TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “ĐỘNG NĂNG VÀ THẾ NĂNG” VẬT LÝ 10 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG MỚI

TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ VẬT LÍ

vectorstock.com/10212086

Ths Nguyễn Thanh Tú eBook Collection

TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “ĐỘNG NĂNG VÀ THẾ NĂNG” VẬT LÝ 10 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG MỚI WORD VERSION | 2022 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

ĐINH THỊ THU THỦY

TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM CHỦ ĐỀ “ĐỘNG NĂNG VÀ THẾ NĂNG” VẬT LÝ 10 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 “ĐỘNG NĂNG VÀ THẾ NĂNG” VẬT LÝ 10 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: Đinh Thị Thu Thủy

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

Đinh Thị Thu Thủy

Danh mục từ viết tắt Viết tắt

Viết đầy đủ

ĐHQGHN

Đại học Quốc gia Hà Nội

NXB ĐHSP TPHCM

Nhà xuất bản Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh

STEM

Science, Technology, Engineering, Maths

Danh mục bảng Bảng 2.1: Kiến thức STEM trong chủ đề “TÀU LƯỢN SIÊU TỐC”…………27 Bảng 2.2. Mục tiêu chủ đề “TÀU LƯỢN SIÊU TỐC”………………………..27 Bảng 2.3. Các câu hỏi định hướng của chủ đề “TÀU LƯỢN SIÊU TỐC”……29 Bảng 2.4. Kiến thức STEM trong chủ đề “NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN”………..30 Bảng 2.5. Mục tiêu dạy học chủ đề “NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN”……………...31 Bảng 2.6. Các câu hỏi định hướng chủ đề “NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN”……….33 Bảng 2.7. Kiến thức STEM trong chủ đề “TUABIN GIÓ”……………………35 Bảng 2.8. Mục tiêu của chủ đề “TUABIN GIÓ”………………………………35 Bảng 2.9. Các câu hỏi định hướng của chủ đề “TUABIN GIÓ”………………37 Bảng 2.10. Kiến thức STEM trong chủ đề “KHÚC CÔN CẦU TRÊN KHÔNG”……………………………………………………………………..38 Bảng 2.11. Mục tiêu dạy học STEM chủ đề “KHÚC CÔN CẦU TRÊN KHÔNG”……………………………………………………………………..39 Bảng 2.12. Câu hỏi định hướng chủ đề “KHÚC CÔN CẦU TRÊN KHÔNG”..40 Bảng 2.13. Kiến thức STEM trong chủ đề “XE ĐUA CÔNG THỨC 1”………42 Bảng 2.14. Mục tiêu dạy học STEM chủ đề “XE ĐUA CÔNG THỨC 1”……43 Bảng 2.15. Các câu hỏi định hướng chủ đề “XE ĐUA CÔNG THỨC 1”……..44 Bảng 3.1. Tiến trình học chủ đề “TÀU LƯỢN SIÊU TỐC” tiết 1……………48 Bảng 3.2. Tiến trình dạy học chủ đề “TÀU LƯỢN SIÊU TỐC” tiết 2 và tiết 3.49 Bảng 3.3. Tiến trình dạy học chủ đề “TÀU LƯỢN SIÊU TỐC” tiết 4………...51 Bảng 3.4. Tiến trình dạy học chủ đề “NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN” tiết 1………57 Bảng 3.5. Tiến trình dạy học chủ đề “NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN” tiết 2 và tiết 3……………………………………………………………………………….58

Bảng 3.6. Tiến trình dạy học chủ đề “NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN” tiết 4 và tiết 5……………………………………………………………………………….60 Bảng 3.7. Tiến trình dạy học chủ đề “TUABIN GIÓ” tiết 1………………….66 Bảng 3.8. Tiến trình dạy học chủ đề “TUABIN GIÓ” tiết 2…………………..67 Bảng 3.9. Tiến trình dạy học chủ đề “TUABIN GIÓ” tiết 3…………………..69 Bảng 3.10. Tiến trình dạy học chủ đề “KHÚC CÔN CẦU TRÊN KHÔNG” tiết 1……………………………………………………………………………….73 Bảng 3.11. Tiến trình dạy học chủ đề “KHÚC CÔN CẦU TRÊN KHÔNG” tiết 2…………………………………………………………………………….…75 Bảng 3.12. Tiến trình dạy học chủ đề “KHÚC CÔN CẦU TRÊN KHÔNG” tiết 3……………………………………………………………………………….76 Bảng 3.13. Tiến trình dạy học chủ đề “XE ĐUA CÔNG THỨC 1” tiết 1…….81 Bảng 3.14. Tiến trình dạy học chủ đề “XE ĐUA CÔNG THỨC 1” tiết 2……..82 Bảng 3.15. Tiến trình dạy học chủ đề “XE ĐUA CÔNG THỨC 1” tiết 3…….83

Danh mục hình Hình 1.1. Chu trình STEM……………………………………….…………….9 Hình 1.2. Sơ đồ phương pháp dạy học dựa trên vấn đề…..…………………...12 Hình 1.3. Sơ đồ mô hình dạy học 5E……………………..…………………...12 Hình 1.4. Sơ đồ phương pháp dạy học dựa trên thiết kế………………………13 Hình 1.5. Sơ đồ phương pháp – hình thức tổ chức dạy học dự án…………….13 Hình 1.6. Sơ đồ phương pháp dạy học theo chủ đề……………………………14 Hình 1.7. Các tiêu chí xây dựng chủ đề/bài học STEM……………………….17 Hình 1.8. Quy trình thiết kế chủ đề/bài học STEM……………………………17 Hình 2.1. Xe chuyển động quãng đường s dưới tác dụng của lực 𝐹⃗ …………...20 Hình 2.2. Trọng lực thực hiện công khi vật đi từ vị trí B đến vị trí C………….22 Hình 2.3. Vật m chỉ chịu tác dụng của trọng lực chuyển động trong trọng trường……...…..……………………………………….…..….….….……….24 Hình 2.4. Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM……………………………26 Hình 2.5. Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM……………………………30 Hình 2.6. Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM…………………………….34 Hình 2.7. Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM…………………………….38 Hình 2.8. Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM…………………………….42

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 ................................................................ 3 4.1. Khách thể nghiên cứu ............................................................................... 3 4.2. Đối tượng nghiên cứu ............................................................................... 3 5. Giả thiết khoa học ........................................................................................... 3 6. Phương pháp nghiên cứu ................................................................................ 3 7. Cấu trúc khóa luận .......................................................................................... 3 CHƯƠNG 1............................................................................................................ 5 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM TRONG DẠY HỌC MÔN VẬT LÝ ..................................................................... 5 1.1. Khái quát chung về STEM........................................................................... 5 1.1.1. Lịch sử nghiên cứu và phát triển STEM ................................................ 5 1.1.2. Khái niệm STEM và giáo dục STEM ..................................................... 8 1.1.3. Mục tiêu giáo dục STEM ..................................................................... 10 1.1.4. Bản chất của dạy học theo định hướng giáo dục STEM ..................... 10 1.2. Cơ sở lý luận của việc tổ chức dạy học STEM.......................................... 11 1.3. Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông 2018 ................. 14 1.3.1. Định hướng chung ............................................................................... 14

1.3.2. Những nội dung liên quan đến giáo dục STEM thể hiện trong môn Vật lý ..................................................................................................................... 15 1.3.3. Vai trò và ý nghĩa của giáo dục STEM trong giáo dục phổ thông ...... 15 1.4. Quy trình xây dựng/thiết kế chủ đề/bài học STEM ................................... 16 1.4.1. Các tiêu chí xây dựng chủ đề/bài học STEM....................................... 16 1.4.2. Quy trình thiết kế chủ đề/bài học STEM.............................................. 17 Kết luận chương 1 ................................................................................................ 18 CHƯƠNG 2.......................................................................................................... 20 XÂY DỰNG BÀI HỌC STEM CHỦ ĐỀ “ĐỘNG NĂNG VÀ THẾ NĂNG” VẬT LÝ 10 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG MỚI ..................... 20 2.1. Tổng quan kiến thức phần “Động năng và thế năng” ................................ 20 2.1.1. Động năng ............................................................................................ 20 2.1.2. Thế năng trọng trường ......................................................................... 22 2.1.3. Định luật bảo toàn cơ năng ................................................................. 24 2.2. Xây dựng chủ đề STEM trong dạy học “Động năng và thế năng” Vật lý lớp 10 chương trình giáo dục phổ thông mới ................................................... 26 2.2.1. Chủ đề “Tàu lượn siêu tốc” ................................................................ 26 2.2.2. Chủ đề “Nhà máy thủy điện” .............................................................. 30 2.2.3. Chủ đề “Tuabin gió” ........................................................................... 34 2.2.4. Chủ đề “Khúc côn cầu trên không” .................................................... 38 2.2.5. Chủ đề “Xe đua Công thức 1”............................................................. 42 Kết luận chương 2 ................................................................................................ 46

CHƯƠNG 3.......................................................................................................... 47 TỔ CHỨC DẠY HỌC BÀI HỌC STEM CHỦ ĐỀ “ĐỘNG NĂNG VÀ THẾ NĂNG” VẬT LÝ 10 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG MỚI Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG............................................................. 47 3.1. Kế hoạch dạy học chủ đề “Tàu lượn siêu tốc”........................................... 47 3.1.1. Chuẩn bị của giáo viên và học sinh ..................................................... 47 3.1.2. Các hoạt động dạy học ........................................................................ 47 3.1.3. Các phiếu học tập ................................................................................ 53 3.2. Kế hoạch dạy học chủ đề “Nhà máy thủy điện” ........................................ 56 3.2.1. Chuẩn bị của giáo viên và học sinh ..................................................... 56 3.2.2. Các hoạt động dạy học ........................................................................ 56 3.2.3. Các phiếu học tập ................................................................................ 62 3.3. Kế hoạch dạy học chủ đề “Tuabin gió” ..................................................... 65 3.3.1 Chuẩn bị của giáo viên và học sinh ...................................................... 65 3.3.2. Các hoạt động dạy học ........................................................................ 66 3.3.3. Các phiếu học tập ................................................................................ 71 3.4. Kế hoạch chủ đề “Khúc côn cầu trên không” ............................................ 72 3.4.1. Chuẩn bị của giáo viên và học sinh ..................................................... 73 3.4.2. Các hoạt động dạy học ........................................................................ 73 3.4.3. Các phiếu học tập ................................................................................ 78 3.5. Kế hoạch dạy học chủ đề “Xe đua Công thức 1” ...................................... 80 3.5.1. Chuẩn bị của giáo viên và học sinh ..................................................... 80

3.5.2. Các hoạt động dạy học ........................................................................ 80 3.5.3. Các phiếu học ...................................................................................... 86 Kết luận chương 3 ................................................................................................ 87 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ...................................................................... 88 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 90 PHỤ LỤC ............................................................................................................. 91

Mở đầu 1. Lý do chọn đề tài Để đáp ứng chiến lược đào tạo nguồn nhân lực năng động, sáng tạo cho xã hội; để tạo nên sự cải tiến quá trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sáng phát triển toàn diện năng lực và phẩm chất người học, ngành giáo dục đang tích cực triển khai đổi mới về cả mục tiêu, nội dung, phương pháp, phương tiện dạy học, cũng như phương pháp kiểm tra đánh giá kết quả học tập của học sinh. Một trong các quan điểm dạy học định hướng phát triển năng lực học sinh đang được nước ta tích cực theo đuổi là giáo dục STEM. Ở Việt Nam, giáo dục STEM mới đang ở bước truyền thông và mang tính thử nghiệm mà chưa thật sự trở thành một hoạt động giáo dục chính thức trong trường trung học phổ thông. Giáo dục STEM trong trường trung học phổ thông là quan điểm dạy học định hướng phát triển năng lực học sinh thuộc các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Các kiến thức, kỹ năng thuộc các lĩnh vực này được tổ chức dạy học theo chủ đề nhằm giúp học sinh vận dụng kiến thức để giải quyết vấn đề thực tiễn mang lại hiệu quả và có giá trị. Do đặc thù môn Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, nên thí nghiệm, thực hành đóng vai trò đặc biệt quan trọng trong việc hình thành khái niệm, quy luật, định luật Vật lý. Vì vậy, việc hình thành năng lực tìm tòi khám phá các hiện tượng Vật lý thông qua các nội dung thí nghiệm, thực hành dưới các góc độ khác nhau đóng vai trò vô cùng quan trọng. Hơn nữa, chương trình môn Vật lý rất coi trọng việc rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức, kỹ năng đã học để tìm hiểu và giải quyết ở mức độ nhất định một số vấn đề của thực tiễn, vừa bảo đảm phát triển năng lực trên nền tảng những năng lực chung và năng lực tìm hiểu khoa học tự

1

nhiên đã hình thành ở giai đoạn giáo dục phổ thông, vừa đáp ứng yêu cầu định hướng nghề nghiệp. Vật lý là môn học tiếp nối của môn học Khoa học tự nhiên ở cấp trung học cơ sở và có ý nghĩa vô cùng quan trọng đối với sự phát triển phát triển thế giới quan khoa học và định hướng nghề nghiệp của học sinh cấp trung học phổ thông. Cùng với môn Toán học, Công nghệ và Tin học, môn Vật lý nói riêng và các môn Khoa học tự nhiên nói chung góp phần thúc đẩy giáo dục STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics), hướng giáo dục mà Việt Nam đang hướng đến, góp phần đáp ứng yêu cầu cung cấp nguồn nhân lực chất lượng cao cho giai đoạn công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước. Với các lý do trên em chọn đề tài: “Tổ chức dạy học STEM chủ đề “Động năng và thế năng” Vật lý 10 chương trình giáo dục phổ thông mới” để nghiên cứu. 2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng các chủ đề dạy học STEM phần “Động năng và thế năng” Vật lý lớp 10 trong chương trình giáo dục phổ thông mới ở trường trung học phổ thông. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu (1) 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. (2) Xây dựng và tổ chức dạy học chủ đề STEM trong môn Vật lý chương trình giáo dục phổ thông mới. (3) Báo cáo kết quả và đánh giá quá trình.

2

4. Khách thể và đối tượng nghiên cứu 4.1. Khách thể nghiên cứu Quá trình dạy và học chủ đề “Động năng và thế năng” Vật lý 10 theo giáo dục STEM của giáo viên và học sinh lớp 10 Trung học phổ thông. 4.2. Đối tượng nghiên cứu Quá trình vận dụng kiến thức của các môn Khoa học, Toán học, Công nghệ, đặc biệt là nội dung về động năng và thế năng ở môn Vật lý (chương trình giáo dục phổ thông mới) vào thực tiễn thông qua giáo dục STEM của học sinh lớp 10. 5. Giả thiết khoa học Nếu thiết kế được tiến trình dạy học môn Vật lý theo định hướng giáo dục STEM và vận dụng vào xây dựng các chủ đề, nội dung, cách thức tổ chức hoạt động dạy và học, kiểm tra đánh giá môn Vật lý sẽ tạo điều kiện cho học sinh tìm tòi, nghiên cứu những kiến thức thuộc các lĩnh vực khác nhau có liên quan đến vấn đề (thông qua sách giáo khoa, học liệu, thiết bị thí nghiệm, thiết bị công nghệ) và sử dụng chúng để giải quyết vấn đề đặt ra. 6. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp phân tích, tổng hợp, khái quát hóa: Phân tích tài liệu ở Việt Nam cũng như nước ngoài 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. 7. Cấu trúc khóa luận Ngoài những phần như mở đầu, kết luận và khuyến nghị, tài liệu tham khảo, khóa luận còn gồm 3 chương: Chương 1. Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài. 3

Chương 2. Xây dựng bài học STEM chủ đề “Động năng và thế năng” Vật lý 10 chương trình giáo dục phổ thông mới. Chương 3. Tổ chức dạy học bài học STEM chủ đề “Động năng và thế năng” Vật lý 10 chương trình giáo dục phổ thông mới.

4

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC TỔ CHỨC DẠY HỌC STEM TRONG DẠY HỌC MÔN VẬT LÝ CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG MỚI 1.1. Khái quát chung về STEM 1.1.1. Lịch sử nghiên cứu và phát triển STEM Trong những năm 90 của thế kỷ XX, vì lo ngại trước sự thiếu hụt nguồn nhân lực chất lượng cao cho các ngành nghề liên quan đến khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học, chính phủ Mỹ đã có nhiều chính sách để thu hút nguồn nhân lực chất lượng cao. Ví dụ như cấp Visa làm việc cho người nước ngoài tốt nghiệp các ngành thuộc lĩnh vực trên. Ban đầu, Quỹ Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ bắt đầu sử dụng từ viết tắt SMET (viết tắt của Science – Khoa học, Mathematics – Toán học, Engineering – Kỹ thuật, Technology – Công nghệ) nhưng phát âm của nó lại dễ gây hiểu nhầm sang từ “smut” (nghĩa là tục tĩu) nên thuật ngữ STEM đã ra đời, thay cho SMET. Nhưng vì trong tiếng Anh, từ “stem” thường gắn liền với “stem cell” (tế bào gốc) nên đến 2003, vẫn còn rất ít người hiểu được ý nghĩa thực sự của STEM là gì. Đến năm 2005, vì những lo ngại về sự phát triển nhanh chóng của Ấn Độ và Trung Quốc trong lĩnh vực STEM, chính phủ Hoa Kỳ đã đầu tư rất nhiều tiền cho STEM và thuật ngữ này đã được ghi nhận. Từ đó, giáo dục STEM cũng được quan tâm hơn và trở nên phổ biến không chỉ trong nước Mỹ. Đặc biệt khi giáo dục STEM đã tồn tại khá lâu về trước khi các trường đại học kỹ thuật được thành lập ở châu Âu trong thế kỷ XIX. Và đến ngày nay, giáo dục STEM ngày càng phát triển và xuất hiện ở quốc gia và khu vực trên khắp thế giới.

5

1.1.1.1. Giáo dục STEM trên thế giới Ở Hoa Kỳ Từ đầu những năm 90, để đáp ứng nhu cầu nhân lực chất lượng cao về các lĩnh vực Khoa học, Toán học, Công nghệ và Kỹ thuật, Hoa Kỳ đã hình thành xu hướng giáo dục mới gọi là giáo dục STEM. Trong chương trình giáo dục STEM, các môn học về khoa học công nghệ không giảng dạy riêng biệt mà tích hợp lại với nhau thành một môn học thông qua phương pháp dạy học dự án, dạy học dựa trên vấn đề, dạy học thông qua thực hành,.... Và để phát huy tối đa sự sáng tạo của học sinh, các hội chợ khoa học được tổ chức thường xuyên từ cấp trường đến cấp quốc gia. Thậm chí, trong ngày hội khoa học toàn quốc tại Nhà Trắng lần thứ 5, tổng thống Mỹ đã dành cả ngày để trao đổi, trò chuyện với các nhà khoa học nhí về các sản phẩm sáng tạo của học sinh được trưng bày trong ngày hội. Việc tổ chức những ngày hội khoa học như thế này không chỉ thu hút được sự quan tâm của đông đảo học sinh, phụ huynh mà còn thu hút sự quan tâm mạnh mẽ của truyền thông và các chính trị gia. Ở Canada Canada đứng thứ 12 trong số 16 nước ngang bằng về tỷ lệ sinh viên tốt nghiệp theo học các chương trình STEM. Cách thúc đẩy các lĩnh vực STEM cho thanh thiếu niên của Canada cũng giống như ở Hoa Kỳ. Chương trình STEM của họ bắt đầu vào năm 2015. Đặc biệt, học bổng Schulich Leader, có trị giá từ 60.000 đô la đến 100.000.000 đô la, cho sinh viên bắt đầu học đại học trong một chương trình STEM tại 20 tổ chức trên khắp Canada với mục tiêu thu hút thanh thiếu niên có năng khiếu vào các lĩnh vực STEM. Ở Qatar 6

AL-Bairaq là một chương trình tiếp cận học sinh trung học với một chương trình tập trung vào STEM. Mỗi năm khoảng 1000 sinh viên, từ khoảng 40 trường trung học, tham gia các cuộc thi AL-Bairaq. AL-Bairaq thúc đẩy học sinh học tập theo dự án, khuyến khích sinh viên giải quyết các vấn đề thực tế và yêu cầu họ làm việc với nhau như một nhóm để xây dựng các giải. Cho đến nay, kết quả của chương trình này vẫn rất tích cực. Ở châu Phi Rất nhiều tổ chức hiện đã và đang tham gia vào các hoạt động giáo dục STEM ở khắp Châu Phi. Tuy các tổ chức có quy mô, phạm vi, cơ chế tài trợ và tuyên bố sứ mệnh khác nhau nhưng tất cả đều tập trung vào việc cải thiện giáo dục STEM ở châu lục này. 1.1.1.2. Giáo dục STEM ở Việt Nam Giáo dục STEM xuất hiện từ các cuộc thi Robot dành cho học sinh từ cấp tiểu học đến phổ thông trung học do các công ty công nghệ tại Việt Nam triển khai cùng với các tổ chức nước ngoài. Từ đó, giáo dục STEM đã bắt đầu có sự lan toả với nhiều hình thức khác nhau, nhiều cách thức thực hiện khác nhau, nhiều đơn vị hỗ trợ khác nhau. Hệ thống giáo dục tư nhân Việt Nam đã rất nhanh nhạy đưa giáo dục STEM vào các trường tiểu học, trung học phổ thông tại một số thành phố lớn như Hà Nội, Hồ Chí Minh, Đà Nẵng. Tuy nhiên, khu vực nông thôn hiện nay chưa thể tiếp cận với các hoạt động giáo dục STEM vì vấn đề cơ sở vật chất và chi phí. Các hoạt động phong trào có thể nêu ra một số hoạt động chính sau: - Ngày hội STEM: Ngày hội STEM được Liên minh STEM tổ chức dưới sự bảo trợ của Bộ Khoa học Công nghệ. Cho đến nay, Ngày hội STEM đều duy trì hàng 7

năm vào dịp xung quanh ngày 18 tháng 5 hàng năm. Một trong những ý nghĩa quan trọng của Ngày hội STEM đối với giáo dục STEM chính là yếu tố truyền thông cộng đồng, kết nối xã hội, kết nối với giáo dục STEM tại Việt Nam. - Câu lạc bộ STEM: Hiện nay có 2 loại hình câu lạc bộ STEM đang duy trì ở trong trường tiểu học và trung học phổ thông đó là hình thức câu lạc bộ xã hội hóa do các công ty kết hợp với nhà trường tổ chức, hình thức này chủ yếu diễn ra tại các trường học ở khu vực thành phố và tập trung vào các mảng như robot, lập trình máy tính. Loại hình câu lạc bộ nữa là các câu lạc bộ do giáo viên của nhà trường tự duy trì ở dạng câu lạc bộ ngoại khoá. - Các hoạt động giáo dục STEM khác hiện đang duy trì tại một số trường và địa phương như: Cuộc thi robot của các tổ chức Việt Nam và nước ngoài, Cuộc thi sáng tạo khoa học kỹ thuật, Các cuộc thi khoa học kĩ thuật dành cho học sinh tiểu học của các nước như Trung Quốc, Hàn Quốc, Thái Lan. 1.1.2. Khái niệm STEM và giáo dục STEM 1.1.2.1. Khái niệm STEM STEM là thuật ngữ viết tắt bằng cách lấy các chữ cái đầu của Science – Khoa học, Technology – Công nghệ, Engineering – Kỹ thuật và Mathematics – Toán học. Thuật ngữ STEM thường được sử dụng khi bàn đến các vấn đề, lĩnh vực liên quan đến khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học. Trong đó, khoa học đóng vai trò tạo ra những kiến thức mới, kỹ thuật là sự ứng dụng những kiến thức đó để tạo ra công nghệ để giải quyết vấn đề. Cuối cùng, toán học là công cụ để thu nhận và chia sẻ những kết quả đó cho mọi người.

8

Hình 1.1. Chu trình STEM

1.1.2.2. Khái niệm giáo dục STEM Giáo dục STEM đặt ra với học sinh những vấn đề thực tiễn cần phải giải quyết, yêu cầu học sinh phải tìm tòi, nghiên cứu các kiến thức khoa học và vận dụng các kiến thức này để thiết kế và thực hiện giải pháp để giải quyết vấn đề. Do đó, mỗi bài học STEM sẽ là một vấn đề cần học sinh giải quyết, đòi hỏi học sinh phải huy động các kiến thức đã có và tìm tòi, chiếm lĩnh thêm các kiến thức mới để áp dụng vào bài học. Giáo dục STEM được sử dụng theo mô tả trong Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018 như sau: “Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên các tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể”. Giáo dục STEM cũng phải chịu sự chi phối của chương trình giáo dục (mục tiêu, nội dung, phương pháp, phương tiện, kiểm tra - đánh giá), nhân lực tham gia

9

(cán bộ quản lý, giáo viên,…), điều kiện cơ sở hạ tầng, chính sách giáo dục trong thực tiễn. 1.1.3. Mục tiêu giáo dục STEM - Phát triển các năng lực đặc thù của các môn thuộc về STEM cho học sinh: Đó là các năng lực tìm hiểu và nghiên cứu khoa học tự nhiên - xã hội, năng lực công nghệ, năng lực tính toán. Học sinh phải liên kết được các kiến thức khoa học, toán học với thực tế, để có thể giải quyết các vấn đề trong đời sống. Đồng thời, học sinh cũng phải sử dụng thành thạo công nghệ và nắm bắt được các quy trình thiết kế, chế tạo và sản xuất ra các sản phẩm. - Phát triển các năng lực cốt lõi cho học sinh: Giáo dục STEM trang bị cho học sinh năng lực giải quyết vấn đề - sáng tạo, hình thành tư duy phê phán đồng thời là năng lực giao tiếp - hợp tác để cùng làm việc. Quan trọng hơn, giáo dục STEM giúp học sinh hình thành năng lực tự học, từ việc tìm tòi, nghiên cứu các kiến thức mới. - Định hướng nghề nghiệp cho học sinh: Giáo dục STEM giúp học sinh hình thành các kiến thức, kỹ năng cơ bản để phục vụ cho việc học lên bậc cao hơn sau này hoặc cho nghề nghiệp tương lai của học sinh. Từ đó, góp phần xây dựng lực lượng lao động có chất lượng, đáp ứng được nhu cầu phát triển của đất nước. 1.1.4. Bản chất của dạy học theo định hướng giáo dục STEM - Tính tích hợp: Nội dung bài học có liên quan đến nhiều kiến thức thuộc các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học dựa trên cơ sở tiếp cận thực tiễn. - Tính thiết kế: Vì xuất phát từ Công nghệ và Kỹ thuật nên giáo dục STEM hướng tới sự thực hành và sản phẩm đã được thỏa thuận giữa học sinh và giáo viên trong quá trình tổ chức hoạt động dạy học. 10

- Tính toàn diện: Giáo dục STEM hướng tới mọi đối tượng học sinh, đảm bảo cho mọi công dân có được năng lực về STEM, thúc đẩy sự phát triển kinh tế, khoa học, công nghệ, kỹ thuật,… Đồng thời, giáo dục STEM cũng tạo ra một môi trường giả định, ở đó học sinh có thể trải nghiệm cả hành động và cảm xúc. Nói chung, giáo dục STEM nhấn mạnh việc học tập, trải nghiệm trong những điều kiện thực tế phức tạp nhưng vẫn đảm bảo sự hình thành những kiến thức và rèn luyện các kỹ năng cơ bản của học sinh. 1.2. Cơ sở lý luận của việc tổ chức dạy học STEM Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018 định hướng phát triển phẩm chất và năng lực học sinh, do đó, phương pháp dạy học, kiểm tra đánh giá cũng phải dựa theo định hướng phát triển phẩm chất và năng lực của học sinh. 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

11

Hình 1.2. Sơ đồ phương pháp dạy học dựa trên vấn đề

Dạy học dựa trên vấn đề tập trung vào việc hình thành và rèn luyện tư duy phản biện và phát triển các giải pháp của cá nhân. - Dạy học tìm tòi khám phá theo mô hình 5E Hình 1.3. Sơ đồ mô hình dạy học 5E

- Dạy học dựa trên thiết kế 12

Hình 1.4. Sơ đồ phương pháp dạy học dựa trên thiết kế

- Dạy học dự án Hình 1.5. Sơ đồ phương pháp – hình thức tổ chức dạy học dự án

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 13

Hình 1.6. Sơ đồ phương pháp dạy học theo chủ đề

1.3. Giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông 2018 1.3.1. Định hướng chung - Vào ngày 4 tháng 5 năm 2017, Thủ tướng Chính phủ ban hành Chỉ thị số 16/CTTTg về việc thúc đẩy năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, trong đó cũng đề cập đến phần thúc đẩy giáo dục STEM tại Việt Nam thông qua việc đẩy mạnh quá trình đổi mới, cải cách nền giáo dục theo, hướng tới phát triển nguồn nhân lực chất lượng cao về lĩnh vực STEM. - Những người viết chương trình phải quan tâm tới vai trò, vị trí, sự phối hợp giữa các môn học STEM trong chương trình. Đối với giáo viên, những người trực tiếp đứng lớp sẽ thể hiện STEM thông qua các chủ đề liên môn trong các tiết dạy, các hoạt động dạy học để kết nối kiến thức cơ bản với cuộc sống thực tế, giải quyết các vấn đề thực tiễn, nâng cao hứng thú để góp phần giúp hình thành và phát triển năng lực và phẩm chất cho học sinh. - Trong Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018, giáo dục STEM đã được chú trọng thông qua việc chương trình có đầy đủ các môn thuộc lĩnh vực STEM và ở giai đoạn giáo dục định hướng nghề nghiệp, còn có thêm nhóm môn Công nghệ 14

và Nghệ thuật. Thứ hai, vị trí, vai trò của môn Tin học và môn Công nghệ trong Chương trình giáo dục phổ thông cũng được nâng cao hơn. Đặc biệt là sự xuất hiện các chủ đề STEM trong chương trình môn học tích hợp ở giai đoạn giáo dục cơ bản. Các chuyên đề dạy học ở lớp 10, 11, 12; các hoạt động trải nghiệm dưới hình thức câu lạc bộ nghiên cứu khoa học đều có các hoạt động nghiên cứu STEM. Sự linh hoạt của chương trình cho phép một số nội dung giáo dục STEM có thể được xây dựng thông qua chương trình địa phương, kế hoạch giáo dục nhà trường hoặc thông qua những chương trình, hoạt động STEM được triển khai, tổ chức thông qua hoạt động xã hội hóa. 1.3.2. Những nội dung liên quan đến giáo dục STEM thể hiện trong môn Vật lý Vật lý là môn khoa học thực nghiệm, nghiên cứu và mô tả các hiện tượng và vật chất. Đối tượng nghiên cứu của Vật lý đi từ cấu tạo các hạt cơ bản đến cấu trúc của vũ trụ. Do đó, Vật lý là cơ sở của ngành kỹ thuật và công nghệ như sản xuất năng lượng, chế tạo máy móc,… và những kiến thức Vật lý có ý nghĩa to lớn trong quá trình nhận thức và trong đời sống. 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 vào thực tiễn. Học sinh sẽ có những trải nghiệm ý nghĩa trong quá trình học, dẫn đến 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. 15

- 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: Đi 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. 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

16

Hình 1.7. Các tiêu chí xây dựng chủ đề/bài học STEM

1.4.2. Quy trình thiết kế chủ đề/bài học STEM Hình 1.8. Quy trình thiết kế chủ đề/bài học STEM

- Lựa chọn nội dung cụ thể trong môn học: Có thể chọn dung kiến thức một môn học của một nhóm bài, một chương hay một phần để làm nội dung kiến thức của chủ đề STEM. Điều này đảm bảo việc kiến thức được áp dụng để giải quyết vấn đề thực tiễn không bị gượng ép, phù hợp nhận thức phát triển của học sinh.

17

- Kết nối với những sản phẩm, vật phẩm ứng dụng trong thực tế: Từ các kiến thức đã được chọn, giáo viên tìm hiểu nắm được ứng dụng của kiến thức trong thực tế, trong các đồ vật, thiết bị, hệ thống, lĩnh vực,… - Phân tích ứng dụng: Sau khi tìm được ứng dụng của kiến thức đã chọn trong thực tiễn, giáo viên nghiên cứu các quá trình, giai đoạn và các kiến thức được sử dụng để làm ra ứng dụng hoặc sản phẩm. Dựa vào phần này, giáo viên có thể giao các nhiệm vụ học tập, để học sinh nắm chắc được vấn đề và các khó khăn khi giải quyết vấn đề. - Chỉ ra các kiến thức liên quan trong các môn học thuộc lĩnh vực STEM: Giáo viên phân loại các kiến thức được sử dụng trong việc tạo ra các ứng dụng đã tìm hiểu vào các môn học thuộc lĩnh vực STEM. Nên có sự hỗ trợ với các giáo viên phụ trách các môn khác để đảm bảo sự toàn diện và sâu sắc của lượng kiến thức được dùng. Từ đó, giáo viên có thể chọn những kiến thức phù hợp với chương trình của học sinh. - Hình thành chủ đề: Một chủ đề phải có tên chủ đề, mục tiêu, liên hệ chương trình và những năng lực hướng tới hình thành và phát triển. Khi xây dựng một chủ đề/bài học STEM, giáo viên cần xem xét đến vấn đề thực của cuộc sống ở nhiều lĩnh vực khác nhau, phạm vi tác động (đến cá nhân, cộng đồng hay toàn thế giới) và mức độ phức tạp của vấn đề STEM. Kết luận chương 1 Trong chương 1, em đã trình bày cơ sở lý luận về giáo dục STEM, một phương thức giáo dục tích hợp nằm trong quan điểm giáo dục tiếp cận quá trình hình thành và phát triển năng lực cho người học; một tư tưởng giáo dục hiện đại hướng tới một phong cách học tập sáng tạo, chủ động, tích cực thông qua mô hình 18

học tập gắn kết của 4 môn học: Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học dựa trên các ứng dụng thực tế. Bản chất và quy trình của giáo dục STEM tỏ ra khá tương thích với mục tiêu của công cuộc đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục ở Việt Nam. Giáo dục STEM là mô hình dạy học gắn giữa lý thuyết và thực hành, tạo nên những sản phẩm mang tính ứng dụng thực tế. Nội dung giáo dục STEM được thiết kế theo nguyên tắc tích hợp và thực hiện theo các phương pháp dạy học tích cực, nhằm phát huy tính chủ động, sáng tạo, tăng cường kỹ năng tự học, thực hành và vận dụng kiến thức liên môn vào giải quyết các vấn đề trong cuộc sống, hình thành và phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh.

19

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG BÀI HỌC STEM CHỦ ĐỀ “ĐỘNG NĂNG VÀ THẾ NĂNG” VẬT LÝ 10 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG MỚI 2.1. Tổng quan kiến thức phần “Động năng và thế năng” 2.1.1. Động năng 2.1.1.1. Định nghĩa - Động năng của một vật là năng lượng do vật chuyển động mà có. Động năng có giá trị bằng một nửa tích khối lượng và bình phương vận tốc của vật. - Ký hiệu: 𝑊đ - Đơn vị: Jun (J) 2.1.1.2. Biểu thức - Chứng minh biểu thức: Hình 2.1. Xe chuyển động quãng đường s dưới tác dụng của lực 𝐹⃗

Công do lực 𝐹⃗ thực hiện trên độ dời s từ vị trí 1 đến vị trí 2 là: 𝐴12 Rút gọn lại, ta có: 𝐴12 =

𝑚𝑣22 2

−

𝑣22 − 𝑣12 = 𝐹𝑠 = 𝑚𝑎 2𝑎 𝑚𝑣12 2

(*)

20

Nếu vật bắt đầu từ trạng thái nghỉ (v1 = 0), dưới tác dụng của lực 𝐹⃗ , đạt tới trạng thái v2 = v, thì ta có phương trình (*) trở thành: 𝐴12 =

𝑚𝑣 2 2

Suy ra, vế phải của biểu thức biểu thị năng lượng mà vật thu được trong quá trình thực hiện công của vật. → 𝑊đ =

𝑚𝑣 2 2

- Lưu ý: + Động năng là đại lượng vô hướng và luôn dương. + Động năng có tính tương đối. + Công thức xác định động năng của chất điểm cũng đúng cho vật chuyển động tịnh tiến. 2.1.1.3. Định lý biến thiên động năng - Phát biểu định lý: Độ biến thiên động năng của một vật bằng công của ngoại lực tác dụng lên vật. - Lưu ý: + Phương trình (*) đúng cả khi vật không dịch chuyển cùng chiều với lực. + A12 = Angoại lực (công của tất cả các ngoại lực tác dụng lên vật) + 𝐴12 > 0 thì động năng tăng. + 𝐴12 < 0 thì động năng giảm.

21

2.1.2. Thế năng trọng trường 2.1.2.1. Định nghĩa - Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật; nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường. - Ký hiệu: 𝑊𝑡 - Đơn vị: Jun (J) 2.1.2.2. Biểu thức - Chứng minh biểu thức: Hình 2.2. Trọng lực thực hiện công khi vật đi từ vị trí B đến vị trí C

Vì quỹ đạo có dạng bất kỳ nên ta chia nó thành những độ dời Δs (rất nhỏ, là đoạn thẳng) → Công nguyên tố ΔA do trọng lực P thực hiện khi vật có độ dời Δs là: ΔA = P.x (x là hình chiếu của Δs trên phương của P) Hay ΔA = P. -Δz → 𝐴𝐵𝐶 = ∑ ΔA = ∑(−𝑃. Δz) = −𝑃 ∑ Δz = 𝑃(𝑧𝐵 − 𝑧𝐶 ) 22

→ 𝐴𝐵𝐶 = 𝑚𝑔(𝑧𝐵 − 𝑧𝐶 ) Nếu ký hiệu 𝑊𝑡 = 𝑚𝑔𝑧, trong đó: + m là khối lượng của vật (kilogam). + g là gia tốc trọng trường (m/s2). + z là độ cao của vật so với mốc thế năng (mét). + Wt là thế năng trọng trường (J). → 𝐴12 = 𝑊𝑡1 − 𝑊𝑡2 - Kết luận: + Công của trọng lực không phụ thuộc vào hình dạng đường đi của vật mà chỉ phụ thuộc vào các vị trí đầu và cuối. + Công của trọng lực bằng hiệu thế năng của vật tại vị trí đầu và tại vị trí cuối, tức là độ giảm bằng thế năng của vật. - Lưu ý: + Giá trị thế năng phụ thuộc việc chọn mốc thế năng. + Thế năng là một đại lượng vô hướng, có thể âm hoặc dương. - Hệ quả: Công là số đo sự biến đổi năng lượng. + Vật đi từ cao xuống thấp: A12 > 0, thế năng của vật giảm. + Vật đi từ thấp lên cao: A12 < 0, thế năng của vật tăng. + Vật đi với quỹ đạo khép kín, A12 = 0.

23

- Ngoài vũ trụ, các vật đều hút nhau do lực vạn vật hấp dẫn, do đó cũng tồn tại năng lượng dưới dạng thế năng, gọi là thế năng hấp dẫn mà thế năng trọng trường là một trường hợp riêng của nó. 2.1.3. Định luật bảo toàn cơ năng 2.1.3.1. Định nghĩa cơ năng - Khi một vật có khả năng sinh công thì vật đó có cơ năng. Cơ năng của một vật bằng tổng động năng và thế năng của nó. - Ký hiệu: W - Đơn vị: Jun → 𝑊 = 𝑊đ + 𝑊𝑡 2.1.3.2. Định luật bảo toàn cơ năng - Phát biểu định luật (trong trường hợp thế năng trọng trường): Khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác dụng của trọng lực thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn. 𝑊=

𝑚𝑣 2 2

+ 𝑚𝑔𝑧 = hằng số

- Chứng minh định luật:

Hình 2.3. Vật m chỉ chịu tác dụng của trọng lực chuyển động trong trọng trường

24

Áp dụng định lý động năng, ta có: 𝐴𝑀𝑁

𝑚𝑣22 𝑚𝑣12 = 𝑊đ2 − 𝑊đ1 = − 2 2

Mà công này lại bằng độ giảm thế năng của vật: 𝐴𝑀𝑁 = 𝑊𝑡1 − 𝑊𝑡2 = 𝑚𝑔𝑧1 − 𝑚𝑔𝑧2 → 𝑊đ2 − 𝑊đ1 = 𝑊𝑡1 − 𝑊𝑡2 ⇔ 𝑊đ1 + 𝑊𝑡1 = 𝑊đ2 + 𝑊𝑡2 ⇔ 𝑊𝑀 = 𝑊𝑁 Vì các giá trị của vận tốc v và độ cao z tại các vị trí đầu và cuối là bất kỳ, do đó cơ năng của vật là không đổi. - Hệ quả: + Nếu động năng giảm thì thế năng tăng (động năng chuyển hóa thành thế năng) và ngược lại. + Nếu động năng cực tiểu thì thế năng đạt cực đại. 2.1.3.3. Biến thiên cơ năng Từ định lý động năng, ta có: A12 (lực không thế) + A12 (lực thế) = 𝑊đ2 − 𝑊đ1 Mà công của lực thế là: A12 (lực thế) = 𝑊𝑡1 − 𝑊𝑡2 → A12 (lực không thế) = 𝑊đ2 − 𝑊đ1 − (𝑊𝑡1 − 𝑊𝑡2 ) = (𝑊đ2 + 𝑊𝑡2 ) − (𝑊đ1 + 𝑊𝑡1 ) ⇔ A12 (lực không thế) = W2 – W1 = ΔW → Khi ngoài lực thế vật còn chịu tác dụng của lực không phải lực thế, cơ năng của vật không bảo toàn và công của lực này bằng độ biến thiên cơ năng của vật.

25

2.2. Xây dựng chủ đề STEM trong dạy học “Động năng và thế năng” Vật lý lớp 10 chương trình giáo dục phổ thông mới 2.2.1. Chủ đề “Tàu lượn siêu tốc” 2.2.1.1. Vấn đề thực tiễn - Bối cảnh chung: Tàu lượn siêu tốc (Roller Coaster) là một trò chơi giải trí sử dụng một đường ray xe lửa trên cao được thiết kế với những cú ngoặt đột ngột, sườn dốc và đôi khi là những đường ray lộn ngược, từ đó gây nên cảm giác kích thích với người chơi. Mọi người đi trên đường ray lộn ngược trong những toa mở và trò chơi này xuất hiện ở hầu hết các công viên giải trí lớn trên thế giới. Việc xây dựng tàu lượn siêu tốc áp dụng rất nhiều các kiến thức khoa học, trong đó có cả các kiến thức phổ thông về động năng và thế năng. - Tình huống dạy học cụ thể: Học sinh có thể tìm hiểu và thiết kế một mô hình tàu lượn siêu tốc với cách vận hành tương tự từ các nguyên vật liệu đơn giản, dễ kiếm trong đời sống hàng ngày. 2.2.1.2. Hình thành ý tưởng chủ đề Hình 2.4. Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM

26

2.2.1.3. Kiến thức STEM trong chủ đề Bảng 2.1: Kiến thức STEM trong chủ đề “TÀU LƯỢN SIÊU TỐC” - Giải thích nguyên lý vận hành của tàu lượn siêu tốc. - Thiết kế và xây dựng một mô hình tàu lượn siêu tốc. Hoạt động

- Thuyết trình, giải thích về nguyên lý vận hành của mô hình tàu lượn siêu tốc mà nhóm thiết kế. - Hoàn thành phiếu bài tập về động năng. - Các kiến thức về chuyển động biến đổi đều chuyển động tròn.

Khoa học (S)

- Các kiến thức về động lực học (các định luật Newton,…) - Các kiến thức về công, công suất. - Các kiến thức về động năng, thế năng và sự chuyển hóa năng lượng. - Vật liệu để làm ra sản phẩm: ống xốp, cốc giấy, các loại bi

Công nghệ (T)

với vật liệu khác nhau (inox, nhựa, gỗ,…), băng keo,… - Vật liệu phục vụ quá trình làm ra sản phẩm: kéo, thước đo, bút dạ,… 27

Kỹ thuật (E)

Toán học (M)

- Bản vẽ kỹ thuật. - Đo các thông số cần thiết. - Phương trình bậc 2. - Xử lý số liệu.

2.2.1.4. Mục tiêu của chủ đề Bảng 2.2. Mục tiêu chủ đề “TÀU LƯỢN SIÊU TỐC” - Phát biểu khái niệm động năng và xây dựng được biểu thức tính động năng tự phương trình chuyển động biến đổi đều. Từ đó rút ra được giá trị của động năng là công của lực tác dụng lên vật. - Trình bày được khái niệm thế năng trọng trường và công thức tính thế năng hấp dẫn trong trọng trường đều. Kiến thức

- Phát biểu được khái niệm cơ năng và nội dung của định luật bảo toàn cơ năng trong trường hợp trọng lực. - Giải thích về mặt vật lý nguyên lý hoạt động của tàu lượn siêu tốc. - Phân tích sự chuyển hóa động năng và thế năng của một vật trong một vài trường hợp đơn giản (rơi tự do, lướt ván lòng chảo, con lắc đơn,…) - Sử dụng định luật bảo toàn năng lượng để giải thích cách bố

Kỹ năng

trí tàu lượn siêu tốc. - Xác định các điểm trong đường ray tàu lượn mà tại đó một chiếc xe có động năng tối đa và thế năng trọng trường tối đa.

28

- Phân tích các lực tác dụng vào tàu lượn khi tàu vận hành. - Thiết kế bản vẽ và xây dựng được mô hình tàu lượn siêu tốc. - Vận hành, thử nghiệm, cải tiến mô hình tàu lượn. - Thuyết trình cho mô hình tàu lượn siêu tốc cho cả lớp. - Vận dụng các kiến thức về động năng, thế năng, cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng để xác định các giá trị của các đại lượng liên quan trong một số hiện tượng đơn giản như vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng, rơi tự do, con lắc đơn,… - Nhận thức được ý nghĩa của động năng, thế năng, cơ năng và

Thái độ

định luật bảo toàn cơ năng trong đời sống. - Năng lực tự chủ - tự học.

Định hướng

- Năng lực giao tiếp – hợp tác.

phát triển

- Năng lực giải quyết vấn đề - sáng tạo.

năng lực

- Năng lực tìm hiểu và nghiên cứu khoa học, ngôn ngữ, tính toán, tin học và công nghệ.

Định hướng

- Chăm chỉ.

phát triển

- Trung thực.

phẩm chất

- Trách nhiệm.

2.2.1.5. Câu hỏi định hướng Bảng 2.3. Các câu hỏi định hướng của chủ đề “TÀU LƯỢN SIÊU TỐC” Câu hỏi

Tại sao tàu lượn siêu tốc lại có thể lượn một vòng tròn hoàn chỉnh

khái quát

mà không bị rơi ra khỏi đường ray?

Câu hỏi

- Nguyên lý hoạt động của tàu lượn siêu tốc là gì?

bài học

- Động năng, thế năng trọng trường là gì? 29

- Định luật bảo toàn cơ năng phát biểu như thế nào? - Thiết kế tàu lượn siêu tốc như thế nào? - Xây dựng tàu lượn siêu tốc từ ống xốp như thế nào?

2.2.2. Chủ đề “Nhà máy thủy điện” 2.2.2.1. Vấn đề thực tiễn - Bối cảnh chung: Tại các nhà máy thủy điện, điện năng được sản sinh khi động năng và thế năng của dòng chảy làm quay tuabin phát điện. Nguồn năng lượng này phụ thuộc vào vị trí đặt nhà máy, lưu lượng và tốc độ dòng chảy qua tuabin máy phát điện. Nhà máy thủy điện cung cấp một lượng lớn năng lượng điện, lại có thể tái tạo được nên nó được sử dụng phổ biến ở khắp các quốc gia trên thế giới. - Tình huống dạy học cụ thể: Học sinh có thể tìm hiểu và thiết kế một mô hình máy phát điện vận hành dựa trên sự chuyển hóa động năng của dòng nước từ các nguyên vật liệu quen thuộc trong đời sống hàng ngày. 2.2.2.2. Hình thành ý tưởng chủ đề Hình 2.5. Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM

30

2.2.2.3. Kiến thức STEM trong chủ đề Bảng 2.4. Kiến thức STEM trong chủ đề “NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN” - Giải thích nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện. - Tìm hiểu ảnh hưởng của nhà máy thủy điện với đời sống và môi trường. Hoạt động

- Thiết kế và xây dựng một mô hình máy phát điện dựa trên động năng của dòng nước. - Thuyết trình về mô hình của nhóm. - Hoàn thành phiếu bài tập. - Các kiến thức về chuyển động tròn. - Các kiến thức về động lực học (các định luật Newton,…)

Khoa học (S)

- Các kiến thức về công và công suất. - Các kiến thức về động năng, thế năng và sự chuyển hóa năng lượng.

31

- Các kiến thức về hiệu điện thế, cường độ dòng điện, hiện tượng cảm ứng từ. - Vật liệu để làm ra sản phẩm: Bánh xe, mô tơ điện, bóng đèn, tấm gỗ, thìa nhựa, dây điện… Công nghệ (T)

- Vật liệu phục vụ quá trình làm ra sản phẩm: kéo, thước đo, bút dạ, máy khoan, máy cắt, keo nến, bút thử điện, đồng hồ đo điện vạn năng,… - Bản vẽ kỹ thuật.

Kỹ thuật (E)

- Sơ đồ mạch điện. - Đo các thông số cần thiết: độ dài, cường độ dòng điện, hiệu điện thế,…

Toán học (M)

- Xử lý số liệu.

2.2.2.4. Mục tiêu của chủ đề Bảng 2.5. Mục tiêu dạy học chủ đề “NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN” - Phát biểu khái niệm động năng và xây dựng được biểu thức tính động năng tự phương trình chuyển động biến đổi đều. Từ đó rút ra được giá trị của động năng là công của lực tác dụng lên vật. Kiến thức

- Trình bày được khái niệm thế năng trọng trường và công thức tính thế năng hấp dẫn trong trọng trường đều. - Phát biểu được khái niệm cơ năng và nội dung của định luật bảo toàn cơ năng. - Giải thích về mặt vật lý nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện. 32

- Phân tích sự chuyển hóa năng lượng trong một vài trường hợp đơn giản (lướt ván lòng chảo, nhà máy thủy điện, động cơ xe máy,…) - Sử dụng định luật bảo toàn năng lượng để mô tả sự chuyển đổi năng lượng trong nhà máy thủy điện. - Xác định cách các kỹ sư thiết kế và xây dựng nhà máy thủy điện. - Phân tích được các lợi ích và tác hại của nhà máy thủy điện. - Thiết kế bản vẽ và xây dựng được mô hình nhà máy thủy điện. Kỹ năng

- Vận hành, thử nghiệm, cải tiến mô hình máy phát điện dựa trên động năng của dòng nước. - Thuyết trình cho mô hình nhà máy thủy điện cho cả lớp. - Vận dụng các kiến thức về động năng, thế năng, cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng để xác định các giá trị của các đại lượng liên quan trong một số hiện tượng đơn giản như vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng, rơi tự do, con lắc đơn,… - Nhận thức được ý nghĩa và vai trò to lớn của nhà máy thủy

Thái độ

điện đối với đời sống và sản xuất cũng như tác động của nó đến môi trường tự nhiên. - Năng lực tự chủ - tự học.

Định hướng

- Năng lực giao tiếp – hợp tác.

phát triển

- Năng lực giải quyết vấn đề - sáng tạo.

năng lực

- Năng lực tìm hiểu và nghiên cứu khoa học, ngôn ngữ, tính toán, tin học và công nghệ.

33

Định hướng

- Chăm chỉ.

phát triển

- Trung thực.

phẩm chất

- Trách nhiệm.

2.2.2.5. Câu hỏi định hướng Bảng 2.6. Các câu hỏi định hướng chủ đề “NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN” Câu hỏi

Tại sao nhà máy thủy điện lại sản xuất ra lượng lớn điện năng và

khái quát

được sử dụng phổ biến trên toàn thế giới? - Có bao nhiêu loại nhà máy thủy điện? Đặc điểm của từng loại nhà máy thủy điện là gì? - Nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện là gì?

Câu hỏi bài học

- Động năng và thế năng trọng trường là gì? - Định luật bảo toàn cơ năng phát biểu như thế nào? - Thiết kế mô hình máy phát điện từ động năng của dòng chảy như thế nào? - Xây dựng máy phát điện từ các nguyên vật liệu trong đời sống hàng ngày như thế nào?

2.2.3. Chủ đề “Tuabin gió” 2.2.3.1. Vấn đề thực tiễn - Bối cảnh chung: Với xu thế ưu tiên sử dụng các nguồn năng lượng tái tạo, các tuabin điện gió được sử dụng ngày càng phổ biến ở các quốc gia phát triển như Hoa Kỳ, Trung Quốc, Đức, Ấn Độ, Tây Ban Nha,… Nguyên lý hoạt động của tuabin gió cũng tương tự như của cối xay gió nhưng các kỹ sư đã cải tiến nó để có

34

thể chuyển động năng của không khí sang điện năng cung cấp cho sản xuất và sinh hoạt. - Tình huống dạy học cụ thể: Học sinh có thể tìm hiểu và thiết kế một mô hình tuabin gió, có thể trực tiếp chuyển động năng của không khí sang điện năng để thắp sáng bóng đèn từ các nguyên vật liệu quen thuộc trong đời sống hàng ngày. 2.2.3.2. Hình thành ý tưởng chủ đề Hình 2.6. Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM

2.2.3.3. Kiến thức STEM trong chủ đề Bảng 2.7. Kiến thức STEM trong chủ đề “TUABIN GIÓ” - Giải thích nguyên lý hoạt động của tuabin gió. - Tìm hiểu ưu điểm và nhược điểm của tuabin gió. Hoạt động

- Thiết kế và xây dựng một mô hình tuabin gió. - Thuyết trình về mô hình của nhóm. - Hoàn thành phiếu bài tập.

Khoa học (S)

- Các kiến thức về chuyển động tròn.

35

- Các kiến thức về động lực học (các định luật Newton,…) - Các kiến thức về công và công suất. - Các kiến thức về động năng và sự chuyển hóa năng lượng. - Các kiến thức về hiệu điện thế, cường độ dòng điện, hiện tượng cảm ứng từ. - Vật liệu để làm ra sản phẩm: Bìa các tông, bóng đèn, dây Công nghệ (T)

điện, mô tơ dòng một chiều,… - Vật liệu phục vụ quá trình làm ra sản phẩm: kéo, thước đo, bút dạ, keo nến, đồng hồ đo điện vạn năng,… - Bản vẽ kỹ thuật. - Sơ đồ mạch điện.

Kỹ thuật (E)

- Đo các thông số cần thiết như: độ dài, cường độ dòng điện, hiệu điện thế,…

Toán học (M)

- Xử lý số liệu.

2.2.3.4. Mục tiêu của chủ đề Bảng 2.8. Mục tiêu của chủ đề “TUABIN GIÓ” - Phát biểu khái niệm động năng và xây dựng được biểu thức tính động năng từ phương trình chuyển động biến đổi đều. Từ Kiến thức

đó rút ra được giá trị của động năng là công của lực tác dụng lên vật. - Phát biểu định luật bảo toàn năng lượng. - Giải thích về mặt vật lý nguyên lý hoạt động của tuabin gió.

36

- Phân tích sự chuyển hóa năng lượng trong một vài trường hợp đơn giản (nhà máy thủy điện, động cơ xe máy,…) - Sử dụng định luật bảo toàn năng lượng để mô tả sự chuyển đổi năng lượng trong tuabin gió. - Xác định cách các kỹ sư thiết kế và xây dựng tuabin gió. - Phân tích được các ưu điểm và nhược điểm của tuabin gió. - Thiết kế bản vẽ và xây dựng được mô hình tuabin gió. Kỹ năng

- Vận hành, thử nghiệm, cải tiến mô hình tuabin dựa trên động năng của không khí. - Thuyết trình cho mô hình tuabin gió cho cả lớp. - Vận dụng các kiến thức về động năng để xác định các giá trị của các đại lượng liên quan trong một số hiện tượng đơn giản như vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng,… - Nhận thức được ý nghĩa và vai trò to lớn của tuabin gió đối

Thái độ

với đời sống và sản xuất cũng như tác động của nó đến môi trường tự nhiên. - Năng lực tự chủ - tự học.

Định hướng

- Năng lực giao tiếp – hợp tác.

phát triển

- Năng lực giải quyết vấn đề - sáng tạo.

năng lực

- Năng lực tìm hiểu và nghiên cứu khoa học, ngôn ngữ, tính toán, tin học và công nghệ.

Định hướng

- Chăm chỉ.

phát triển

- Trung thực.

phẩm chất

- Trách nhiệm.

37

2.2.3.5. Câu hỏi định hướng Bảng 2.9. Các câu hỏi định hướng của chủ đề “TUABIN GIÓ” Câu hỏi

Tại sao các quốc gia đều tập trung nguồn lực để phát triển sản xuất

khái quát

điện năng từ năng lượng gió? - Nguyên lý hoạt động của tuabin gió là gì? - Ưu điểm và nhược điểm của tuabin gió là gì? - Động năng là gì?

Câu hỏi

- Định luật bảo toàn năng lượng phát biểu như thế nào?

bài học

- Thiết kế mô hình tuabin gió từ động năng của không khí như thế nào? - Xây dựng tuabin gió từ các nguyên vật liệu trong đời sống hàng ngày như thế nào?

2.2.4. Chủ đề “Khúc côn cầu trên không” 2.2.4.1. Vấn đề thực tiễn - Bối cảnh chung: Khúc côn cầu hay hockey là một môn thể thao đồng đội. Giống như bóng đá, một trận đấu gồm hai hiệp, hai đội thi đấu với nhau và cố gắng điều khiển quả bóng hay một đĩa tròn và cứng (gọi là bóng khúc côn cầu) vào trong lưới hay khung thành của đội kia, bằng gậy chơi khúc côn cầu. Môn khúc côn cầu phổ biến tại nhiều quốc gia và là một trong các môn thể thao có mặt trong các kỳ Thế vận hội. - Tình huống dạy học cụ thể: Học sinh có thể tìm hiểu và thiết kế một bộ đồ chơi khúc côn cầu trên không sao cho lực ma sát giữa bóng và mặt sân là nhỏ nhất bằng các nguyên vật liệu hàng ngày.

38

2.2.4.2. Hình thành ý tưởng chủ đề Hình 2.7. Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM

2.2.4.3. Kiến thức STEM trong chủ đề Bảng 2.10. Kiến thức STEM trong chủ đề “KHÚC CÔN CẦU TRÊN KHÔNG” - Giải thích nguyên lý hoạt động của bộ đồ chơi khúc côn cầu trên không. Hoạt động

- Thiết kế và xây dựng một bộ đồ chơi khúc côn cầu trên không. - Thuyết trình về bộ đồ chơi của nhóm. - Hoàn thành phiếu bài tập. - Các kiến thức về chuyển động thẳng biến đổi đều.

Khoa học (S)

- Các kiến thức về động lực học (các định luật Newton, các loại lực,…) - Các kiến thức về công và công suất.

39

- Các kiến thức về động năng và định lý động năng. - Vật liệu để làm ra sản phẩm: Bìa các tông, tấm nhựa, nắp Công nghệ (T)

chai,… - Vật liệu phục vụ quá trình làm ra sản phẩm: kéo, thước đo, bút dạ, keo nến,…

Kỹ thuật (E) Toán học (M)

- Bản vẽ kỹ thuật. - Đo các thông số cần thiết. - Xử lý số liệu.

2.2.4.4. Mục tiêu của chủ đề Bảng 2.11. Mục tiêu dạy học STEM chủ đề “KHÚC CÔN CẦU TRÊN KHÔNG” - Phát biểu khái niệm động năng và xây dựng được biểu thức tính động năng tự phương trình chuyển động biến đổi đều. Từ đó rút ra được giá trị của động năng là công của lực tác dụng Kiến thức

lên vật và định lý biến thiên động năng. - Phát biểu nội dung định lý biến thiên động năng. - Giải thích về mặt vật lý nguyên lý hoạt động của bộ đồ chơi khúc côn cầu trên băng. - Xác định cách các kỹ sư thiết kế và xây dựng bộ đồ chơi khúc

Kỹ năng

côn cầu trên không. - Thiết kế bản vẽ và xây dựng được bộ đồ chơi khúc côn cầu trên không.

40

- Vận hành, thử nghiệm, cải tiến bộ đồ chơi khúc côn cầu trên không. - Thuyết trình cho bộ đồ chơi khúc côn cầu trên không của nhóm mình cho cả lớp. - Vận dụng các kiến thức về động năng để xác định các giá trị của các đại lượng liên quan trong một số hiện tượng đơn giản như vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng,… - Nhận thức được ý nghĩa của động năng, lực ma sát trong thể

Thái độ

thao và trong đời sống. - Năng lực tự chủ - tự học.

Định hướng

- Năng lực giao tiếp – hợp tác.

phát triển

- Năng lực giải quyết vấn đề - sáng tạo.

năng lực

- Năng lực tìm hiểu và nghiên cứu khoa học, ngôn ngữ, tính toán, tin học và công nghệ.

Định hướng

- Chăm chỉ.

phát triển

- Trung thực.

phẩm chất

- Trách nhiệm.

2.2.4.5. Câu hỏi định hướng Bảng 2.12. Câu hỏi định hướng chủ đề “KHÚC CÔN CẦU TRÊN KHÔNG” Câu hỏi Tại sao môn khúc côn cầu phải được chơi trên các sân cỏ có rải cát khái quát hoặc nước hoặc là trên các sân băng? Câu hỏi - Nguyên lý hoạt động bộ đồ chơi khúc côn cầu trên không là gì? bài học

- Động năng là gì?

41

- Định lý biến thiên động năng phát biểu như thế nào? - Thiết kế bộ đồ chơi khúc côn cầu trên không như thế nào? - Xây dựng bộ đồ chơi khúc côn cầu trên không từ các nguyên vật liệu trong đời sống hàng ngày như thế nào?

2.2.5. Chủ đề “Xe đua Công thức 1” 2.2.5.1. Vấn đề thực tiễn - Bối cảnh chung: Công thức 1 (tiếng Anh: Formula One), hay còn gọi là F1, là một môn thể thao tốc độ chuyên về đua xe hơi bánh hở. Chữ "Công thức" trong tên gọi của cuộc đua là để chỉ các quy định mà người và xe tham gia phải tuân theo và thực hiện. Một mùa giải vô địch thế giới F1 bao gồm một chuỗi các cuộc đua, thường được tổ chức tại những đường đua được xây dựng riêng. Kết quả của mỗi cuộc đua được tổng hợp lại để xác định hai Nhà vô địch Thế giới hàng năm, một dành cho cá nhân và một dành cho đội đua. Đua xe Công thức 1 nhận được rất nhiều sự quan tâm từ công chúng, được rất nhiều người trên thế giới theo dõi. - Tình huống dạy học cụ thể: Học sinh có thể tìm hiểu và thiết kế một mô hình xe đua với nguyên lý vận hành đơn giản từ các nguyên vật liệu hàng ngày. 2.2.5.2. Hình thành ý tưởng chủ đề

42

Hình 2.8. Sơ đồ hình thành ý tưởng chủ đề STEM

2.2.5.3. Kiến thức STEM trong chủ đề Bảng 2.13. Kiến thức STEM trong chủ đề “XE ĐUA CÔNG THỨC 1” - Giải thích được ý nghĩa các thiết kế của xe đua Công thức 1. Hoạt động

- Thiết kế và xây dựng một mô hình xe đua. - Thuyết trình về mô hình của nhóm. - Tham gia đua cùng các nhóm còn lại. - Hoàn thành phiếu bài tập. - Các kiến thức về chuyển động thẳng biến đổi đều. - Các kiến thức về động lực học (các định luật Newton, các

Khoa học (S)

loại lực,…) - Các kiến thức về công, công suất. - Các kiến thức về động năng và định lý động năng.

Công nghệ (T)

- Vật liệu để làm ra sản phẩm: Bìa các tông, nắp chai, cốc giấy, chai nhựa, que xiên,…

43

- Vật liệu phục vụ quá trình làm ra sản phẩm: kéo, thước đo, bút dạ, keo nến,… Kỹ thuật (E) Toán học (M)

- Bản vẽ kỹ thuật. - Đo các đại lượng cần thiết. - Xử lý số liệu.

2.2.5.4. Mục tiêu của chủ đề Bảng 2.14. Mục tiêu dạy học STEM chủ đề “XE ĐUA CÔNG THỨC 1” - Phát biểu khái niệm động năng và xây dựng được biểu thức tính động năng tự phương trình chuyển động biến đổi đều. Từ đó rút ra được giá trị của động năng là công của lực tác dụng Kiến thức

lên vật và định lý biến thiên động năng. - Phát biểu nội dung định lý biến thiên động năng. - Giải thích về mặt vật lý các thiết kế, chi tiết trên xe đua Công thức 1. - Xác định cách các kỹ sư thiết kế và xây dựng một chiếc xe đua Công thức 1. - Thiết kế bản vẽ và xây dựng được mô hình xe đua. - Vận hành, thử nghiệm, cải tiến mô hình xe đua.

Kỹ năng

- Thuyết trình cho về mô hình xe đua của nhóm mình cho cả lớp. - Vận dụng các kiến thức về động năng để xác định các giá trị của các đại lượng liên quan trong một số hiện tượng đơn giản như vật chuyển động trên mặt phẳng nghiêng,…

44

- Nhận thức được ý nghĩa của động năng, lực ma sát trong thể

Thái độ

thao và trong đời sống. - Năng lực tự chủ - tự học.

Định hướng

- Năng lực giao tiếp – hợp tác.

phát triển

- Năng lực giải quyết vấn đề - sáng tạo.

năng lực

- Năng lực tìm hiểu và nghiên cứu khoa học, ngôn ngữ, tính toán, tin học và công nghệ.

Định hướng

- Chăm chỉ.

phát triển

- Trung thực.

phẩm chất

- Trách nhiệm.

2.2.5.5. Câu hỏi định hướng Bảng 2.15. Các câu hỏi định hướng chủ đề “XE ĐUA CÔNG THỨC 1” Câu hỏi

Tại sao lại có sự khác biệt giữa xe đua Công thức 1 và xe ô tô thông

khái quát dụng? - Các nguyên tắc vật lý được áp dụng trong thiết kế, sản xuất xe đua Công thức 1 là gì? Câu hỏi bài học

- Động năng là gì? - Định lý biến thiên động năng phát biểu như thế nào? - Thiết kế mô hình xe đua như thế nào? - Xây dựng một mô hình xe đua từ các nguyên vật liệu trong đời sống hàng ngày như thế nào?

45

Kết luận chương 2 Nội dung chương 2 đã trình bày các kiến thức tổng quan về nội dung, mục tiêu của dạy học chủ đề “Động năng và thế năng” theo giáo dục STEM. Từ đó chỉ ra một vài điểm khó khăn trong việc triển khai dạy chủ đề “Động năng và thế năng” Vật lý 10 chương trình giáo dục phổ thông mới theo giáo dục STEM. Chương II cũng đã xây dựng được nội dung của một số chủ đề STEM trong dạy học chủ đề “Động năng và thế năng” Vật lý 10 chương trình giáo dục phổ thông mới. Chủ đề “Tàu lượn siêu tốc” vừa giúp học sinh trang bị những kiến thức về động năng, thế năng, định luật bảo toàn cơ năng, vừa giúp học sinh hiểu rõ cơ chế hoạt động của tàu lượn siêu tốc, một ứng dụng hữu ích của trọng lực, lượng hướng tâm. Bên cạnh việc giúp học sinh bổ sung những kiến thức về dòng điện một chiều và xoay chiều, chủ đề “Nhà máy thủy điện” và “Tuabin gió” còn giúp các em học sinh nhận ra những thứ tưởng chừng không có ích như bìa các tông, thìa nhựa,… khi tập trung sáng tạo thì chúng có thể làm nên những vật dụng hữu ích hơn, tạo cho học sinh ý thức tái chế, tái sử dụng những vật liệu cũ để bảo vệ môi trường. Ngoài ra những chủ đề như “Khúc côn cầu trên không” hay “Xe đua Công thức 1” còn giúp học sinh nhận ra rằng chế tạo một đồ chơi không những không khó mà còn tiết kiệm, đặc biệt sáng tạo nên những đồ chơi mang dấu ấn cá nhân cùng bạn bè thì vui hơn rất nhiều so với việc dành quá nhiều thời gian xem phim, hoặc sử dụng mạng xã hội,…

46

CHƯƠNG 3 TỔ CHỨC DẠY HỌC BÀI HỌC STEM CHỦ ĐỀ “ĐỘNG NĂNG VÀ THẾ NĂNG” VẬT LÝ 10 CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG MỚI Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 3.1. Kế hoạch dạy học chủ đề “Tàu lượn siêu tốc” - Đối tượng học sinh: Học sinh lớp 10, tuổi từ 15 đến 16. - Thời lượng tổ chức dạy học: 4 tiết trên lớp và 10 ngày làm việc tại nhà. - Địa điểm: Trên lớp và ở nhà. 3.1.1. Chuẩn bị của giáo viên và học sinh 3.1.1.1. Giáo viên - Kế hoạch dạy học theo chủ đề STEM “Thiết kế mô hình tàu lượn siêu tốc”. - Bài giảng PowerPoint. - Phiếu học tập và đáp án phiếu học tập của học sinh. - Các clip về tàu lượn siêu tốc. 3.1.1.2. Học sinh - Đọc lại kiến thức của động năng, thế năng và cơ năng. - Tìm hiểu các ví dụ của động năng trong đời sống. 3.1.2. Các hoạt động dạy học Hoạt động 1: Đặt vấn đề, chuyển giao nhiệm vụ học tập - Giới thiệu chủ đề “Thiết kế mô hình tàu lượn siêu tốc”: Tàu lượn siêu tốc là một trò chơi cảm giác mạnh phổ biến trên thế giới. Chuyển động của tàu lượn siêu tốc trên đường ray thể hiện rất rõ nội dung của định luật bảo toàn năng lượng. Do vậy, 47

chúng ta sẽ vận dụng các kiến thức về phần năng lượng để thiết kế và xây dựng một mô hình tàu lượn siêu tốc từ các vật liệu đơn giản nhé. - Nhiệm vụ của học sinh: + Tìm hiểu và giải thích được nguyên lý vận hành của tàu lượn siêu tốc. + Thiết kế và xây dựng một mô hình tàu lượn siêu tốc. + Giải thích được về nguyên lý vận hành của mô hình tàu lượn siêu tốc mà nhóm thiết kế. + Hoàn thành phiếu bài tập về định luật bảo toàn cơ năng. - Hình thức tổ chức thực hiện nhiệm vụ của học sinh: + Làm việc nhóm. + Thuyết trình. + Đối với phiếu bài tập, học sinh làm việc cá nhân. - Cách thức đánh giá + Giáo viên cung cấp các tiêu chí đánh giá sản phẩm, đánh giá bài thuyết trình và đánh giá quá trình làm việc của nhóm cho học sinh. + Đánh giá sản phẩm và đánh giá bài thuyết trình sẽ được đánh giá theo hình thức Rubric. + Đánh giá quá trình làm việc nhóm sẽ là bài đánh giá dưới hình thức bảng kiểm.

48

Bảng 3.1. Tiến trình học chủ đề “TÀU LƯỢN SIÊU TỐC” tiết 1 Tiết

Hoạt động của giáo

Thời gian Nội dung dự kiến

dạy học

viên - Giới thiệu chủ đề.

5 phút

Hoạt động của học sinh - Lắng nghe.

- Chia lớp thành các nhóm. 25 phút

Đặt

vấn

đề

và

chuyển

1

giao nhiệm vụ học tập.

- Chọn nhóm cho mình.

Chuyển giao

các - Lắng nghe, ghi chép

nhiệm vụ cho học sinh các nhiệm vụ cần phải thông qua các phiếu học thực hiện. tập.

- Ghi lại các tiêu chí

- Đưa ra các tiêu chí đánh giá. đánh giá. - Giải đáp các vướng mắc của học sinh.

15 phút

- Hỗ trợ, định hướng học sinh thực hiện các nhiệm vụ học tập.

- Đặt câu hỏi cho giáo viên về các vấn đề chưa nắm rõ. - Bắt đầu thực hiện các nhiệm vụ học tập đã được giao.

Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền - Học kiến thức mới: Học sinh đã tìm hiểu được các kiến thức về động năng, thế năng trọng trường, cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng thông qua sách giáo khoa, các tài liệu hoặc clip trên mạng. - Giải thích về nguyên lý hoạt động của tàu lượn siêu tốc đã tìm hiểu

49

+ Vận dụng kiến thức mới tìm hiểu và các kiến thức đã học ở lớp dưới, từng nhóm cố gắng giải thích về nguyên lý hoạt động của tàu lượn siêu tốc với giáo viên. + Qua đó xác định được những bước cơ bản để thiết kế và xây dựng mô hình tàu lượn siêu tốc. - Cách thức đánh giá + Giáo viên nhận xét phần trình bày của nhóm, chuẩn hóa kiến thức về động năng, thế năng và định luật bảo toàn cơ năng cho học sinh. + Giáo viên giúp đỡ, khơi gợi, định hướng để học sinh có thể dựa vào đó, thiết kế và xây dựng mô hình tàu lượn siêu tốc. Bảng 3.2. Tiến trình dạy học chủ đề “TÀU LƯỢN SIÊU TỐC” tiết 2 và tiết 3 Tiết

Thời gian

Nội dung

Hoạt động của giáo

Hoạt động của học

dự kiến

dạy học

viên

sinh

- Nguyên lý vận hành của tàu lượn siêu tốc. 2

20 phút

- Các kiến thức về động năng,

thế

năng,

cơ

năng và định

- Giáo viên chọn hai nhóm lên trình bày về sự tìm hiểu của mình về nguyên lý hoạt động và các kiến thức vật lý liên quan đến tàu lượn siêu tốc. - Lắng nghe học sinh trình bày và ghi chép những ý quan trọng.

50

- Trình bày cho giáo viên nguyên lý hoạt động và các kiến thức vật lý liên quan đến tàu lượn siêu tốc. - Các nhóm còn lại lắng nghe và ghi chép khi cần thiết.

- Đưa ra nhận xét về

luật bảo toàn cơ năng.

- Giáo viên để các hai nhóm vừa trình nhóm còn lại nhận xét bày. bài trình bày.

10 phút

- Lắng nghe, ghi chép

- Chuẩn hóa các kiến lại sự nhận xét của thức học sinh vừa các nhóm bạn. Có thể trình bày.

đứng ra bảo vệ quan điểm của nhóm mình.

- Hỗ trợ, giải đáp các 15 phút

khúc mắc của học sinh. - Các kiến - Giáo viên chọn 2 thức về động nhóm bất kỳ để trình

25 phút

năng,

thế bày các ý tưởng thiết

năng,

cơ kế của các nhóm về

năng và định mô hình tàu lượn siêu luật bảo toàn tốc.

3

cơ năng.

- Lắng nghe phần

- Các hướng trình bày của học sinh.

- Đặt các câu hỏi cho giáo viên về bài học. - Tiếp tục hoàn thành các nhiệm vụ học tập. - Trình bày ý tưởng thiết kế mô hình tàu lượn siêu tốc. - Lắng nghe các nhóm khác trình bày và ghi chép nếu cần thiết.

thiết kế và - Nhận xét và hỗ trợ - Từ phần trình bày 20 phút

xây dựng mô học sinh trong quá của nhóm bạn, rút hình tàu lượn trình hoàn thiện mô kinh siêu tốc.

hình.

51

nghiệm

nhóm mình.

cho

- Nhắc nhở các nhóm - Tiếp tục hoàn thiện còn

lại

rút

kinh sản phẩm dưới sự

nghiệm từ hai nhóm góp ý của giáo viên. vừa trình bày.

Hoạt động 3: Giải quyết vấn đề - Thời lượng 1 tiết – 45 phút. - Từng nhóm lần lượt trình bày sản phẩm của nhóm mình trước cả lớp. Bảng 3.3. Tiến trình dạy học chủ đề “TÀU LƯỢN SIÊU TỐC” tiết 4 Nội dung

Nhiệm vụ của giáo viên

bài dạy Đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề

Nhiệm vụ của học sinh - Mỗi nhóm trình bày

- Lắng nghe sự trình bày của nhóm trước trước cả lớp về cách xây cả lớp về cách xây dựng mô hình tàu lượn dựng mô hình tàu lượn siêu tốc.

siêu tốc.

- Ghi lại những ý chính.

- Các nhóm còn lại lắng nghe nhóm trình bày. - Sau khi đưa ra cách xây

Thử

- Quan sát, theo dõi sự vận hành mô hình

nghiệm

tàu lượn siêu tốc.

dựng, nhóm vận hành mô hình tàu lượn siêu tốc.

giải pháp - Ghi chép lại kết quả.

- Các nhóm còn lại quan sát mô hình vận hành.

52

- Nhóm trình bày giải Báo cáo và luận

thảo

thích về kết quả hoạt - Lắng nghe sự giải thích của học sinh về động của mô hình. kết quả của mô hình.

- Các nhóm còn lại có thể đặt câu hỏi cho nhóm trình bày.

- Gọi các nhóm còn lại nhận xét mô hình tàu lượn siêu tốc của nhóm. - Giáo viên nhận xét mô hình của nhóm. Đánh giá - Đánh giá nhóm vào phiếu đánh giá đã được phát đầu tiết. - Yêu cầu nhóm trình bày về nhà tiếp tục

- Nhận xét nhóm trình bày thông qua các phiếu đánh giá đã được phát từ đầu giờ.

sửa chữa, bổ sung vào sản phẩm nếu cần.

3.1.3. Các phiếu học tập PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1 TÌM HIỂU NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA TÀU LƯỢN SIÊU TỐC 1. Nguyên lý hoạt động của tàu lượn siêu tốc: …………………………………………………………....................................... .........................…………………………………………….................................. 2. Các kiến thức vật lý được áp dụng trong tàu lượn siêu tốc: a) Thế năng trọng trường: - Khái niệm:

53

……………………………………………......................................................... ........……………………………………………................................................... .. - Chứng minh biểu thức tính thế năng trọng trường: ……………………………………………........................................................... ......……………………………………………..................................................... b) Động năng: - Khái niệm: ……………………………………………........................................................... .............…………………………………………….............................................. - Chứng minh biểu thức tính động năng: ……………………………………………........................................................... .....……………………………………………...................................................... c) Định luật bảo toàn cơ năng: - Phát biểu: ……………………………………………........................................................... .....……………………………………………...................................................... - Chứng minh định luật: ……………………………………………........................................................... .......…………………………………………….................................................... b) Ảnh hưởng của lực ma sát:

54

…………………………………………….......................................................... ........……………………………………………................................................... . c) Chuyển động tròn: ……………………………………………........................................................... ..........…………………………………………….................................................

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH TÀU LƯỢN SIÊU TỐC I. Những lưu ý khi xây dựng mô hình tàu lượn siêu tốc: ……………………………………………........................................................... .....……………………………………………...................................................... II. Bản thiết kế mô hình tàu lượn siêu tốc:

III. Vật liệu sử dụng: ……………………………………………........................................................... .....……………………………………………...................................................... IV. Quá trình lắp ghép: (có thể mô tả bằng clip, hình ảnh,…) ……………………………………………........................................................... .....……………………………………………...................................................... V. Giải thích kết quả mô hình

55

………………………………………………………………………………...… …………………………………………………………………………………...

3.2. Kế hoạch dạy học chủ đề “Nhà máy thủy điện” - Đối tượng học sinh: lớp 10, tuổi từ 15 đến 16. - Thời lượng tổ chức dạy học: 4 – 5 tiết học trên lớp và 14 ngày làm việc tại nhà. - Địa điểm: Trên lớp học, sân trường và ở nhà. 3.2.1. Chuẩn bị của giáo viên và học sinh 3.2.1.1. Giáo viên - Kế hoạch dạy học theo chủ đề STEM “Thiết kế mô hình nhà máy thủy điện”. - Bài giảng PowerPoint. - Phiếu học tập và đáp án phiếu học tập của học sinh. - Các video giới thiệu tổng quan về nhà máy thủy điện. 3.2.1.2. Học sinh - Đọc lại kiến thức của động năng, thế năng và cơ năng. - Tìm hiểu các ví dụ của động năng, thế năng trong đời sống. 3.2.2. Các hoạt động dạy học Hoạt động 1: Đặt vấn đề, chuyển giao nhiệm vụ học tập - Giới thiệu chủ đề “Thiết kế mô hình nhà máy thủy điện”: Nhà máy thủy điện là một trong các loại nhà máy sản xuất điện phổ biến nhất trên thế giới. Nhờ tận dụng thế năng và động năng của dòng nước để tạo ra điện. Các công trình thủy điện rất

56

to lớn nhưng chúng ta hoàn toàn có thể xây dựng được một mô hình của nó dựa vào các kiến thức về năng lượng và tương tác lực. - Các nhiệm vụ của học sinh: + Tìm hiểu, phân loại và giải thích được nguyên lý vận hành của nhà máy thủy điện. + Phân tích lợi ích và tác hại mà nhà máy thủy điện đem lại cho môi trường và xã hội. + Thiết kế và xây dựng một mô hình nhà máy thủy điện. + Giải thích về cơ chế vận hành của mô hình nhà máy thủy điện mà nhóm thiết kế. + Hoàn thành phiếu bài tập về định luật bảo toàn cơ năng. - Hình thức tổ chức thực hiện nhiệm vụ của học sinh: + Làm việc nhóm. + Thuyết trình. + Đối với phiếu bài tập, học sinh làm việc cá nhân. - Cách thức đánh giá + Giáo viên cung cấp các tiêu chí đánh giá sản phẩm, đánh giá bài thuyết trình và đánh giá quá trình làm việc của nhóm cho học sinh. + Đánh giá sản phẩm và đánh giá bài thuyết trình sẽ được đánh giá theo hình thức Rubric. + Đánh giá quá trình làm việc nhóm sẽ là bài đánh giá dưới hình thức bảng kiểm.

57

Bảng 3.4. Tiến trình dạy học chủ đề “NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN” tiết 1 Tiết

Hoạt động của giáo

Thời gian Nội dung dự kiến

dạy học

viên - Giới thiệu chủ đề.

5 phút

Hoạt động của học sinh - Lắng nghe.

- Chia lớp thành các nhóm. Tìm hiểu 25 phút

thực tiễn, phát hiện vấn đề và

1

chuyển giao

-

- Chọn nhóm cho mình.

Chuyển giao

các - Lắng nghe, ghi chép

nhiệm vụ cho học sinh các nhiệm vụ cần phải thông qua các phiếu học thực hiện. tập.

- Ghi lại các tiêu chí

- Đưa ra các tiêu chí đánh giá. đánh giá.

nhiệm vụ - Giải đáp các vướng học tập. 15 phút

mắc của học sinh. - Hỗ trợ, định hướng học sinh thực hiện các nhiệm vụ học tập.

- Đặt câu hỏi cho giáo viên về các vấn đề chưa nắm rõ. - Bắt đầu thực hiện các nhiệm vụ học tập đã được giao.

Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền - Học kiến thức mới: Học sinh đã tìm hiểu được các kiến thức về động năng, thế năng trọng trường, cơ năng và định luật bảo toàn cơ năng thông qua sách giáo khoa, các tài liệu hoặc clip trên mạng. - Giải thích về nguyên lý hoạt động của nhà máy thủy điện đã tìm hiểu

58

+ Vận dụng kiến thức mới tìm hiểu và các kiến thức đã học ở lớp dưới, từng nhóm cố gắng giải thích về nguyên lý hoạt động của các loại nhà máy thủy điện với giáo viên. + Qua đó xác định được những bước cơ bản để thiết kế và xây dựng mô hình nhà máy thủy điện. - Cách thức đánh giá + Giáo viên nhận xét phần trình bày của nhóm, chuẩn hóa kiến thức về động năng, thế năng trọng trường và định luật bảo toàn cơ năng cho học sinh. + Giáo viên giúp đỡ, khơi gợi, định hướng để học sinh có thể dựa vào đó, thiết kế và xây dựng mô hình nhà máy thủy điện. Bảng 3.5. Tiến trình dạy học chủ đề “NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN” tiết 2 và tiết 3 Tiết

Thời gian

Nội dung

Hoạt động của giáo

Hoạt động của học

dự kiến

dạy học

viên

sinh

- Đặc điểm, phân loại và nguyên

lý

vận hành của 2

20 phút

các loại nhà máy

thủy

điện. - Các kiến thức về động năng,

thế

- Giáo viên chọn bất kỳ hai nhóm để trình bày về sự tìm hiểu của mình về nhà máy thủy điện và các kiến thức vật lý liên quan đến nhà máy thủy điện. - Lắng nghe học sinh trình bày.

59

- Trình bày cho giáo viên đặc điểm, phân loại và nguyên lý hoạt động và các kiến thức vật lý liên quan đến nhà máy thủy điện. - Lắng nghe nhóm bạn trình bày và ghi chép nếu cần thiết.

năng

trọng

trường,

- Đưa ra nhận xét,

cơ - Giáo viên để các góp ý cho nhóm bạn.

năng và định nhóm còn lại nhận xét - Lắng nghe, ghi 10 phút

luật bảo toàn bài trình bày. cơ năng.

chép lại sự nhận xét

- Chuẩn hóa các kiến của các nhóm còn lại. thức học sinh vừa Có thể đứng ra bảo trình bày.

vệ quan điểm của nhóm mình. - Đặt các câu hỏi cho

- Hỗ trợ, giải đáp các giáo viên về bài học. 15 phút

khúc mắc của học - Tiếp tục hoàn thành sinh.

các nhiệm vụ học tập.

- Lợi ích và - Giáo viên tiếp tục tác hại mà gọi hai nhóm bất kỳ - Trình bày lợi ích và 15 phút

nhà

máy để trình bày lợi ích và tác hại của nhà máy

thủy

điện tác hại của nhà máy thủy điện đối với môi

đem lại cho thủy điện đối với môi trường và xã hội.

3

môi

trường trường và xã hội.

và xã hội. 20 phút

- Lắng nghe ý tưởng

- Các hướng thiết kế của hai nhóm thiết kế và về mô hình nhà máy xây dựng mô thủy điện.

60

- Trình bày ý tưởng thiết kế mô hình nhà máy thủy điện.

hình

nhà - Nhận xét bài trình

máy

thủy bày và hỗ trợ học sinh - Rút kinh nghiệm về

điện.

trong quá trình hoàn ý tưởng từ các nhóm thiện mô hình.

10 phút

vừa trình bày.

- Nhắc nhở các nhóm - Tiếp tục hoàn thiện còn

lại

rút

kinh sản phẩm dưới sự

nghiệm từ hai nhóm góp ý của giáo viên. vừa trình bày.

Hoạt động 3: Giải quyết vấn đề - Thời lượng 2 tiết. - Từng nhóm lần lượt trình bày sản phẩm của nhóm mình trước cả lớp. Bảng 3.6. Tiến trình dạy học chủ đề “NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN” tiết 4 và tiết 5 Nội dung

Nhiệm vụ của giáo viên

bài dạy Đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề

- Lắng nghe sự trình bày của nhóm về cách xây dựng mô hình nhà máy thủy điện.

Nhiệm vụ của học sinh - Mỗi nhóm trình bày trước cả lớp về cách xây dựng mô hình nhà máy thủy điện. - Các nhóm còn lại lắng

- Ghi lại những ý chính.

nghe nhóm trình bày.

Thử

- Quan sát, theo dõi sự vận hành mô - Sau khi đưa ra cách xây

nghiệm

hình nhà máy thủy điện.

dựng, nhóm vận hành mô hình nhà máy thủy điện.

giải pháp - Ghi chép lại kết quả.

61

- Các nhóm còn lại quan sát mô hình vận hành. - Nhóm trình bày giải thích Báo cáo và

thảo

luận

- Lắng nghe sự giải thích của học sinh về kết quả của mô hình.

về kết quả hoạt động của mô hình. - Các nhóm còn lại có thể đặt câu hỏi cho nhóm trình bày.

- Gọi các nhóm còn lại nhận xét mô hình nhà máy thủy điện của nhóm. - Giáo viên nhận xét mô hình của nhóm.

- Nhận xét nhóm trình bày

Đánh giá - Đánh giá nhóm vào phiếu đánh giá thông qua các phiếu đánh giá đã được phát đầu tiết.

đã được phát từ đầu giờ.

- Yêu cầu nhóm trình bày về nhà tiếp tục sửa chữa, bổ sung vào sản phẩm nếu cần.

3.2.3. Các phiếu học tập PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1 TÌM HIỂU NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 1. Phân loại và đặc điểm hoạt động của các nhà máy thủy điện: Đặc điểm

Loại nhà máy Nhà máy thủy điện lòng sông (Ngang đập) Nhà máy thủy điện sau đập và đường dẫn Nhà máy thủy điện ngầm và nửa ngầm 62

Nhà máy thủy điện tích năng Nhà máy thủy điện thủy triều 2. Lợi ích và tác hại của nhà máy thủy điện: a) Lợi ích: ..…………………………………………………………………………………. ………………………..……….………………………………………………… b) Tác hại: …...……………………………………………………………………………… ….……………..…………………………………………………………………

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2 CÁC KIẾN THỨC VỀ NĂNG LƯỢNG LIÊN QUAN ĐẾN NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN 1. Thế năng trọng trường: - Khái niệm: …………..……………………………………………………………………… ……..…………………………………………………………………………… - Chứng minh biểu thức tính thế năng trọng trường: ………………………………………………………………………………...… …..……..………………………………………………………………………... 2. Động năng:

63

- Khái niệm: ………………………………………………………………………………...… …..……..………………………………………………………………………... - Chứng minh biểu thức tính động năng: …………………………………………..……………………………………… ……..…………………………………………………………………………… 3. Định luật bảo toàn cơ năng: - Cơ năng là ……………………………………………………………………. - Phát biểu:……………………………………………………………………... - Chứng minh định luật: …………..………………………………………………………………………. .……..……………………………………………………………………………

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 3 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH NHÀ MÁY THỦY ĐIỆN I. Những lưu ý khi xây dựng mô hình nhà máy thủy điện: ..………………………………………………………………………………… ……..…………………………………………………………………………… II. Bản thiết kế mô hình nhà máy thủy điện:

64

III. Vật liệu sử dụng: ………………………………………………………………………………….. ……..…………………………………………………………………………… IV. Quá trình lắp ghép: (có thể mô tả bằng clip, hình ảnh,…) ……………………………..…………………………………………………… ……..…………………………………………………………………………… V. Giải thích kết quả mô hình: ………………………………………………………………………………...… …………………………………………………………………………………...

3.3. Kế hoạch dạy học chủ đề “Tuabin gió” - Đối tượng học sinh: lớp 10, tuổi từ 15 đến 16. - Thời lượng tổ chức dạy học: 3 tiết học trên lớp và 10 ngày làm việc tại nhà. - Địa điểm: Trên lớp học, sân trường và ở nhà. 3.3.1 Chuẩn bị của giáo viên và học sinh 3.3.1.1. Giáo viên - Kế hoạch dạy học theo chủ đề STEM “Thiết kế mô hình tuabin gió”. - Bài giảng PowerPoint. - Phiếu học tập và đáp án phiếu học tập của học sinh. - Các video giới thiệu tổng quan về tuabin gió.

65

3.3.1.2. Học sinh: - Đọc lại kiến thức của động năng. - Tìm hiểu các ví dụ của động năng và định luật bảo toàn năng lượng trong đời sống. 3.3.2. Các hoạt động dạy học Hoạt động 1: Đặt vấn đề, chuyển giao nhiệm vụ học tập - Giới thiệu chủ đề “Thiết kế mô hình tuabin gió”: Hiện nay, điện gió được coi là một nguồn năng lượng sạch và hiệu quả. Việc tận dụng động năng của gió đã giúp con người tìm ra giải pháp trong cuộc khủng hoảng năng lượng và nguy cơ cạn kiệt tài nguyên. Tuy là một công trình đem lại rất nhiều lợi ích cho con người mà tự nhiên nhưng cơ chế vận hành của tuabin gió lại rất đơn giản và có thể mô hình hình hóa một cách dễ dàng. - Nhiệm vụ của học sinh: + Tìm hiểu và giải thích được nguyên lý vận hành của tuabin gió. + Phân tích ưu điểm và nhược điểm của tuabin gió. + Thiết kế và xây dựng một mô hình tuabin gió. + Giải thích về cơ chế vận hành của mô hình tuabin gió mà nhóm thiết kế. + Hoàn thành phiếu bài tập về động năng. - Hình thức tổ chức thực hiện nhiệm vụ của học sinh: + Làm việc nhóm. + Thuyết trình.

66

+ Đối với phiếu bài tập, học sinh làm việc cá nhân. - Cách thức đánh giá + Giáo viên cung cấp các tiêu chí đánh giá sản phẩm, đánh giá bài thuyết trình và đánh giá quá trình làm việc của nhóm cho học sinh. + Đánh giá sản phẩm và đánh giá bài thuyết trình sẽ được đánh giá theo hình thức Rubric. + Đánh giá quá trình làm việc nhóm sẽ là bài đánh giá dưới hình thức bảng kiểm. Bảng 3.7. Tiến trình dạy học chủ đề “TUABIN GIÓ” tiết 1 Tiết

Hoạt động của giáo

Thời gian Nội dung dự kiến

dạy học

viên - Giới thiệu chủ đề.

5 phút

Hoạt động của học sinh - Lắng nghe.

- Chia lớp thành các Tìm hiểu nhóm. thực tiễn, 25 phút 1

- Chọn nhóm cho mình.

Chuyển giao

các - Lắng nghe, ghi chép

phát hiện nhiệm vụ cho học sinh các nhiệm vụ cần phải vấn đề và thông qua các phiếu học thực hiện. chuyển

tập.

- Ghi lại các tiêu chí

giao

- Đưa ra các tiêu chí đánh giá.

nhiệm vụ đánh giá. học tập. 15 phút

- Giải đáp các vướng mắc của học sinh.

67

- Đặt câu hỏi cho giáo viên về các vấn đề chưa nắm rõ.

- Hỗ trợ, định hướng - Bắt đầu thực hiện các học sinh thực hiện các nhiệm vụ học tập đã nhiệm vụ học tập.

được giao.

Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền -Học kiến thức mới: Học sinh đã tìm hiểu được các kiến thức về động năng và định luật bảo toàn năng lượng thông qua sách giáo khoa, các tài liệu hoặc clip trên mạng. - Giải thích về nguyên lý hoạt động của tuabin gió đã tìm hiểu + Vận dụng kiến thức mới tìm hiểu và các kiến thức đã học ở lớp dưới, từng nhóm cố gắng giải thích về nguyên lý hoạt động của tuabin gió với giáo viên. + Qua đó xác định được những bước cơ bản để thiết kế và xây dựng mô hình tuabin gió. - Cách thức đánh giá + Giáo viên nhận xét phần trình bày của nhóm, chuẩn hóa kiến thức về động năng và định luật bảo toàn năng lượng cho học sinh. + Giáo viên giúp đỡ, khơi gợi, định hướng để học sinh có thể dựa vào đó, thiết kế và xây dựng mô hình tuabin gió. Bảng 3.8. Tiến trình dạy học chủ đề “TUABIN GIÓ” tiết 2 Tiết

Thời gian

Nội dung

dự kiến

dạy học

Hoạt động của giáo viên

68

Hoạt động của học sinh

- Giáo viên gọi hai nhóm bất kỳ trình bày về sự tìm hiểu của mình về nguyên lý hoạt động và - Nguyên 25 phút

lý

vận

hành của tuabin gió. - Các kiến thức

về

động

2

năng, thế

các kiến thức vật lý liên quan đến tuabin gió. - Lắng nghe nhóm phân tích ưu điểm và nhược điểm của tuabin gió. - Ghi chép các ý quan trọng trong bài trình bày

và nhận xét của hai nhóm

định

luật trên.

bảo

toàn - Chuẩn hóa các kiến

cơ năng.

động, ưu - nhược điểm các kiến thức vật lý liên quan đến tuabin gió. - Lắng nghe nhóm bạn trình bày và ghi chép nếu cần thiết.

- Lắng nghe, ghi

trường, cơ - Để các nhóm còn lại

20 phút

viên nguyên lý hoạt

của học sinh.

năng trọng năng

- Trình bày cho giáo

thức học sinh vừa trình bày. - Hỗ trợ, giải đáp các khúc mắc của học sinh.

chép lại sự nhận xét của các nhóm khác. Có thể bảo vệ quan điểm

69

nhóm

mình. - Đặt các câu hỏi cho giáo viên về bài học. - Tiếp tục hoàn thành các nhiệm vụ học tập còn lại.

Hoạt động 3: Giải quyết vấn đề

của

- Thời lượng 1 tiết. - Từng nhóm lần lượt trình bày sản phẩm của nhóm mình trước cả lớp. Bảng 3.9. Tiến trình dạy học chủ đề “TUABIN GIÓ” tiết 3 Nội dung

Nhiệm vụ của giáo viên

bài dạy Đề

xuất - Lắng nghe sự trình bày của nhóm

giải pháp về cách xây dựng mô hình tuabin giải quyết gió. vấn đề

Nhiệm vụ của học sinh - Mỗi nhóm trình bày trước cả lớp về cách xây dựng mô hình tuabin gió. - Các nhóm còn lại lắng

- Ghi lại những ý chính.

nghe nhóm trình bày. - Sau khi đưa ra cách xây

Thử

- Quan sát, theo dõi sự vận hành mô dựng, nhóm vận hành mô

nghiệm

hình tuabin gió.

hình tuabin gió.

giải pháp

- Ghi chép lại kết quả.

- Các nhóm còn lại quan sát mô hình vận hành. - Nhóm trình bày giải thích

Báo và

cáo thảo

luận

- Lắng nghe sự giải thích của học sinh về kết quả của mô hình.

về kết quả hoạt động của mô hình. - Các nhóm còn lại có thể đặt câu hỏi cho nhóm trình bày.

- Gọi các nhóm còn lại nhận xét mô Đánh giá

hình tuabin gió của nhóm. - Giáo viên nhận xét mô hình của nhóm.

70

- Nhận xét nhóm trình bày thông qua các phiếu đánh giá đã được phát từ đầu giờ.

- Đánh giá nhóm vào phiếu đánh giá đã được phát đầu tiết. - Yêu cầu nhóm trình bày về nhà tiếp tục sửa chữa, bổ sung vào sản phẩm nếu cần.

3.3.3. Các phiếu học tập PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1 TÌM HIỂU TUABIN GIÓ 1. Nguyên lý hoạt động của tuabin gió: …………………………………………………………………………………... ……..……………………………………………………………………………. 2. Các kiến thức vật lý liên quan đến tuabin gió: ………………………………………………………………………………..… …..……………………………………………………………………………… 3. Ưu điểm và nhược điểm của tuabin gió: Ưu điểm

Nhược điểm

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2

71

THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH TUABIN GIÓ I. Những lưu ý khi xây dựng: ..………………………………………………………………………………… ……..…………………………………………………………………………… II. Bản thiết kế:

III. Vật liệu sử dụng: ………………………………………………………………………………….. ……..…………………………………………………………………………… IV. Quá trình lắp ghép: (có thể mô tả bằng clip, hình ảnh,…) ……………………………..…………………………………………………… ……..…………………………………………………………………………… V. Giải thích kết quả mô hình ………………………………………………………………………………..… …………………………………………………………………………………...

3.4. Kế hoạch chủ đề “Khúc côn cầu trên không” - Đối tượng học sinh: lớp 10, tuổi từ 15 đến 16. - Thời lượng tổ chức dạy học: 3 tiết học trên lớp và 10 ngày làm việc tại nhà. - Địa điểm: Trên lớp học và ở nhà.

72

3.4.1. Chuẩn bị của giáo viên và học sinh 3.4.1.1. Giáo viên - Kế hoạch dạy học theo chủ đề STEM “Thiết kế bộ đồ chơi khúc côn cầu trên không”. - Bài giảng PowerPoint. - Phiếu học tập và đáp án phiếu học tập của học sinh. - Các video giới thiệu tổng quan về môn khúc côn cầu. 3.4.1.2. Học sinh: - Đọc lại kiến thức của động năng. - Tìm hiểu các ví dụ của động năng và lực ma sát trong đời sống. 3.4.2. Các hoạt động dạy học Hoạt động 1: Đặt vấn đề, chuyển giao nhiệm vụ học tập - Giới thiệu chủ đề “Thiết kế bộ đồ chơi khúc côn cầu trên không”: Khúc côn cầu là môn thể thao đồng đội, giống như bóng đá, hai đội bóng sẽ cố gắng dùng gậy để gạt bóng vào khung thành của đội đối phương. Do đó, kích thước, vật liệu làm bóng và bề mặt sân chơi phải được thiết kế sao cho lực ma sát giữa bóng và sân đủ nhỏ để bóng có thể di chuyển với tốc độ tiêu chuẩn mà không làm mất sức của cầu thủ. Đó là lý do vì sao khúc côn cầu là môn thể thao phải chơi trên sân cỏ hoặc sân băng. Tuy nhiên, chúng ta cũng có thể tự làm ra một bộ đồ chơi khúc côn cầu dành cho hai người từ những vật liệu đơn giản để giải trí sau các giờ học tập và làm việc căng thẳng. - Nhiệm vụ của học sinh:

73

+ Tìm hiểu và giải thích được nguyên lý vận hành bộ đồ chơi khúc côn cầu trên không. + Thiết kế và xây dựng một bộ đồ chơi khúc côn cầu trên không. + Giải thích về cơ chế vận hành của bộ đồ chơi khúc côn cầu trên không mà nhóm thiết kế. + Hoàn thành phiếu bài tập về động năng. - Hình thức tổ chức thực hiện nhiệm vụ của học sinh: + Làm việc nhóm. + Thuyết trình. + Đối với phiếu bài tập, học sinh làm việc cá nhân. - Cách thức đánh giá + Giáo viên cung cấp các tiêu chí đánh giá sản phẩm, đánh giá bài thuyết trình và đánh giá quá trình làm việc của nhóm cho học sinh. + Đánh giá sản phẩm và đánh giá bài thuyết trình sẽ được đánh giá theo hình thức Rubric. + Đánh giá quá trình làm việc nhóm sẽ là bài đánh giá dưới hình thức bảng kiểm. Bảng 3.10. Tiến trình dạy học chủ đề “KHÚC CÔN CẦU TRÊN KHÔNG” tiết 1 Tiết 1

Thời gian Nội dung dự kiến 5 phút

dạy học

Hoạt động của giáo viên - Giới thiệu chủ đề.

74

Hoạt động của học sinh - Lắng nghe.

- Chia lớp thành các nhóm. 25 phút

- Chọn nhóm cho mình.

Chuyển giao

các - Lắng nghe, ghi chép

Tìm hiểu nhiệm vụ cho học sinh các nhiệm vụ cần phải thực tiễn, thông qua các phiếu học thực hiện. phát hiện tập.

- Ghi lại các tiêu chí

vấn đề và - Đưa ra các tiêu chí đánh giá. chuyển giao nhiệm vụ 15 phút

học tập.

đánh giá. - Giải đáp các vướng mắc của học sinh. - Hỗ trợ, định hướng học sinh thực hiện các nhiệm vụ học tập.

- Đặt câu hỏi cho giáo viên về các vấn đề chưa nắm rõ. - Bắt đầu thực hiện các nhiệm vụ học tập đã được giao.

Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền - Học kiến thức mới: Học sinh đã tìm hiểu được các kiến thức về động năng và định lý biến thiên động năng thông qua sách giáo khoa, các tài liệu hoặc clip trên mạng. - Giải thích về nguyên lý vận hành của bộ đồ chơi khúc côn cầu trên không + Vận dụng kiến thức mới tìm hiểu và các kiến thức đã học ở lớp dưới, từng nhóm cố gắng giải thích về nguyên lý hoạt động của bộ đồ chơi khúc côn cầu trên không. + Qua đó xác định được những bước cơ bản để thiết kế và xây dựng bộ đồ chơi khúc côn cầu trên không. 75

- Cách thức đánh giá + Giáo viên nhận xét phần trình bày của nhóm, chuẩn hóa kiến thức về động năng và định lý động năng cho học sinh. + Giáo viên giúp đỡ, khơi gợi, định hướng để học sinh có thể dựa vào đó, thiết kế và xây dựng bộ đồ chơi khúc côn cầu trên không. Bảng 3.11. Tiến trình dạy học chủ đề “KHÚC CÔN CẦU TRÊN KHÔNG” tiết 2 Tiết

Thời gian

Nội dung

dự kiến

dạy học

Hoạt động của giáo viên

Hoạt động của học sinh

- Giáo viên gọi bất kỳ hai - Nguyên nhóm để trình bày về sự - Trình bày cho giáo vận tìm hiểu của mình về viên nguyên lý hoạt

lý

hành của nguyên lý hoạt động và động của bộ đồ chơi 25 phút

bộ đồ chơi các kiến thức vật lý liên khúc côn cầu trên khúc côn quan bộ đồ chơi khúc không. cầu

trên côn cầu trên không.

không.

2

- Lắng nghe nhóm

- Lắng nghe và ghi chép bạn trình bày, ghi

- Các kiến lại bài trình bày của học chép nếu cần thiết. thức

về sinh.

động năng - Giáo viên để các nhóm - Lắng nghe, ghi và định lý còn lại nhận xét phần chép lại sự nhận xét 20 phút

biến thiên trình bày của nhóm.

của các nhóm khác.

động

- Chuẩn hóa các kiến Có thể đứng ra bảo

năng.

thức học sinh vừa trình vệ quan điểm của bày.

nhóm mình.

76

- Hỗ trợ, giải đáp các - Đặt các câu hỏi cho khúc mắc của học sinh.

giáo viên về bài học. - Tiếp tục hoàn thành các nhiệm vụ học tập dưới sự định hướng của giáo viên.

Hoạt động 3: Giải quyết vấn đề - Thời lượng 1 tiết. - Từng nhóm lần lượt trình bày sản phẩm của nhóm mình trước cả lớp. Bảng 3.12. Tiến trình dạy học chủ đề “KHÚC CÔN CẦU TRÊN KHÔNG” tiết 3 Nội dung bài dạy

Nhiệm vụ của giáo viên

Nhiệm vụ của học sinh - Mỗi nhóm trình bày trước

Đề

xuất - Lắng nghe sự trình bày của nhóm cả lớp về cách xây dựng bộ

giải pháp về cách xây dựng bộ đồ chơi khúc đồ chơi khúc côn cầu trên giải quyết côn cầu trên không.

không.

vấn đề

- Các nhóm còn lại lắng

- Ghi lại những ý chính.

nghe nhóm trình bày. Thử

- Quan sát, theo dõi sự vận hành của - Sau khi đưa ra cách xây

nghiệm

bộ đồ chơi.

dựng, nhóm vận hành bộ đồ

giải pháp

- Ghi chép lại kết quả.

chơi.

77

- Các nhóm còn lại quan sát mô hình vận hành. - Nhóm trình bày giải thích Báo và

cáo thảo

luận

- Lắng nghe sự giải thích của học sinh về kết quả của bộ đồ chơi.

về kết quả hoạt động bộ đồ chơi khúc côn cầu. - Các nhóm còn lại có thể đặt câu hỏi cho nhóm trình bày.

- Gọi các nhóm còn lại nhận xét bộ đồ chơi của nhóm còn lại. - Giáo viên nhận xét mô hình của nhóm. Đánh giá

- Nhận xét nhóm trình bày

- Đánh giá nhóm vào phiếu đánh giá thông qua các phiếu đánh giá đã được phát đầu tiết.

đã được phát từ đầu giờ.

- Yêu cầu nhóm trình bày về nhà tiếp tục sửa chữa, bổ sung vào sản phẩm nếu cần.

3.4.3. Các phiếu học tập PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1 TÌM HIỂU BỘ ĐỒ CHƠI KHÚC CÔN CẦU TRÊN KHÔNG 1. Nguyên lý hoạt động của bộ đồ chơi khúc côn cầu trên không: ……………………………………..…………………………………………… …..……………………………………………………………………………… 2. Các kiến thức vật lý liên quan: a) Động năng:

78

………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………… b) Định lý biến thiên động năng: ……………………………..…………………………………………………… …..………………………………………………………………………………

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG BỘ ĐỒ CHƠI KHÚC CÔN CẦU TRÊN KHÔNG I. Những lưu ý khi xây dựng: ..………………………………………………………………………………… ……..…………………………………………………………………………… II. Bản thiết kế:

III. Vật liệu sử dụng: ………………………………………………………………………………….. ……..…………………………………………………………………………… IV. Quá trình lắp ghép: (có thể mô tả bằng clip, hình ảnh,…) ……………………………..…………………………………………………… ……..…………………………………………………………………………… V. Giải thích kết quả mô hình

79

………………………………………………………………………………...… …………………………………………………………………………………...

3.5. Kế hoạch dạy học chủ đề “Xe đua Công thức 1” - Đối tượng học sinh: lớp 10, tuổi từ 15 đến 16. - Thời lượng tổ chức dạy học: 3 tiết học trên lớp và 10 ngày làm việc tại nhà. - Địa điểm: Trên lớp học và ở nhà. 3.5.1. Chuẩn bị của giáo viên và học sinh 3.5.1.1. Giáo viên - Kế hoạch dạy học theo chủ đề STEM “Thiết kế mô hình xe đua Công thức 1”. - Bài giảng PowerPoint. - Phiếu học tập và đáp án phiếu học tập của học sinh. - Các video giới thiệu tổng quan về giải đua xe Công thức 1 và xe đua chuyên dùng cho giải đua này. 3.5.1.2. Học sinh - Đọc lại kiến thức của động năng. - Tìm hiểu các ví dụ của động năng và lực ma sát trong đời sống. 3.5.2. Các hoạt động dạy học Hoạt động 1: Đặt vấn đề, chuyển giao nhiệm vụ - Giới thiệu chủ đề “Thiết kế mô hình xe đua Công thức 1”: Công thức 1 (tiếng Anh: Formula One), hay còn gọi là F1, là một môn thể thao tốc độ chuyên về đua xe hơi bánh hở. "Công thức" trong tên gọi là để chỉ các quy định mà người và xe 80

tham gia phải tuân thủ. Vậy chính xác những quy định đó là gì? Và tự những quy định trên, chúng ta có thể thiết kế và xây dựng được một mô hình xe đua để tham gia được cuộc đua Công thức 1. - Nhiệm vụ của học sinh: + Tìm hiểu và giải thích được thiết kế của xe đua Công thức 1. + Thiết kế và xây dựng một mô hình xe đua Công thức 1. + Giải thích về cơ chế vận hành của mô hình xe đua mà nhóm thiết kế. + Hoàn thành phiếu bài tập về động năng. - Hình thức tổ chức thực hiện nhiệm vụ của học sinh: + Làm việc nhóm. + Thuyết trình. + Đối với phiếu bài tập, học sinh làm việc cá nhân. - Cách thức đánh giá + Giáo viên cung cấp các tiêu chí đánh giá sản phẩm, đánh giá bài thuyết trình và đánh giá quá trình làm việc của nhóm cho học sinh. + Đánh giá sản phẩm và đánh giá bài thuyết trình sẽ được đánh giá theo hình thức Rubric. + Đánh giá quá trình làm việc nhóm sẽ là bài đánh giá dưới hình thức bảng kiểm.

81

Bảng 3.13. Tiến trình dạy học chủ đề “XE ĐUA CÔNG THỨC 1” tiết 1 Tiết

Hoạt động của giáo

Thời gian Nội dung dự kiến

dạy học

viên - Giới thiệu chủ đề.

5 phút

Hoạt động của học sinh - Lắng nghe.

- Chia lớp thành các nhóm. Tìm hiểu 25 phút

thực tiễn, phát hiện vấn đề và

1

chuyển giao

-

- Chọn nhóm cho mình.

Chuyển giao

các - Lắng nghe, ghi chép

nhiệm vụ cho học sinh các nhiệm vụ cần phải thông qua các phiếu học thực hiện. tập.

- Ghi lại các tiêu chí

- Đưa ra các tiêu chí đánh giá. đánh giá.

nhiệm vụ - Giải đáp các vướng học tập. 15 phút

mắc của học sinh. - Hỗ trợ, định hướng học sinh thực hiện các nhiệm vụ học tập.

- Đặt câu hỏi cho giáo viên về các vấn đề chưa nắm rõ. - Bắt đầu thực hiện các nhiệm vụ học tập đã được giao.

Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền - Học kiến thức mới: Học sinh đã tìm hiểu được các kiến thức về động năng và định lý biến thiên động năng thông qua sách giáo khoa, các tài liệu hoặc clip trên mạng. - Giải thích về thiết kế của xe đua Công thức 1

82

+ Vận dụng kiến thức mới tìm hiểu và các kiến thức đã học ở lớp dưới, từng nhóm cố gắng giải thích thiết kế khác biệt của xe đua Công thức 1 so với những chiếc xe ô tô thông dụng. + Qua đó xác định được những bước cơ bản để thiết kế và xây dựng mô hình xe đua Công thức 1. - Cách thức đánh giá + Giáo viên nhận xét phần trình bày của nhóm, chuẩn hóa kiến thức về động năng và định lý động năng cho học sinh. + Giáo viên giúp đỡ, khơi gợi, định hướng để học sinh có thể dựa vào đó, thiết kế và xây dựng mô hình xe đua. Bảng 3.14. Tiến trình dạy học chủ đề “XE ĐUA CÔNG THỨC 1” tiết 2 Tiết

Thời gian

Nội dung

Hoạt động của giáo

Hoạt động của học

dự kiến

dạy học

viên

sinh

-

Giải - Giáo viên gọi bất kỳ

thích thiết hai nhóm để trình bày, kế của xe giải thích về thiết kế - Trình bày, giải thích đua Công của xe đua Công thức 1 về thiết kế của xe đua 2

25 phút

thức 1.

và các kiến thức vật lý Công thức 1.

- Các kiến liên quan loại xe đua - Lắng nghe nhóm bạn thức

về này.

trình bày và ghi chép

động năng - Lắng nghe và ghi khi cần thiết. và định lý chép phần trình bày của biến thiên học sinh.

83

động

- Giáo viên để các - Lắng nghe, ghi chép

năng.

nhóm còn lại nhận xét lại sự nhận xét của các bài trình bày của hai nhóm khác. Có thể bảo nhóm trên.

20 phút

vệ quan điểm của

- Chuẩn hóa các kiến nhóm mình. thức học sinh vừa trình - Đặt các câu hỏi cho bày.

giáo viên về bài học.

- Hỗ trợ, giải đáp các - Tiếp tục hoàn thành khúc mắc của học sinh. nhiệm vụ học tập.

Hoạt động 3: Giải quyết vấn đề - Thời lượng 1 tiết. - Từng nhóm lần lượt trình bày sản phẩm của nhóm mình trước cả lớp. Bảng 3.15. Tiến trình dạy học chủ đề “XE ĐUA CÔNG THỨC 1” tiết 3 Nội dung bài dạy Đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề

Nhiệm vụ của giáo viên

- Lắng nghe sự trình bày của nhóm về cách xây dựng mô hình xe đua Công thức 1.

Nhiệm vụ của học sinh - Mỗi nhóm trình bày trước cả lớp về cách xây dựng mô hình xe đua Công thức 1. - Các nhóm còn lại lắng nghe

- Ghi lại những ý chính.

nhóm trình bày.

84

Thử

- Quan sát, theo dõi sự vận hành của

nghiệm

bộ đồ chơi.

- Sau khi đưa ra cách xây dựng, nhóm vận hành bộ đồ chơi. - Các nhóm còn lại quan sát mô

giải pháp - Ghi chép lại kết quả.

hình vận hành. - Nhóm trình bày giải thích về

Báo cáo và luận

thảo

- Lắng nghe sự giải thích của học sinh về kết quả của mô hình.

kết quả hoạt động của mô hình xe đua. - Các nhóm còn lại có thể đặt câu hỏi cho nhóm trình bày.

- Gọi các nhóm còn lại nhận xét mô hình xe đua. - Giáo viên nhận xét mô hình của nhóm.

- Nhận xét nhóm trình bày

Đánh giá - Đánh giá nhóm vào phiếu đánh giá thông qua các phiếu đánh giá đã được phát đầu tiết.

đã được phát từ đầu giờ.

- Yêu cầu nhóm trình bày về nhà tiếp tục sửa chữa, bổ sung vào sản phẩm nếu cần.

85

3.5.3. Các phiếu học PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1 TÌM HIỂU THIẾT KẾ CỦA XE ĐUA CÔNG THỨC 1 1. Xe đua Công thức 1: Đặc điểm

Giải thích

2. Các kiến thức vật lý liên quan: a) Động năng: ……………..…………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………….. b) Định lý biến thiên động năng: …………..……………………………………………………………………… …..………………………………………………………………………………

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG MÔ HÌNH XE ĐUA I. Những lưu ý khi xây dựng: ..………………………………………………………………………………… ……..…………………………………………………………………………… II. Bản thiết kế:

86

III. Vật liệu sử dụng: ………………………………………………………………………………….. ……..…………………………………………………………………………… IV. Quá trình lắp ghép: (có thể mô tả bằng clip, hình ảnh,…) ……………………………..…………………………………………………… ……..…………………………………………………………………………… V. Giải thích kết quả mô hình ………………………………………………………………………………...… …………………………………………………………………………………...

Kết luận chương 3 Trong chương 3, em đã xây dựng các kế hoạch dạy học tương ứng với những chủ đề xây dựng ở chương 2. Các kế hoạch dạy học cần tiên liệu hết những tình huống có thể xảy ra tại lớp học, nhằm đảm bảo tiến độ bài dạy cũng như sự an toàn cho học sinh. Các kế hoạch bài dạy cũng đã chú trọng hơn vai trò của học sinh trong việc tự tìm tòi kiến thức thay vì hình thức truyền thụ một chiều từ người giáo viên.

87

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 1. Kết luận Khóa luận đã thực hiện đúng mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu đề ra, khóa luận 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 “Động năng và thế năng” Vật lý lớp 10 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 “Động năng và thế năng” Vật lý 10 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 “Động năng và thế năng” Vật lý 10 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

88

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. - 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.

89

TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2018), Chương trình giáo dục phổ thông môn Vật lý. 2. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2017), Sách giáo khoa Vật lý 10, tái bản lần thứ mười hai, Nhà xuất bản Giáo dục Việt Nam. 3. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2019), Giáo dục STEM trong Chương trình giáo dục phổ thông. 4. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2020), Tài liệu hướng dẫn giáo dục STEM cho giáo viên và cán bộ quản lý 10. 5. Nguyễn Thanh Nga, Phùng Việt Hải, Nguyễn Quang Linh, Hoàng Phước Muội (2018), Thiết lế và tổ chức chủ đề giáo dục STEM cho học sinh trung học cơ sở và trung học phổ thông, NXB ĐHSP TPHCM. 6. Nguyễn Thị Phương Thúy (2019), Tổ chức dạy học STEM chủ đề “Năng lượng” cho học sinh trung học cơ sở, Luận văn Thạc sĩ Sư phạm Vật lý, Trường Đại học Giáo dục, ĐHQGHN. 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, Đại học Giáo dục, ĐHQGHN.

90

PHỤ LỤC TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN CHỦ ĐỀ STEM: TÀU LƯỢN SIÊU TỐC 1. Tàu lượn siêu tốc Tàu lượn siêu tốc sử dụng trọng lực để di chuyển trên đường ray. Tàu lượn được kéo lên đỉnh đồi đầu tiên và luôn là cao nhất, bằng một loại xích được móc vào đáy của những toa ngồi. Đoàn tàu khi lên đỉnh dốc sẽ được tách khỏi chuỗi và thả trôi theo đường ray. Tàu lượn siêu tốc luôn có tốc độ lớn nhất ở dưới chân dốc và luôn di chuyển chậm nhất ở điểm cao nhất, đỉnh của ngọn đồi đầu tiên. Nguyên tắc cơ bản khi thiết kế và xây dựng tất cả các tàu lượn siêu tốc là định luật bảo toàn năng lượng (năng lượng không tự sinh ra hoặc mất đi mà chỉ được chuyển từ dạng này sang dạng khác). Trong tàu lượn siêu tốc, hai dạng năng lượng quan trọng nhất là thế năng trọng trường (thế năng hấp dẫn) và động năng. Ở đỉnh đồi đầu tiên, năng lượng của tàu lượn gần như hoàn toàn là thế năng hấp dẫn (vì vận tốc của nó bằng không hoặc xấp xỉ bằng không). Đây là năng lượng tối đa mà tàu lượn có trong quá trình chuyển động. Năng lượng đó có thể trở thành động năng (xảy ra khi tàu lượn chuyển động ở vị trí dưới cùng của ngọn đồi) hoặc là tổng giữa năng lượng và động năng (như ở đỉnh đồi nhỏ hơn), nhưng cơ năng của xe không thể lớn hơn cơ năng của nó khi ở trên đỉnh của ngọn đồi đầu tiên. Nếu một con dốc cao hơn được đặt ở giữa đoạn đường ray của tàu lượn siêu tốc, thế năng tại đó sẽ lớn hơn thế năng tại con dốc đầu tiên. Ngoài ra, các toa tàu chỉ có thể vượt qua các vòng nếu chúng có đủ tốc độ ở đầu vòng. Tốc độ tối thiểu này được gọi là vận tốc tới hạn và bằng căn bậc hai bán kính của vòng lặp nhân với gia tốc trọng trường. Nếu một đoàn không di 91

chuyển đủ nhanh ở đầu vòng thì nó sẽ bị rơi. Để an toàn, hầu hết các tàu lượn siêu tốc đều có bánh xe ở hai bên đường ray để ngăn không bị rơi xuống. Hầu hết các vòng tàu lượn không có hình tròn mà có hình giọt nước. Các nhà thiết kế tàu lượn siêu tốc phát hiện ra rằng nếu một vòng tròn là vòng tròn, người ngồi trên tàu sẽ phải chịu lực lớn nhất ở dưới cùng của vòng tròn khi tàu đang có vận tốc lớn nên dễ gây chấn thương. Việc sử dụng hình giọt nước giúp chuyến đi mượt mà hơn, an toàn hơn và hình dạng giọt nước hiện đang được sử dụng trong tàu lượn siêu tốc trên khắp thế giới. 2. Kiến thức cần thiết - Định nghĩa: Động năng của một vật là năng lượng do vật chuyển động mà có. Động năng có giá trị bằng một nửa tích khối lượng và bình phương vận tốc của vật. - Ký hiệu: 𝑊đ - Đơn vị: Jun (J) - Biểu thức: 𝑊đ =

𝑚𝑣 2 2

Động năng - Động năng là đại lượng vô hướng và luôn dương. - Động năng có tính tương đối. - Công thức xác định động năng của chất điểm cũng đúng cho vật chuyển động tịnh tiến. - Định lý biến thiên động năng: Độ biến thiên động năng của một vật bằng công của ngoại lực tác dụng lên vật. - Lưu ý: Định lý cũng đúng cả khi vật không dịch chuyển cùng chiều với lực.

92

- Định nghĩa: Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng lượng tương tác giữa Trái Đất và vật; nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường. - Ký hiệu: 𝑊𝑡 - Đơn vị: Jun (J) - Biểu thức: 𝑊𝑡 = 𝑚𝑔𝑧, trong đó: + m là khối lượng của vật (kilogam). + g là gia tốc trọng trường (m/s2). + z là độ cao của vật so với mốc thế năng (mét). + Wt là thế năng trọng trường (J). - Kết luận: + Công của trọng lực không phụ thuộc vào hình dạng đường đi Thế năng

của vật mà chỉ phụ thuộc vào các vị trí đầu và cuối. + Công của trọng lực bằng hiệu thế năng của vật tại vị trí đầu và tại vị trí cuối, tức là độ giảm bằng thế năng của vật. - Lưu ý: + Giá trị thế năng phụ thuộc việc chọn mốc thế năng. + Thế năng là một đại lượng vô hướng, có thể âm hoặc dương. - Hệ quả: Công là số đo sự biến đổi năng lượng. + Vật đi từ cao xuống thấp: A12 > 0, thế năng của vật giảm. + Vật đi từ thấp lên cao: A12 < 0, thế năng của vật tăng. + Vật đi với quỹ đạo khép kín, A12 = 0. - Ngoài vũ trụ, các vật đều hút nhau do lực vạn vật hấp dẫn, do đó cũng tồn tại năng lượng dưới dạng thế năng, gọi là thế năng hấp dẫn mà thế năng trọng trường là một trường hợp riêng của nó.

93

- Định nghĩa cơ năng: Khi một vật có khả năng sinh công thì vật đó có cơ năng. Cơ năng của một vật bằng tổng động năng và thế năng của nó. → 𝑊 = 𝑊đ + 𝑊𝑡 - Ký hiệu: W - Đơn vị: Jun - Định luật bảo toàn cơ năng (trong trường hợp thế năng trọng trường): Khi một vật chuyển động trong trọng trường chỉ chịu tác Định luật

dụng của trọng lực thì cơ năng của vật là một đại lượng bảo toàn.

bảo toàn 𝑊=

cơ năng

𝑚𝑣 2 2

+ 𝑚𝑔𝑧 = hằng số

- Hệ quả: + Nếu động năng giảm thì thế năng tăng (động năng chuyển hóa thành thế năng) và ngược lại. + Nếu động năng cực tiểu thì thế năng đạt cực đại. - Biến thiên cơ năng: Khi ngoài lực thế vật còn chịu tác dụng của lực không phải lực thế, cơ năng của vật không bảo toàn và công của lực này bằng độ biến thiên cơ năng của vật. A12 (lực không thế) = W2 – W1 = ΔW 3. Mô hình tàu lượn siêu tốc 3.1. Những lưu ý khi xây dựng mô hình tàu lượn siêu tốc - Chú ý độ cao của các đoạn dốc. - Chú ý đến lực ma sát giữa các vật liệu. - Chú ý đến sự gắn kết giữa đoàn tàu và đường ray.

94

3.2. Bản thiết kế mô hình tàu lượn siêu tốc Hình ảnh bản vẽ mô hình “Tàu lượn siêu tốc”

3.3. Vật liệu sử dụng: - Ống xốp - Cốc giấy - Các loại bi với vật liệu khác nhau (inox, nhựa, gỗ,…) - Băng keo, kéo, thước dây 3.4. Quá trình lắp ghép: (có thể mô tả bằng clip, hình ảnh,…) - Bước 1: Sử dụng ống xốp làm đường ray cho mô hình tàu lượn siêu tốc. Cắt đôi ống xốp theo chiều dọc.

95

- Bước 2: Tạo hình và cố định ống xốp bằng băng keo. Cố định độ cao của con dốc đầu tiên của mô hình tàu lượn siêu tốc. - Bước 3: Thử nghiệm và điều chỉnh vòng quay của mô hình tàu lượn. - Bước 4: Cố định vòng quay của mô hình tàu lượn siêu tốc bằng băng keo. 4. Kết quả và giải thích mô hình Hình ảnh mô hình “Tàu lượn siêu tốc”

Kết quả: Viên bi đi qua vòng quay và không bị rơi khỏi đường ray làm từ ống xốp. Giải thích: Đo các thông số của mô hình tàu lượn siêu tốc, ta có: - Độ cao: 80 cm. - Đường kính vòng quay là 18,7 cm.

96

- Khối lượng của bi: 5 g - Thế năng tại vị trí ban đầu: 𝑊𝑡𝑚𝑎𝑥 = 𝑚𝑔𝑧 = 5. 10−3 . 9,8.0,8 = 0,00392 (𝐽) = 𝑊đ𝑚𝑎𝑥 - Vận tốc của bi tại vị trí bắt đầu vòng quay: 𝑣 = √2.

𝑊đ𝑚𝑎𝑥 𝑚

= 1,25 𝑚/𝑠

- Vận tốc tới hạn của bi tính theo bán kính vòng quay: 𝑑 𝑣𝑡ớ𝑖 ℎạ𝑛 = √ . 𝑔 = 0,95 𝑚/𝑠 2 Vì v > vtới hạn nên viên bi đi qua vòng quay mà không bị rơi khỏi ống xốp.

97