2.5.2. Chủ đề STEM cho dạy lồng ghép toàn bộ

Hoạt động 3

Mắc nối tiếp các cốc dung dịch muối/chanh để tạo nguồn một chiều có hiệu điện thế đủ lớn đế led phát sáng tốt.

Phiếu học tập số 3

(Nghiên cứu thêm phần I, II bài 36 SGK Công nghệ 8 để hoàn thành phiếu bài tập)

Câu hỏi Giải thích

1. Đo hiệu điện thế của pin khi mắc nối tiếp các cốc dung dịch nước muối/nước chanh? 2. Thay dây dẫn điện bằng đoạn dây nhựa và quan sát xem đèn led có sáng không và giải thích tại sao? Đo điện trở của của đoạn dây nhựa đó? 3. Vật liệu dẫn điện là gì? Kể tên một số loại vật liệu dẫn điện? 4. Vật liệu cách điện là gì? Kể tên một số loại vật liệu cách điện?

3. Kết thúc

GV tổ chức cho HS báo cáo sản phẩm của nhóm. Một số câu hỏi có thể đặt ra là: - Các vật liệu dẫn điện có điện trở suất khoảng bao nhiêu? - Các vật liệu cách điện có điện trở suất khoảng bao nhiêu?

2.5.2. Chủ đề STEM cho dạy lồng ghép toàn bộ

Chủ đề STEM dạy lồng ghép toàn bộ được thiết kế dưới dạng một nhiệm vụ STEM.

TÊN CHỦ ĐỀ: THIẾT KẾ TUBIN GIÓ MINI

1. Mục tiêu

- Kiến thức: HS hiểu về vai trò của điện năng, một số cách tạo ra điện năng hiện nay. Vận dụng kiến thức môn Công nghệ, Vật lí, Toán học để giải quyết nhiệm vụ đặt ra - Kĩ năng: kĩ năng tính toán, kĩ năng đấu nối mạch điện, kĩ năng sử dụng đồng hồ đo điện. - Thái độ: Có thói quen làm việc theo quy trình, cẩn thận, kiên trì. Thực hiện an toàn lao động, vệ sinh môi trường.

2. Liên hệ kiến thức

- Chủ đề này phù hợp để dạy bài 32 môn Công nghệ 8. - Kiến thức các môn học khác có liên quan. + Vật lí: Hiệu điện thế. + Toán học: Đo góc, chia cung tròn.

3. Các kĩ năng cần hình thành và phát triển

- Kĩ năng làm việc nhóm. - Kĩ năng giải quyết vấn đề. - Kĩ năng thiết kế.

4. Nhiệm vụ 4.1. Giới thiệu/Tình huống/Ngữ cảnh

Những lợi ích về môi trường và xã hội của điện gió

Năng lượng gió được đánh giá là thân thiện nhất với môi trường và ít gây ảnh hưởng xấu về mặt xã hội. Để xây dựng một nhà máy thủy điện lớn cần phải nghiên cứu kĩ lưỡng các rủi ro có thể xảy ra với đập nước. Ngoài ra, việc di dân cũng như việc mất các vùng đất canh tác truyền thống sẽ đặt gánh nặng lên vai những người dân xung quanh khu vực đặt nhà máy, và đây cũng là bài toán khó đối với các nhà hoạch định chính sách. Hơn nữa, các khu vực để có thể quy hoạch các đập nước tại Việt Nam cũng không còn nhiều.

Các nhà máy điện chạy nhiên liệu hóa thạch thì luôn là những thủ phạm gây ô nhiễm nặng nề, ảnh hưởng xấu đến môi trường và sức khỏe người dân. Hơn thế nguồn nhiên liệu này kém ổn định và giá có xu thế ngày một tăng cao.

Khi tính đầy đủ cả các chi phí ngoài – những chi phí phát sinh bên cạnh những chi phí sản xuất truyền thống, thì lợi ích của việc sử dụng năng lượng gió càng trở nên rõ rệt. So với các nguồn năng lượng gây ô nhiễm (ví dụ ở nhà máy nhiệt điện Ninh Bình) hay phải di dời quy mô lớn (các nhà máy thủy điện lớn), khi sử dụng năng lượng gió, người dân không phải chịu thiệt hại do thất thu hoa mầu hay tái định cư, và họ cũng không phải chịu thêm chi phí y tế và chăm sóc sức khỏe do ô nhiễm.

Ngoài ra, với đặc trưng phân tán và nằm sát khu dân cư, năng lượng gió giúp tiết kiệm chi phí truyền tải. Hơn nữa, việc phát triển năng lượng gió ở cần một lực lượng lao động là các kĩ sư kĩ thuật vận hành và giám sát lớn hơn các loại hình khác, vì vậy giúp tạo thêm nhiều việc làm với kĩ năng cao.

Tại các nước Châu Âu, các nhà máy điện gió không cần đầu tư vào đất đai để xây dựng các trạm tourbin mà thuê ngay đất của nông dân. Giá thuê đất (khoảng 20% giá thành vận hành thường xuyên) giúp mang lại một nguồn thu nhập ổn định cho nông dân, trong khi diện tích canh tác bị ảnh hưởng không nhiều.

Cuối cùng, năng lượng gió giúp đa dạng hóa các nguồn năng lượng, là một điều kiện quan trọng để tránh phụ thuộc vào một hay một số ít nguồn năng lượng chủ yếu; và chính điều này giúp phân tán rủi ro và tăng cường an ninh năng lượng.

Tiềm năng điện gió của Việt Nam

Nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài, Việt Nam có một thuận lợi cơ bản để phát triển năng lượng gió. So sánh tốc độ gió trung bình trong vùng Biển Đông Việt Nam và các vùng biển lân cận cho thấy gió tại Biển Đông khá mạnh và thay đổi nhiều theo mùa .Trong chương trình đánh giá về Năng lượng cho Châu Á, Ngân hàng Thế giới đã có một khảo sát chi tiết về năng lượng gió khu vực Đông Nam Á, trong đó có Việt Nam. Theo tính toán của nghiên cứu này, trong bốn nước được khảo sát thì Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất và hơn hẳn các quốc gia lân cận là Thái Lan, Lào và Campuchia. Trong khi Việt Nam có tới 8,6% diện tích lãnh thổ được đánh giá có tiềm năng từ “tốt” đến “rất tốt” để xây dựng các trạm điện gió cỡ lớn thì diện tích này ở Campuchia là 0,2%, ở Lào là 2,9% và ở Thái Lan cũng chỉ là 0,2%. Tổng tiềm năng điện gió của Việt Nam ước đạt 513.360 MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của thủy điện Sơn La và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020. Tất nhiên, để chuyển từ tiềm năng lí thuyết thành tiềm năng có thể khai thác, đến tiềm năng kĩ thuật và cuối cùng, thành tiềm năng kinh tế là cả một câu chuyện dài; nhưng điều đó không ngăn cản việc chúng ta xem xét một cách thấu đáo tiềm năng to lớn về năng lượng gió ở Việt Nam. Nếu xét tiêu chuẩn để xây dựng các trạm điện gió cỡ nhỏ phục vụ cho phát triển kinh tế ở những khu vực khó khăn thì Việt Nam có đến 41% diện tích nông thôn có thể phát triển điện gió loại nhỏ. Nếu so sánh con số này với các nước như: Campuchia có 6%, Lào có 13% và Thái Lan có 9% diện tích nông thôn có thể phát triển năng lượng gió. Đây quả thật là một ưu đãi dành cho Việt Nam mà chúng ta còn biết cách tận dụng nguồn năng lượng lớn này. https://voer.edu.vn/m/nang-luong-gio-cua-viet-nam-tiem-nang-va-trienvong/8596a151

4.2. Thách thức

Thiết kế thiết bị sản xuất điện từ gió

4.3. Yêu cầu

- Thiết bị tạo ra được một hiệu điện thế và dòng điện một chiều.

- Thời gian tối đa 20 phút, chỉ sử dụng những vật liệu được cung cấp nhưng không nhất thiết tất cả các dụng cụ, vật liệu đều phải sử dụng. - Nghiên cứu ảnh hướng của cánh quạt (chiều dài, độ nghiêng, số lượng) tới điện áp ra của tuabin.

4.4. Nguồn lực

01 động cơ điện 1 chiều, dây điện, ống nước, tấm bìa, đũa tre, kéo, keo nến, đồng hồ đo điện, thước kẻ, thước đo độ, bút chì, quạt điện nhỏ tạo nguồn gió.

5. Đánh giá

So sánh các sản phẩm của HS và đánh giá sản tạo ra hiệu điện thế 1 chiều lớn nhất.

Gợi ý hoạt động dạy học chủ đề “Thiết kế tuabin gió mini” 1. Giới thiệu

- GV sử dụng ngữ cảnh của chủ đề để đặt vấn đề cho bài học. Trong phần giới thiệu, GV giúp HS biết được các phương pháp tạo ra điện năng hiện nay và nhấn mạnh những lợi ích về môi trường và xã hội của điện gió. Mục tiêu của nhiệm vụ thiết kế tuabin gió giúp HS hiểu được về vai trò của điện năng trong sản xuất và đời sống, biết vận dụng các kiến thức về Công nghệ, Vật lí và Toán học để thiết kế được tuabin gió mini. Rèn luyện kĩ năng tính toán, kĩ năng đấu nối mạch điện, kĩ năng sử dụng đồ hồ đo điện. Biết được ảnh hưởng của cánh quạt (chiều dài, độ nghiêng, số lượng) tới điện áp ra của tuabin. - Thực hiện nhiệm vụ này, ngoài kiến thức của môn Công nghệ, HS cần vận dụng kiến thức của Vật lí về hiệu điện thế, của Toán học về đo góc, chia cung tròn.

2. Trải nghiệm

- GV tổ chức cho HS thiết kế chế tạo tuabin gió mini sao cho có thể phát ra được dòng điện một chiều. - GV phân nhóm và chia dụng cụ vật liệu tới các nhóm HS. Dụng cụ, vật liệu cần thiết: 01 động cơ điện 1 chiều, dây điện, ống nước, tấm bìa, đũa tre, kéo, keo nến, đồng hồ đo điện, thước kẻ, thước đo độ, bút chì, quạt điện nhỏ tạo nguồn gió. - Cách thức tiến hành + Các công việc cần thực hiện: Thiết kế khung đế và giá đỡ cho tuabin, thiết kế cánh quạt, lắp ráp cánh quạt vào trục tuabin (động cơ điện một chiều mini). Đấu nối dây điện vào tuabin để lấy điện ra. + GV hướng dẫn HS vận dụng quy trình thiết kế kĩ thuật để thực hiện nhiệm vụ.

* Thiết kế

- Nghiên cứu những bộ phận chính của tuabin gió, những kiến thức công nghệ, vật lí, toán học liên quan tới nhiệm vụ. - Xác định những bộ phận có thể thay đổi để cải tiến tuabin. - Lựa chọn giải pháp tối ưu. - Vẽ phác thảo, xác định vật liệu và quy trình cần thiết để thực hiện nhiệm vụ. * Thi công: Thiết kế tuabin mini theo quy trình đã xác định. * Kiểm tra/đánh giá: Đánh giá về tuabin gió, những gì đã được thay đổi để tuabin làm việc hiệu quả hơn. Các bộ phận của tuabin ảnh hưởng như thế nào đến khả năng tạo ra dòng điện của tuabin.

Hoạt động 1. Tìm hiểu về tuabin gió GV tổ chức cho HS tìm hiểu về cấu tạo cơ bản, nguyên lí làm việc của tuabin gió.

1.

Phiếu học tập số 1

1. Cấu tạo của tuabin

A……………………………………………

B……………………………………………

C……………………………………………

D……………………………………………

2. 2. Trình bày nguyên lí làm việc của tuabin gió

3.

4. Thay đổi tốc độ của quạt gió, hoặc thay đổi khoảng cách quạt gió tới tuabin và đo điện áp ra của tuabin để thấy sự ảnh hưởng của tốc độ quay quát gió tới điện áp ra tuabin. 3. Tuabin gió của nhóm em có năng lượng như thế nào? Đo hiệu điện thế một chiều của tuabin. Đặt đồng hồ đo ở thang đo 0-200mV, kết nối đồng hồ đo với các dây dẫn ra của tuabin. Đọc giá trị chỉ thị trên bề mặt của đồng hô đo. Khi tuabin quay. (Trong điều kiện TN sử dụng quạt để tạo nguồn gió làm quay tuabin).

4. Mô tả mối quan hệ giữa tốc độ quay của cánh quạt tuabin với điện áp ra của tuabin. Từ đó có thể rút ra các ý tưởng làm tăng tốc độ quay của quạt gió (gợi ý: Dộ dài cánh quạt, góc nghiêng cánh quạt, số lượng cánh quạt).

Hoạt động 2. Cải tiến tuabin gió GV tổ chức cho HS cải tiến tuabin gió nhằm nâng cao khả năng phát điện. Tùy điều kiện GV có thể định hướng HS lựa chọn một trong các giải pháp thay đổi chiều dài cánh quạt hoặc số lượng cạnh quạt, thay đổi góc quay đón gió của cánh quạt.

1. Số phiên bản Tuabin gió: 2. Số lượng/độ dài/góc nghiêng cánh quạt của tuabin các phiên bản: PB1 PB2 PB3 PB4

3. Đo thông số điện áp ra khi kiểm tra tuabin (Lưu ý mỗi phiên bản đo 2 lần)

Phiếu học tập số 2

Điện áp ra PB1 PB2 PB3 PB4 L1 L2 L1 L2 L1 L2 L1 L2

Vẽ đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa điện áp ra và chiều dài cánh quạt

Vẽ đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa điện áp ra và số lượng cánh quạt

Vẽ đồ thị thể hiện mối quan hệ giữa điện áp ra và số lượng cánh quạt

Hoạt động 3. Tìm hiểu các nguyên tắc chung của việc sản xuất điện năng GV tổ chức cho HS nghiên cứu SGK và hoàn thiện phiếu học tập số 3.

Phiếu học tập số 3

1. Nêu nguyên tắc chung của việc sản xuất điện năng ở các nhà máy thủy điện, nhà máy nhiệt điện, điện gió và điện nguyên tử 2. Nêu các quá trình biến đổi năng lượng trong việc sản xuất điện từ các nguồn năng lượng khác nhau bằng cách hoàn thiện bàng sau:

Sản xuất điện Quá trình biến đổi năng lượng Thủy điện

Nhiệt điện

Điện gió

Điện hạt nhân

3. Kết thúc

- Các nhóm hoàn thiện các phiếu bài tập. - Báo cáo sản phẩm.