TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ VẬT LÝ
vectorstock.com/28062424
Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection
TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÝ 12 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG MỚI WORD VERSION | 2021 EDITION ORDER NOW / CHUYỂN GIAO QUA EMAIL TAILIEUCHUANTHAMKHAO@GMAIL.COM
Tài liệu chuẩn tham khảo Phát triển kênh bởi Ths Nguyễn Thanh Tú Đơn vị tài trợ / phát hành / chia sẻ học thuật : Nguyen Thanh Tu Group Hỗ trợ trực tuyến Fb www.facebook.com/DayKemQuyNhon Mobi/Zalo 0905779594
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
NGUYỄN THỊ KIM HUỆ
TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÝ 12 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG MỚI
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÝ
Hà Nội – 2020
ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC
TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÝ 12 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG MỚI
KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP NGÀNH SƯ PHẠM VẬT LÝ
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lê Thị Thu Hiền Sinh viên thực hiện khóa luận: Nguyễn Thị Kim Huệ
Hà Nội – 2020
LỜI CẢM ƠN Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới các thầy cô giảng viên Khoa Sư phạm, Trường Đại học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội đã giảng dạy và trang bị cho em những kiến thức cơ bản và vô cùng hữu ích trong học tập và nghiên cứu để hoàn thành khóa luận. Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến PGS. TS. Lê Thị Thu Hiền, người đã tận tình, chu đáo hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện khóa luận. Em xin gửi lời cảm ơn tới các bạn sinh viên lớp QH-2016S – Sư phạm Vật lý đã hỗ trợ em hoàn thành khóa luận.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hà Nội, tháng 6 năm 2020 Tác giả khóa luận
Nguyễn Thị Kim Huệ
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Viết đầy đủ
Viết tắt NXB
Nhà xuất bản
STEM
Sience, Technology, Engineering, Maths
MỤC LỤC MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................... 2 4. Khách thể và đối tượng nghiên cứu .............................................................. 2 5. Phương pháp nghiên cứu............................................................................... 3 6. Cấu trúc khóa luận ........................................................................................ 3 CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM TRONG MÔN VẬT LÝ .................................................... 4 1.1. Khái quát chung về STEM...................................................................... 4 1.1.1. Vài nét về lịch sử phát triển STEM ................................................... 4 1.1.2. Khái niệm STEM và giáo dục STEM ............................................. 6 1.1.3. Mục tiêu giáo dục STEM .................................................................. 8 1.1.4. Bản chất của dạy học theo định hướng giáo dục STEM .................. 9 1.2. Cơ sở lý luận của việc tổ chức dạy học STEM....................................... 9 1.3. Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông 2018 ............ 10 1.3.1. Định hướng chung .......................................................................... 10 1.3.2. Những nội dung liên quan đến giáo dục STEM thể hiện trong môn Vật lý ......................................................................................................... 11 1.3.3. Vai trò và ý nghĩa của giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông . 11 1.4. Quy trình xây dựng/thiết kế chủ đề/bài học STEM .............................. 13 1.4.1. Các tiêu chí xây dựng chủ đề/bài học STEM.................................. 13 1.4.2. Quy trình thiết kế chủ đề/bài học STEM......................................... 14 Kết luận chương I ............................................................................................ 16 CHƯƠNG II: XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ STEM TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÝ 12 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG MỚI ......................................................................................... 18
2.1. Chủ đề “Dòng điện xoay chiều” Vật lý 12 theo chương trình giáo dục phổ thông mới .............................................................................................. 18 2.1.1. Mục tiêu dạy học chủ đề “Dòng điện xoay chiều”......................... 18 2.1.2. Nội dung kiến thức chủ đề “Dòng điện xoay chiều”...................... 20 2.2. Xây dựng chủ đề STEM trong dạy học chủ đề “Dòng điện xoay chiều” Vật lý 12 chương trình giáo dục phổ thông mới .......................................... 25 2.2.1. Chủ đề “Truyền tải điện năng” ...................................................... 25 2.2.2. Chủ đề “Máy phát điện xoay chiều quay tay” ............................... 27 2.2.3. Chủ đề “Thiết kế mạch nguồn điện một chiều” ............................. 28 Kết luận chương II .......................................................................................... 30 CHƯƠNG III: TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÝ 12 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG MỚI .................................................................... 32 3.1. Kế hoạch dạy học chủ đề “Truyền tải điện năng” ................................ 32 3.2. Kế hoạch dạy học chủ đề “Máy phát điện xoay chiều quay tay” ......... 38 3.3. Kế hoạch dạy học chủ đề “Thiết kế mạch nguồn điện một chiều” ....... 43 Kết luận chương III ......................................................................................... 48 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ................................................................. 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 51 1. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2018), Chương trình giáo dục phổ thông mới. .. 51 2. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2019), Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông. ................................................................................................. 51 3. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2017), Sách giáo khoa Vật lí 12, tái bản lần thứ mười ba, NXB Giáo dục Việt Nam. ................................................................ 51 4. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2020), Tài liệu hướng dẫn giáo dục STEM cho giáo viên và cán bộ quản lí. ............................................................................ 51 5. Nguyễn Thanh Nga (2018), Dạy học chủ đề STEM cho học sinh trung học cơ sở và trung học phổ thông, NXB Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh. .... 51 6. Nguyễn Thanh Nga (2018), Thiết kế và tổ chức chủ đề STEM cho học sinh trung học cơ sở và trung học phổ thông, NXB Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh. ............................................................................................................... 51
TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN ............................................................................... 52 CHỦ ĐỀ STEM “MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU QUAY TAY” .......... 52
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong năm mươi năm qua, nền giáo dục nước ta đã đạt được nhiều thành tích to lớn trong sự nghiệp giải phóng, xây dựng và phát triển đất nước. Tuy nhiên nền giáo dục của đất nước chúng ta hiện nay vẫn còn chứa đựng một vài những bất cập, chưa vững chắc như: chú trọng quan tâm đến số lượng nhiều hơn chất lượng; chỉ quan tâm đến việc dạy “chữ” cho học sinh, việc cho học sinh có thể thực hành được các bài học vẫn chưa được đẩy mạnh, khiến cho kĩ năng thực hành, tư duy sáng tạo của học sinh sinh viên bị hạn chế rõ rệt,.. Để theo kịp tốc độ phát triển, đổi mới của đất nước trong bối cảnh nền kinh tế thị trường, phát triển và hội nhập với thế giới, việc thực hành cần được áp dụng từ ngay khi còn học phổ thông, để các em có thể phát triển tư duy, sáng tạo, chọn lựa cho mình những ngành nghề phù hợp nhất với bản thân. Nhìn chung, chất lượng và lực lượng của đội ngũ cán bộ giảng dạy ngày càng được nâng cao. Thế nhưng phương pháp giảng dạy của một số thầy cô vẫn mang tính thuyết giảng, làm cho học sinh sinh viên chỉ tiếp thu được một cách thụ động. Trong khoảng hai thập niên gần đây, giáo dục STEM đã trở nên phổ biến ở Mỹ và một số nước trên thế giới, là một chương trình giảng dạy dựa trên ý tưởng trang bị cho người học những kiến thức, kĩ năng liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học và người học có thể áp dụng để giải quyết vấn đề trong cuộc sống hằng ngày. Ở cấp trung học phổ thông, Vật lý là môn học thuộc nhóm môn Khoa học tự nhiên. Các phương pháp giáo dục của môn Vật lý góp phần phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo của người học, nhằm hình thành, phát triển năng lực Vật lý, làm cơ sở của nhiều ngành kĩ thuật, khoa học và công nghệ. 1
Hiện nay, ở Việt Nam, giáo dục STEM chưa thật sự trở thành một hoạt động giáo dục chính thức trong trường phổ thông tuy nhiên thông qua dạy học Vật lý theo định hướng STEM hứa hẹn sẽ tạo ra những con người có thể đáp ứng được nhu cầu công việc của thế kỷ 21, đáp ứng sự phát triển kinh tế, xã hội của quốc gia và có thể tác động tích cực đến sự thay đổi của nền kinh tế tri thức trong bối cảnh toàn cầu hóa. Vì những lý do trên, em đã chọn đề tài: “Tổ chức dạy học STEM chủ đề ‘Dòng điện xoay chiều’ Vật lý 12 chương trình giáo dục phổ thông mới” để tiến hành nghiên cứu. 2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng các chủ đề dạy học STEM phần “Dòng điện xoay chiều” Vật lý lớp 12 trong chương trình giáo dục phổ thông mới ở trường trung học phổ thông.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Xây dựng cơ sở lý luận và thực tiễn của việc tổ chức dạy học chủ đề STEM trong dạy học Vật lý trong chương trình giáo dục phổ thông mới. - Xây dựng chủ đề dạy học STEM nội dung “Dòng điện xoay chiều” Vật lý 12 chương trình giáo dục phổ thông mới. - Báo cáo kết quả và đánh giá quá trình. 4. Khách thể và đối tượng nghiên cứu 4.1. Khách thể nghiên cứu - Học sinh Trung học phổ thông. 4.2. Đối tượng nghiên cứu
2
- Quá trình dạy và học chủ đề STEM môn Vật lý của giáo viên và học sinh THPT. 5. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích và tổng hợp: Phân tích các tài liệu trong và ngoài nước về các nội dung liên quan đến phạm vi nghiên cứu của đề tài thành các đơn vị kiến thức, cho phép tìm hiểu các đặc thù, bản chất, cấu trúc của các lý luận. Từ đó tổng hợp các đơn vị kiến thức ấy thành các cơ sở lý luận đề tài.
6. Cấu trúc khóa luận Ngoài phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo, khóa luận được trình bày trong 3 chương: Chương I: Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc tổ chức dạy học STEM trong môn Vật lý Chương II: Xây dựng chủ đề STEM trong dạy học chủ đề “Dòng điện xoay chiều” Vật lý 12 chương trình giáo dục phổ thông mới Chương III: Tổ chức dạy học chủ đề STEM trong dạy học chủ đề “Dòng điện xoay chiều” Vật lý 12 chương trình giáo dục phổ thông mới
3
CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM TRONG MÔN VẬT LÝ 1.1. Khái quát chung về STEM 1.1.1. Vài nét về lịch sử phát triển STEM Giáo dục STEM trên thế giới a. Tại Hoa Kỳ Tại Hoa Kỳ, cụm từ này bắt đầu được sử dụng trong các hội thảo về giáo dục và nhập cư với các sáng kiến nhằm giải quyết sự thiếu hụt các ứng viên đủ điều kiện cho các công việc đòi hỏi kỹ thuật và trình độ công nghệ cao. Có công dân thành thạo trong các lĩnh vực STEM là một phần quan trọng trong chương trình giáo dục của Hoa Kỳ. STEM mở rộng phạm vi nghiên cứu kỹ thuật trong các ngành khác nhau và bắt đầu ở cấp thấp hơn. Điều này cũng nhằm mục đích mang lại giáo dục STEM cho tất cả học sinh, không chỉ các khóa học năng khiếu. Trong ngân sách năm 2012, Tổng thống Barack Obama đã đổi tên và mở rộng "Chương trình hợp tác khoa học và toán học" (MSP) để cung cấp các khoản tài trợ cho các tiểu bang để cải thiện hoạt động giáo dục ở đó. Nhiều công nghệ mới đã được sử dụng nhằm khuyến khích sự quan tâm của người dân đối với các lĩnh vực STEM. NASA cũng đã thực hiện các chương trình giảng dạy để thúc đẩy giáo dục STEM nhằm bổ sung các nhà khoa học, kỹ sư và nhà toán học, những người sẽ tiến hành thám hiểm không gian trong thế kỷ tới. b. Tại Hồng Kông Cho đến những năm gần đây, các trường học địa phương ở Hồng Kông vẫn chưa được thúc đẩy giáo dục STEM. Vào tháng 11 năm 2015, Bộ Giáo dục Hồng Kông đã ban hành một tài liệu có tên "Thúc đẩy giáo dục STEM"(
4
Promotion of STEM Education), đưa ra các chiến lược và đề xuất để thúc đẩy giáo dục STEM. c. Tại Châu Phi Các sáng kiến giáo dục STEM với phạm vi, quy mô, loại hình khác nhau cùng với đó là các tổ chức đang tham gia vào giáo dục STEM xuất hiện ngày càng nhiều. Tất cả đều chung tay vào việc phổ biến cải thiện giáo dục STEM trên lục địa này. d. Tại Úc Ở Úc, đã có nhiều kế hoạch và nỗ lực để thiết lập một phương pháp giáo dục STEM trên quy mô toàn quốc. Năm 2009, chương trình iSTEM (Invigorating STEM) đã được thành lập. Chương trình tập trung vào việc cung cấp các hoạt động STEM cho các sinh viên quan tâm và gia đình của họ. Thành công của chương trình trong việc làm giàu tri thức cho học sinh trung học đã khiến nhiều trường đại học và tổ chức khoa học ủng hộ chương trình. Giáo dục STEM ở Việt Nam Khác với các nước phát triển trên thế giới như Mỹ, giáo dục STEM du nhập vào Việt Nam không phải bắt nguồn từ các nghiên cứu khoa học giáo dục hay từ chính sách vĩ mô về nguồn nhân lực mà bắt nguồn từ các cuộc thi Robot dành cho học sinh từ cấp tiểu học dến phổ thông trung học do các công ty công nghệ tại Việt Nam triển khai cùng với các tổ chức nước ngoài. Từ đầu năm 2012, nhiều tổ chức giáo dục tư thục đã có các sáng kiến về giáo dục STEM. Đến năm 2015, Bộ Khoa học và Công nghệ Việt Nam và Liên minh STEM tổ chức ngày hội STEM lần đầu tiên, nhiều sự kiện tương tự trên toàn quốc liên tục diễn ra sau đó. Năm 2017, Thủ tướng Chính phủ ký Chỉ thị số 16 nêu rõ: "Thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phương pháp giáo dục và dạy nghề nhằm
5
tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp nhận các xu thế công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông" và yêu cầu Bộ Giáo dục và Đào tạo thúc đẩy triển khai giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông; thí điểm tại một vài trường phổ thông phân bố trên phạm vi cả nước. Nâng cao năng lực nghiên cứu và giảng dạy trong các tổ chức giáo dục đại học; cần thiết tăng cường giáo dục kỹ năng, kiến thức, tư duy sáng tạo, khả năng thích ứng với những yêu cầu của cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ 4. Các trường khối tư thục như hệ thống trường PTLC Quốc tế Gateway, trường quốc tế Tây Úc ... đã đưa STEM vào trong chương trình giảng dạy. 1.1.2. Khái niệm STEM và giáo dục STEM a. Khái niệm STEM STEM là thuật ngữ dùng để chỉ các ngành học về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Trong đó Khoa học (Science) là những kiến thức về Vật lý, Hóa học, Sinh học,.. cung cấp những tri thức nền tảng giúp học sinh hiểu rõ về bản chất của sự vật. Công nghệ (Technology) là hệ thống kiến thức về quy trình kĩ thuật và phương pháp, thiết bị để tạo ra hàng hóa và cung cấp dịch vụ. Kĩ thuật (Engineering) là việc áp dụng các kiến thức khoa học, kinh tế, xã hội để thiết kế, xây dựng, chế tạo, duy trì và cải tiến các máy móc, vật liệu và các thiết bị phục vụ nhu cầu của con người. Toán học (Mathematics) là khả năng phân tích, biện luận, tính toán của học sinh trong quá trình giải quyết vấn đề. STEM là thuật ngữ rút gọn khi nói về các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học của các quốc gia. Khi đề cập tới
6
STEM là muốn nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục đối với các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. b. Khái niệm giáo dục STEM Có thể hiểu bản chất của giáo dục STEM chính là trang bị cho người học những kiến thức và kỹ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Những kiến thức và kỹ năng này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau để giúp học sinh vừa nắm rõ được về nguyên lý vừa có thể áp dụng vào thực tiễn, thực hành để tạo ra được những sản phẩm phục vụ giải quyết các vấn đề trong cuộc sống hằng ngày. Với kỹ năng khoa học, học sinh được trang bị những kiến thức về khái niệm, các nguyên lý, các định luật và các cơ sở lý thuyết của khoa học. Thông qua giáo dục khoa học, học sinh hình thành được phương pháp tư duy khoa học, có khả năng liên kết các kiến thức để thực hành và tư duy để sử dụng kiến thức vào thực tiễn giải quyết các vấn đề trong thực tế cuộc sống. Với kỹ năng công nghệ, học sinh có khả năng sử dụng, quản lý, hiểu biết, và truy cập được công nghệ, từ những vật dụng đơn giản như cái bút, chiếc quạt đến những hệ thống phức tạp như mạng Internet, máy móc. Về kỹ năng kĩ thuật, học sinh được trang bị kiến thức về đối tượng, hiểu được quy trình để làm ra nó từ đó thiết kế, xây dựng và cải tiến sản phẩm. Để làm được điều này, học sinh phải có khả năng tổng hợp, liên kết và cân bằng các yếu tố liên quan để có được một giải pháp tốt nhất trong việc thiết kế và xây dựng quy trình. Ngoài ra học sinh còn có khả năng nhìn nhận ra nhu cầu và phản ứng của xã hội trong những vấn đề liên quan đến kỹ thuật. Và cuối cùng, kỹ năng toán học là khả năng nhìn nhận và nắm bắt được vai trò của toán học trong mọi khía cạnh tồn tại trên thế giới. Học sinh có kỹ
7
năng toán học sẽ có khả năng thể hiện các ý tưởng một cách chính xác, có khả năng áp dụng các khái niệm và kỹ năng toán học vào cuộc sống hằng ngày. 1.1.3. Mục tiêu giáo dục STEM Bên cạnh thực hiện đầy đủ mục tiêu giáo dục đã nêu trong chương trình giáo dục phổ thông, giáo dục STEM còn hướng đến các mục tiêu: - Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học thuộc về STEM: Là những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn học Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Học sinh biết được cách liên kết các kiến thức lại với nhau để giải quyết các vấn đề thực tiễn, chế tạo sản phẩm. - Phát triển các năng lực cốt lõi: Chuẩn bị cho học sinh những cơ hội cũng như là thách thức trong sự cạnh tranh kinh tế toàn cầu dựa trên bối cảnh hiện nay. Ngoài những kiến thức liên quan đến các môn học thì học sinh sẽ được phát triển tư duy, khả năng hợp tác, giao tiếp,… - Định hướng nghề nghiệp: Với học sinh phổ thông, việc theo học các môn học STEM còn có ảnh hưởng tích cực tới khả năng lựa chọn nghề nghiệp tương lai. Khi được học nhiều dạng kiến thức trong một thể tích hợp, học sinh sẽ chủ động thích thú với việc học tập thay vì thái độ e ngại hoặc tránh né một lĩnh vực nào đó, từ đó sẽ khuyến khích học sinh có định hướng tốt hơn khi chọn chuyên ngành cho các bậc học cao hơn và sự chắc chắn cho cả sự nghiệp về sau.Những học sinh học theo cách tiếp cận giáo dục STEM đều có những ưu thế nổi bật như: kiến thức khoa học, kỹ thuật, công nghệ và toán học chắc chắn; khả năng sáng tạo, tư duy logic; hiệu suất học tập và làm việc vượt trội; và có cơ hội phát triển các kỹ năng mềm toàn diện hơn.
8
1.1.4. Bản chất của dạy học theo định hướng giáo dục STEM Thực chất việc dạy học theo định hướng giáo dục STEM mang những nét bản chất của dạy học tích hợp và dạy học định hướng năng lực. Vì vậy mà nó có một số đặc điểm chính sau đây: - Tính tích hợp: Nội dung học tập mang tính tích hợp kiến thức thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật, Toán học trên cơ sở tiếp cận thực tiễn cuộc sống. - Tính thiết kế: Dạy học theo định hướng giáo dục STEM là hoạt động định hướng thực hành và định hướng sản phẩm trong việc tổ chức hoạt động dạy học, được chi phối bởi những sản phẩm đã được thỏa thuận giữa GV và HS. Do vậy, tư tưởng thiết kế là một đặc điểm quan trọng khi giáo dục STEM xuất phát từ Công nghệ và Kĩ thuật. - Tính toàn diện: Giáo dục STEM nói chung nhằm hướng tới mọi đối tượng HS không phụ thuộc giới tính, dân tộc, vùng miền bởi mục tiêu của giáo dục STEM là đảm bảo cho tất cả các công dân có năng lực về STEM, tăng cường sự đóng góp của cộng đồng cho các thành tựu về kinh tế, khoa học, kĩ thuật… Bên cạnh đó những vấn đề trong thực tiễn cuộc sống luôn đem đến cho con người những cảm xúc nhất định. Dạy học theo định hướng giáo dục STEM tạo môi trường giả lập, chứa đựng nhiều phong cách học tập khác nhau đem đến cho HS những cơ hội trải nghiệm hành động và trải nghiệm cảm xúc. Dạy học theo định hướng giáo dục STEM là nhấn mạnh việc học tập trong những điều kiện phức hợp nhưng vẫn đảm bảo việc nắm vững những kiến thức cơ bản, rèn luyện những kĩ năng cơ bản. 1.2. Cơ sở lý luận của việc tổ chức dạy học STEM Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018 chủ trương định hướng phát triển phẩm chất và năng lực của học sinh. Do đó, phương pháp dạy học
9
và cách thức kiểm tra đánh giá cũng cần phải thay đổi để phù hợp với chương trình. Các phương pháp và tổ chức dạy học phải làm sáng tỏ mối quan hệ giữa nội dung bài học và vấn đề thực tiễn. Giáo viên phải tạo điều kiện để học sinh tìm hiểu và giải quyết vấn đề thông qua việc chủ động tiếp thu kiến thức. Mà giáo dục STEM chính là thông qua các hoạt động học, giáo viên để học sinh tìm ra các cách giải quyết vấn đề mà bài học/chủ đề STEM xuất phát từ những vấn đề thực tiễn. Một số phương pháp – hình thức tổ chức dạy học có thể áp dụng cho giáo dục STEM và dạy học phát triển năng lực – phẩm chất học sinh như: - Dạy học dựa trên vấn đề: Ngay từ giai đoạn đầu của một đơn vị bài giảng, học sinh sẽ được tiếp cận với một vấn đề. Sau đó học sinh sẽ phải tự tìm tòi để xác định những nguồn thông tin giúp giải quyết vấn đề. Ở đây, thảo luận nhóm sẽ là hoạt động cốt lõi và giáo viên chỉ đóng vai trò là người hỗ trợ. - Dạy học dự án: Là phương pháp/hình thức tổ chức dạy học tích cực rất phù hợp với các hoạt động của giáo dục STEM. Học sinh có đủ thời gian, không gian để giải quyết vấn đề, chế tạo sản phẩm. - Dạy học theo chủ đề: Là mô hình kết hợp giữa dạy học truyền thống và hiện đại. Không đơn thuần là truyền thụ kiến thức, giáo viên đóng vai trò là người hướng dẫn học sinh tự tìm tòi thông tin, sử dụng kiến thức liên quan để giải quyết các nhiệm vụ có ý nghĩa thực tiễn. 1.3. Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông 2018 1.3.1. Định hướng chung Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư đã đánh dấu một bước tiến mới – xã hội chuyển sang nền kinh tế kỹ thuật số, cho phép cải thiện năng suất và khả năng cạnh tranh vô cùng lớn. Để đào tạo ra nguồn nhân lực đáp ứng được những yêu cầu trong thời đại công nghệ sản xuất mới, Thủ tướng đã đề ra 10
những giải pháp và nhiệm vụ thúc đẩy giáo dục STEM tại Việt Nam. Trong đó chủ yếu nhấn mạnh việc đào tạo về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học, ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông. Việc ban hành chỉ thị số 16 ngày 4/5/2017 của Thủ tướng chính phủ chính thức đánh dấu bước tiến mới của giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông. Trong Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018 mới, giáo dục STEM vừa mang nghĩa thúc đẩy giáo dục các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật, và toán học vừa thể hiện tính liên môn, phát triển năng lực và phẩm chất người học. 1.3.2. Những nội dung liên quan đến giáo dục STEM thể hiện trong môn Vật lý Là một trong những môn khoa học thực nghiệm, có nhiệm vụ nghiên cứu và mô tả các sự vật hiện tượng và vật chất, đối tượng nghiên cứu của Vật lý đi từ chuyển động của các hạt cơ bản đến cấu trúc vi mô của vũ trụ. Do đó, Vật lý học là cơ sở cho ngành Vật lý ứng dụng chuyên nghiên cứu công nghệ mới nhằm phục vụ đời sống xã hội. Giáo dục STEM giúp liên kết kiến thức Vật lý với các môn học khác, theo đó, học sinh có cơ hội vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn cuộc sống qua đó sẽ có những trải nghiệm ý nghĩa trong quá trình học, dẫn đến hình thành sự hứng thú, yêu thích, đam mê với môn học. Ngoài ra, khi dạy học kỹ thuật và công nghệ, sự tích hợp giữa Vật lý và hai lĩnh vực này càng được làm rõ. 1.3.3. Vai trò và ý nghĩa của giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông - Đảm bảo giáo dục toàn diện: Các môn Toán học, Khoa học vốn nhận được sự quan tâm nhiều hơn từ nhà trường và xã hội, giáo dục STEM giúp lĩnh vực Công nghệ, Kỹ thuật được quan tâm và đầu tư đúng mức, từ đội ngũ giáo viên, chương trình giáo dục và cả cơ sở vật chất.
11
- Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: Giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng các kiến thức môn học để giải quyết vấn đề thực tiễn, từ đó tạo điều kiện để học sinh trải nghiệm và thấy được ý nghĩa của tri thức đối đời sống, giúp nảy sinh hứng thú học tập. - Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho học sinh: Trong các buổi học STEM, học sinh phải hợp tác với nhau, tự giác tìm hiểu, thực hiện các nhiệm vụ học tập. Các hoạt động giúp học sinh hình thành và rèn luyện các phẩm chất và năng lực của mình. - Kết nối trường học với cộng đồng: Một bài học/chủ đề STEM thường gắn với một bối cảnh thực hoặc vấn đề có tính đặc thù ở địa phương của học sinh. Bên cạnh đó, giáo dục STEM cần sự hỗ trợ từ nhà trường, gia đình học sinh, các trường đào tạo nghề, các công ty, doanh nghiệp, các tổ chức giáo dục,… để có được nguồn nhân lực và vật lực, nhằm đảm bảo hiệu quả của giáo dục STEM. - Hướng nghiệp, phân luồng: Khi học sinh có được các trải nghiệm liên quan đến lĩnh vực STEM, học sinh sẽ thể tự đánh giá hoặc nhận được đánh giá về sự phù hợp của bản thân, năng khiếu, đam mê với các nghề nghiệp trong lĩnh vực STEM. Từ đó giúp học sinh đưa ra lựa chọn nghề nghiệp tốt hơn. - Thích ứng với cách mạng công nghiệp 4.0: Cùng với sự phát triển của khoa học, kỹ thuật, công nghệ, nhu cầu về việc làm liên quan đến STEM ngày một lớn. Và như một lẽ tất yếu, giáo dục cũng phải thay đổi để đáp ứng được nhu cầu của xã hội. Mà giáo dục STEM chính chìa khóa.
12
1.4. Quy trình xây dựng/thiết kế chủ đề/bài học STEM 1.4.1. Các tiêu chí xây dựng chủ đề/bài học STEM Tiêu chí 1: Chủ đề bài học STEM cần tập trung vào vấn đề của thực tiễn Trong các bài học STEM, học sinh được đặt vào các vấn đề cần tìm giải pháp ở đời sống thực tế. Tiêu chí 2: Cấu trúc bài học STEM theo quy trình thiết kế kỹ thuật Quy trình thiết kế kỹ thuật cung cấp một tiến trình linh hoạt đưa học sinh từ việc xác định một vấn đề hoặc một yêu cầu thiết kế đến sáng tạo và phát triển giải pháp. Trong quy trình thiết kế kỹ thuật, các nhóm học sinh thử nghiệm các ý tưởng dựa trên nghiên cứu của mình, sử dụng nhiều cách tiếp cận khác nhau mắc sai lầm, chấp nhận và học từ sai lầm, và thử lại. Sự tập trung của học sinh là phát triển các giải pháp. Tiêu chí 3: Phương pháp dạy học bài học STEM đưa học sinh vào hoạt động tìm tòi và khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm và sản phẩm Trong bài học STEM, hoạt động của học sinh được thực hiện theo hướng mở có “ khuôn khổ” về các điều kiện ma học sinh được sử dụng (chẳng hạn các vật liệu khả dụng). Hoạt động học của học sinh là hoạt động được chuyển giao và hợp tác; các quyết định về giải pháp giải quyết vấn đề là của chính học sinh. Học sinh thực hiện các hoạt động trao đổi thông tin để chia sẻ ý tưởng và tái thiết kế nguyên mẫu của mình nếu cần. Học sinh tự điều chỉnh các ý tưởng của mình và thiết kế hoạt động khám phá của bản thân. Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn học sinh vào hoạt động nhóm kiến tạo
13
Giúp học sinh làm việc cùng nhau như một nhóm kiến tạo không bao giờ là một việc dễ dàng. Tuy nhiên, việc này sẽ trở nên dễ dàng hơn nếu tất cả giáo viên STEM ở trường làm việc cùng nhau để áp dụng làm việc nhóm, sử dụng cùng một ngôn ngữ, tiến trình và mong đợi cho học sinh. Làm việc nhóm trong thực hiện các hoạt động của bài học STEM là cơ sở phát triển năng lực giao tiếp và hợp tác. Tiêu chí 5: Nội dung bài học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học và toán học mà học sinh đã và đang học Trong các bài học STEM, giáo viên cần kết nối và tích hợp một cách có mục đích nội dung từ các chương trình khoa học, công nghệ và toán. Lập kế hoạch để hợp tác với các giáo viên toán, công nghệ và khoa học khác để hiểu rõ nội hàm của việc làm thế nào để các mục tiêu khoa học có thể tích hợp trong một bài học đã cho. Từ đó, học sinh dần thấy rằng khoa học, công nghệ và toán không phải là các môn học độc lập, mà chúng liên kết với nhau để giải quyết các vấn đề. điều đó có liên quan đến việc học toán, công nghệ và khoa học của học sinh. Tiêu chí 6: Tiến trình học bài STEM tính đến có nhiều đáp án đúng và coi sự thất bại như một phần cần thiết trong học tập Một câu hỏi nghiên cứu đặt ra, có thể đề xuất nhiều giả thuyết khoa học; một vấn đề cần giải quyết, có thể đề xuất nhiều phương án, và lựa chọn phương án tối ưu. Trong các giả thuyết khoa học, chỉ có một giả thuyết đúng. Ngược lại, các phương án giải quyết vấn đề đều khả thi, chỉ khác nhau ở mức độ tối ưu khi giải quyết vấn đề. 1.4.2. Quy trình thiết kế chủ đề/bài học STEM - Lựa chọn nội dung cụ thể trong môn học
14
Nội dung cụ thể trong môn học được lựa chọn để dạy theo định hướng giáo dục STEM có thể là một nhóm bài, một chương hay một phần. Việc lựa chọn này để đảm bảo rằng các kiến thức sẽ được áp dụng để giải quyết những vấn đề thực tiễn của chủ đề giáo dục STEM sau này không khiên cưỡng. Bởi không phải nội dung nào, bài nào khi dạy theo định hướng STEM cũng hiệu quả hay phù hợp. - Kết nối với những sản phẩm, vật phẩm ứng dụng trong thực tế Với nội dung đã lựa chọn giáo viên nghiên cứu và xem xét những kiến thức từ nội dung đó đã được ứng dụng trong thực tiễn như thế nào. Những biểu hiện của kiến thức đó trong thực tiễn cuộc sống. Kiến thức đó đã được ứng dụng vào thiết bị gì? Sản phẩm gì? Hệ thống nào? Quy trình nào? Lĩnh vực nào?... Đây chính là cơ sở hình thành ý tưởng cho chủ đề giáo dục STEM. - Phân tích ứng dụng Trên cơ sở của bước 2, giáo viên thực hiện bước phân tích ứng dụng để tìm hiểu các quy trình, giai đoạn và các kiến thức được sử dụng để tạo ra ứng dụng/sản phẩm. Đây là cơ sở để GV xây dựng những hoạt động, nhiệm vụ học tập trong chủ đề sao cho đảm bảo tính vừa sức với HS. Định rõ những thách thức mà HS sẽ phải giải quyết. - Chỉ ra các kiến thức liên quan trong các môn học thuộc lĩnh vực STEM GV sẽ xem xét những kiến thức đóng góp cho việc tạo ra các ứng dụng trên thuộc các lĩnh vực nào đặc biệt là với các môn học thuộc lĩnh vực STEM. Việc chỉ ra các kiến thức liên quan trong ứng dụng nhiều khi cần sự hợp tác với các GV thuộc các lĩnh vực khác để đảm bảo một cái nhìn toàn diện và sâu
15
sắc những kiến thức đã được sử dụng và là cơ sở để lựa chọn được những kiến thức phù hợp với chương trình học tập của HS. - Hình thành chủ đề Thông tin chung của một chủ đề gồm: + Tên chủ đề + Mục tiêu + Liên hệ chương trình + Những năng lực hướng tới hình thành và phát triển Giáo dục STEM nhằm mục tiêu vận dụng kiến thức giải quyết các vấn đề mang tính thực tiễn. Để giải quyết vấn đề STEM hay thiết kế sản phẩm STEM cần vận dụng kiến thức thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Sự tham gia về số lượng các môn, mức độ chuyên sâu về kiến thức của các môn học nói trên trong việc giải quyết vấn đề STEM sẽ phản ánh tính phức hợp và độ khó của vấn đề. Phạm vi tác động của vấn đề STEM cần giải quyết (tới cá nhân, cộng đồng xã hội hay toàn cầu) sẽ quyết định tính chất, tầm ảnh hướng của vấn đề STEM. Do vậy, song song với 5 bước để xây dựng một chủ đề giáo dục STEM như trên, khi xây dựng chủ đề giáo dục STEM cần xem xét trên các góc độ: vấn đề thực tiễn của cuộc sống, phạm vi tác động và độ phức tạp của vấn đề STEM. Kết luận chương I Chương I đã trình bày về cơ sở lý luận của giáo dục STEM, một cách thức tổ chức chương trình giảng dạy thực tế tích hợp nội dung kiến thức của các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học qua đó rèn luyện tư duy đa chiều, giúp người học thấy được sự gắn bó chặt chẽ giữa kiến thức của 16
các môn học khác nhau, giữa lý thuyết và thực tế. Kiến thức sẽ đến với người học một cách tự nhiên, không gò bó theo lý thuyết từng chương mà từ những tình huống cụ thể mà người học đã cùng nhau thảo luận và giải quyết. Học theo định hướng STEM giúp khơi gợi niềm đam mê khám phá tri thức ở người học vì đó là những gì thực tế xung quanh cuộc sống. Người học cũng sẽ dần quan tâm đến nghề nghiệp của mình trong trương lai. Cơ hội nghề nghiệp trong các lĩnh vực STEM đang phát triển với một gia tốc cực lớn và với mức thu nhập cao hơn và tất cả đều đóng vai trò rất quan trọng trong việc phát triển kinh tế xã hội.
17
CHƯƠNG II: XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ STEM TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÝ 12 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG MỚI 2.1. Chủ đề “Dòng điện xoay chiều” Vật lý 12 theo chương trình giáo dục phổ thông mới 2.1.1. Mục tiêu dạy học chủ đề “Dòng điện xoay chiều” a. Kiến thức - Nêu được: công suất toả nhiệt trung bình trên điện trở thuần bằng một nửa công suất cực đại của dòng điện xoay chiều hình sin (chạy qua điện trở thuần này). - Mô tả được bằng biểu thức đại số hoặc đồ thị: cường độ dòng điện, điện áp xoay chiều; so sánh được giá trị hiệu dụng và giá trị cực đại. - Nêu được nguyên tắc hoạt động của máy biến áp. - Nêu được ưu điểm của dòng điện và điện áp xoay chiều trong truyền tải năng lượng điện về phương diện khoa học và kinh tế. b. Kĩ năng - Thiết kế phương án hoặc lựa chọn phương án và thực hiện phương án, khảo sát được đoạn mạch xoay chiều RLC mắc nối tiếp bằng dụng cụ thực hành. - Thiết kế phương án, chọn phương án, thực hiện phương án, đo được (hoặc mô tả được phương pháp đo): tần số, điện áp xoay chiều bằng dụng cụ thực hành. - Đánh giá được vai trò của máy biến áp trong việc giảm hao phí năng lượng điện khi truyền dòng điện đi xa.
18
- Thực hiện thí nghiệm, vẽ được đồ thị biểu diễn quan hệ giữa dòng điện chạy qua diode bán dẫn và điện áp giữa hai cực của nó. - Vẽ được mạch chỉnh lưu nửa chu kì sử dụng diode. - Vẽ được mạch chỉnh lưu cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu. - So sánh được đồ thị chỉnh lưu nửa chu kì và chỉnh lưu cả chu kì. - Thuyết trình, bày tỏ quan điểm cá nhân. c. Thái độ - Hình thành được đức tính cẩn thận,trung thực, kiên trì, ý thức trách nhiệm trong khi làm nhiệm vụ. - Nhận thức được tầm quan trọng của dòng điện xoay chiều và các ứng dụng liên quan trong thực tế đời sống. - Chủ động đề xuất các phương án, ý kiến cá nhân. - Tôn trọng, tin tưởng, phối hợp, hợp tác với các thành viên trong nhóm khi làm nhiệm vụ. - Nghiêm túc khi làm việc. - Biết tiết kiệm các nguyên vật liệu, có ý thức giữ gìn của chung (thiết bị ở phòng thí nghiệm,…) - Tuân thủ các nguyên tắc an toàn về điện. d. Định hướng phát triển năng lực - Tìm tòi, khám phá về các kiến thức xung quanh. - Sử dụng công nghệ thông tin để tìm kiếm và chia sẻ tài liệu.
19
- Tính toán, nghiên cứu trên thí nghiệm để kiểm chứng hoặc bác bỏ một giả thuyết. - Ứng dụng các kiến thức đã học để giải quyết vấn đề thực tiễn. - Giao tiếp, hợp tác. 2.1.2. Nội dung kiến thức chủ đề “Dòng điện xoay chiều” 2.1.2.1. Các đặc trưng của dòng điện xoay chiều + Khái niệm về dòng điện xoay chiều: Là dòng điện có cường độ biến thiên tuần hoàn với thời gian theo quy luật của hàm số sin hay côsin, với dạng tổng quát: 𝑖 = 𝐼0 cos(𝜔𝑡 + 𝜑) Điện áp tức thời hai đầu mạch: 𝑢 = 𝑈0 cos 𝜔𝑡 + Những đại lượng đặc trưng cho dòng điện xoay chiều : - Các giá trị tức thời, cực đại, hiệu dụng của cường độ dòng điện, điện áp,… - Tần số góc, tần số và chu kỳ. - Pha và pha ban đầu. + Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều: Người ta tạo ra dòng điện xoay chiều bằng máy phát điện xoay chiều hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. + Giá trị hiệu dụng:
20
Thực nghiệm chứng tỏ rằng, dòng điện xoay chiều cũng có tác dụng nhiệt như dòng điện một chiều. Khi cho dòng điện xoay chiều chạy qua một dây dẫn có điện trở R thì dây dẫn ấy nóng lên. Điều đó chứng tỏ có một nhiệt lượng tỏa ra trong dây dẫn. Nhiệt lượng này bằng điện năng tiêu thụ trong R. Nếu i là cường độ tức thời chạy qua R, thì công suất tức thời tiêu thụ trong R cũng được tính theo công thức: 𝑝 = 𝑅𝑖 2 = 𝑅𝐼0 2 𝑐𝑜𝑠 2 𝜔𝑡 1
Giá trị trung bình của p trong một chu kì là: 𝒫 = 𝑝̅ = 𝑅𝐼0 2 2
→ Công suất toả nhiệt trung bình trên điện trở thuần bằng một nửa công suất cực đại của dòng điện xoay chiều hình sin (chạy qua điện trở thuần này). Giá trị hiệu dụng =
Giá trị cực đại √2
2.1.2.2. Máy biến áp Là những thiết bị có khả năng biến đổi điện áp xoay chiều. + Cấu tạo và nguyên tắc của máy biến áp Máy biến áp gồm hai cuộn dây có số vòng khác nhau quấn trên một lõi sắt kín. Lõi thường được làm bằng các lá sắt hoặc thép pha silic, ghép cách điện với nhau để giảm hao phí điện năng do dòng Fu-cô. Các cuộn dây thường làm bằng đồng, đặt cách điện với nhau và được cách điện với lõi. Hoạt động của máy biến áp dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Một trong hai cuộn của máy biến áp được nối với nguồn điện xoay chiều, gọi là cuộn sơ cấp. Cuộn thứ hai được nối với tải tiêu thụ, gọi là cuộn thứ cấp. Dòng điện xoay chiều chạy trong cuộn sơ cấp gây ra từ thông biến thiên qua cuộn thứ cấp, làm xuất hiện trong cuộn thứ cấp một suất điện động xoay chiều. 21
+ Sự biến đổi điện áp và cường độ dòng điện qua máy biến áp 𝐼1 𝑈2 = 𝐼2 𝑈1 Trong đó, 𝐼1 , 𝑈1 là cường độ dòng điện và điện áp ở cuộn sơ cấp; 𝐼2 , 𝑈2 là cường độ dòng điện và điện áp ở cuộn thứ cấp. + Truyền tải điện năng Điện năng truyền tải đi xa thường bị tiêu hao đáng kể, chủ yếu do tỏa nhiệt trên đường dây. Gọi R là điện trở đường dây, 𝒫 là công suất truyền đi, U là điện áp ở nơi phát, 𝑐𝑜𝑠𝜑 là hệ số công suất của mạch điện thì công suất hao phí trên dây là: ∆𝒫 = 𝑅𝐼 2 𝒫2 ∆𝒫 = 𝑅 (𝑈𝑐𝑜𝑠𝜑)2 Đối với một hệ thống truyền tải điện năng với 𝑐𝑜𝑠𝜑 và 𝒫 xác định, có hai cách giảm ∆𝒫 Cách thứ nhất: giảm điện trở R của đường dây
22
Cách thế hai: tăng điện áp U ở nơi phát điện và giảm điện áp ở nơi tiêu thụ điện tới giá trị cần thiết. 2.1.2.3. Chỉnh lưu dòng điện xoay chiều + Điốt chỉnh lưu: Dùng để chỉnh lưu dòng điện xoay chiều. Nó hoạt động trên cơ sở tính chất chỉnh lưu của lớp chuyển tiếp p-n. Kí hiệu:
Đồ thị biểu diễn quan hệ giữa dòng điện chạy qua điốt bán dẫn và điện áp giữa hai cực của nó:
Mạch chỉnh lưu nửa chu kì sử dụng diode:
23
Mạch chỉnh lưu cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu:
Đồ thị chỉnh lưu nửa chu kì sử dụng điốt:
Đồ thị chỉnh lưu cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu:
24
2.2. Xây dựng chủ đề STEM trong dạy học chủ đề “Dòng điện xoay chiều” Vật lý 12 chương trình giáo dục phổ thông mới 2.2.1. Chủ đề “Truyền tải điện năng” 2.2.1.1. Vấn đề thực tiễn Phân phối và truyền tải điện năng là một bài toán cực kì quan trọng đối với mọi quốc gia. Trong bài toán đó, một vấn đề được đặt ra là giảm tối đa hao phí điện năng trên đường dây truyền tải. Để làm được điều đó, người ta đã sử dụng máy biến áp. Vậy máy biến áp có cấu tạo và nguyên lí hoạt động ra sao? Dựa trên việc tìm hiểu đó, hãy tạo ra một máy biến áp của riêng mình. 2.2.1.2. Hình thành ý tưởng chủ đề Định hướng, hỗ trợ quá trình làm việc của học sinh, đánh giá cải tiến sản phẩm.
Tìm hiểu và chế tạo một máy biến áp Truyền tải điện năng Máy biến áp, hệ thống điện lưới quốc gia
Dây đồng, lõi sắt non,…
2.2.1.3. Kiến thức STEM trong chủ đề - Khoa học: Hiện tượng cảm ứng điện từ, công suất tỏa nhiệt. - Công nghệ: Đặc tính của dây đồng, lõi thép non,... - Kĩ thuật: Sơ đồ cấu tạo của máy biến áp, kí hiệu máy biến áp trong mạch điện, sơ đồ truyền tải và phân phối điện năng.
25
- Toán học: Tính toán sự biến đổi điện áp và cường độ dòng điện qua máy biến áp. 2.2.1.4. Mục tiêu chủ đề • Kiến thức: - Nêu được nguyên tắc hoạt động của máy biến áp. - Nêu được ưu điểm của dòng điện và điện áp xoay chiều trong truyền tải năng lượng điện về phương diện khoa học và kinh tế. - Đánh giá được vai trò của máy biến áp trong việc giảm hao phí năng lượng điện khi truyền dòng điện đi xa. • Kĩ năng: - Thiết kế bản vẽ kĩ thuật. - Giao tiếp và hợp tác. - Thu thập và xử lí số liệu. - Thuyết trình. • Thái độ: - Nhận thức được vai trò của máy biến áp trong việc giảm hao phí năng lượng điện khi truyền dòng điện đi xa. - Cẩn thận, chính xác trong quá trình thiết kế và tính toán các thông số liên quan. - Tuân thủ các quy tắc an toàn về điện. 2.2.1.5. Câu hỏi định hướng - Để giảm hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây, ta nên giảm r hay tăng 𝑈𝑝ℎ𝑎𝑡 ? Nếu giảm r thì có những hạn chế gì? - Máy biến áp có cấu tạo như thế nào? - Nguyên tắc hoạt động của máy biến áp là gì?
26
2.2.2. Chủ đề “Máy phát điện xoay chiều quay tay” 2.2.2.1. Vấn đề thực tiễn Sản xuất điện năng là giai đoạn đầu tiên trong quá trình cung cấp điện năng đến người tiêu dùng, các giai đoạn tiếp theo là truyền tải và phân phối điện năng. Thực chất việc sản xuất điện năng là biến đổi từ các dạng năng lượng khác sang năng lượng điện. Điện năng được sản xuất ra theo nhiều cách khác nhau, phần lớn được sản xuất bởi các máy phát điện tại các nhà máy điện với nguyên lí hoạt động chung dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ. Còn điều gì thú vị hơn khi chế tạo được một máy phát điện xoay chiều có thể thắp sáng được những bóng đèn LED này chứ. 2.2.2.2. Hình thành ý tưởng chủ đề Tìm hiểu và chế tạo một máy phát điện xoay chiều
Hiện tượng cảm ứng điện từ
Định hướng, hỗ trợ quá trình làm việc của học sinh, đánh Máy phát điện xoay chiều quay tay
Dây đồng, nam châm, ống nhựa, đèn LED,…
2.2.2.3. Kiến thức STEM trong chủ đề - Khoa học: Kiến thức về dòng điện xoay chiều; Phương pháp đo tần số, điện áp xoay chiều bằng dụng cụ thực hành. - Công nghệ: Dây đồng, đèn led, ống nhựa, nam châm, băng dính, dây nối, kéo, cưa, súng bắn keo,… - Kĩ thuật: Bản vẽ mô hình máy phát điện xoay chiều. 27
- Toán học: Tính toán độ lớn điện áp thu được, số vòng dây, từ trường của nam châm,… 2.2.2.4. Mục tiêu chủ đề • Kiến thức: - Trình bày được nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều. - Phương pháp đo tần số, điện áp xoay chiều. • Kĩ năng: - Mô tả được bằng biểu thức đại số hoặc đồ thị: cường độ dòng điện, điện áp xoay chiều. - Làm việc nhóm, hợp tác giữa các thành viên để hoàn thành nhiệm vụ. - Thu thập và xử lí số liệu. - Thiết kế, xây dựng mô hình. • Thái độ: - Cẩn thận, tỉ mỉ khi thiết kế mô hình. - Tò mò, thích thú khám phá cách mà các dạng năng lượng tái tạo được chuyển thành năng lượng điện. 2.2.2.5. Câu hỏi định hướng - Nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều là gì? - Làm thế nào để tăng suất điện động của máy phát? 2.2.3. Chủ đề “Thiết kế mạch nguồn điện một chiều” 2.2.3.1. Vấn đề thực tiễn Hệ thống điện mà chúng ta sử dụng trong quy mô hộ gia đình là dòng điện xoay chiều 220V-50Hz. Tuy nhiên có một số thiết bị điện lại yêu cầu điện áp đầu vào là điện áp một chiều và có độ lớn nhỏ hơn rất nhiều. Khi đó,
28
cần thiết phải tạo ra một mạch có tác dụng tạo điện áp đầu ra phù hợp với thiết bị. 2.2.3.2. Hình thành ý tưởng chủ đề
Tìm hiểu và vẽ sơ đồ mạch nguồn điện một chiều
Máy biến áp, công suất biến áp, điốt chỉnh lưu, tụ điện, định luật Ôm.
Thiết kế mạch nguồn điện một chiều
Định hướng, hỗ trợ quá trình làm việc của học sinh, đánh giá cải tiến sản phẩm.
Đế cách điện, dây dẫn, điốt, tụ điện, …
2.2.3.3. Kiến thức STEM trong chủ đề - Khoa học: Kiến thức về chỉnh lưu, máy biến áp, điện áp trong mạnh điện kín. - Công nghệ: Điốt, điện trở, dây dẫn, tụ điện, mỏ hàn, đế cách điện. - Kĩ thuật: Sơ đồ mạch điện. - Toán học: Tính toán các thông số để tìm ra linh kiện phù hợp. 2.2.3.4. Mục tiêu chủ đề • Kiến thức: - Phân tích được nguyên lí làm việc của mạch điện. 29
- Trình bày được nguyên tắc chung và các bước thiết kế mạch điện tử. • Kĩ năng: - Nhận dạng được các linh kiện và vẽ được sơ đồ mạch điện. - Vẽ được đồ thị biểu diễn quan hệ giữa dòng điện chạy qua diode bán dẫn và điện áp giữa hai cực của nó. - Vẽ được mạch chỉnh lưu nửa chu kì sử dụng diode. - Vẽ được mạch chỉnh lưu cả chu kì sử dụng cầu chỉnh lưu. - So sánh được đồ thị chỉnh lưu nửa chu kì và chỉnh lưu cả chu kì. • Thái độ: - Có ý thức thực hiện đúng quy trình và các quy định về an toàn. - Cẩn thận, tỉ mỉ khi lắp ráp mạch điện. 2.2.3.5. Câu hỏi định hướng - Khi thiết kế mạch điện tử cần thực hiện theo các bước nào? - Chọn sơ đồ chỉnh lưu như thế nào? Kết luận chương II Chương II đã trình bày các mục tiêu và nội dung kiến thức của chủ đề “Dòng điện xoay chiều” Vật lý 12 theo chương trình giáo dục phổ thông mới. Ngoài ra, chương II cũng xây dựng được một số chủ đề dạy học STEM theo nội dung kiến thức đã nêu ở trên. Chủ đề “Truyền tải điện năng” giúp học sinh trang bị những kiến thức về máy biến áp, vừa giúp học sinh hiểu thêm được về lưới điện quốc gia, vừa giúp các em hình thành sự sáng tạo, tính toán chi tiết để thiết kế một máy biến áp cơ bản. Chủ đề “Máy phát điện xoay chiều quay tay” giúp các em phát huy tối đa tính sáng tạo, khéo léo của mình để thiết kế và chế tạo một máy phát điện đơn giản có thể thắp sáng đèn LED. Hay với chủ đề “Thiết kế mạch nguồn điện một chiều”, bằng những công thức
30
về định luật Ôm đã được học, học sinh có thể tính toán để lựa chọn được những linh kiện phù hợp với mạch điện cần thiết kế.
31
CHƯƠNG III: TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU” VẬT LÝ 12 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG MỚI 3.1. Kế hoạch dạy học chủ đề “Truyền tải điện năng” 3.1.1. Đối tượng học sinh - Học sinh lớp 12 (16-18 tuổi). 3.1.2. Thời lượng tổ chức dạy học - 2 tiết. 3.1.3. Địa điểm - Lớp học. 3.1.4. Chuẩn bị của GV và HS - GV: Chuẩn bị 4 bộ vật liệu, thiết bị chế tạo máy biến áp mini, bộ đổi nguồn, đồng hồ vạn năng; Phòng học nhóm, có bàn làm việc nhóm với hệ thống điện tiện lợi; Máy chiếu, laptop. - HS: Tìm hiểu ở nhà những kiến thức liên quan đến công suất tỏa nhiệt trên đường dây, máy biến áp, lưới điện quốc gia,… 3.1.5. Các hoạt động dạy học Hoạt động 1: Tìm hiểu thực tiễn, phát hiện vấn đề Mục đích: Qua hoạt động này giúp học sinh quan tâm đến vai trò và ứng dụng của máy biến áp trong đời sống từ đó tiếp nhận nhiệm vụ chế tạo máy biến áp mini.
32
Thời gian dự kiến
Nội dung dạy học
Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
Đặt vấn đề: - Có những cách nào để giảm hao phí trong quá trình truyền tải điện năng đi xa? Phương án nào khả thi nhất? Giao nhiệm vụ: Chuyển 10 phút
Yêu cầu các nhóm đọc tài
giao nhiệm liệu hướng dẫn, thực hiện vụ
các nhiệm vụ sau: - Thiết kế và chế tạo một máy biến áp (tăng áp hoặc
- Thảo luận: Có hai cách là giảm điện trở của dây dẫn hoặc tăng Uphát. - Việc tăng Uphát có hiệu quả rõ rệt hơn. - Tiếp nhận nhiệm vụ.
hạ áp). - Khảo sát tỉ số các điện áp hiệu dụng ở hai đầu cuộn dây và tỉ số vòng dây của hai cuộn đó. - Hướng dẫn học sinh tìm hiểu về các loại máy biến 10 phút
Tìm tòi,
áp và ứng dụng của máy
nghiên cứu biến áp trong đời sống. - Chia lớp thành các nhóm
- Đọc tài liệu. - Nêu những hiểu biết sẵn có về máy biến áp.
mỗi nhóm 3- 4 học sinh. 10 phút
Báo cáo,
- Tổ chức cho các nhóm
- Báo cáo, nhận xét bổ
33
thảo luận
HS báo cáo, yêu cầu các
sung.
nhóm còn lại nhận xét, thảo luận về vấn đề cần giải quyết. - Nhận xét chung về các nhóm.
- Xác định vấn đề cần
- Đưa ra các câu hỏi định giải quyết và tiêu chí 10 phút
Nhận xét,
hướng.
đánh giá
- Đưa ra các tiêu chí của - Lên kế hoạch phân sản phẩm:
đánh giá sản phẩm.
công nhiệm vụ cho các
Thiết kế nhỏ gọn, dễ dàng thành viên trong nhóm. thao tác; giá thành thấp.
Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền Mục đích: Qua hoạt động này, học sinh sẽ: - Nắm được nguyên lí hoạt động của máy biến áp. - Nhận biết được một số vật liệu kĩ thuật như lõi thép, dây đồng. - Gợi nhớ lại kiến thức về dòng Fu-cô. Thời gian dự Hoạt động Hoạt động của giáo viên kiến
Hoạt động của học sinh
- Yêu cầu học sinh theo nhóm - Nghiên cứu tài liệu 10 phút
Học kiến tự nghiên cứu những kiến và đọc sách giáo khoa. thức mới
thức về nguyên tắc hoạt động của máy biến áp, ưu điểm của
34
dòng điện và điện áp xoay chiều trong truyền tải năng lượng điện về phương diện khoa học và kinh tế, vai trò của máy biến áp trong việc giảm hao phí năng lượng điện khi truyền dòng điện đi xa.
Tìm hiểu - Gửi thêm tài liệu, video. - Tìm hiểu yêu cầu về yêu cầu về Hướng dẫn, hỗ trợ giải đáp thông số, thiết kế của 10 phút
thông số, những thắc mắc của học sinh. máy biến áp. thiết một
kế
- Hoàn thành phiếu học tập - Thảo luận nhóm để
máy số 1.
biến áp Báo 15 phút và
cáo thảo
luận
hoàn thành phiếu học tập số 1.
- Tổ chức cho học sinh báo - Trình bày về cấu tạo, cáo và thảo luận thêm về công dụng của máy nguyên tắc hoạt động của biến áp. máy biến áp. - Đánh giá dựa trên mức độ - Ghi nhận nội dung
10 phút
Nhận xét, đánh giá
hoạt động của học sinh.
kiến thức.
- Tổng kết và chuẩn hóa kiến - Lập bảng phân công thức liên quan.
nhiệm vụ cho từng thành viên trong nhóm.
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1 – Nhóm… Câu 1. Viết biểu thức tính công suất hao phí do tỏa nhiệt trên đường dây. Có mấy cách để giảm hao phí? Cách nào khả thi hơn? Vì sao?
35
Câu 2. Hiệu suất của máy biến áp trong thực tế có thể đạt tới 98%. Viết biểu thức tính hiệu suất của máy biến áp và giải thích vì sao nó có thể đạt giá trị lớn?
Câu 3. Đối với máy tăng áp, nên dùng dây của cuộn thứ cấp là loại có đường kính to hơn hay nhỏ hơn dây của cuộn sơ cấp? Vì sao?
Hoạt động 3: Giải quyết vấn đề Mục đích: - Các nhóm học sinh thảo luận để đưa ra phương án phù hợp nhất. - Tính toán và xử lí số liệu thu được. Thời gian dự
Hoạt động Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
36
kiến - Yêu cầu từng nhóm trình - Đại diện nhóm trình 10 phút
Đề
xuất bày cách bố trí và quấn dây bày và giải thích.
giải pháp
để tạo máy biến thế. - Ghi lại những điểm chính. - Tổ chức cho các nhóm tiến - Tính toán, chọn tiết hành quấn máy biến áp. - Yêu cầu các
15 phút
Thử
diện dây đồng và lõi
nhóm hoàn sắt phù hợp.
thành phiếu học tập số 2.
- Tiến hành lắp ráp theo mô hình đã thiết
nghiệm
kế. - Đo đạc và hoàn thành phiếu học tập số 2. Nêu quy định báo cáo:
- Tiếp nhận yêu cầu,
- Mỗi nhóm trình bày sản phân
công
lên
kế
phẩm trong vòng 5 phút: Chỉ hoạch báo cáo. Báo 20 phút và
cáo thảo
luận
rõ từng bộ phận, vai trò của bộ phận đó. Nêu cảm nhận về quá trình làm việc, những khó khăn gặp phải. - Mỗi nhóm còn lại đặt ít nhất một câu hỏi, ý kiến nhận xét cho nhóm báo cáo. - Đánh giá sản phẩm, đánh - Ghi nhận kết quả,
5 phút
Nhận xét, giá bài trình bày và đánh giá tiếp tục cải tiến sản đánh giá
cá nhân học sinh trong quá phẩm. trình báo cáo.
37
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2 – Nhóm… Khảo sát đặc tính biến áp: N1
N2
U1
U2
𝑁2 𝑁1
𝑈2 𝑈1
3.2. Kế hoạch dạy học chủ đề “Máy phát điện xoay chiều quay tay” 3.2.1. Đối tượng học sinh - Học sinh lớp 12 (16-18 tuổi). 3.2.2. Thời lượng tổ chức dạy học - 3 tiết. 3.2.3. Địa điểm - Lớp học. 3.2.4. Chuẩn bị của GV và HS - GV: Giáo án powerpoint, hình ảnh, clip minh họa, phiếu học tập, tài liệu hướng dẫn. - HS: Tìm hiểu kiến thức về máy phát điện, nguyên tắc tạo ra dòng điện xoay chiều. 3.2.5. Các hoạt động dạy học Hoạt động 1: Tìm hiểu thực tiễn, phát hiện vấn đề Mục đích: Giúp học sinh nhận thức được vị trí của máy phát điện trong các nhà máy điện; Cách mà máy phát điện chuyển cơ năng thành điện năng.
38
Thời gian dự Hoạt động Hoạt động của giáo viên
Hoạt động của học sinh
kiến Yêu cầu thảo luận về các câu - Cả lớp thảo luận, đưa ra ý kiến.
hỏi: - Điện năng có vai trò như thế nào đối với các lĩnh vực trong đời sống? - Liệt kê các dạng nhà máy điện mà em biết? - Đặc điểm chung của các nhà máy điện là gì? Chuyển 10 phút giao
- Giới thiệu về máy phát điện xoay
nhiệm vụ
chiều.
Nhấn
mạnh - Ghi nhận nhiệm vụ.
nguyên tắc hoạt động của - Thảo luận các yêu cầu máy phát điện xoay chiều.
về sản phẩm.
- Giao nhiệm vụ: Hãy thiết kế và chế tạo một máy phát điện xoay chiều quay tay thắp sáng được đèn LED. - Chia nhóm, thông báo, phân tích và thống nhất với học sinh việc đánh giá từng tiêu chí của sản phẩm. Tìm 15 phút nghiên cứu
tòi, - Hướng dẫn HS tìm kiếm, sử - Thảo luận nhóm, thu dụng tài liệu từ internet, sách thập thông tin, xác định giáo khoa,…
vấn đề cần giải quyết
39
và kiến thức liên quan. Báo 10 phút và
cáo - Tổ chức cho HS báo cáo, - Báo cáo, nêu nhận thảo các nhóm còn lại nhận xét và xét, thảo luận cả lớp về
luận
bổ sung.
thông tin tìm được.
- Dựa trên biểu hiện hành vi - Xác định vấn đề cần về việc đưa ra các ý kiến mô giải quyết. 10 phút
Nhận xét tả sơ bộ về máy phát điện - Ghi lại các yêu cầu đánh giá
xoay chiều và thảo luận về của sản phẩm. nhiệm vụ.
- Lên kế hoạch cho hoạt động tiếp theo.
Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền Mục đích: Qua hoạt động này, học sinh sẽ: - Trình bày được cấu tạo và nguyên lí hoạt động của máy phát điện xoay chiều. - Ôn tập lại kiến thức về hiện tượng cảm ứng điện từ. Thời gian dự Hoạt động Hoạt động của giáo viên kiến
Hoạt động của học sinh
- HS theo nhóm tự nghiên - Nghiên cứu tài liệu Tìm hiểu tại nhà
cứu những kiến thức về máy và đọc sách giáo khoa, Học kiến phát điện xoay chiều trong thảo luận nhóm để thức mới
sách giáo khoa Vật lí 12 và hoàn thành phiếu học hoàn thành phiếu học tập số tập. 1.
40
Giải thích - Gửi thêm tài liệu, video, - Tìm hiểu về nguyên về cấu tạo tranh ảnh. Hướng dẫn, hỗ trợ tắc hoạt động của máy Tìm hiểu tại nhà
và nguyên giải đáp những thắc mắc của phát điện xoay chiều. tắc
hoạt HS.
động của máy phát điện xoay chiều Báo
15 phút và
cáo thảo
luận
- Tổ chức cho các nhóm lên - Trình bày về cấu tạo, trình bày các kiến thức đã tìm nguyên tắc hoạt động được ở nhà.
của máy phát điện xoay chiều (một pha)
- Đánh giá dựa trên mức độ - Ghi nhận nội dung 10 phút
Nhận xét, hoạt động của HS. đánh giá
kiến thức.
- Tổng kết và chuẩn hóa kiến thức liên quan.
PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1 Nhóm: Câu 1. Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều là gì?
Câu 2: Suất điện động xoay chiều trong cuộn dây phụ thuộc vào yếu tố nào? Có những cách nào để tạo ra suất điện động xoay chiều?
41
Câu 3: Mỗi máy phát điện xoay chiều đều có hai phần chính. Trong đó, - Phần cảm là: - Phần ứng là:
Hoạt động 3: Giải quyết vấn đề Mục đích: Các nhóm học sinh thảo luận để đưa ra nguyên liệu và mô hình thiết kế phù hợp nhất. Thời gian dự Hoạt động Hoạt động của giáo viên kiến
Hoạt động của học sinh
- Yêu cầu từng nhóm trình - Đại diện nhóm trình bày bản thiết kế máy phát bày và giải thích. Thảo
10 phút
Đề
xuất
giải pháp
điện, giải thích cơ chế hoạt luận nên để phần cảm động, đặc biệt là vai trò của là roto hay stato,… từng vật liệu (nam châm, dây - Lập bảng phân công đồng,…)
nhiệm vụ cho từng thành viên trong nhóm.
- Tổ chức cho các nhóm tiến - Đại diện nhóm nhận 25 phút
Thử
hành lắp ráp máy phát điện.
nguyên vật liệu.
nghiệm
- Hỗ trợ học sinh nếu cần.
- Tiến hành lắp ráp theo mô hình đã thiết
42
kế. - Đo điện áp thu được. - Mắc song song hoặc nối tiếp đèn LED vào máy phát điện. Nêu quy định báo cáo:
- Tiếp nhận yêu cầu,
- Mỗi nhóm trình bày sản phân
công
lên
kế
phẩm trong vòng 5 phút: Chỉ hoạch báo cáo. Báo 20 phút và
cáo thảo
luận
rõ từng bộ phận, vai trò của bộ phận đó. Nêu cảm nhận về quá trình làm việc, những khó khăn gặp phải. - Mỗi nhóm còn lại đặt ít nhất một câu hỏi, ý kiến nhận xét cho nhóm báo cáo.
10 phút
Nhận xét, đánh giá
- Đánh giá sản phẩm, đánh - Ghi nhận kết quả, giá bài trình bày và đánh giá tiếp tục cải tiến sản cá nhân HS.
phẩm.
3.3. Kế hoạch dạy học chủ đề “Thiết kế mạch nguồn điện một chiều” 3.3.1. Đối tượng học sinh - Học sinh lớp 12 (16-18 tuổi). 3.3.2. Thời lượng tổ chức dạy học - 3 tiết. 3.3.3. Địa điểm
43
- Lớp học. 3.3.4. Chuẩn bị của GV và HS - GV: Đồng hồ vạn năng, biến áp nguồn, chỉnh lưu cầu, ổn áp, đế cách điện. - HS: Ôn lại kiến thức về dòng điện xoay chiều đã học ở lớp 9. 3.3.5. Các hoạt động dạy học Hoạt động 1: Tìm hiểu thực tiễn, phát hiện vấn đề Mục đích: Giúp học sinh nhận thức được tầm quan trọng của các bộ đổi nguồn, từ đó tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế mạch nguồn điện một chiều. Thời gian dự kiến
Nội dung dạy học
Hoạt động của giáo viên
Yêu cầu thảo luận toàn lớp:
Hoạt động của học sinh - Trả lời, thảo
- Đọc thông số của một số thiết bị luận và xác nhận điện có trong lớp học.
nhiệm vụ.
- Kể tên nguồn điện dùng cho các - Nêu những hiểu Chuyển 5 phút
giao nhiệm vụ
thiết bị đó.
biết về mạch điện
Đặt vấn đề: Thiết kế mạch điện tử tử. với điện áp đầu vào 220V-50Hz, điện áp ra một chiều 12V, dòng điện tải 1A. - Chia học sinh thành các nhóm mỗi nhóm 4-5 học sinh, yêu cầu hoạt động tìm kiếm thông tin.
20 phút
Tìm
tòi, - Hướng dẫn học sinh đọc sách giáo -
nghiên
Hoạt
động
khoa, tài liệu internet về linh kiện nhóm, thảo luận
44
cứu
điện tử, máy biến áp, chỉnh lưu,…
trả lời câu hỏi. - Xác định kiến thức
liên
quan
đến vấn đề.
10 phút
Báo cáo, thảo luận
- Tổ chức cho học sinh báo cáo về - Cử đại diện những nội dung kiến thức liên quan nhóm lên trình mà HS đã tìm được.
bày.
- Đánh giá sự trình bày của các - Xác định vấn đề nhóm dựa trên biểu hiện hành vi về cần giải quyết. việc đưa ra các ý kiến mô tả sơ bộ - Ghi lại các yêu 10 phút
Nhận xét, về mạch điện tử đơn giản và thảo cầu đánh giá
luận về nhiệm vụ.
của
sản
phẩm.
- Định hướng hoạt động tiếp theo - Lên kế hoạch của HS.
cho
hoạt
động
tiếp theo.
Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền Mục đích: Qua hoạt động này, học sinh sẽ: - Trình bày được cấu tạo và nguyên lí hoạt động của điốt chỉnh lưu. - Ôn tập lại kiến thức về máy biến áp và định luật Ôm. Thời gian dự Hoạt động Hoạt động của giáo viên kiến 10 phút
Hoạt động của học sinh
Học kiến - Yêu cầu HS theo nhóm tự - Nghiên cứu tài liệu thức mới
nghiên cứu những kiến thức và đọc sách giáo khoa,
45
về mạch điện tử cơ bản, chỉnh thảo luận nhóm để lưu, máy biến áp.
hoàn thành phiếu học tập.
Tìm hiểu 10 phút
yêu cầu về mạch thiết
- Gửi thêm tài liệu, video. - Tìm hiểu yêu cầu về Hướng dẫn, hỗ trợ giải đáp mạch thiết kế. những thắc mắc của học sinh.
kế Nêu nguyên tắc lắp ráp mạch - Ghi nhận các nguyên điện tử:
tắc thiết kế và lắp ráp
- Bám sát và đáp ứng yêu cầu mạch điện tử. thiết kế.
- Trình bày về cấu tạo,
- Mạch thiết kế đơn giản, tin công dụng của điốt Báo 15 phút và
cáo cậy.
chỉnh lưu, máy biến
thảo - Thuận tiện khi lắp đặt, vận áp,
luận
hành và sửa chữa. - Hoạt động ổn định và chính xác. - Tổ chức cho các nhóm lên trình bày các kiến thức đã tìm được ở nhà. - Đánh giá dựa trên mức độ - Ghi nhận nội dung
10 phút
Nhận xét, đánh giá
hoạt động của HS.
kiến thức.
- Tổng kết và chuẩn hóa kiến - Lập bảng phân công thức liên quan.
nhiệm vụ cho từng thành viên trong nhóm.
46
Hoạt động 3: Giải quyết vấn đề Mục đích: Các nhóm học sinh thảo luận để lựa chọn linh kiện và sơ đồ mạch điện phù hợp nhất. Thời gian dự Hoạt động Hoạt động của giáo viên kiến 10 phút
Đề
Hoạt động của học sinh
xuất - Yêu cầu từng nhóm trình - Đại diện nhóm trình
giải pháp
bày bản vẽ sơ đồ mạch điện.
bày và giải thích.
- Tổ chức cho các nhóm tiến - Tính toán, chọn các hành lắp ráp mạch điện. 15 phút
linh kiện hợp lí.
Thử
- Đại diện nhóm lên
nghiệm
chọn nguyên vật liệu. - Tiến hành lắp ráp theo sơ đồ đã thiết kế. Nêu quy định báo cáo:
- Tiếp nhận yêu cầu,
- Mỗi nhóm trình bày sản phân
công
lên
kế
phẩm trong vòng 5 phút: Chỉ hoạch báo cáo. Báo 20 phút và
cáo thảo
luận
rõ từng bộ phận, vai trò của bộ phận đó. Nêu cảm nhận về quá trình làm việc, những khó khăn gặp phải. - Mỗi nhóm còn lại đặt ít nhất một câu hỏi, ý kiến nhận xét cho nhóm báo cáo.
5 phút
Nhận xét, - Đánh giá sản phẩm, đánh - Ghi nhận kết quả, đánh giá
giá bài trình bày và đánh giá tiếp tục cải tiến sản
47
cá nhân HS trong quá trình phẩm. HS báo cáo.
Kết luận chương III Ở chương III là các kế hoạch dạy học, phiếu học tập tương ứng với những chủ đề đã xây dựng ở chương II. Các kế hoạch dạy học cần dự đoán trước những tình huống có thể xảy ra tại lớp học nhằm đảm bảo tiến độ của bài dạy cũng như sự an toàn khi học sinh thực hành. Cần chú trọng hơn vai trò của học sinh trong việc tự tìm tòi kiến thức nhằm hình thành và phát huy tính tích cực của học sinh. Giáo viên chỉ đóng vai trò là người hướng dẫn, định hướng, nhận xét, đánh giá, tổng kết lại những kiến thức đồng thời gợi mở những ý tưởng mới để học sinh tiếp tục mày mò nghiên cứu.
48
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 1. Kết luận Khóa luận đã thực hiện đúng mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu đề ra và đã giải quyết được những nhiệm vụ sau: - Xây dựng được cơ sở lý luận và thực tiễn của việc tổ chức dạy học bài học STEM trong dạy học chủ đề “Dòng điện xoay chiều” Vật lý lớp 12 chương trình giáo dục phổ thông mới: Xác định cơ sở khoa học của dạy học môn Vật lý theo giáo dục STEM; làm rõ khái niệm về giáo dục STEM trên cơ sở đó xác định bản chất của giáo dục STEM, mối quan hệ giữa Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. - Xây dựng bài học STEM trong dạy học chủ đề “Dòng điện xoay chiều” Vật lý 12 chương trình giáo dục phổ thông mới thông qua phân tích nội dung, mục tiêu dạy học môn Vật lý theo giáo dục STEM. - Xây dựng kế hoạch dạy học chủ đề STEM trong dạy học chủ đề “Dòng điện xoay chiều” Vật lý 12 chương trình giáo dục phổ thông mới. 2. Khuyến nghị Để việc triển khai dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông nói chung và trong dạy học môn Vật lý nói riêng đạt hiệu quả cao cần có sự đầu tư và chỉ đạo mang tính đồng bộ, cụ thể là: - Tăng cường hơn nữa về tuyên truyền để nâng cao nhận thức của mọi tầng lớp nhân dân đặc biệt là đội ngũ giáo viên về STEM, một xu thế giáo dục mang tính tất yếu hiện nay trên thế giới. Đặc biệt trong bối cảnh Việt Nam đang tích cực đổi mới giáo dục và tham gia sâu, rộng vào các tổ chức hợp tác kinh tế với các nước trong khu vực và trên thế giới.
49
- Phát triển quan hệ hợp tác giữa các nhà trường với các tổ chức liên quan đến STEM. - Đầu tư, xây dựng cơ sở vật chất và phòng học bộ môn theo định hướng STEM.
50
TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2018), Chương trình giáo dục phổ thông mới. 2. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2019), Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông. 3. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2017), Sách giáo khoa Vật lí 12, tái bản lần thứ mười ba, NXB Giáo dục Việt Nam. 4. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2020), Tài liệu hướng dẫn giáo dục STEM cho giáo viên và cán bộ quản lí. 5. Nguyễn Thanh Nga (2018), Dạy học chủ đề STEM cho học sinh trung học cơ sở và trung học phổ thông, NXB Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh. 6. Nguyễn Thanh Nga (2018), Thiết kế và tổ chức chủ đề STEM cho học sinh trung học cơ sở và trung học phổ thông, NXB Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh. 7. Nguyễn Thị Thu Uyên (2019), Tổ chức dạy học chủ đề STEM trong dạy học Khoa học tự nhiên lớp 8, khóa luận tốt nghiệp ngành Sư phạm Vật lý, Trường Đại học Giáo dục - Đại học Quốc gia Hà Nội. 8. Hồ Thị Thùy Dung (2018), Tổ chức dạy học chủ đề tích hợp STEM “Máy phát điện” ở trường trung học phổ thông, luận văn thạc sĩ, Đại học sư phạm – Đại học Đà Nẵng.
51
TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN CHỦ ĐỀ STEM “MÁY PHÁT ĐIỆN XOAY CHIỀU QUAY TAY” I. Máy phát điện xoay chiều 1. Chức năng Dùng để biến đổi cơ năng thành điện năng. 2. Cấu tạo Gồm hai phần chính: - Phần cảm là nam châm điện hoặc nam châm vĩnh cửu. Đó là phần tạo ra từ trường. - Phần ứng là những cuộn dây, trong đó xuất hiện suất điện động cảm ứng khi máy hoạt động. Một trong hai phần đặt cố định, phần còn lại quay quanh một trục. Phần cố định gọi là stato, phần quay gọi là rôto. 3. Nguyên tắc hoạt động Nguyên tắc hoạt động của các loại máy phát điện xoay chiều dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ: khi từ thông qua một vòng dây biến thiên điều hòa, trong vòng dây xuất hiện một suất điện động cảm ứng xoay chiều. Nếu từ thông qua mỗi vòng dây biến thiên theo quy luật ϕ1 = ϕ0 𝑐𝑜𝑠𝜔𝑡 và cuộn dây có N vòng giống nhau, thì suất điện động trong cuộn dây là: 𝑒 = −𝑁
𝑑ϕ1 = 𝜔𝑁ϕ0 𝑠𝑖𝑛𝜔𝑡 𝑑𝑡
52
trong đó ϕ0 là từ thông cực đại qua một vòng dây. Biên độ của suất điện động là: 𝐸0 = 𝜔𝑁ϕ0 II. Chế tạo sản phẩm 1. Nguyên vật liệu - Chai nhựa, ống hút, xiên gỗ, nam châm, cuộn đồng, đèn LED. - Dao dọc giấy, súng bắn keo. 2. Tiến hành - Cắt hai đầu của chai nhựa, đục hai lỗ đối xứng nhau trên thành chai, gắn hai đoạn ống hút nhỏ vào hai vị trí vừa đục và cố định bằng keo nến. - Quấn dây đồng: quấn quanh thân chai nhựa (khoảng 360 vòng đối với mô hình bên dưới). - Đưa xiên gỗ qua ống hút và cố định nam châm sao cho khi quay xiên gỗ nam châm cũng quay theo. - Nối hai đầu của cuộn dây vừa quấn với đèn LED. Lưu ý: - Nên sử dụng nam châm đất hiếm từ tính sẽ mạnh hơn so với nam châm gốm. - Cạo lớp mạ cách điện ở những điểm cần nối với đèn. 3. Thử nghiệm kết quả - Đèn sáng nhấp nháy chứng tỏ đã có một suất điện động xoay chiều xuất hiện trong cuộn dây.
53
III. Một số hình ảnh
54