NỘI DUNG NGHIÊN CỨU
Giải pháp tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM chủ đề bài học: Máy phát điện xoay chiều- động cơ không đồng bộ ba pha
2.1 Phân tích đặc điểm, nội dung chủ đề bài học Máy phát điện- động cơ điện chương trình Vật lý 12
2.1.1 Vị trí, nội dung chủ đề bài học: Máy phát điện xoay chiều - động cơ không đồng bộ ba pha [7]
Chương III Dòng điện xoay chiều là chương học trọng tâm và nhiều kiến thức nhất trong tất cả các chương học thuộc chương trình Vật lý 12 Nội dung của chương này bao gồm những bài học sau:
Bài 12 Đại cương về dòng điện xoay chiều
Bài 13 Các mạch điện xoay chiều
Bài 14 Mạch có R,L,C mắc nối tiếp
Bài 15 Công suất điện tiêu thụ của mạch điện xoay chiều Hệ số công suất
Bài 16 Truyền tải điện năng Máy biến áp
Bài 17 Máy phát điện xoay chiều
Bài 18 Động cơ không đồng bộ ba pha
Bài 19 Thực hành: Khảo sát mạch điện xoay chiều có R, L, C mắc nối tiếp
Nội dung bài học chương III về dòng điện xoay chiều được chia thành hai phần chính Phần đầu tiên bao gồm lý thuyết và khái niệm cơ bản về dòng điện xoay chiều, với các bài học từ bài 12 đến bài 15 và bài 19 Phần thứ hai tập trung vào việc khai thác, sử dụng và truyền tải dòng điện xoay chiều, cùng với ứng dụng của nó trong các thiết bị kỹ thuật, được trình bày trong bài 16, bài 17 và bài 18.
Bài học 17 và 18 đã được kết hợp thành một chủ đề mới: Máy phát điện xoay chiều và động cơ không đồng bộ ba pha Nội dung kiến thức trong bài học này bao gồm nguyên lý hoạt động, cấu tạo và ứng dụng của máy phát điện xoay chiều, cùng với đặc điểm và cách vận hành của động cơ không đồng bộ ba pha.
- Cấu tạo máy phát điện xoay chiều một pha
- Máy phát điện xoay chiều ba pha
+ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động + Cách mắc mạch ba pha (tự học có hướng dẫn)
+ Dòng ba pha và những ưu việt của dòng ba pha (tự học có hướng dẫn)
Nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ và động cơ không đồng bộ ba pha là nội dung quan trọng, bổ sung kiến thức cho máy phát điện xoay chiều mà học sinh đã học ở vật lý 9 Bài học này nằm ở cuối học kỳ 1, tạo nền tảng cho chương 5 về mạch điện xoay chiều ba pha và chương 6 về máy điện ba pha trong môn Công nghệ 12 Sự phổ biến của máy phát điện và động cơ điện trong đời sống hàng ngày, như máy phát điện gia đình, máy bơm nước và quạt điện, tạo cơ hội cho giáo viên áp dụng phương pháp giáo dục STEM thông qua các hoạt động trải nghiệm khi giảng dạy.
2.1.2 Yêu cầu cần đạt trong chủ đề bài học: Máy phát điện xoay chiều - động cơ không đồng bộ ba pha [8] a Về kiến thức cần đạt
- Mô tả được sơ đồ cấu tạo và giải thích được nguyên tắc hoạt động của máy phát điện xoay chiều một pha và ba pha
- Trình bày được khái niệm và cách tạo ra từ trường quay
- Trình bày được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha b Về kĩ năng
- Nhận biết được phần cảm, phần ứng, stato, roto trong máy phát điện xoay chiều và động cơ không đồng bộ ba pha
- Biết giải các bài tập về tính suất điện động, tần số, số cặp cực của máy phát điện xoay chiều
- Biết cách tự chế tạo một máy phát điện đơn giản
2.2 Lựa chọn chủ đề hoạt động trải nghiệm STEM
2.2.1 Một số chủ đề có thể triển khai dạy học theo định hướng giáo dục STEM trong bài Máy phát điện xoay chiều - động cơ không đồng bộ ba pha
Dựa trên cấu trúc nội dung của bài học về máy phát điện xoay chiều và động cơ không đồng bộ ba pha, tôi đã phát triển một số chủ đề giáo dục STEM có thể được triển khai hiệu quả.
TT Kiến thức bài học Vấn đề thực tiễn Chủ đề STEM Dự kiến sản phẩm STEM
1 Máy phát điện xoay chiều một pha
- Bộ thí nghiệm máy điện xoay chiều một pha cồng kềnh
- Máy phát điện sử dụng động cơ đốt trong và nhiệt điện đang gây ô nhiễm
- Chế tạo máy phát điện xoay chiều một pha đơn giản
- Máy phát điện xoay chiều quay tay môi trường
- Chưa có bộ thí nghiệm nào minh hoạ sự quay không đồng bộ của động cơ như hình 18.1 SGK
Làm bộ thí nghiệm về sự quay không đồng bộ
Bộ thí nghiệm về sự quay không đồng bộ
2 Nguyên tắc hoạt động của động cơ không đồng bộ
- Hiểu rõ hơn nguyên lý hoạt động của các động cơ không đồng bộ một pha trong gia đình: quạt điện, máy bơm nước…
Chế tạo động cơ xoay chiều một pha đơn giản Động cơ xoay chiều một pha đơn giản
Trong khuôn khổ đề tài này, tôi đề xuất giải pháp tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM thông qua việc chế tạo máy phát điện xoay chiều đơn giản Thời gian thực hiện sẽ được phân bố hợp lý để đảm bảo hiệu quả và sự tiếp thu của người tham gia.
Thời gian thực hiện Nội dung Thời lượng, địa điểm
Tiết 1 - Hoạt động 1: Dạy học lý thuyết bài: Máy phát điện xoay chiều Động cơ không đồng bộ ba pha
- Hoạt động 2: Đặt vấn đề STEM và chuyển giao nhiệm vụ: (Hoạt động trải nghiệm STEM) Thiết kế mô hình, chế tạo máy phát điện xoay chiều đơn giản
Các nhóm đã chọn chủ đề và chuẩn bị bản thiết kế sản phẩm, tập trung vào việc thiết kế và chế tạo mô hình máy phát điện xoay chiều đơn giản để cung cấp ánh sáng cho ngôi nhà, sử dụng các vật liệu tái chế.
Tiết 2 Các nhóm báo cáo ý tưởng, bản vẽ bản thiết kế và thảo luận, thống nhất bản thiết kế
Các nhóm học sinh hoạt động trải nghiệm STEM 3-5 ngày
Tiết 3 Các nhóm học sinh giới thiệu và báo cáo sản phẩm
2.2.2 Tại sao cần đưa hoạt động trải nghiệm STEM vào Chủ đề bài học: Máy phát điện xoay chiều - động cơ không đồng bộ ba pha
Kiến thức về máy phát điện và động cơ điện đóng vai trò quan trọng trong đời sống, đặc biệt là trong chương Dòng điện xoay chiều mà học sinh khối 12 đang học Dòng điện xoay chiều được ứng dụng rộng rãi hơn so với dòng điện một chiều, với nhiều thiết bị như máy phát điện, động cơ điện và máy biến áp Tuy nhiên, nếu giáo viên chỉ sử dụng phương pháp thuyết trình và bài tập trắc nghiệm, học sinh sẽ không hiểu sâu về kiến thức và cách áp dụng vào thực tiễn Việc thiếu mô hình thực tế của máy phát điện và động cơ điện trong phòng thực hành cũng hạn chế khả năng trải nghiệm của học sinh Do đó, tổ chức các hoạt động trải nghiệm cho học sinh về chủ đề này là cần thiết, giúp các em có cái nhìn sâu sắc hơn, phát triển năng lực cá nhân và giáo dục hướng nghiệp, từ đó phục vụ cho cuộc sống hàng ngày.
Giáo dục lồng ghép kiến thức về năng lượng sạch và bảo vệ tài nguyên thiên nhiên cho học sinh là rất quan trọng Hiện nay, các nhà máy nhiệt điện và điện hạt nhân đang khai thác nguồn tài nguyên cạn kiệt và gây ô nhiễm môi trường Do đó, việc tìm kiếm giải pháp tiết kiệm năng lượng và sử dụng năng lượng tái tạo như điện gió, thủy điện và năng lượng mặt trời là cấp bách Qua các hoạt động trải nghiệm STEM, học sinh sẽ được chế tạo mô hình máy phát điện từ sản phẩm tái chế, từ đó hình thành ý thức bảo vệ môi trường và khuyến khích sử dụng năng lượng sạch.
2.3 Xây dựng các tiêu chí đánh giá chủ đề hoạt động trải nghiệm STEM
Sau khi chọn chủ đề cho hoạt động trải nghiệm STEM, giáo viên cần xây dựng các tiêu chí đánh giá dự án của học sinh Việc công bố rõ ràng các tiêu chí này trong kế hoạch sẽ giúp các nhóm học sinh hiểu rõ yêu cầu khi chế tạo sản phẩm.
2.3.1 Tiêu chí đánh giá bản báo cáo ý tưởng chế tạo sản phẩm
PHIẾU ĐÁNH GIÁ BẢN THIẾT KẾ Ý TƯỞNG CHẾ TẠO SẢN PHẨM Điểm đạt được
TT Tiêu chí Điểm tối đa
1 Bản thiết ý tưởng được vẽ rõ ràng, đầy đủ, chi tiết
2 Nêu được cấu tạo và chức năng của các bộ phận trong bản vẽ ý tưởng
3 Nêu được cách lắp ráp sản phẩm
4 Nêu được nguồn tìm kiếm nguyên vật liệu
5 Sử dụng tối đa các vật liệu tái chế
6 Trình bày báo cáo sinh động, hấp dẫn
Tổng điểm 100 Đóng góp của nhóm dành cho nhóm bạn đang trình bày
GV căn cứ vào bản đánh giá này để chấm điểm báo cáo ý tưởng chế tạo sản phẩm cho các nhóm
2.3.2 Tiêu chí đánh giá bản báo cáo hoạt động trải nghiệm STEM chế tạo sản phẩm
PHIẾU ĐÁNH GIÁ BÁO CÁO HOẠT ĐỘNG TRẢI NGHIỆM STEM
CHẾ TẠO SẢN PHẨM Điểm đạt được
TT Tiêu chí Điểm tối đa Nhóm
1 Hoạt động ổn định, đèn LED sáng
Nguyên vật liệu từ sản phẩm tái chế (hoặc giá thành thấp nhất)
Sản phẩm máy phát điện và ngôi nhà
Hình thức đẹp, gọn gàng
4 Poster báo cáo đầy đủ nội dung, đẹp
5 Chỉ rõ được nguyên lý hoạt động
Thuyết trình tự tin, phong cách, rõ ràng, mạch lạc
Nêu được lý do chọn chủ đề và hướng phát triển, cải tiến sản phẩm
Phản biện, trả lời câu hỏi
Trả lời chính xác các câu hỏi
Tổng điểm 100 Đóng góp của nhóm dành cho nhóm bạn đang trình bày
GV căn cứ vào bản đánh giá này để chấm điểm báo cáo sản phẩm STEM cho các nhóm
2.3.3 Tiêu chí đánh giá toàn bộ quá trình dự án hoạt động trải nghiệm STEM
GV sử dụng bảng tiêu chí để đánh giá toàn bộ quá trình thực hiện chủ đề của
HS, làm căn cứ nhận xét vào buổi báo cáo sản phẩm STEM (tiết 3)
Công việc của nhóm dự định hoàn thành
Lý giải sự thay đổi của nhóm
Tốt: Hoàn thành đúng tiến độ, hiệu quả cao Đạt: Hoàn thành đúng tiến độ, hiệu quả
Chưa đạt: Không hoàn thành đúng thời hạn
Một số cảm nhận của nhóm sau khi làm xong dự án trải nghiệm STEM
……… Điểm trung bình của toàn bộ dự án trải nghiệm STEM được tính bằng công thức:
[Điểm báo cáo ý tưởng + (Điểm báo cáo chế tạo sản phẩm) x 2] Điểm trung bình =
3 2.4 Các bước tiến hành tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM
Hoạt động trải nghiệm STEM là cơ hội tuyệt vời để học sinh thiết kế mô hình và chế tạo máy phát điện xoay chiều đơn giản, sử dụng nguồn năng lượng sạch nhằm thắp sáng ngôi nhà Qua việc sử dụng các vật liệu tái chế, các em không chỉ phát triển kỹ năng sáng tạo mà còn nâng cao ý thức bảo vệ môi trường Những hoạt động này giúp khơi dậy niềm đam mê khoa học và công nghệ, đồng thời trang bị cho học sinh kiến thức thực tiễn về năng lượng bền vững.
2.4.1 Bối cảnh chọn chủ đề
Có nhiều nguồn năng lượng sạch để vận hành tuabin máy phát điện Giáo viên cần hướng dẫn học sinh thiết kế máy phát điện sử dụng nguồn năng lượng sạch phù hợp với điều kiện địa lý và khả năng nhân rộng tại địa phương Chẳng hạn, ở vùng núi với nhiều khe suối, có thể thiết kế mô hình máy phát điện tuabin nước, trong khi ở đồng bằng ven biển, nên phát triển máy phát điện gió.
2.4.2 Mục đích, yêu cầu thực hiện chủ đề a Về kiến thức
- Củng cố lại kiến thức về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy phát điện xoay chiều một pha
Các tác nhân gây ô nhiễm môi trường và cạn kiệt nguồn tài nguyên chủ yếu đến từ việc sử dụng máy phát điện với động cơ đốt trong, nhiệt điện, và các nhà máy điện nguyên tử.
- Nhận biết các nguồn năng lượng sạch để chạy máy phát điện như điện gió, thuỷ điện…
- Nắm được các kiến thức liên môn STEM (toán, khoa học tự nhiên, công nghệ, kĩ thuật) khi thực hiện chủ đề b Về kĩ năng
- Vận dụng kiến thức của bài học để đưa ra được ý tưởng thiết kế, nguyên lý hoạt động của sản phẩm
- Biết cách thiết kế, đo đạc, tính toán và sắp xếp sản phẩm một cách khoa học, đẹp mắt
- Tính toán, lập dự trù kinh phí thực hiện, kĩ năng tìm kiếm nguyên vật liệu cho sản phẩm
Kỹ năng thuyết trình trước đám đông, giới thiệu và vận hành sản phẩm là những yếu tố quan trọng trong chương trình giáo dục THPT 2018 Chương trình này hướng đến việc phát triển 10 năng lực chung và 5 phẩm chất cần thiết cho học sinh, giúp các em tự tin hơn trong việc trình bày ý tưởng và quản lý sản phẩm hiệu quả.
