nhóm sau một tuần và hẹn lịch gặp gỡ làm việc với từng nhóm cụ thể
Bước 2: Giáo viên hướng dẫn từng nhóm thảo luận
Sau thời gian gia hạn cho các nhóm, giáo viên hẹn gặp và làm việc cụ thể với từng nhóm. Tiến trình của buổi làm việc như sau:
Nhóm học sinh đăng kí nhiệm vụ 1: Tìm hiểu nguyên lý hoạt động của bếp từ
Hình 3.1: hình ảnh bếp từ
Đầu tiên giáo viên yêu cầu các em nhắc lại khái niệm cảm ứng điện từ? dòng điện cảm ứng? Học sinh thảo luận và đưa ra phương án cho nhóm trưởng như sau: Cảm ứng điện từ là hiện tượng mà khi có sự biến thiên từ thông qua diện
tích giới hạn bởi một mạch điện kín thì trong mạch xuất hiện suất điện động cảm ứng từ đó sinh ra dòng điện cảm ứng. Dòng điện cảm ứng là dòng điện xuất hiện khi có sự biến thiện từ thông qua diện tích giới hạn bởi một mạch điện kín.
Giáo viên tiếp tục cho học sinh thảo luận các vấn đề liên quan đến nhiệm vụ mà học sinh được giao. Nhóm trưởng tập hợp tất cả các ý kiến và cả nhóm thống nhất chọn phương án ưng ý nhất.
Sau khi học sinh thảo luận có nhiều ý kiến khác nhau về: cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bếp từ, chất liệu để chế tạo bếp từ, cách sử dụng bếp...sau khi thảo luận cả nhóm đi đến thống nhất được nguyên lí hoạt động của bếp từ như sau:
Hình 3.2: Nguyên lí hoạt động của bếp từ
Bếp từ được chế tạo dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ và dòng điện Foucault. Người ta đặt một cuộn dây dẫn điện dưới một tấm vật liệu cách điện, cách nhiệt ( thường là sứ thủy tinh vì ngoài khả năng cách nhiệt, cách điện nó còn có tính thẩm mỹ ). Khi có dòng điện xoay chiều chạy qua cuộn dây, cuộn dây sẽ tạo ra ngay tức thời từ trường biến đổi mạnh trong khoảng cách vài milimet trên bề mặt bếp. Đáy nồi bằng kim loại (Sắt nhiễm từ ) nằm trong từ trường này sẽ sinh ra dòng điện Foucault và nóng lên, nấu chín thức ăn như đối với cách nấu thông thường. để thay đổi nhiệt độ đun, người ta thay đổi cường độ từ trường xuyên qua đáy nồi bằng cách thay đổi cường độ dòng điện. điều này có thể thay đổi được bằng cách thay đổi trị số của điện trở.để tăng hiệu quả
dẫn nhiệt, người ta chế tạo đáy nồi có lớp kim loại dẫn nhiệt tốt như nhôm, đồng phủ lên lớp vật liệu sắt từ, dưới cùng có thể là lớp vật liệu có độ bền cao như inox...Ngoài ra, để thay đổi từ trường gửi qua đáy nồi, người ta còn sử dụng phương pháp thay đổi tần số dòng xoay chiều ( biến tần), tức là làm thay đổi thời gian của sự biến thiên cảm ứng từ. Cách này hiện nay được sử dụng trong bếp từ.
Cấu tạo của bếp từ: Bếp có một cuộn dây để tạo ra từ trường biến thiên với tần số cao có thể thay đổi được, ta chỉnh nhiệt độ của bếp bằng cách thay đổi tần số này. Việc thay đổi nhiệt độ như vậy khác với cách thay đổi nhiệt độ bằng việc thay đổi cường độ dòng điện xoay chiều như ta thường nghĩ. Một cách gần đúng có thể coi tất cả từ thông hướng thẳng góc với mặt bếp để xuyên lên đáy nồi.
Khi học sinh đã xác định được nguyên lí hoạt động của bếp từ như vậy, giáo viên yêu cầu nhóm lên kế hoạch thực hiện ý tưởng chế tạo “bếp từ”: vẽ sơ đồ cấu tạo của bếp điện, liệt kê các chi tiết, các bộ phận chính của bếp, dụng cụ hay vật liệu cần thiết để chế tạo bếp điện từ.
Cả nhóm thảo luận và cử đại diện trình bày sơ đồ bộ phận chính của bếp điện từ như sau: Hình 3.3:Các bộ phận chính của bếp từ Trung tải Dây thứ cấp
Biều diễn cơ bản về hiện tượng cảm ứng nhiệt Biến thiên từ thông Dòng cảm ứng Cuộn dây
Vẽ xong sơ đồ giáo viên yêu cầu học sinh trình bày các dụng cụ cần thiết để làm mô hình bếp điện.
Dụng cụ: + Các dây dẫn
+ Vật liệu cách điện, cách nhiệt
+ Dụng cụ hỗ trợ: bút thử điện, máy khoan, máy cắt, kìm... + Một phích cắm điện
Sau đó nhóm trưởng chia nhóm và phân công công việc như sau:
+ Nhóm 1 sẽ chuẩn bị: dây dẫn phù hợp yêu cầu của bếp điện từ, vật liệu cách điện, cách nhiệt có tính thẩm mỹ. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
+ Nhóm 2 sẽ chuẩn bị một phích cắm điện, , các dụng cụ hỗ trợ.
Kết thúc buổi làm việc giáo viên nhận xét, góp ý và yêu cầu nhóm hoàn thiện mô hình và hẹn gặp lại các em tại trường THPT Lương Phú vào ngày10 /07/2013để làm thực hành.
Qua buổi làm việc đầu tiên tôi thấy như sau: Do một phần các em quên kiến thức hoặc chưa nắm vững kiến thức, một phần các em chưa được hoạt động theo nhóm nhiều nên trong buổi hoạt động theo nhóm đầu tiên các em còn nhiều bỡ ngỡ, chưa mạnh dạn làm việc với nhau, nhiều lúc còn lúng túng trong công việc vì vậy làm việc chưa đạt được hiệu quả cao. Hi vọng buổi làm việc theo nhóm sau sẽ đạt được hiệu quả công việc cao hơn.
Nhóm học sinh thực hiện nhiệm vụ 2: chế tạo động cơ điện
Giáo viên yêu cầu học sinh nhắc lại một số đơn vị kiến thức sau: khái niệm máy điện? cấu tạo chung của máy điện? trong đời sống hàng ngày chúng ta thường gặp những loại máy điện nào?
Học sinh thảo luận và đưa đáp án cho nhóm trưởng. các em thảo luận và đưa ra câu trả lời tương đối tốt cho các câu hỏi mà giáo viên đưa ra như: khái niệm, cấu tạo của máy điện, trong thực tế máy điện thường gặp gồm 2 loại động cơ điện và máy phát điện.
Giáo viên cho học sinh quan sát mô hình động cơ điện, mô hình nguyên lý hoạt động và nguyên tắc cấu tạo của động cơ điện trong phòng thí nghiệm và qua hình ảnh, video.
Hình 3.4:Hình ảnh một động cơ điện
Động cơ điện mà học sinh được quan sát ở trên có nhiều bộ phận phức tạp khó chế tạo. Giáo viên chỉ yêu cầu học sinh chế tạo mô hình đơn giản. Nhưng nhìn chung dù đơn giản hay phức tạp chúng đều hoạt động theo nguyên tắc sau: Stator của động cơ điện 1 chiều thường là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện, rotor có các cuộn dây quấn và được nối với nguồn điện một chiều, 1 phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều là bộ phận bộ góp điện , nó có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong khi chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này gồm có một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp. Nếu trục của một động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài, động cơ sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một sức điện động cảm ứng Electromotive force (EMF). Khi vận hành bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện áp gọi là sức phản điện động counter-EMF (CEMF) hoặc sức điện độngđối kháng, vì nó đối kháng lại điện áp bên ngoài đặt vào động cơ. Sức điện động này tương tự như sức điện động phát ra khi động cơ được sử dụng như một máy phát điện (như lúc ta nối một điện trở tải vào đầu ra của động cơ, và kéo trục động cơ bằng một ngẫu lực bên ngoài). Như vậy điện áp đặt trên động cơ bao gồm 2 thành phần: sức phản điện động, và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phần ứng. Dòng
điện chạy qua động cơ được tính theo biều thức sau: I = (VNguon − VPhanDienDong) / RPhanUng
Công suất cơ mà động cơ đưa ra được, được tính bằng:
P = I * (VPhanDienDong)
Pha 1: Từ trường của rotor cùng cực với stator, sẽ đẩy nhau tạo ra chuyển động quay của rotor
Pha 2: Rotor tiếp tục quay
Pha 3: Bộ phận góp điện sẽ đổi cực sao cho từ trường giữa stator và rotor cùng dấu, trở lại pha 1
Học sinh tháo ra, quan sát và ghi lại các chi tiết cấu tạo chính của động cơ điện. Sau khi tìm hiểu lý thuyết cấu tạo, hoạt động, cơ chế sinh lực của động cơ điện và điều khiển tốc độ của động cơ điện, giáo viên giải đáp cho học sinh những thắc mắc mà học sinh đưa ra. Sau đó giáo viên chia học sinh thành nhóm một nhóm chuẩn bị phần roto (phần quay) một nhóm chuẩn bị phần stato (phần đứng yên) của động cơ.
+ Nhóm 1 chịu trách nhiệm chuẩn bị phần stato của động cơ.
+ Nhóm 2 chịu trách nhiệm chuẩn bị phần roto của động cơ và các công cụ hỗ trợ khác.
Khi đã phân công xong giáo viên cho các nhóm tự thảo luận riêng và đưa ra phương án thực hiện nhiệm vụ.
Sau thời gian thảo luận, nhóm trưởng thay mặt nhóm đưa ra phương án chế tạo động cơ điện như sau:
* Chuẩn bị:
+ Công tắc, phích cắm điện, đoạn dây dẫn điện có vỏ bọc + Các vật liệu theo tính toán thiết kế.
+ các công cụ hỗ trợ: bút thử điện, khoan, mỏ hàn, kìm, tua vít các loại, dao, kéo, bàn quấn dây,...
Sau khi nhóm trưởng thay mặt nhóm trình bày xong kế hoạch thực hiện nhiệm vụ của nhóm, giáo viên hướng dẫn góp ý cho nhóm để kế hoạch của nhóm hoàn chỉnh hơn đồng thời giáo viên gợi ý cho các em cách tìm vật liệu để các em không bị lúng túng và các em có thể rút ngắn thời gian tìm vật liệu, có nhiều thời gian hơn tập trung vào công việc chính của nhóm mình.
Kết thúc buổi làm việc, giáo viên yêu cầu các em về nhà chuẩn bị dụng cụ và hẹn các em vào ngày10/07/2013 tại trường THPT Lương Phú để thực hành nhiệm vụ được giao. Trong quá trình chuẩn bị các em có thể tự nghiên cứu trước nội dung nhiệm vụ của nhóm mình. Nếu có vấn đề gì thắc mắc về tìm kiếm vật liệu hoặc về kiến thức liên quan đến nhiệm vụ của nhóm mình các em có thể liên hệ với giáo viên để được giáo viên giải đáp, tư vấn và hỗ trợ.
Nhóm học sinh thực hiện nhiệm vụ 3: chế tạo máy phát điện:
Giáo viên đưa ra các câu hỏi cho nhóm thảo luận để nhắc lại các kiến thức đã học về máy phát điện một chiều: em hãy nêu nguyên tắc cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của máy phát điện một chiều? Nêu ứng dụng của máy điện một chiều?
Học sinh thảo luận và đưa ra đáp án. Do ý thức chuẩn bị của nhóm tương đối tốt và khả năng nắm bắt kiến thức của các thành viên trong nhóm tương đối vững nên các em đưa ra câu trả lời khá nhanh và chính xác. Ví dụ như đáp án câu hỏi cấu tạo của máy phát điện một chiều là: máy phát điện một chiều gồm 2 bộ phận chính là stato và roto (nhóm đưa ra cấu tạo cụ thể của từng bộ phận). Hay câu trả lời cho câu hỏi nguyên lý hoạt động của máy phát điện một chiều là gì?
Sơ đồ máy phát điện (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Ta xét máy phát điện một chiều có dây quấn phần ứng gồm hai thanh dẫn ab và cd chỉ nối với hai phiến góp 1 và 2 .Khi động cơ sơ cấp quay phần ứng, các thanh dẫn của dây quấn phần ứng cắt từ trường của cực từ, cảm ứng các sức điện động. Chiều sức điện động được xác định bằng quy tắc bàn tay phải.
Trên thanh dẫn ab sức điện động có chiều từ a đến b. Trên thanh dẫn cd chiều sức điện động từ c đến d .
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí của hai thanh dẫn phần tử và hai phiến góp thay đổi cho nhau. Sức điện động trong thanh dẫn đổi chiều nhưng chiều dòng điện ở Mạch ngoài không đổi.Cổ góp và chổi than đóng vai trò bộ
chỉnh lưu dòng điện I ra tải có chiều không đổi.Phương trình cân bằng điện áp: U = Eư –Rư Iư
Rư là điện trở dây quấn phần ứng U là điện áp hai đầu cực máy Eư là sức điện động phần ứng.
Tìm hiểu xong lý thuyết về máy phát điện giáo viên cho học sinh quan sát một vài mẫu máy phát điện mà giáo viên đã chuẩn bị được. Sau đó cho học sinh
thảo luận và đưa ra phương án thực hiện nhiệm vụ củ .
Cả nhóm đã thảo luận và thống nhất các bộ phận, các vật liệu cần thiết để chế tạo được một máy phát điện hoàn chỉnh ( trong đó có tính đến cả yêu cầu về thẩm mỹ).
Nhóm trưởng thay mặt nhóm đưa ra sơ đồ một máy phát điện cụ thể mà nhóm định chế tạo, những bộ phận chính và những vật liệu mà nhóm dự định sẽ sử dụng. Giáo viên nhận xét và đóng góp ý kiến cho nhóm.
Cuối cùng nhóm trưởng phân công nhóm thành 2 nhóm nhỏ, giao nhiệm vụ chuẩn bị các vật liệu cho từng nhóm. Kết thúc buổi làm việc giáo viên nhắc nhở các thành viên trong nhóm đồng thời hẹn các em vào ngày 10/07/2013 tại