NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
CƠ SỞ KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI
1.1 Giáo dục tích hợp STEM
1.1.1 Khái niệm liên quan đến giáo dục tích hợp STEM
STEM, viết tắt của Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học, là một phương pháp giáo dục nhằm trang bị cho người học những kiến thức và kỹ năng thiết yếu trong các lĩnh vực này Giáo dục STEM không chỉ giúp phát triển tư duy logic mà còn khuyến khích sự sáng tạo và khả năng giải quyết vấn đề trong thế giới hiện đại.
Giáo dục STEM, dựa trên chu trình STEM, đặt học sinh trước những vấn đề thực tiễn cần giải quyết, yêu cầu họ tìm tòi và chiếm lĩnh kiến thức khoa học để thiết kế giải pháp cho các vấn đề mới Mỗi bài học STEM giúp học sinh giải quyết một vấn đề cụ thể, kết hợp kiến thức đã có và khám phá kiến thức mới Quá trình này yêu cầu học sinh thực hiện theo "Quy trình khoa học" để nắm bắt kiến thức mới và "Quy trình kỹ thuật" để áp dụng kiến thức vào thiết kế giải pháp Điều này thể hiện sự tiếp cận liên môn trong giáo dục STEM, mặc dù kiến thức mới cần học có thể chỉ thuộc một môn học cụ thể.
Giáo dục STEM là một phương pháp giáo dục nhằm cung cấp cho học sinh kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng thực tiễn, từ đó phát triển năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề Phương pháp này không chỉ trang bị cho học sinh kỹ năng cần thiết mà còn đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội hiện nay.
Để học sinh có thể hiểu và áp dụng các nguyên lý vào thực tiễn, việc tích hợp và bổ trợ các kiến thức cùng kỹ năng là rất cần thiết Điều này giúp học sinh không chỉ nắm vững lý thuyết mà còn sáng tạo ra những sản phẩm hữu ích trong cuộc sống hàng ngày.
1.1.2 Một số vai trò của phương pháp dạy học tích hợp STEM
Để đảm bảo giáo dục toàn diện, việc triển khai giáo dục STEM trong trường học là cần thiết, bên cạnh các môn học như Toán và Khoa học Các lĩnh vực Công nghệ và Kỹ thuật cũng cần được chú trọng và đầu tư đồng bộ, từ đội ngũ giáo viên, chương trình giảng dạy cho đến cơ sở vật chất.
Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM thông qua việc áp dụng kiến thức liên môn vào giải quyết các vấn đề thực tiễn Các dự án học tập trong giáo dục STEM giúp học sinh hoạt động, trải nghiệm và nhận thấy ý nghĩa của tri thức trong cuộc sống, từ đó kích thích sự hứng thú và đam mê học tập của các em.
Khi triển khai các dự án học tập STEM, học sinh sẽ hợp tác, chủ động và tự lực thực hiện các nhiệm vụ học tập, từ đó hình thành và phát triển năng lực cũng như phẩm chất cá nhân Các hoạt động này giúp học sinh làm quen với phương pháp nghiên cứu khoa học, tạo nền tảng vững chắc cho sự phát triển toàn diện.
6 nêu trên góp phần tích cực vào hình thành và phát triển phẩm chất, NL cho HS
– Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục
Giáo dục STEM ở các cơ sở giáo dục phổ thông thường liên kết chặt chẽ với các trường nghề và đại học địa phương để tận dụng nguồn lực về con người và cơ sở vật chất Đồng thời, giáo dục STEM cũng tập trung vào việc giải quyết những vấn đề đặc thù của từng địa phương.
– Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường trung học,
Học sinh sẽ có cơ hội trải nghiệm các lĩnh vực STEM, giúp đánh giá sự phù hợp, năng khiếu và sở thích cá nhân với các nghề nghiệp trong lĩnh vực này Việc thực hiện giáo dục STEM hiệu quả tại trường trung học không chỉ thu hút học sinh theo học mà còn hướng dẫn họ lựa chọn các ngành nghề có nhu cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0.
1.1.3 Cách dạy và học theo phương pháp tích hợp STEM
Một trong những phương pháp hiệu quả nhất trong giáo dục STEM là "Học qua hành", giúp học sinh (HS) tiếp thu kiến thức từ kinh nghiệm thực hành thay vì lý thuyết Bằng cách xây dựng bài giảng theo chủ đề và dựa trên thực hành, HS sẽ hiểu sâu về lý thuyết và nguyên lý thông qua các hoạt động thực tế, từ đó ghi nhớ kiến thức lâu hơn Học sinh sẽ làm việc nhóm, thảo luận, tìm tòi và vận dụng kiến thức vào thực hành, sau đó truyền đạt lại cho người khác Với phương pháp này, giáo viên (GV) không còn là người truyền đạt kiến thức mà trở thành người hướng dẫn, giúp HS tự xây dựng kiến thức cho bản thân.
Cách dạy học liên môn trong lĩnh vực STEM giúp học sinh THPT củng cố kiến thức vững chắc, phát triển khả năng sáng tạo và tư duy logic, nâng cao hiệu suất học tập và làm việc Hơn nữa, việc học các môn STEM còn tạo cơ hội cho học sinh phát triển các kỹ năng mềm toàn diện, đồng thời ảnh hưởng tích cực đến việc lựa chọn nghề nghiệp trong tương lai.
Có thể hiểu và gọi cấp độ này là dạy học hướng theo STEM
1.1.4 Các kĩ năng trong giáo dục STEM
Giáo dục STEM không chỉ nhằm mục đích đào tạo học sinh thành những nhà toán học, nhà khoa học, kỹ sư hay kỹ thuật viên, mà còn tập trung vào việc phát triển các kỹ năng cần thiết để học sinh có thể làm việc và thích nghi trong thế giới công nghệ hiện đại.
Kỹ năng STEM bao gồm sự kết hợp hài hòa giữa bốn nhóm kỹ năng chính: khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học.
Kỹ năng khoa học là khả năng kết nối các khái niệm, nguyên lý và định luật trong giáo dục khoa học, giúp người học áp dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tiễn.
Kỹ năng công nghệ là khả năng sử dụng, quản lý và hiểu biết về công nghệ, từ những vật dụng đơn giản hàng ngày như quạt mo đến các thiết bị hiện đại Những kỹ năng này giúp người dùng truy cập và tận dụng hiệu quả các công nghệ trong cuộc sống và công việc.
THIẾT KẾ MỘT SỐ HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM
2.1 Quy trình thiết kế chủ đề giáo dục STEM trong dạy học
2.2 Hệ thống chuẩn kiến thức, kĩ năng cần đạt và NL hướng tới để dạy chương “Dòng điện xoay chiều”
CHỦ ĐỀ MỨC ĐỘ CẦN ĐẠT
- Viết được biểu thức của dòng điện và điện áp xoay chiều tức thời
- Phát biểu được định nghĩa và viết được biểu thức tính giá trị hiệu dụng của cường độ dòng điện và điện áp xoay chiều
Công thức tính cảm kháng, dung kháng, tổng trở và công suất điện trong đoạn mạch RLC nối tiếp rất quan trọng Cảm kháng (Z_L) được tính bằng công thức Z_L = jωL, trong khi dung kháng (Z_C) được tính bằng Z_C = -j/(ωC) Tổng trở (Z) của mạch là tổng hợp của điện trở (R), cảm kháng và dung kháng, được tính bằng Z = R + Z_L + Z_C Công suất điện (P) trong mạch RLC có thể được tính bằng công thức P = UIcosφ, với U là điện áp, I là dòng điện, và φ là góc pha Hệ số công suất (cosφ) cho biết hiệu suất sử dụng điện năng trong mạch Các đại lượng này thường được đo bằng các đơn vị như ohm (Ω) cho điện trở, henry (H) cho cảm kháng, farad (F) cho dung kháng, và watt (W) cho công suất.
- Viết được hệ thức của định luật ôm đối với đoạn mạch RLC nối tiếp (đối với giá trị hiệu dụng và độ lệch pha)
- Giải thích được tại sao phải tăng hệ số công suất nơi tiêu thụ điện
- Trình bày được những đặc điểm của đoạn mạch RLC nối tiếp khi xảy ra hiện tượng cộng hưởng
Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học
Bước 1: Lựa chọn chủ đề bài học
Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết
Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị/giải pháp giải quyết vấn đề
Xác định vấn đề
Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp
Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá
Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh
- Vẽ được giản đồ Fre-nen cho đoạn mạch RLC nối tiếp
- Giải thích được nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều ba pha và máy biến áp
- Vận dụng kiến thức để giải thích các hiện tượng trong thực tế và thực tiễn sản xuất
Để đảm bảo an toàn trong việc sử dụng và sửa chữa điện, cần thực hiện nghiêm túc các biện pháp bảo vệ an toàn điện Bên cạnh đó, người dùng cũng cần nâng cao ý thức tiết kiệm điện năng khi sử dụng các thiết bị điện.
4 Các NL chính cần hướng tới: Các NL mà HS trong quá trình khám phá tri thức và vận dụng vào giải quyết các vấn đề thực tiễn, tạo ra các sản phẩm có giá trị thực tế:
- NL tự học, NL giải quyết vấn đề
- NL sáng tạo, NL hợp tác
- NL sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông
2.3 Phân tích nội dung và cấu trúc chương “Dòng điện xoay chiều”
Chương "Dòng điện xoay chiều" được thiết kế theo hướng tiếp cận hệ thống, khuyến khích sự chủ động của học sinh Mỗi bài học đều có hướng dẫn cho giáo viên tổ chức hoạt động, giúp học sinh tự khám phá nội dung kiến thức Nội dung chương được xây dựng một cách hệ thống, tập trung vào mối liên hệ giữa các đại lượng dòng điện, điện áp xoay chiều và các giá trị hiệu dụng, cực đại, tức thời của chúng Chương cũng đề cập đến các loại máy điện, động cơ điện và ứng dụng của chúng, bao gồm máy phát điện xoay chiều.
2.4 Những nội dung của chương “Dòng điện xoay chiều” có thể thiết kế các hoạt động dạy học tích hợp STEM
TT Chủ đề thực tiễn Kiến thức kĩ năng môn Vật lý có liên quan
1 Máy biến áp và ứng dụng của máy biến áp
Bài 16: Truyền tải điện năng, máy biến áp – Vật lý 12
2 Hệ thống truyền tải điện năng Bài 16: Truyền tải điện năng, máy biến áp
3 Máy phát điện xoay chiều Bài 17: Máy phát điện xoay chiều – Vật lý
4 Động cơ điện và các ứng dụng của động cơ điện trong đời sống
Bài 18: Động cơ điện không đồng bộ ba pha – Vật lý 12
2.5 Một số hoạt động dạy học chương “Dòng điện xoay chiều” theo định hướng giáo dục STEM
2.5.1 Chủ đề 1: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN CHẠY BẰNG SỨC GIÓ
2.5.1.1 Kế hoạch bài học STEM
2.5.1.1.1 Tên chủ đề: THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MÔ HÌNH MÁY PHÁT ĐIỆN CHẠY BẰNG SỨC GIÓ
+ Vật lý: Hiện tượng cảm ứng điện từ (vật lý 11), Máy phát điện xoay chiều (Bài 17, Vật lý 12)
+ Công nghệ: Bản vẽ chi tiết, vật liệu kĩ thuật điện
+ Kĩ thuật: Thiết kế mô hình sản phẩm nhỏ gọn và vận hành thành công
+ Toán học: Tính toán số liệu
- Thời gian thực hiện: 2 tuần, bao gồm 2 tiết trên lớp (1 tiết chính + 1 tiết tự chọn theo PPCT) và thời gian thực hiện ngoài lớp
Lý do chọn chủ đề này là vì hiện nay, nguồn điện phục vụ sinh hoạt vẫn còn thiếu, đặc biệt ở những vùng sâu, vùng xa, nơi nhiều khu vực vẫn chưa có điện lưới Để đáp ứng nhu cầu thắp sáng khi không có điện lưới, cần một máy phát điện có thể hoạt động tại chỗ nhờ vào sức nước chảy hoặc sức gió Việc thiết kế máy phát điện không chỉ giúp hiểu rõ hơn về nhu cầu điện tiêu thụ mà còn định hướng nghề nghiệp cho các em sau khi ra trường.
* Kiến thức STEM trong chủ đề
- Khoa học (S): Cách tạo ra mô hình sản phẩm nhỏ gọn và vận hành chúng thành công dựa theo hiện tượng cảm ứng điện từ
- Công nghệ (T): Thiết kế bản vẽ kĩ thuật, biết sử dụng các dụng cụ
- Kĩ thuật (E): Quy trình lắp rắp mô hình máy phát điện
- Toán học (M): Tính toán đo đạc chính xác, dự trù kinh phí hợp lí
- Tính toán, vẽ được bản thiết kế mô hình
- Rèn luyện kĩ năng tư duy sáng tạo, xử lý và giải quyết tình huống thực tế
- Rèn luyện các kĩ năng nghiên cứu khoa học: kỹ năng đặt câu hỏi, xây dựng
15 giả thuyết, xác định phương pháp thực hiện, quan sát hệ thống trong thực tế
- Rèn luyện kĩ năng giải thích và kết luận
- Nghiêm túc, chủ động, tích cực tham gia các hoạt động học
- Yêu thích sự khám phá, tìm tòi và vận dụng các kiến thức học được
- Có tinh thần trách nhiệm, hòa đồng, giúp đỡ nhau trong nhóm, lớp
- Có ý thức tuân thủ các tiêu chuẩn kĩ thuật và giữ gìn vệ sinh chung
- Rèn luyện tư duy nghiên cứu khoa
- Xây dựng được các thói quen tốt trong học tập và trong đời sống
* Định hướng phát triển về NL
- Phát triển NL tự học, giải quyết vấn đề
- Phát triển NL làm việc nhóm
- Phát triển NL tính toán
- Phát triển NL tìm kiếm thông tin…
2.5.1.1.4 Chuẩn bị các thiết bị
- Các thiết bị dạy học: mẫu bản kế hoạch, …
- Nguyên vật liệu và dụng cụ để chế tạo máy phát điện chạy bằng sức gió: Dây đồng, cánh quạt, nam châm, dây dẫn, thước kẻ, bút,…
Hoạt động 1: Xác định vấn đề liên quan đến yêu cầu thiết kế và chế tạo mô hình máy phát điện sử dụng sức gió Mục đích của hoạt động này là làm rõ các yếu tố cần thiết để phát triển một thiết bị hiệu quả, tận dụng năng lượng gió.
Tạo hứng thú cho học sinh trong việc áp dụng kiến thức liên môn vào thực tiễn là rất quan trọng Việc chế tạo một mô hình máy phát điện đơn giản không chỉ giúp các em hiểu rõ hơn về lý thuyết mà còn khuyến khích sự sáng tạo và tư duy phản biện Mô hình này có tính ứng dụng cao, giúp học sinh nhận thức được vai trò của năng lượng điện trong cuộc sống hàng ngày.
- Nêu được nguyên lí hoạt động của máy phát điện
- Xác định được nhiệm vụ của dự án b) Nội dung hoạt động
Mỗi nhóm học sinh sẽ thiết kế một mô hình máy phát điện đơn giản, sử dụng các dụng cụ và thiết bị cơ bản như dây đồng, cánh quạt và nam châm vĩnh cửu.
- Phân công nhiệm vụ trong nhóm (nhóm trưởng phân công):
TT Vai trò Số lượng Nhiệm vụ chính
- Lên chi tiết kế hoạch thực hiện và đôn đốc các thành viên trong nhóm hoàn thành đúng kế hoạch của nhóm mình
- Liên hệ với GV mỗi ngày để thông báo tiến độ làm việc của nhóm
- Cùng các thàn viên trong nhóm tổng kết kiến thức đã tìm hiểu, hoàn thành thông báo kiến thức
- Đánh giá tính tích cực và tự lực của các thành viên trong nhóm thông qua “Phiếu đánh giá đồng đẳng”
- Cùng với các thành viên trong nhóm tổng kết kiến thức đã tìm hiểu, hoàn thành thông báo kiến thức của nhóm mình
- Tìm hiểu về lịch sử ra đời, những kiến thức lí thuyết và ứng dụng của “Dòng điện xoay chiều” nói chung và máy phát điện nói riêng
- Viết báo cáo về nội dung đã tìm hiểu được
- Tìm hiểu những ứng dụng của máy phát điện và ứng dụng để chế tạo ra mô hình máy phát điện trong thực tế
- Thiết kế và chế tạo được mô hình máy phát điện chạy bằng sức gió
- Báo cáo về nội dung đã tìm hiểu và đã làm được
5 Kế toán 1 Dự trù kinh phí, thu chi… c) Sản phẩm dự kiến của HS
- Bảng phân công nhiệm vụ
- Bảng dự trù vật liệu, dụng cụ và kinh phí
- Bảng thiết kế mô hình d) Cách thức tổ chức
- Thống nhất kế hoạch của dự án
TT Nội dung Sản phẩm cần đạt Ghi chú
- Thống nhất tiến trình và tiêu chí đánh giá
- Bảng kế hoạch dự án và tiêu chí đánh giá
2 - Tìm hiểu kiến thức, kĩ năng liên quan
- Bài trình chiếu kiến thức nền
- HS làm việc theo nhóm ngoài giờ học
3 - Báo cáo kiến thức, kĩ năng liên quan
- Bản phương án thiết kế
- HS báo cáo tại lớp
4 - Lập phương án thiết kế - Sản phẩm mẫu - HS làm việc theo nhóm ngoài giờ học
5 - Trình bày phương án thiết kế - Bản báo cáo kết quả sản phẩm
- HS báo cáo tại lớp
6 - Làm sản phẩm theo phương án thiết kế
- HS làm việc theo nhóm ngoài giờ học
7 - Báo cáo sản phẩm - HS báo cáo tại lớp
- GV và HS thống nhất với bản tiêu chí đánh giá:
Tiêu chí Điểm tối đa Điểm do GV đánh giá
Máy phát điện vận hành thành công 5
Máy phát điện hoạt động ổn định 2
Thiết kế gọn gàng, đẹp mắt 3
Tốt Khá Trung bình Chưa đạt
9 – 10 điểm 7 – 8 điểm 5 – 6 điểm Dưới 5 điểm
Hoạt động 2 NGHIÊN CỨU KIẾN THỨC NỀN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP
(Nghiên cứu kiến thức trọng tâm và xây dựng bản thiết kế) a) Mục đích của hoạt động:
Rèn luyện cho HS: - NL tự học, giải quyết vấn đề
- NL tính toán, tìm kiếm thông tin
18 b) Nội dung hoạt động:
- HS tìm hiểu các kiến thức liên quan:
+ Vật lý: Hiện tượng cảm ứng điện từ (vật lý 11), Máy phát điện xoay chiều (Bài 17, Vật lý 12)
+ Công nghệ: Bản vẽ chi tiết, vật liệu kĩ thuật điện
+ Kĩ thuật: Thiết kế mô hình sản phẩm nhỏ gọn và vận hành thành công
+ Toán học: Tính toán số liệu
HS nghiên cứu sách giáo khoa và tài liệu tham khảo về kiến thức trọng tâm, tập trung vào cơ chế hoạt động của máy phát điện Cơ chế này dựa trên nguyên lý hoạt động của hiện tượng cảm ứng điện từ, giúp giải thích cách mà máy phát điện chuyển đổi năng lượng cơ học thành điện năng.
- HS thảo luận, phân tích vật liệu tìm được; phương án gia công, lắp đặt thiết bị, ghi chép mô tả hoặc tranh ảnh, hình vẽ
- Thống nhất chọn giải pháp, mô hình tốt nhất có thể c) Sản phẩm dự kiến của HS:
- Sơ đồ nguyên lý hoạt động của máy phát điện
- Chi tiết một số mô hình sản phẩm dự kiến
- Các câu trả lời chi tiết cho các câu hỏi của GV
- Bản ghi nhận ý kiến đóng góp, các câu hỏi và ý kiến phản biện của nhóm bạn d) Cách thức tổ chức:
- GV giao nhiệm vụ cho HS
- HS thực hiện nhiệm vụ theo nhóm:
Tự đọc và nghiên cứu qua các kênh thông tin, đề xuất và thảo luận các ý tưởng ban đầu, thống nhất một phương án thiết kế tốt nhất;
Xây dựng và hoàn thiện bản thiết kế
Lựa chọn hình thức và chuẩn bị nội dung báo cáo
- GV hỗ trợ HS khi cần thiết
GV tiến hành giao dự án cho 4 nhóm, 4 nhóm thực hiện dự án cụ thể như sau:
Nhiệm vụ cần thực hiện Câu hỏi định hướng và yêu cầu
- Thiết kế mô hình máy phát điện chạy bằng sức gió
- Nêu được cách thực hiện và đề xuất đầu ra cho các sản phẩm ứng dụng mô hình máy phát điện chạy bằng sức gió
- Hệ thống phải có tính đơn giản, nhỏ gọn, đẹp, mô hình phải hoạt động theo
Tìm hiểu về mô hình với máy phát điện chạy bằng sức gió
- Nhóm đã sử dụng mẫu thiết kế khung dây, giá đỡ như thế nào? Giải thích?
- Các em đã sử dụng dây kim loại nào để quấn khung dây? Tại sao các em lại chọn loại dây đó?
20 hiện tượng cảm ứng điện từ
- Sử dụng các thiết bị và các linh kiện điện tử lắp mạch đơn giản, vật liệu an toàn về điện
- Đề cao tính sáng tạo của từng nhóm
- Khung dây quấn bao nhiêu vòng? Tại sao?
- Vật liệu nào làm giá đỡ (gỗ, nhựa hay kim loại…)
Hoạt động 3 LỰA CHỌN GIẢI PHÁP
(Trình bày bản thiết kế) a) Mục đích của hoạt động
- Chọn được giải pháp tốt nhất để làm mô hình sản phẩm có thể vận hành tốt nhất, hiệu quả nhất của nhóm
- Có được bảng chi phí hiệu quả nhất, tiết kiệm nhất b) Nội dung của hoạt động
- Các nhóm thống nhất lựa chọn một mô hình đại diện cho nhóm
- Các nhóm hoàn thành bảng chi phí vật liệu, dự kiến như sau:
Nguyên vật liệu Địa chỉ tìm kiếm Giá thiết bị Số lượng Thành tiền
Dây kim loại Cửa hàng điện dân dụng 40.000 - 120.000 100 – 300g
Phòng thí nghiệm (hoặc cửa hàng điện dân dụng…)
Cánh quạt Tự thiết kế 1 cái
Giá đỡ Tự tìm kiếm 1 cái
Bóng đèn led Phòng thí nghiệm 1 cái c) Sản phẩm dự kiến của HS:
- Bản thiết kế sơ bộ
- Mô hình và kết quả vận hành
- Bảng chi phí tổng thể d) Cách thức tổ chức
- GV đưa ra yêu cầu về: Cách trình bày, thời gian trình bày, thảo luận
- GV điều hành, nhận xét, góp ý và hỗ trợ HS
Hoạt động 4 CHẾ TẠO MẪU THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ
(Chế tạo và thử nghiệm mô hình máy phát điện chạy bằng sức gió) a) Mục đích của hoạt động
- HS dựa vào bản thiết kế đã lựa chọn để chế tạo mô hình máy phát điện chạy bằng sức gió, đảm bảo các yêu cầu đặt ra
- HS thử nghiệm, đánh giá sản phẩm và điều chỉnh nếu cần b) Nội dung hoạt động
- HS chế tạo mô hình máy phát điện chạy bằng sức gió theo nhóm ngoài giờ học
- GV theo dõi, tư vấn và hỗ trợ HS
- Một số mô hình thử nghiệm của các nhóm lớp c) Sản phẩm dự kiến của HS
- Báo cáo kết quả kiểm tra của các lần chạy thử nghiệm
- Bảng đánh giá mẫu thử
- Video ghi lại quá trình thử nghiệm d) Cách thức tổ chức:
- Nhóm trưởng cho hệ thống vận hành thử ít nhất 3 lần chạy thử
- Kiểm tra đánh giá mẫu thử theo phiếu:
Nội dung đánh giá Nhận xét
Tốc độ quay của cánh quạt Độ sáng của đèn Độ nóng của vòng dây
- Nhóm trưởng cho cả nhóm quan sát, đánh giá và nhận xét trên phiếu
- GV quan sát, hộ trợ nếu cần
Hoạt động 5 CHIA SẺ, THẢO LUẬN, ĐIỀU CHỈNH (Trình bày sản phẩm mô hình máy phát điện chạy bằng sức gió) a) Mục đích của hoạt động
- Rèn luyện cho HS các kĩ năng: Thuyết trình, thảo luận, chia sẻ, phản biện b) Nội dung hoạt động
- Các nhóm trình diễn sản phẩm trước lớp
- Đánh giá sản phẩm dựa trên các tiêu chí đã đề ra
- Chia sẻ, thảo luận điều chỉnh, hoàn thiện sản phẩm
Các nhóm tự đánh giá kết quả nhóm mình và tiếp thu các góp ý, nhận xét từ
GV và các nhóm khác
Sau khi chia sẻ và thảo luận, đề xuất các phương án điều chỉnh sản phẩm
Trong quá trình thực hiện nhiệm vụ thiết kế mô hình, chúng tôi đã gặp phải nhiều khó khăn và thu thập được những kiến thức quý báu Những kinh nghiệm này không chỉ giúp nâng cao kỹ năng thiết kế mà còn tạo ra sản phẩm dự kiến chất lượng cho học sinh.
- Video, ảnh về quy trình tiến hành tạo sản phẩm
- Sản phẩm thực d) Cách thức tổ chức: Tổ chức dạng trình chiếu
- Các nhóm trình bày sản phẩm của mình trước lớp
- Các nhóm thảo luận và nhận xét các nhóm khác
- Chia sẻ kinh nghiệm chế tạo
SẢN PHẨM THU ĐƯỢC CỦA CÁC NHÓM NHƯ SAU:
* SẢN PHẨM CỦA CÁC NHÓM LỚP 12A5
* SẢN PHẨM CỦA CÁC NHÓM LỚP 12A2
- GV phát cho mỗi HS 1 phiếu đánh giá giữa các thành viên, nhóm trưởng tổng hợp lại kết quả (PHIẾU ĐÁNH GIÁ ĐỒNG ĐẲNG)
1 Hoàn thành nhiệm vụ đúng hạn
3 Lắng nghe ý kiến từ các bạn
4 Có phản hồi sau khi nhận ý kiến từ các bạn
5 Quan tâm đến các thành viên khác
(Mỗi tiêu chí 1đ, trong đó tiêu chí 1,2,7 là 2đ Điểm tối đa là 10đ)
- Điểm của mỗi HS bao gồm điểm đánh giá của bạn và điểm sản phẩm HS làm được
2.5.1.3 Nhận xét, đánh giá của GV
Các nhóm đã hoàn thành nhiệm vụ được giao, có sản phẩm để báo cáo và thuyết trình
Nhóm Ưu điểm Hạn chế Điểm đánh giá
- Mô hình đẹp, chắc chắn, nhìn tổng thể có tính thẩm mỹ
- Động cơ chạy êm, có tính sáng tạo
- Chưa có công tắc tự ngắt 9 điểm
- Máy phát điện tốt, độ sáng của đèn tốt, không tạo ra tiếng ồn
- Nhóm hoạt động tích cực
- Tính thẩm mỹ chưa cao 8 điểm
- Các thành viên trong nhóm hoạt động tích cực
- Cách bố trí chưa đẹp
- Máy phát điện tốt, không tạo ra tiếng ồn
- Không có công tắc điện
- Mô hình chắc chắn, đúng khoa học
- Vật liệu tái chế hoàn toàn
- Cánh quạt chưa được đẹp 9 điểm
- Vật liệu hoàn toàn tái chế
- Đúng chuẩn với mô hình máy phát điện
- Nhóm hoạt động tích cực, video cho sản phẩm tốt
- Đảm bảo tính chắc chắn
- Tuy nhiên dây đồng quấn xấu
- Không có công tắc điều chỉnh cách quạt
- Mô hình khá đẹp, chắc chắn - Chưa chuẩn với mô hình đựt ra
- Chưa thể hiện sự phát điện rõ
2.5.1.4 Kiểm tra kiến thức vận dụng
- Kiểm tra kiến thức HS nắm được thông qua các bài đã học trên lớp
- Kiểm tra kĩ năng thực hành, trải nghiệm của HS
Kết quả bài kiểm tra được tổng hợp ở phần thực nghiệm với mục đích đánh giá chủ đề theo phương pháp dạy học STEM
BÀI KIỂM TRA ĐÁNH GIÁ NL TRONG CHỦ ĐỀ 1 Câu 1 Nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều 1 pha dựa vào
A Hiện tượng cảm ứng điện từ B Hiện tượng tự cảm
C Hiện tượng quang điện C Từ trường quay
Câu 2 Cấu tạo của máy phát điện xoay chiều 1 pha gồm 2 phần chính là
A Phần cảm và Stato B Phần cảm và phần ứng
C Phần cảm và Rôto D Phần ứng và Stato
Câu 3 Ở máy phát điện xoay chiều 1 pha phần tạo ra từ trường là
A Phần cảm B Phần ứng C Rôto D Stato
Câu 4 Ở máy phát điện xoay chiều 1 pha phần quay gọi là:
A Phần ứng B Phần cảm C Rôto D Stato
Máy phát điện xoay chiều có p cặp cực và quay với tốc độ n vòng/giây sẽ tạo ra suất điện động xoay chiều với tần số tương ứng Tần số này được xác định bởi số cặp cực và tốc độ quay của máy phát.
Câu 6 Rôto của 1 máy phát điện xoay chiều có 5 cặp cực, quay với tốc độ
720 vòng/phút Tần số của suất điện động là
Câu 7 Rôto của máy phát điện xoay chiều có 5 cặp cực, tần số của dòng điện phát ra là 50Hz Tốc độ quay của Rôto là
Để xác định tốc độ quay của rôto máy phát điện xoay chiều 1 pha thứ hai có 4 cặp cực sao cho tần số phát ra giống với máy thứ nhất có 2 cặp cực và tốc độ 1600 vòng/phút, ta cần sử dụng công thức tính tần số Tần số (f) được tính theo công thức f = (n * p) / 60, trong đó n là tốc độ quay (vòng/phút) và p là số cặp cực Với máy thứ nhất, tần số là f1 = (1600 * 2) / 60 = 53,33 Hz Để máy thứ hai có cùng tần số, ta có f2 = (n2 * 4) / 60 = 53,33 Hz Giải phương trình này, ta tìm được tốc độ n2 của máy thứ hai là 800 vòng/phút.
Máy phát điện xoay chiều 1 pha sử dụng nam châm điện làm phần cảm với n cặp cực từ Khi rôto quay ở tốc độ 600 vòng/phút, máy sẽ tạo ra suất điện động Số cặp cực từ trong máy là một yếu tố quan trọng ảnh hưởng đến hiệu suất hoạt động của nó.
Bằng đường dây truyền tải 1 pha, điện năng từ nhà máy phát điện nhỏ được cung cấp đến xã Thăng Long, nơi có nhiều hộ dân sử dụng điện Các kỹ sư Điện lực Đông Hưng đã tính toán rằng, khi tăng điện áp truyền từ U lên 2U, số hộ dân nhận đủ điện năng từ nhà máy sẽ tăng từ 36 lên 144 Với điện áp truyền đi là 3U, nhà máy này sẽ đảm bảo cung cấp đủ điện cho các hộ dân, trong khi hao phí trên đường dây là yếu tố đáng kể cần lưu ý.
A 164 hộ dân B 252 hộ dân C 189 hộ dân D 324 hộ dân ĐÁP ÁN
2.5.2 Chủ đề 2: CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐƠN GIẢN TRONG ĐỜI SỐNG
2.5.2.1 Kế hoạch bài học STEM
2.5.2.1.1 Tên chủ đề: CHẾ TẠO MÔ HÌNH ĐỘNG CƠ ĐIỆN VÀ CÁC ỨNG DỤNG CỦA ĐỘNG CƠ ĐIỆN ĐƠN GIẢN TRONG ĐỜI SỐNG
Động cơ điện đóng vai trò quan trọng trong đời sống hàng ngày và các ứng dụng công nghiệp Qua việc nghiên cứu về động cơ không đồng bộ 3 pha trong chương trình Vật lý 12 và Công nghệ 12, học sinh sẽ được trang bị kiến thức cần thiết để thiết kế và chế tạo các sản phẩm sử dụng động cơ điện như quạt cầm tay mini, quạt gió, máy đánh trứng và máy khoan mini Sau khi hoàn thành, học sinh có khả năng áp dụng kiến thức vào thực tiễn, phục vụ cho các nhu cầu làm mát và sử dụng trong gia đình cũng như trong ngành công nghiệp.
- Thời gian thực hiện: 2 tuần, bao gồm 2 tiết trên lớp (1 tiết chính + 1 tiết tự chọn theo PPCT) và thời gian thực hiện ngoài lớp
HIỆU QUẢ CỦA SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
Tôi đã thực hiện các thí nghiệm tại trường THPT X với sự hỗ trợ nhiệt tình từ các đồng nghiệp, lựa chọn các lớp có trình độ tương đương, bao gồm lớp TN và lớp ĐC.
+ Lớp thực nghiệm: 12A2, 12A5, 12A3 ( năm học 2021 – 2022 )
+ Lớp đối chứng: 12A4, 12D1, 12D4 (năm học 2021 - 2022)
+ Lớp thực nghiệm: 12A2, 12A5, 12A4 ( năm học 2021 - 2022)
+ Lớp đối chứng: 12A3, 12D1, 12D4 ( năm học 2021 - 2022)
Thực nghiệm được thực hiện từ ngày 10 đến 15 tháng 11 năm 2021 tại trường THPT X, với tổng số tiết dạy cho lớp 12 là 6 tiết, chia thành 2 chủ đề: chủ đề 1 và chủ đề 2, mỗi chủ đề có 3 tiết, trong đó mỗi chủ đề đều có 1 bài kiểm tra Các tiết học này được tổ chức trong các giờ lý thuyết và giờ tự chọn cho học sinh.
Trong quá trình học tập, các em thể hiện sự hào hứng và khả năng hợp tác tốt Các em nhanh chóng xử lý công việc một cách thông minh và linh hoạt, đồng thời biết đặt câu hỏi để thể hiện trí tò mò Ngoài ra, các em còn có khả năng quan sát và phát hiện những tình huống có vấn đề, từ đó tìm hiểu và đề xuất phương án giải quyết hiệu quả.
Trong tiết học, học sinh thể hiện sự hào hứng và tích cực hơn, chủ động và sáng tạo trong việc học Giờ học diễn ra sôi nổi, hấp dẫn, giúp lôi cuốn học sinh và nâng cao khả năng hiểu bài nhanh chóng.
Nhiều học sinh ở các lớp thực nghiệm đã khám phá được nhiều tài liệu phong phú, liên quan mật thiết đến cuộc sống hàng ngày Một số em có khả năng thông tin và xử lý tình huống rất tốt.
Qua các tiết dạy, khả năng vận dụng kiến thức thực tiễn của học sinh lớp thực nghiệm đã được cải thiện rõ rệt, đồng thời, khả năng phối hợp trong các hoạt động nhóm cũng trở nên hiệu quả hơn.
Trong tiết học, không khí học tập không hấp dẫn và lôi cuốn, khiến các em trong lớp thực nghiệm trở nên thụ động khi liên hệ với thực tiễn và đề xuất phương án xử lý tình huống.
Hầu hết các em còn có tâm lí nặng nề trong việc tiếp thu kiến thức mới và việc rèn luyện kĩ năng giải quyết vấn đề
Kết quả bài kiểm tra giữa học sinh lớp thực nghiệm và lớp đối chứng tại 3 lớp học của trường THPT X đã được phân tích dựa trên điểm số.
Yếu – kém (0- 4đ) Trung bình (5 - 6đ) Khá - giỏi (7 - 10đ)
Khá - Giỏi Trung bình Yếu - Kém
Biểu đồ khảo sát HS theo điểm số
Biểu đồ khảo sát cho thấy mục đích thực nghiệm đã hoàn thành, xác nhận tính khả thi và hiệu quả của phương pháp dạy học Cụ thể, số điểm Khá – Giỏi và Trung bình của học sinh lớp TN cao hơn rõ rệt so với lớp ĐC, trong khi điểm Yếu – Kém của lớp TN lại thấp hơn nhiều so với lớp ĐC.
Sau khi phân tích ngẫu nhiên một số bài của lớp đối chứng và lớp thực nghiệm, tôi đã thu được kết quả về hiệu quả trước và sau tác động.
Nhóm thực nghiệm Nhóm đối chứng
KT đầu năm KT trước tác động
KT sau tác động
KT trước tác động
KT sau tác động
Điểm trung bình của nhóm thực nghiệm đạt 7.6, cao hơn nhóm đối chứng với 6.2, cho thấy sự cải thiện rõ rệt sau khi áp dụng phương pháp mới Trước đó, điểm trung bình của nhóm thực nghiệm thấp hơn nhóm đối chứng vào đầu năm Tỷ lệ bài kiểm tra đạt loại khá, giỏi ở lớp thực nghiệm cũng cao hơn đáng kể so với lớp đối chứng.
Kết quả từ bảng thực nghiệm cho thấy điểm kiểm tra của nhóm thực nghiệm tăng đáng kể so với lớp đối chứng, chứng tỏ rằng sự can thiệp đã mang lại hiệu quả rõ rệt và cải thiện sự đồng đều trong các bài kiểm tra.
Kết quả về điểm trung bình và tỷ lệ đạt loại khá giỏi khi áp dụng phương pháp dạy mới cho thấy sự cải thiện rõ rệt so với phương pháp cũ Điều này chứng tỏ sự tiến bộ tích cực nhờ vào tác động của phương pháp giảng dạy hiện đại.
Qua quá trình thực nghiệm, kết quả cho thấy mục đích đã hoàn thành, khẳng định tính khả thi và hiệu quả của phương pháp dạy học Việc giáo viên liên hệ thực tế sẽ giúp học sinh hứng thú và kích thích tư duy Đặc biệt, việc áp dụng phương pháp dạy học tích hợp STEM là định hướng đổi mới quan trọng, phát huy năng lực học sinh, đặc biệt trong môn vật lý, một bộ môn khoa học thực tiễn.
3 Ý kiến của các giáo viên khi tiến hành áp dụng phương pháp dạy học theo định hướng giáo dục STEM chương “Dòng điện xoay chiều”
Tôi đã tiến hành khảo sát các giáo viên tại trường THPT X về hiệu quả của việc áp dụng phương pháp dạy học trải nghiệm STEM Kết quả cho thấy phương pháp này mang lại nhiều lợi ích trong việc nâng cao sự hứng thú và khả năng tư duy sáng tạo của học sinh Các giáo viên đánh giá cao tính thực tiễn và sự tương tác của phương pháp, cho rằng nó giúp học sinh phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề và làm việc nhóm hiệu quả hơn.
