(SKKN HAY NHẤT) hướng dẫn học sinh thiết kế, chế tạo các dụng cụ thí nghiệm điện vật lý lớp 11 nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh

TÊN SÁNG KIẾN, LĨNH VỰC ÁP DỤNG Nhóm tác giả đề nghị xét công nhận sáng kiến: Hướng dẫn học sinh thiết kế, chế tạo các dụng cụ thí nghiệm điện - Vật lý lớp 11 nhằm phát triển năng lực th

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

ĐƠN YÊU CẦU CÔNG NHẬN SÁNG KIẾN

Kính gửi: Sở GD&ĐT Ninh Bình

Chúng tôi gồm:

STT Họ và tên

Ngày tháng năm sinh

Nơi công

Trình độ chuyên môn

Tỷ lệ % đóng góp vào việc tạo ra sáng kiến

Toàn 19/8/1981

TrườngTHPT KimSơn A

4 Hoàng Văn

Phương 23/02/1982

TrườngTHPT KimSơn A

5 Đinh Thứ

TrườngTHPT KimSơn A

I TÊN SÁNG KIẾN, LĨNH VỰC ÁP DỤNG

Nhóm tác giả đề nghị xét công nhận sáng kiến: Hướng dẫn học sinh thiết kế, chế tạo các dụng cụ thí nghiệm điện - Vật lý lớp 11 nhằm phát triển năng lực thực nghiệm của học sinh.

- Lĩnh vực áp dụng: Giáo dục

II NỘI DUNG

1 Giải pháp cũ

* Giải pháp cũ

vậy các thí nghiệm và thiết bị trang bị kèm theo được xem nhẹ Khi giảng dạy các nội dungnày giáo viên thường dạy chay, cho xem các Video về hiện tượng điện hoặc trình diễn các thínghiệm biểu diễn với các thiết bị có sẵn.

Về trang thiết bị thí nghiệm sẵn có phần điện

Hiện nay trong phòng thí nghiệm của các trường phổ thông phục vụ cho dạy học nội dungnày chỉ có những thiết bị thí nghiệm cơ bản mang tính biểu diễn, đó là:

- Điện nghiệm

- Máy phát tĩnh điện Winshert

- Bộ thí nghiệm sự phân bố điện tích (SGK nâng cao)

- Bộ thí nghiệm biểu diễn sự dẫn điện của chất khi khi bị đốt nóng

Các thiết bị thí nghiệm này còn nhiều hạn chế:

- Chỉ cho thấy được kết quả của hiện tượng mà không thấy được bản chất của các hiệntượng tĩnh điện

- Áp dụng trong dạy học 1 số bài nên phạm vi áp dụng còn ít

- Chưa thấy được những ứng dụng to lớn, rộng rãi của tĩnh điện cũng như nhiều tính chất,hiện tượng liên quan đến tĩnh điện học

- Trong các hiện tượng về tĩnh điện, cần một máy phát tĩnh điện điện áp cao, có thể duy trìtrong thời gian dài Loại máy phát tĩnh điện Winshert trang bị trong trường phổ thông chỉ cóthể duy trì điện áp cao trong thời gian ngắn nên chưa đáp ứng được nhu cầu sử dụng trongthực hành thí nghiệm

- Chưa có thí nghiệm biểu diễn sự phóng điện trong chất khí

- Điện nghiệm không xác định được dấu điện tích của các vật nhiễm điện

- Học sinh không được tiếp xúc, làm việc với thiết bị nên khó liên hệ kiến thức khoa họcvới những ứng dụng thực tiễn

- Không khơi dậy sự tò mò, sáng tạo, niềm say mê trong học tập và nghiên cứu khoa học.

2 Giải pháp mới

2.1 Thiết kế, chế tạo thiết bị thí nghiệm điện

Để HS hệ thống kiến thức đầy đủ, phát huy tính tự học, tự tìm tòi khám phá khoa học thôngqua hoạt động học, tránh nhàm chán và thụ động trong việc tiếp thu kiến thức và đặc biệt làđảm bảo học phải đi đôi với hành, giáo viên có thể tổ chức cho các nhóm học sinh nghiên cứucấu tạo, công dụng, nguyên tắc hoạt động, tự thiết kế và chế tạo một số sản phẩm ứng dụngphần tĩnh điện ở nhà, tạo cơ hội rèn luyện kĩ năng, thao tác thí nghiệm, kĩ năng tổ chức và lập

kế hoạch làm việc nhóm, biết ứng dụng kiến thức vào trong đời sống và kĩ thuật, điều này làmcho việc hiểu kiến thức của học sinh trở nên sâu sắc và bền vững Trong sáng kiến này chúngtôi tổ chức cho HS thiết kế chế tạo 6 sản phẩm chính, với mỗi sản phẩm có mục tiêu khácnhau liên quan đến nội dung phần điện - Vật lí 11, gồm:

1 Tĩnh điện kế điện tử

Giải pháp cũ: Tĩnh điện kế đang

sử dụng trong trường phổ thông

Nhược điểm: Chỉ phát hiện được một vật

có nhiễm điện hay không mà chưa phân biệtđược một vật nhiễm điện dương hay nhiễmđiện âm

Giải pháp mới: Tĩnh điện kế điện tử

- Cấu tạo: Các bộ phận chính gồmtranzitor, điện trở, nguồn điện

- Nguyên lý hoạt động: Dựa vào tác dụngcủa tranzitor hiệu ứng trường

- Ưu điểm: Đơn giản, dễ làm, gọn nhẹ

- Tính mới: Phát hiện một vật nhiễm điệndương hay nhiễm điện âm một cách chínhxác

(Phụ lục 1)

2 Máy phát tĩnh điện Vandegraaff

Nhược điểm: Sử dụng các chai layden đểtích điện nên sự phóng điện tạo thành cácxung có cường độ mạnh, gây nguy hiểm chohọc sinh

Vandegraaff

- Cấu tạo: Gồm các con lăn, dây đai cao

su, mô tơ điện, quả cầu kim loại và các dâydẫn

- Hoạt động: Dựa vào hiện tượng nhiễmđiện do cọ xát và hưởng ứng

- Ưu điểm: Vật liệu đơn giản, dễ làm, phùhợp với nhiệm vụ giao cho học sinh thiết kế,chế tạo

Giải pháp mới: Tụ điện cao áp tự làm

- Cấu tạo: Vật dẫn là giấy bạc, lớp điệnmôi là giấy bóng kính A4, băng dính

- Hoạt động: Tích điện dựa trên sự nhiễmđiện do hưởng ứng

- Ưu điểm: Học sinh được thực hànhnhững kiến thức trong bài học qua trảinghiệm thực tế, dễ dàng hiểu được cấu tạo,hoạt động tích điện và giải phóng điện tíchcủa tụ điện Từ đó thấy vai trò quan trọngcủa linh kiện này trong các loại mạch điện

tử đang sử dụng ngày nay

Nhược điểm: Hoạt động theo nguyên tắc:

Khi lượng điện tích đủ lớn mới xảy ra hiệntượng phóng điện, dẫn đến điện tích chỉ tíchđược những lượng gián đoạn Không phùhợp với những thí nghiệm cần hiệu điện thếcao giữa hai điện cực trong thời gian dài

Giải pháp mới: Cuộn dây Tesla

- Cấu tạo: Nguồn cao áp, tụ điện cao áp,các cuộn dây, giá đỡ và quả cầu kim loại

- Hoạt động: Dựa trên hiện tượng cảmứng điện từ và cộng hưởng điện

- Ưu điểm: Có thể tạo ra hiệu điện thế đủlớn để phóng thành tia sét trong không khí,

là nguồn phát tĩnh điện không thể thiếu đểthực hiện thí nghiệm giải thích tác dụngchống sét của cột thu lôi

(Phụ lục 4)

5 Hệ thống lọc bụi tĩnh điện

Hiệu quả dạy học thấp, không gây hứngthú cho học sinh.

- Cấu tạo: hai tấm lưới kim loại, nguồnphát tĩnh điện

- Hoạt động: Sử dụng lực hút tĩnh điện đểgiữ lại các hạt bụi trong không khí ô nhiễm

- Ưu điểm: Giúp học sinh thấy rõ cấu tạo,hoạt động của hệ thống lọc bụi tĩnh điện,một ứng dụng quan trọng của tĩnh điện đang

sử dụng trong các nhà máy để giảm khói bụithải ra môi trường Từ đó cải thiện kỹ năngthực hành thí nghiệm, nâng cao ý thức bảo

vệ môi trường

(Phụ lục 5)

6 Mô hình: Ngôi nhà an toàn khi có cột thu lôi

Giải pháp cũ: Học sinh tìm hiểu qua phần đọc thêm SGK

Hiệu quả dạy học thấp, không gây hứngthú cho học sinh

Giải pháp mới: Thí nghiệm giải thích tác dụng chống sét của cột thu lôi

- Cấu tạo: Mô hình ngôi nhà, cột thu lôi,cuộn dây tesla

- Hoạt động: Cuộn dây tesla đóng vai trò

là đám mây nhiễm điện, phóng ra tia lửađiện giống tia sét Cột thu lôi hấp thụ tia sétdẫn truyền xuống đất

- Ưu điểm: Qua thí nghiệm, học sinh giảithích được cấu tạo, hoạt động của cột thulôi Từ đó nâng cao kiến thức thực tiễn, biếtlựa chọn giải pháp đúng khi gặp thời tiếtmưa giông phù hợp với điều kiện hoàn cảnh

để đảm bảo an toàn cho bản thân.

+ Giai đoạn tìm kiếm thông tin

Trong giai đoạn này HS thảo luận thống nhất những từ khoá cần thiết cho việc tìm kiếmthông tin, dựa trên các từ khoá liên quan đến thông tin HS tìm kiến những thông tin cần thiếtcho việc thiết kế, chế tạo mỗi sản phẩm

+ Giai đoạn xử lí thông tin

HS họp nhóm thống nhất thông tin mà mỗi cá nhân đã tìm kiếm để đi đến thống nhất chung

về nội dung kiến thức cần thiết Tổng hợp kết qủa dưới hình thức sơ đồ tư duy trên khổ giấyA3 Trong sơ đồ tư duy phải thể hiện được các bộ phận chính của mỗi sản phẩm làm bằng vậtliệu gì, nguyên lí hoạt động của chúng

+ Giai đoạn xây dựng ý tưởng cho các sản phẩm, thiết kế sản phẩm

Lựa chọn mô hình, bố cục cho từng sản phẩm

Tính toán thiết kế chi tiết cho mỗi sản phẩm

Tìm kiếm vật liệu chế tạo, chuẩn bị công cụ cần thiết, dự trù kinh phí

+ Giai đoạn thực hiện chế tạo và lắp ráp sản phẩm

HS tham gia chế tạo theo sự phân công điều hành của trưởng nhóm vận hành thử sản phẩm

Chỉ ra những nhược điểm và sự cố gặp phải khi vận hành, tìm cách khắc phục để hoàn thiệnsản phẩm Giáo viên giám sát, hỗ trợ khi cần

+ Giai đoạn hoàn thiện và trình bày báo cáo sản phẩm

Đây là hình thức đánh giá và tiêu chí đánh giá tôi đã xây dựng và cho HS nghiên cứu trướckhi tổ chức hoạt động, để mỗi HS đều cố gắng nỗ lực tìm tòi và nghiên cứu để đưa ra phương

án tối ưu cho sản phẩm của mình Cụ thể:

2.2.2 Xây dựng tiêu chí và hình thức đánh giá kết quả làm việc của các nhóm

Xây dựng cách đánh giá bằng 2 hình thức: học sinh tự đánh giá, đánh giá đồng đẳng vớinhau và giáo viên đánh giá

Học sinh đánh giá: Tổ chức, hướng dẫn học sinh đánh giá dựa vào các bảng tiêu chí cụ thểcủa từng nội dung, vì đây là hình thức đánh giá mới nên tôi có thể hỗ trợ giải thích cụ thể cáctiêu chí cho các em nếu các em còn thấy băn khoăn Sau đó tiến hành việc đánh giá, có thểtrên lớp hoặc ở nhà theo bảng tiêu chí và các mẫu đánh giá

Điểm của mỗi cá nhân sẽ được tính thông qua 4 phiếu đánh giá cụ thể như sau:

Hình thức đánh giá

Cá nhân tựđánh giá

Cá nhân đánh giá trong nhóm

Cá nhân đánh giá nhóm mình

Các nhóm đánh giá báo cáo (chéo nhóm)

GV đánh giá quá trình thực hiện chủ đề

Kết quả hội thi

2.2.3 Quá trình thực hiện

Buổi 1: Gặp gỡ học sinh, giao nhiệm vụ cho học sinh

GV giao nhiệm vụ cho HS, phân chia nhóm HS các nhóm tiến hành họp phiên thứ nhất đểbầu nhóm trưởng , thư kí, lập kế hoạch sơ bộ cho kì hoạt động

Thống nhất từ khóa và phân công tìm kiếm thông tin liên quan đến các sản phẩm

Buổi 2: Họp nhóm thống nhất thông tin và xử lí thông tin tìm kiếm được

Sau thời gian gia hạn cho các nhóm, giáo viên hẹn gặp và làm việc cụ thể với từng nhóm

Buổi 3: Thống nhất ý tưởng cho các sản phẩm, thiết kế sản phẩm

Theo đúng lịch hẹn, giáo viên tổ chức cho các nhóm họp bàn kế hoạch thống nhất ý tưởnglựa chọn hình thức, kiểu dáng, vât liệu, dự trù kinh phí…cho từng sản phẩm một

Buổi 4: Các nhóm tham gia chế tạo sản phẩm

Các nhóm tập hợp mang theo dụng cụ, vật liệu… để bắt đầu chế tạo sản phẩm

Buổi 5: Tổ chức hội thi vật lí theo kế hoạch

GV lập kế hoạch chi tiết cho cuộc thi, chuyển kế hoạch cho các nhóm trước khi diễn ra hộithi 3 dến 4 ngày để các nhóm chuẩn bị sẵn sàng về sản phẩm, cử người thuyết trình,…chuẩn

bị cho cuộc thi

* Cuộc thi: "Tĩnh điện và ứng dụng"

Thể lệ cuộc thi: Các sản phẩm được chế tạo không đúng qui định sẽ bị loại Các nhóm sẽtiến hành trình bày sản phẩm theo sự điều hành của ban tổ chức Cuộc thi gồm 2 phần:

+ Đại diện các nhóm lên thuyết trình về nguyên lí hoạt động tại vị trí gian trưng bày sảnphẩm

+ Các thành viên nhóm khác nghe và đặt câu hỏi liên quan đến sản phẩm

Sau khi hội thi kết thức tôi yêu cầu các nhóm nộp bản nhận xét đánh giá sản phẩm của cácnhóm, yêu cầu HS về hoàn thiện các phiếu đánh giá cá nhân, các nhóm hoàn thành phiếu đánhgiá trong nhóm, chéo nhóm để tổng hợp kết quả cho mỗi thành viên

Học sinh trình bày

Giáo viên nhận xét

(Phụ lục 7)

III HIỆU QUẢ KINH TẾ, HIỆU QUẢ XÃ HỘI DỰ KIẾN ĐẠT ĐƯỢC

1 Hiệu quả kinh tế

Việc tính toán để đưa ra một con số cụ thể về lợi ích kinh tế của sáng kiến ngành giáo dụcnói chung và sáng kiến này riêng thực sự rất khó khăn Với chương trình Vật lý THPT thìnăng lực thực nghiệm là một năng lực quan trọng nhất cần hình thành và phát triển ở học sinh,xong nhiều thầy cô chưa biết phải tổ chức như thế nào, hoặc vì lý do phương tiện dạy họcchưa đáp đầy đủ, tự đó gặp nhiều khó khăn trong công tác giảng dạy… Bộ thí nghiệm đượcthiết kế, chế tạo từ những nguyên liêu có sẵn, giá thành rẻ, và đặc biệt học sinh hoàn toàn cóthể sưu tầm, chế tạo thành công, đảm bảo tính thẩm mỹ, chính xác về mặt khoa học, hiệu quả

về mặt giáo dục Qua đó cũng góp phần làm giảm áp lực ngân sách để trang bị những thiết bịthí nghiệm đắt tiền

Năng lực thực nghiệm có vai trò rất quan trọng trong việc hình thành và phát triển nhâncách của HS Ngoài việc củng cố, bổ sung vào hệ thống tri thức, kỹ năng, thái độ được HSlĩnh hội thông qua học ở trên lớp, còn tạo điều kiện cho HS vận dụng những điều đã học vàothực tiễn cuộc sống, rèn luyện các phẩm chất, nhân cách và học hỏi thêm nhiều tri thức ngoàisách vở, luyện tập được nhiều kỹ năng, thói quen cần thiết cho cuộc sống Quá trình tham giachế tạo dụng cụ thí nghiệm làm tăng hứng thú đối với môn học vật lí nói chung và phần cơhọc vật lí lớp 11 nói riêng, làm cho môn học vẫn được xem là khô khan đó trở nên hấp dẫnhơn, ý nghĩa hơn và thiết thực hơn Đó thực sự là những hiệu quả vô cùng to lớn mà khôngthể tính bằng tiền.

2 Hiệu quả xã hội

a Đối học sinh: Dễ tiếp thu bài và hiểu bài nhanh hơn, gây hứng thú học tập cho học sinh.

Qua đó học sinh thêm yêu thích môn học, thích tìm hiểu, khám phá kiến thức khoa học mộtcách tự nhiên và tự giác Khi học sinh được học với thiết bị thí nghiệm, được quan sát hiệntượng thực tế thì kiến thức nhớ lâu hơn

b Đối giáo viên: Qua quá trình theo dõi, tôi nhận thấy các thầy cô giáo sử dụng bộ thí

nghiệm để phục phục bài giảng của mình một cách chủ động Điều đó chứng tỏ sự cần thiếtcũng như hiệu quả của bộ thí nghiệm mang lại Giúp tiết kiệm công sức mô tả, thời gian trìnhbày, tránh hiện tượng dạy chay, góp phần đổi mới phương pháp dạy học

c Đối với phụ huynh và xã hội: Tạo được tâm lí tự tin cho phụ huynh và học sinh trước mỗi

kì thi quan trọng Gây dựng được dư luận tốt đẹp trong lòng nhân dân trong công cuộc đổimới phương pháp dạy học hiện nay Góp phần đưa nhà trường là địa chỉ giáo dục tin cậy nhấtcủa địa phương

IV ĐIỀU KIỆN VÀ KHẢ NĂNG ÁP DỤNG

Sáng kiến được áp dụng ở tất các các trường THPT và cũng áp dụng được cho mọi đốitượng học sinh có thể theo quy mô lớp học, khối học hoặc toàn trường Thậm chí sáng kiếncòn là mô hình gợi mở cho GV để tổ chức dạy học phát triển năng lực thực nghiệm cho HScác khối lớp thiết kế, chế tạo các sản phẩm nội dung khác như cơ học, quang học, nhiệthọc… Nó còn là mô hình chung áp dụng cho các môn học thực nghiệm khác như hóa học,sinh học, công nghệ…

Hiện nay hầu hết các trường THPT đều phân lớp theo năng lực của học sinh, ở các lớp khá,

có thể áp dụng luôn sáng kiến, còn với các lớp học sinh trung bình giáo viên có thể linh độnggiảm bớt mức độ khó của một số yêu cầu trong các hoạt động, các em vẫn có thể tiếp cận vàđạt được các mục tiêu như mong muốn

năng và đáp ứng được yêu cầu về hình thức kiểm tra đánh giá hiện nay Bên cạnh đó sángkiến đảm bảo yêu cầu phát triển đầy đủ năng lực, kĩ năng cần thiết cho cuộc sống, giáo dụclòng say mê khoa học và có thể nó sẽ là tiền đề cho các em lựa chọn nghiên cứu khoa học chotương lai Đặc biệt trong năm tới tôi dự kiến sẽ mở rộng sáng kiến trong quy mô tòan trường

để các em học sinh khối 11, 12 có thể chuẩn bị cho mình một lượng kiến thức vững vàngtrong kì thi THPT Quốc gia nhất là với yêu cầu đề thi của bộ đang tiến tới nội dung thi toàncấp hiện nay

Tôi xin cam đoan mọi thông tin nêu trong đơn là trung thực, đúng sự thật và hoàn toàn chịutrách nhiệm trước pháp luật

PHỤ LỤC 1: TĨNH ĐIỆN KẾ

1 Đặc tính kỹ thuật

- Thiết bị tĩnh điện kế đã được trang bị cho các trường phổ thông, tuy nhiên gặp phải vấn đềsau: Các tĩnh điện kế này chỉ giúp phát hiện được một vật có bị nhiễm điện hay không, màchưa nhận biết được vật đó nhiễm điện âm hay nhiễm điện dương

- Bộ tĩnh điện kế mới ứng dụng kỹ thuật điện tử để nhận biết một vật nhiễm điện hay không,đồng thời cũng phân biệt được vật đó nhiễm điện âm hay nhiễm điện dương

sử dụng hai loại tranzitor NPN và PNP để nhận biết hai loại điện tích âm và dương

Sơ đồ nguyên lý tĩnh điện kế

3 Chế tạo

- Vật liệu:

+ 2 viên pin tiểu 1,5V+ 2 điện trở 100Ω

+ 1 bóng led màu xanh, 1 bóng led màu đỏ+ Dây dẫn, keo nến, hộp chứa linh kiện

Các linh kiện và dụng cụ cần chuẩn bị

Hàn chân các linh kiện

Sau khi kết nối các linh kiện

Sản phẩm hoàn thiện

PHỤ LỤC 2: MÁY PHÁT TĨNH ĐIỆN VAN DE GRAAFF

1 Cấu tạo

Sơ đồ cấu tạo

1 Quả cầu kim loại tích điện dương

2 Chổi kim loại trên

3 Con lăn trên bằng thủy tinh

4 Dây đai cao su nhiễm điện dương

5 Dây đai cao su nhiễm điện âm

6 Con lăn dưới bằng nhựa toflon

7 Chổi kim loại dưới

8 Quả cầu kim loại tích điện âm

9 Tia lửa điện giữa hai quả cầu

2 Nguyên lý hoạt động

Môtơ làm quay con lăn 6 theo chiều kim đồng hồ, nhờ hiệu ứng điện ma sát, chổi kimloại 7 làm quả cầu 8 tích điện âm, còn phần dây dây cao su 4 tích điện dương Chổi kim loại 2tích điện và làm quả cầu kim loại 1 tích điện dương

Như vậy, khi dây cao su quay trên các con lăn, đã hình thành hai nửa nhiễm điện trái dấunhau Điện tích được các chổi kim loại thu gom và chứa tại hai quả cầu kim loại