Sáng kiến kinh nghiệm THPT xây dựng và thực hiện một số chủ đề dạy học STEM phần điện học vật lý 11, 12 trung học phổ thông

ục tiêu nghiên của đề tài nhằm phân tích cơ sở lý luận và thực tiễn của giáo dục STEM trong trường phổ thông. Điều tra, phân tích thực trạng dạy học Vật lý theo định hướng STEM ở một số trường THPT trên địa bàn thành phố Vinh. Trên cơ sở đó phân tích các nguyên nhân, khó khăn để đề xuất hướng giải quyết của đề tài. Đề xuất giải pháp thực hiện đề tài nghiên cứu: Xây dựng các chủ đề dạy học STEM phần điện học Vật lý 11,12 và tiến hành thực nghiệm tổ chức dạy học

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

XÂY DỰNG VÀ THỰC HIỆN MỘT SỐ CHỦ ĐỀ DẠY HỌC STEM PHẦN ĐIỆN HỌC VẬT LÝ 11,

12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG

BỘ MÔN: VẬT LÝ

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT LÊ VIẾT THUẬT

=====*=====

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

XÂY DỰNG VÀ THỰC HIỆN MỘT SỐ CHỦ ĐỀ DẠY HỌC STEM PHẦN ĐIỆN HỌC VẬT LÝ 11, 12

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 đang làm thay đổi căn bản nềnsản xuất của thế giới, tạo ra những cơ hội rất lớn nhưng cũng đặt ra những tháchthức không nhỏ cho mỗi quốc gia Điều này đặt ra cho ngành Giáo dục và Đàotạo (GD-ĐT) một sứ mệnh to lớn là chuẩn bị nguồn nhân lực chất lượng cao đểđáp ứng yêu cầu phát triển đất nước Để thực hiện được nhiệm vụ này, GD-ĐTrất cần thiết phải đưa giáo dục STEM vào nhà trường, bởi những ưu thế của giáodục STEM trong dạy học, góp phần tích cực trong việc đổi mới phương phápdạy học theo chương trình giáo dục phổ thông (GDPT) mới, thực sự giúp HShướng đến thế giới công nghệ 4.0 và các lợi thế khác, đáp ứng được mục tiêuđào tạo con người có năng lực trong cuộc sống tương lai, phù hợp nhu cầu nhânlực lao động trong thời đại công nghệ 4.0 đang diễn ra mạnh mẽ trên thế giới

Giáo dục STEM một mặt thực hiện đầy đủ mục tiêu giáo dục đã nêu trongchương trình GDPT mới, mặt khác nhằm phát triển các năng lực cốt lõi cho hpcjsinh (HS), phát triển các năng lực đặc thù của môn học thuộc về STEM và địnhhướng nghề nghiệp cho HS Để đón đầu chương trình GDPT mới, nhiều địaphương và trường học đã đi trước một bước trong việc triển khai giáo dụcSTEM Trong quá trình triển khai dạy học các môn học STEM, một trong nhữngyêu cầu đối với giáo viên (GV) là phải biết cách tổ chức, thiết kế các hoạt độngSTEM một cách sáng tạo có hiệu quả, phù hợp với điều kiện dạy học Tuy nhiênhiện nay qua khảo sát chúng tôi nhận thấy việc triển khai dạy học STEM ở cáctrường THPT còn nhiều hạn chế, bên cạnh đó, một số GV vẫn chưa có nhận thứcđầy đủ về bản chất dạy học STEM cũng như cách thiết kế hoạt động, tổ chức,thực hiện dạy học STEM như thế nào cho có hiệu quả trong môn học Hơn nữa,hiện nay trên các trang mạng điện tử, tài liệu sách vở, các tạp chí GD đã cungcấp rất nhiều các vấn đề chung về giáo dục STEM nhưng các tài liệu hướng dẫn

cụ thể việc tổ chức dạy học các môn học theo định hướng STEM trong trường

PT còn chưa nhiều.Vì vậy nghiên cứu sâu về dạy học STEM, đề xuất cách thứcthiết kế và tổ chức cho HS học tập hiệu quả các môn học STEM nói chung, Vật

lý nói riêng như thế nào là một hướng nghiên cứu mới cập nhật, cần thiết trongbối cảnh nền GD-ĐT Việt Nam đang đổi mới căn bản và toàn diện

Vật lí với đặc thù là bộ môn khoa học thực nghiệm có tính công nghệ và

kỹ thuật rất cao, có nhiều kiến thức liên quan đến thực tiễn, thực hành cùng vớinền tảng để học Vật lý là Toán học nên rất thuận lợi trong việc triển khai dạy họctheo phương thức STEM bằng các hình thức tăng cường các hoạt động nghiêncứu, trải nghiệm sáng tạo, câu lạc bộ Qua đó giúp HS hiểu được các

ứng dụng khoa học kỹ thuật, chế tạo các sản phẩm áp dụng vào đời sống thựctiễn, đồng thời giúp HS không những hiểu sâu sắc các kiến thức Vật lí, từ đó tạođộng lực, lòng đam mê, yêu thích bộ môn Nói tóm lại, dạy học Vật lý theo

phương thức STEM là một hướng giáo dục phù hợp giúp HS phát triển đầy đủcác năng lực đặc thù và năng lực cốt lõi theo mục tiêu của chương trình GDPTmới.

Qua quá trình nghiên cứu và giảng dạy bộ môn Vật lí ở THPT chúng tôithấy có thể khai thác, thiết kế và thực hiện được nhiều chủ đề dạy học STEM ởtất cả các phân môn cơ, nhiệt, điện, quang và một số phần khác của bộ môn Vật

lý Trong thực tiễn, các loại máy móc, đồ dùng quen thuộc, gần gũi phục vụtrong đời sống đa phần là những sản phẩm được ứng dụng từ điện học nên khaithác các chủ đề dạy học STEM phần điện học trong chương trình Vật lý phổthông sẽ kích thích được sự hứng thú, tích cực của HS trong quá trình dạy học.Với những lí do trên nhằm nâng cao hiệu quả và chất lượng dạy học, chúng tôi

đã nghiên cứu đề tài “Xây dựng và thực hiện một số chủ đề dạy học STEM phần điện học Vật lý 11, 12 Trung học phổ thông” Hy vọng đề tài sẽ góp một

phần nhỏ, là nguồn tài liệu có ích giúp các thầy cô và các bạn đọc tham khảo vàvận dụng vào quá trình dạy học môn Vật lý theo định hướng STEM ở các trườngphổ thông

2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

- Đối tượng nghiên cứu: HS lớp 11,12 trường THPT Lê Viết Thuật Quá trình dạy học Vật lý ở trường phổ thông

- Phạm vi nghiên cứu: Các chủ đề dạy học STEM phần điện học thuộc chươngtrình Vật lý 11,12 THPT Tiến hành thực nghiệm sư phạm tại trường THPT LêViết Thuật TP Vinh

- Thời gian nghiên cứu: Từ tháng 9/2018 đến tháng 2/2020

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Phân tích cơ sở lý luận và thực tiễn của giáo dục STEM trong trường phổ thông

- Điều tra, phân tích thực trạng dạy học Vật lý theo định hướng STEM ở một sốtrường THPT trên địa bàn thành phố Vinh Trên cơ sở đó phân tích các nguyênnhân, khó khăn để đề xuất hướng giải quyết của đề tài

- Đề xuất giải pháp thực hiện đề tài nghiên cứu: Xây dựng các chủ đề dạy họcSTEM phần điện học Vật lý 11,12 và tiến hành thực nghiệm tổ chức dạy họcmột số chủ đề tại trường THPT Lê Viết Thuật

- Trên cơ sở các chủ đề đã thực nghiệm, lựa chọn và giới thiệu cách tổ chứchoạt động cụ thể một số chủ đề dạy học STEM phần điện học Vật lý 11,12 theocác phương pháp, hình thức dạy tích cực nhằm định hướng phát triển các nănglực HS

4 Đóng góp mới của đề tài

- Điều tra được thực trạng dạy học Vật lý theo định hướng STEM ở một sốtrường THPT trên TP Vinh, phân tích các nguyên nhân, khó khăn, đưa ra hướngkhắc phục, giải pháp để nâng cao chất lượng dạy học các môn học STEM, ápdụng thực nghiệm có hiệu quả tại trường THPT Lê Viết Thuật

- Xây dựng hệ thống các chủ đề dạy học STEM phần điện học phục vụ giảngdạy một số bài học trong chương trình SGK Vật lý 11,12 nhằm phát triển nănglực cho HS

- Tổ chức dạy học một số chủ đề STEM phần điện học Vật lý 11, 12 tại trườngphổ thông phù hợp với điều kiện dạy học của nhà trường và thu được những kếtquả thiết thực nhằm nâng cao chất lượng dạy học bộ môn Vật lý và các môn họcSTEM, đưa giáo dục STEM vào trường học, góp phần vào phong trào thi đuađổi mới sáng tạo trong dạy học đáp ứng với yêu cầu chương trình GDPT tổngthể

PHẦN NỘI DUNG

1 Cơ sở lý luận về giáo dục STEM trong nhà trường phổ thông đáp ứng với chương trình GDPT mới

1.1 Khái niệm về giáo dục STEM

STEM là viết tắt của từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ),Engineering (Kĩ thuật), Mathematics (Toán học) Giáo dục STEM về bản chấtđược hiểu trang bị cho người học những kiến thức và kĩ năng cần thiết liên quanđến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học Các kiến thức và kĩnăng này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau, giúp HS không chỉhiểu về nguyên lí mà còn có thể thực hành và tạo ra các sản phẩm trong cuộcsống hằng ngày

Đối với giáo dục STEM, các kiến thức khoa học, toán học, công nghệ và

kĩ thuật không chỉ được dạy học theo hướng trang bị kiến thức thông thường màđược vận dụng nhằm giải quyết các tình huống thực tiễn trong cuộc sống Việclàm này đem lại hai tác dụng lớn Một là giúp cho trải nghiệm học tập của HStrở nên thú vị hơn, tạo động lực thúc đẩy các em hứng thú với việc học tập vànghiên cứu khoa học, công nghệ ngay từ nhỏ Hai là gắn kết nhà trường với địaphương, cộng đồng cũng như các tổ chức thông qua những vấn đề mang tínhtoàn cầu (ô nhiễm không khí, hiệu ứng nhà kính…) Sự gắn kết đa dạng cácthành phần giáo dục, tạo thành một hệ sinh thái giáo dục, sẽ là một trong nhữngchìa khóa giúp nuôi dưỡng và đào tạo những thế hệ công dân toàn cầu có kiếnthức và kỹ năng, đặc biệt là tư duy sáng tạo trong thời đại mới

Như vậy giáo dục STEM là một phạm trù rộng và liên quan đến nhiều lĩnhvực với hai đặc điểm nổi bật là tính tích hợp liên môn và hoạt động thực hànhgắn với lí thuyết Với giáo dục STEM, HS có thể học để lập trình điều khiển, chếtạo robot nhưng cũng có thể đơn giản là chế tạo ra những sản phẩm phục vụ đờisống Qua đó cho thấy việc dạy và học STEM không nhất thiết cần điều kiện cơ

sở vật chất, công nghệ hiện đại mà hoàn toàn tùy thuộc vào ý tưởng triển khaibài dạy của GV

1.2 Chủ đề dạy học STEM trong trường trung học

Chủ đề STEM là chủ đề dạy học được thiết kế dựa trên vấn đề thực tiễnkết hợp với chuẩn kiến thức, kỹ năng của các môn khoa học trong chương trìnhphổ thông Trong quá trình dạy học, GV tổ chức cho HS làm việc nhóm, sửdụng công nghệ truyền thống và hiện đại, công cụ toán học để tạo ra những sảnphẩm có tính ứng dụng thực tiễn, phát triển kỹ năng và tư duy HS

Chủ đề STEM cần đảm bảo các tiêu chí: giải quyết vấn đề thực tiễn, kiếnthức trong chủ đề thuộc lĩnh vực STEM, định hướng hoạt động thực hành, làmviệc nhóm

Có thể phân loại các chủ đề dạy học STEM dựa vào các tiêu chí sau Dựavào phạm vi kiến thức để giải quyết vấn đề STEM, người ta chia chủ đề STEMthành hai loại:

Chủ đề STEM cơ bản được xây dựng trên cơ sở kiến thức thuộc phạm vi

các môn khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán trong chương trình giáo dục phổthông Các sản phẩm chủ đề STEM này thường đơn giản, bám sát nội dung sáchgiáo khoa (SGK) và thường được xây dựng trên cơ sở các nội dung thực hành,thí nghiệm trong chương trình giáo dục phổ thông

Chủ đề STEM mở rộng có những kiến thức nằm ngoài chương trình giáo dục

phổ thông và SGK Những kiến thức đó HS phải tự tìm hiểu và nghiên cứu từ tàiliệu chuyên ngành Sản phẩm STEM loại hình này có độ phức tạp cao hơn Dựa

vào mục đích dạy học, ta có thế chia chủ đề STEM thành hai loạichính:

Chủ đề STEM dạy học kiến thức mới được xây dựng trên cơ sở kết nối

kiến thức của nhiều môn học khác nhau mà HS chưa được học hoặc được họcmột phần, HS sẽ vừa giải quyết được vấn đề và vừa lĩnh hội tri thức mới

Chủ đề STEM dạy học và vận dụng được xây dựng trên cơ sở những kiến

thức HS đã được học Chủ đề STEM dạng này bồi dưỡng cho HS năng lực vậndụng lý thuyết vào thực tiễn Kiến thức lý thuyết được củng cố và khắc sâu

1.3 Quy trình xây dựng chủ đề bài học

STEM Bước 1: Lựa chọn chủ đề bài học

Căn cứ vào nội dung kiến thức trong chương trình môn học và các hiện tượng, quá trình gắn với các kiến thức đó trong tự nhiên; quy trình hoặc thiết bị công nghệ có

sử dụng của kiến thức đó trong thực tiễn… để lựa chọn chủ đề bài học.

Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết

Sau khi lựa chọn chủ đề của bài học, cần xác định vấn đề cần giải quyết

để giao cho HS thực hiện sao cho khi giải quyết vấn đề đó HS phải học đượcnhững kiến thức, kĩ năng cần dạy trong chương trình môn học đã lựa chọn hoặcvận dụng những kiến thức, kỹ năng đã biết để xây dựng bài học

Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị và giải pháp giải quyết vấn đề

Sau khi đã xác định vấn đề cần giải quyết (sản phẩm cần chế tạo) cần xácđịnh rõ tiêu chí của giải pháp, sản phẩm

Các tiêu chí này phải hướng tới việc định hướng quá trình học tập và vậndụng kiến thức nền của HS chứ không nên tập trung đánh giá sản phẩm vật chất

Bước 4: Thiết kế tiến trình tố chức hoạt động

Tiến trình tổ chức hoạt động học được thiết kế theo các phương pháp, kĩthuật dạy học tích cực với 5 hoạt động học Mỗi hoạt động được thiết kế rõ ràng vềmục đích, nội dung và sản phẩm học tập mà HS phải hoàn thành Các hoạt độngnày có thể được tổ chức cả trong và ngoài lớp học (ở trường, ở nhà và cộng đồng)

1.4 Tiến trình tổ chức dạy học STEM trong trường Trung học

Mỗi bài học STEM thường được tổ chức theo 5 hoạt động như sau:

Hoạt động 1: Xác định vấn đề

Trong hoạt động này, GV giao cho HS nhiệm vụ học tập chứa đựng vấn

đề, trong đó HS phải hoàn thành một sản phẩm học tập cụ thể với các tiêu chíđòi hỏi HS phải sử dụng kiến thức mới trong bài học để đề xuất, xây dựng giảipháp và thiết kế nguyên mẫu của sản phẩm cần hoàn thành Tiêu chí của sảnphẩm là yêu cầu hết sức quan trọng, bởi đó chính là "tính mới" của sản phẩm, kể

cả sản phẩm đó là quen thuộc với HS; đồng thời, tiêu chí đó buộc HS phải nắmvững kiến thức mới thiết kế và giải thích được thiết kế cho sản phẩm cần làm

Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp

Trong hoạt động này, HS thực hiện hoạt động học tích cực, tự lực dưới sựhướng dẫn của GV HS phải tự tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng vào việc

đề xuất, thiết kế sản phẩm cần hoàn thành Kết quả là, khi HS hoàn thành bảnthiết kế thì đồng thời cũng đã học được kiến thức mới theo chương trình mônhọc tương ứng

Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp

Trong hoạt động này, HS được tổ chức để trình bày, giải thích và bảo vệbản thiết kế kèm theo thuyết minh (sử dụng kiến thức mới học và kiến thức đãcó); đó là sự thể hiện cụ thể của giải pháp giải quyết vấn đề Dưới sự trao đổi,góp ý của các bạn, GV và HS tiếp tục hoàn thiện (có thể phải thay đổi để bảođảm khả thi) bản thiết kế trước khi tiến hành chế tạo, thử nghiệm

Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá

HS tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đã hoàn thiện; trong quá trìnhchế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm và đánh giá Trong quá trình này,

HS cũng có thể phải điều chỉnh thiết kế ban đầu để bảo đảm mẫu chế tạo là khảthi và tối ưu (theo nhận thức của HS)

Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh

Trong hoạt động này, HS được tổ chức để trình bày sản phẩm học tập đãhoàn thành; trao đổi, thảo luận, đánh giá để tiếp tục điều chỉnh, hoàn thiện

2 Cở sở thực tiễn của dạy học Vật lý theo định hướng STEM ở một số trường PT

2.1.Thực trạng tổ chức dạy học môn Vật lý theo định hướng STEM ở một

số trường THPT trên địa bàn TP Vinh.

Từ năm học 2014-2015, giáo dục STEM đã được Bộ GD-ĐT đưa vào một

số văn bản hướng dẫn khuyến khích triển khai ở các nhà trường, đặc biệt sau khiThủ tướng ban hành Chỉ thị 16/CT-TTg ngày 04/5/2017 về việc tăng cường

năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4, Bộ GD-ĐT đã triển khai thí điểm và đến nay giáo dục STEM đã được triển khai đồng loạt trên phạm

vi toàn quốc Riêng ở tỉnh ta, giáo dục STEM đã được Sở GD&ĐT đưa vàohướng dẫn nhiệm vụ năm học ở bậc học Tiểu học và Trung học từ năm học 2017

- 2018

Tuy nhiên, trước năm 2014 không phải là trong GDPT của Việt Nam hoàntoàn không có giáo dục STEM Thực chất, giáo dục STEM là một phương thứcgiáo dục nhấn mạnh đến thực hành trải nghiệm sáng tạo của HS nhằm giải quyếtcác vấn đề liên quan đến cuộc sống thông qua dạy học tích hợp liên môn Trước

đó Bộ GD-ĐT đã triển khai các phong trào, các cuộc thi trong trường phổ thôngtheo hướng này, điển hình như cuộc thi khoa học kĩ thuật dành cho HS trunghọc, cuộc thi vận dụng kiến thức liên môn vào giải quyết những vấn đề thựctiễn… Từ những chương trình thí điểm này, những phong trào, cuộc thi bướcđầu đã có sự lan tỏa, tác động tích cực, làm chuyển biến trong dạy học tại cáctrường trên địa bàn thành phố Vinh nói riêng, tỉnh Nghệ An nói chung Từ đó,

HS được thực hành, trải nghiệm nhiều hơn, học tập gắn với cuộc sống hơn Tuynhiên, các phong trào vẫn chỉ dừng lại ở hình thức các cuộc thi, thu hút đượcmột lượng nhỏ GV, HS tham gia, chưa trở thành hoạt động thường xuyên, phổbiến của GV và HS

Hiện nay, tại thành phố Vinh, với nhiều lợi thế riêng, việc giáo dục STEM

đã và đang được nhiều trường tiểu học và trung học cơ sở đưa vào chương trìnhhoạt động chính khóa của Nhà trường Từ năm học 2018 – 2019, các trườngTHPT tại thành phố Vinh, như Trường THPT chuyên Phan Bội Châu, THPT HàHuy Tập đã thành lập các câu lạc bộ STEM Phương thức triển khai của cáctrường chủ yếu đó là xã hội hóa Nhà trường phối hợp cùng một số trung tâm đểđưa giáo dục STEM vào trường học …, xây dựng nhiều chuyên đề dạy họcSTEM, bước đầu đưa vào giảng dạy có hiệu quả ở các môn học

Thực tế triển khai cho thấy, giáo dục STEM được tổ chức trong nhàtrường thường tập trung qua các hình thức: dạy học tích hợp theo định hướnggiáo dục STEM, sinh hoạt câu lạc bộ STEM, các cuộc thi, các hoạt động trảinghiệm sáng tạo, phối hợp tổ chức các hoạt động STEM giữa nhà trường và các

cơ sở dạy nghề, ngày hội STEM… Qua đây cho thấy, giáo dục STEM đã cóđược những kết quả bước đầu, tạo tiền đề thuận lợi cho bước triển khai tiếp theomang tính đại trà và hiệu quả khi thời gian thực hiện chương trình GDPT mớichỉ còn không đầy một năm nữa.Tuy nhiên, theo điều tra ở một số trường phổthông trên thành phố Vinh, thực tế triển khai vẫn còn gặp nhiều khó khăn, bấtcập

Để tiến hành tìm hiểu về thực trạng dạy học STEM trong dạy học Vật lý

ở trường THPT tôi đã tiến hành khảo sát bằng phiếu điều tra đối với GV và HSvới mục đích thu thập thông tin, phân tích khó khăn, thuận lợi của thực trạngdạy học STEM môn Vật lý ở trường phổ thông

Nội dung khảo sát: Tìm hiểu nhận thức, hiểu biết, quá trình tổ chức dạy học STEM môn Vật lý các GV ở các trường THPT

Đối tượng khảo sát: 30 GV dạy các bộ môn KHTN và Toán, Công nghệ ở

3 trường THPT trong TP Vinh: Trường THPT Huỳnh Thúc Kháng, THPT HàHuy Tập, THPT Lê Viết Thuật và 120 HS trường THPT Lê Viết Thuật

Thời gian khảo sát: Từ tháng 9/2018 đến tháng 11/2019

Phiếu khảo sát GV và HS (có trong Phụ lục kèm theo).

Sau khi thu thập, phân tích, tổng hợp qua các phiếu điều tra, kết quả cho thấy như sau:

1.1 Hiểu biết của GV trong dạy học STEM

Biểu đồ 1 Thống kê về hiểu biết của GV trong dạy học định

hướng STEM

không biết đến Đầy đủ

Sơ sài 51%

Hình 1 Biểu đồ thống kê sự hiểu biết, nhận thức của GV về dạy học theo định

hướng STEM

1.2 Mức độ cần thiết dạy học Vật lý theo định hướng giáo dục STEM

Biểu đồ 2 Thống kê mức độ cần thiết dạy học môn Vật lý theo

định hướng giáo dục STEM

Không cần thiết

Ít cần thiết 11%

1.3 Mức độ thường xuyên đưa STEM và dạy học Vật lý

Biểu đồ 3 Thống kê về mức độ thường xuyên đưa STEM

Hình 3 Biểu đồ thống kê về mức độ thường xuyên đưa STEM vào dạy học Vật lý

1.4 Thống kê sự hứng thú của HS khi tham gia hoạt động STEM

Biểu đồ 4 Thống kê sự hứng thú tham gia hoạt động STEM

của HSRất thích Thích Bình thường Không thích

5% 3%

20%

72%

Hình 4 Biểu đồ thống kê về sự hứng thú tham gia hoạt động STEM của

HS 1.5 Thống kê số HS được học Vật lý theo định hướng giáo dục STEM

Thường xuyên Thỉnh thoảng Mới 1 lần Chưa bao giờ

Hình 5 Biểu đồ thống kê số lượng HS đã được học các chủ đề môn Vật lý theo

định hướng giáo dục STEM

Như vậy thông qua khảo sát GV và HS chúng tôi nhận thấy nhìn chung các GV đều thấy được tầm quan trọng và sự cần thiết của dạy học môn Vật lý

theo định hướng STEM, tuy nhiên vấn đề vẫn là triển khai, tổ chức dạy học theođịnh hướng STEM như thế nào cho hiệu quả và phù hợp với điều kiện dạy học ởtrường phổ thông Mặc dù một số GV đã thực hiện, nhưng vẫn còn lúng túng,hạn chế Nhiều GV cho biết, trong dạy học Vật lý chỉ tập trung truyền thụ kiếnthức mà chưa chú trọng, chủ động trang bị cho HS kiến thức môn Vật lý cũngnhư các môn KHTN, Công nghệ và Toán theo định hướng STEM Đối với các

em HS, việc đưa STEM vào dạy học là rất cần thiết bởi những hiệu quả mà nómang lại trong giáo dục là to lớn Một mặt thực hiện được những mục tiêu củaGDPT đó là phát triển các năng lực cốt lõi của HS và năng lực đặc thù của mônhọc, mặt khác nó tác động tích cực đến thái độ, tâm lý người dạy bởi sự hứngthú, niềm đam mê, yêu thích khoa học của các em

2.2 Nguyên nhân và khó khăn của thực trạng dạy học Vật lý ở trường THPT theo định hướng STEM

Mặc dù việc tiếp cận chương trình GDPT mới đã tạo điều kiện thuận lợihơn để có thể triển khai giáo dục STEM, tuy nhiên với khung chương trình hiệnhành, GV vẫn còn gặp khó khăn trong việc tổ chức các nội dung, chủ đề sao chovừa đảm bảo được yêu cầu của khung chương trình vừa phải phát huy tính sángtạo của HS Vì vậy khi triển khai chương trình GDPT mới cần phải có hướngdẫn về những chủ đề STEM trong các môn, lĩnh vực học tập để tạo thuận lợi cho

GV tổ chức dạy học

Tâm lý ngại tìm hiểu, ngại sáng tạo cùng với trình độ GV chưa đáp ứngđược yêu cầu Phần lớn GV chưa có nhận thức đầy đủ về giáo dục STEM và cónhững hướng suy nghĩ giáo dục STEM cao xa, khó thực hiện GV THPT đượcđào tạo đơn môn, do đó gặp khó khăn khi triển khai dạy học theo hướng liênngành như giáo dục STEM Bên cạnh đó, GV còn ngại học hỏi, ngại chia sẻ vớiđồng nghiệp, nên chưa có sự phối hợp tốt giữa GV các bộ môn trong dạy họcSTEM

Hình thức kiểm tra, đánh giá hiện nay vẫn còn là rào cản Môn Công nghệ

và Tin học là hai môn thành tố của giáo dục STEM nhưng vẫn chưa có vị trí chỗđứng đúng nghĩa Hơn nữa việc kiểm tra, đánh giá hiện nay ở trường phổ thông

cụ thể là kì thi trung học phổ thông quốc gia được tổ chức theo hình thức làm bàithi trắc nghiệm kiểm tra kiến thức, kĩ năng, trong khi kiểm tra, đánh giá theo môhình giáo dục STEM là đánh giá thông qua sản phẩm, đánh giá quá trình Vì vậytrên thực tế, việc triển khai giáo dục STEM vẫn phải hạn chế ở các lớp cuối cấp

để dành thời gian cho em ôn thi Còn các khối lớp khác không nặng nề về thi cửthì đảm bảo học để thi hết kì cho nên việc học theo sách giáo khoa (SGK), luyệngiải bài tập vẫn là một hoạt động chính của HS GV chỉ dành một phần thời giancho hoạt động STEM (ngoại khóa, hoạt động ngoài giờ lên lớp hoặc một số tiết

tự chọn) là chủ yếu

Điều kiện cơ sở vật chất chưa đáp ứng được yêu cầu đề ra Sĩ số mỗi lớphọc quá đông cũng gây khó khăn cho tổ chức hoạt động, cản trở việc đổi mới

phương pháp dạy học của GV, việc chưa có phòng học STEM riêng, trong khiphòng thực hành bộ môn chưa phù hợp để HS có không gian hoạt động, làmviệc nhóm, nghiên cứu, thí nghiệm cũng là một khó khăn.

Trên cơ sở phân tích các nguyên nhân, khó khăn đã đề cập ở trên, chúngtôi thấy muốn tổ chức dạy học STEM có hiệu quả, thành công việc đầu tiên GVphải dành nhiều thời gian đọc, nghiên cứu, tìm hiểu về các tài liệu chuyên sâuSTEM Từ đó, căn cứ vào điều kiều kiện dạy học cụ thể ở mỗi nhà trường thựchiện các hoạt động chuyên môn: trao đổi ý kiến với đồng nghiệp, thống nhất xâydựng các chủ đề STEM của mỗi phân môn, tổ chức các hoạt động dạy học phùhợp Không nhất thiết đặt nặng vấn đề tạo ra các sản phẩm STEM phức tạp, cótính kĩ thuật cao mà điều quan trọng trong dạy học là tạo cho HS một thói quenthường xuyên ứng dụng các kiến thức lý thuyết, các nguyên lý đã học vào thựctiễn để quá trình học là một quá trình kiến tạo, phát triển năng lực Sau khi họcđược mỗi chủ đề STEM các em đạt được những phẩm chất, năng lực mà GV đã

đề ra Trong quá trình dạy học nên khuyến khích các em sử dụng các nguồnnguyên vật liệu sẵn có, quen thuộc, rẻ tiền, có thể tận dụng những phế phẩm đểtạo ra những sản phẩm thân thiện với môi trường, giáo dục ý thức trách nhiệmcác em với cộng đồng, môi trường tự nhiên Các sản phẩm STEM có thể khôngmới đối với nhân loại nhưng lại có tính mới đối với HS nên kích thích được sự

tò mò, hứng thú trong quá trình học của HS Nhìn nhận vấn đề như vậy GV cóthể dễ dàng, thoải mái hơn trong tiếp cận dạy học các bộ môn KHTN theophương thức STEM Trong đề tài này, với mục đích đưa giáo dục STEM vàotrường học để nâng cao chất lượng dạy học bộ môn, chúng tôi xin trình bày giảipháp thực hiện dưới đây

3 Xây dựng một số chủ đề dạy học theo định hướng STEM phần điện học Vật lý 11,12 THPT

3.1 Phân tích đặc điểm nội dung phần điện học Vật lý 11,12 chương trình THPT dưới góc độ STEM

Phần điện học của chương trình Vật lý THPT bắt đầu từ việc cung cấp cho

HS những kiến thức cơ bản đó là nguyên nhân xuất hiện dòng điện Điện tích Điện trường đến những khái niệm về sự hình thành dòng điện không đổi, nguồnđiện, điện năng tiêu thụ, công suất điện, các loại định luật Ôm … Sự xuất hiệncủa từ trường xung quanh dòng điện và lý thuyết tạo ra dòng điện xoay chiềuđến sự vận dụng các định luật về điện từ, đặc biệt là cảm ứng điện từ vào việcsản xuất máy phát điện, động cơ điện, truyền tải và sử dụng điện năng

-Nói chung phần lớn các kiến thức của phân môn điện học chương trìnhVật lý 11,12 THPT hiện hành rất gần gũi và có nhiều ứng dụng trong đời sống

và kỹ thuật Đây là một điểm rất thuận lợi để triển khai dạy học theo định hướngSTEM Trong đề tài này, chúng tôi chủ yếu tập trung đi sâu nghiên cứu vào haichương “Dòng điện không đổi” Vật lý 11 và chương “ Dòng điện xoay chiều “Vật lý 12 vì lượng kiến thức trọng tâm của phần điện học tập trung tại đây,

1

chiếm thời lượng lớn trong dạy học Đồng thời trong cấu trúc đề thi THPT QuốcGia những năm gần đây tổng số câu hỏi của 2 chương này chiếm số lượng nhiềunhất trong cấu trúc đề thi, có trung bình từ 8 câu đến 9 câu tức là đến 20% -22,5% Nên nếu HS được tiếp cận những kiến thức này bằng những phươngpháp dạy học tích cực và gắn liền với thực tiễn như dạy học STEM sẽ giúp HShiểu sâu sắc hơn lý thuyết cũng như vận dụng nó để giải quyết những vấn đề hay

và khó liên quan kỹ thuật mà những phương pháp dạy học truyền thống khó cóthể đem lại hiệu quả cao

Chương “Dòng điện không đổi” là chương II trong chương trình Vật lí

11 Chương này gồm 14 tiết, là chương nối tiếp kiến thức chương “Điện tích –Điện trường”, đồng thời là nền tảng để nghiên cứu các phần điện học khác trongchương trình Vật lí phổ thông như: dòng điện trong các môi trường, từ trường,dòng điện xoay chiều Phân tích nội dung kiến thức chương “Dòng điện khôngđổi” theo quan điểm STEM cho thấy dòng điện một chiều có thể dùng để thắpsáng, các nguồn điện một chiều cũng được sử dụng rộng rãi Trong các trườnghợp dùng đến dòng điện không đổi ở hiệu điện thế nhỏ, nguồn điện đóng vai tròquan trọng, chẳng hạn đèn pin cầm tay, radio, điều khiển ti vi… Nguồn điện cóthể tạo ra bằng nhiều cách như dùng pin điện hóa, thực phẩm xanh, từ USB…,thắp sáng hệ thống đèn chiếu sáng, đèn tín hiệu Điện năng có thể dễ dàngchuyển hóa thành các dạng năng lượng khác Đó là một đặc tính có tầm quantrọng đặc biệt, nhờ đó năng lượng điện được sử dụng rộng rãi trong đời sống và

kỹ thuật GV có thể tổ chức cho HS khai thác các chủ đề STEM từ đây Cácmạch điện dùng trong thực tế là tương đối phức tạp, hầu hết các thiết bị điện đều

có sự chuyển hóa năng lượng điện thành nhiều dạng năng lượng khác nhau.Kiến thức về định luật Ôm cho mạch kín và cho các loại đoạn mạch giúp ta tínhchính xác khi thiết kế và lắp ráp mạch điện Việc sử dụng các nguồn điện thíchhợp và mắc chúng thành bộ một cách hợp lí sẽ nâng cao được hiệu suất sử dụng

Theo chương trình SGK Vật lý 12 hiện hành thì nội dung kiến thức phầndòng điện xoay chiều xét ở chương III, đó là những kiến thức cơ bản mang tínhchất trọng tâm của chương trình Vật lý 12 chiếm thời lượng 15 tiết học Nhìnchung có thể chia thành hai mảng chính của chương này Mảng thứ nhất từ bài

12 đến 19, coi dòng điện biến thiên điều hòa cùng tần số góc như điện áp đặt vàođoạn mạch, điện tích hai đầu tụ điện Những kiến thức này là nền tảng lý thuyết

để ứng dụng vào ngành KHKT Mảng thứ hai từ bài 20 đến bài 23, có kiến thức

cơ bản là sự vận dụng các định luật về điện từ, đặc biệt là cảm ứng điện từ vàoviệc sản xuất, truyền tải và sử dụng điện năng Những kiến thức đề cập ởchương này có tầm quan trọng rất lớn về thực tiễn vì đó là những ứng dụng phổbiến của hiện tượng điện trong cuộc sống hiện nay Hầu hết các thiết bị, sảnphẩm liên quan đến nguyên lý của điện học đều xuất phát từ đây, ví dụ như chếtạo các loại máy phát điện, các sản phẩm máy biến áp, các đồ dùng gia dụng vềđiện… Vì vậy nếu xây dựng được một số chủ đề dạy học STEM ở phần này

1

nhằm định hướng tư duy một cách tích cực thì sẽ có tác dụng tốt trong việc pháttriển các năng lực cốt lõi và năng lực đặc thù của môn học.

3.2 Đề xuất một số chủ đề dạy học STEM phần điện học Vật lý 11,12 THPT

Dựa vào nhu cầu thực tiễn của cuộc sống mà HS cần khám phá, kết hợpvới nội dung kiến thức chương trình SGK Vật lý 11,12 phần điện học, GV có thểxây dựng được rất nhiều chủ đề dạy học STEM Tuy nhiên khi lựa chọn, xâydựng và thực hiện các chủ đề STEM này thì GV cần lưu ý không nên để ảnhhưởng đến thời lượng dạy học của bộ môn, xáo trộn nhiều kiến thức trongchương trình dạy học Sau khi học xong chủ đề STEM, HS phải nắm được cácchuẩn kiến thức, kĩ năng được quy định trong chương trình THPT, các chủ đềSTEM khai thác phù hợp với điều kiện thực tiễn dạy học của nhà trường, trình

độ của HS Trên cơ sở đó, chúng tôi đề xuất một số chủ đề STEM phần điện họcVật lý 11,12 mà theo chúng tôi là phù hợp trong quá trình dạy học tại trường phổthông

3.2.1 Đề xuất xây dựng một số chủ đề STEM cơ bản chương 2 “Dòng điện không đổi” Vật lý 11, chương 3 “ Dòng điện xoay chiều” Vật lý 12

Trong quá trình triển khai, chúng tôi đã đề xuất 10 chủ đề như sau:

lý có liên quan

1 Pin điện hóa sáng tạo Bài 7 Dòng điện không đổi

Nguồn điện – Vật lý 11

2 Đèn ngủ từ cổng sạc điện thoại, loa đài Bài 18: Khảo sát đặc tính chỉnh

lưu của điốt bán dẫn và đặc tínhkhuếch đại của Tranzio – Vật

lý 11, Bài 16 Truyền tải điệnnăng, máy biến áp – Vật lý 12

3 Máy bắt muỗi sáng tạo Bài 9- Vật lý 11

4 Các hệ thống điều khiển bằng dòng Từ bài 7 đến bài 10 chương 2

5 Máy hạ áp AC 220V xuống DC 12V Bài 18 Khảo sát đặc tính chỉnhkhông dùng biến áp lưu của điốt bán dẫn- Vật lý 11,

Bài 6 Tụ điện

6 Chế tạo mạch tụ khuếch đại điện áp Bài 6 Tụ điện - Vật lý 11

Bài 8 Năng lượng điện trường

7 Chế tạo các mạch điều khiển Từ bài 11 đến bài 15 – Vật lý11

7 Máy biến áp và ứng dụng của máy biến Bài 16 Truyền tải điện năng,

3.2.2 Đề xuất xây dựng một số chủ đề STEM mở rộng phần điện học Vật lý

11, 12 THPT

Chủ đề STEM mở rộng có những kiến thức nằm ngoài chương trìnhGDPT và SGK Những kiến thức đó GV hướng dẫn để HS tự tìm hiểu và nghiêncứu từ tài liệu chuyên ngành Sản phẩm STEM loại hình này có độ phức tạp caohơn

Ở nội dung này, chúng tôi đã triển khai 5 chủ đề như sau:

quan

1 Các thiết bị cảnh báo, bảo vệ, điều Định luật Ôm cho đoạn mạch

2 Chế tạo các thiết bị dùng pin năng Dòng điện trong chất bán dẫn,

lượng mặt Trời: ô tô đồ chơi năng Định luật bảo toàn và chuyểnlượng mặt trời, bếp năng lượng mặt hóa năng lượng

trời

3 Đèn cảm ứng tự động mở, tắt Công nghệ cảm ứng chuyển

động

4 Xe ô tô điều khiển bằng công tắc đảo Mạch điện một chiều mắc song

mạch, chuyển hóa năng lượng

5 Phanh điện từ - an toàn giao thông Dòng điện Fu-cô, định luật

Len-xơ, lực từ, từ trường

Tùy theo mục đích xây dựng chủ đề, GV có thể sử dụng chủ đề STEM cơbản để xây dựng kiến thức mới, điều này có nghĩa là HS muốn hoàn thành

nhiệm vụ học tập thì phải tự chiếm lĩnh các kiến thức có liên quan Hoặc có thể

sử dụng các chủ đề STEM cơ bản và chủ đề STEM mở rộng để vận dụng, rènluyện các kiến thức, kĩ năng sau một chủ đề hoặc một chương học Sau khi giảiquyết vấn đề học tập, HS sẽ có những kiến thức sâu sắc hơn, nhớ được lâu hơn

và áp dụng được nhiều hơn vào thực tiễn cuộc sống

4.Tổ chức dạy học một số chủ đề STEM phần điện học Vật lý 11, 12 THPT

Trong 15 chủ đề mà chúng tôi đã đề xuất để dạy học một số bài học Vật lýthuộc chương trình THPT hiện hành theo phương thức STEM như đã giới thiệutrên đây, trong quá trình tổ chức dạy học, chúng tôi đã tổ chức cho HS thực hiệnthông qua nhiều hình thức như lồng ghép dạy học chủ đề STEM vào một số tiếthọc trên lớp, dạy học dự án, các hoạt động trải nghiệm như: tổ chức câu lạc bộVật lý, hoạt động ngoại khóa, giao nhiệm vụ về nhà cho HS dưới sự hướng dẫncủa GV Trong SKKN này chúng tôi lựa chọn giới thiệu và xin được trình bày cụthể quá trình tổ chức dạy học 4 chủ đề STEM với các hình thức dạy học như đãnói trên như sau

4.1 Tổ chức dạy học chủ đề STEM “Pin điện hóa sáng tạo”

Chủ đề pin điện hóa là một trong những chủ đề STEM điển hình đượcgiới thiệu trên nhiều tài liệu tập huấn, tạp chí, thường được tổ chức dạy học dướihình thức dạy học dự án theo định hướng STEM trong thời gian 02 tiết trên lớp

và 1 tuần làm việc ở nhà Căn cứ vào điều kiện dạy học của nhà trường, nộidung kiến thức bài học chúng tôi mạnh dạn thiết kế, tổ chức dạy học lại chủ đềSTEM “Pin điện hóa sáng tạo” lồng ghép trong một tiết học khi dạy học bài 7-Dòng điện không đổi – Vật lý 11 (tiểu mục 1 Pin điện hóa thuộc mục V Pin vàAcquy thuộc tiết 2- bài 7- Dòng điện không đổi – trong PPCT Vật lý 11)

Để thực hiện được điều này, sau khi HS đã học xong tiết 1 (hết phần bài 7 SGK Vật lý 11) GV giao nhiệm vụ về nhà cho HS tìm hiểu các kiến thức

IV-về các nguồn điện một chiều như pin và acquy gồm các nội dung: cấu tạo,nguyên lý hoạt động, công dụng Ở tiết 2, GV dành thời gian 45 phút trên lớp để

HS thực hiện chủ đề STEM “Pin điện hóa sáng tạo”

bổ dưỡng chúng còn có thể trở góp phần tạo thành những nguồn điện rất thân

thiện với môi trường Vấn đề tưởng chừng đơn giản, nhưng có tác dụng rất lớntrong việc giúp HS rèn luyện tư duy khoa học, kính thích trí tò mò, khám phá,sáng tạo của các em.

- Phát triển các phẩm chất (thái độ tích cực, hợp tác, yêu thích, say mê khoahọc, có ý thức bảo vệ môi trường), các năng lực chung (năng lực giải quyết vấn

đề và sáng tạo, giao tiếp và hợp tác, tự chủ và tự học) cho HS

4.1.3 Kiến thức STEM trong chủ đề

hóa- khử

4.1.4 Chuẩn bị

Mỗi nhóm chuẩn bị các dụng cụ và vật liệu cần thiết chế tạo các pin điện hóanhư sau:

04 quả chanh, 04 củ khoai tây, 02 quả khế chua, 01

thanh nhôm, 01 thanh sắt (đinh sắt), 20 cm dây

điện đôi, 01 đèn led

4.1.5 Thiết kế hoạt động học tập

Hoạt động 1: Tìm hiểu chung về các nguồn điện một chiều pin và acquy

GV tổ chức cho đại diện các Đại diện các nhóm HS báo cáonhóm HS báo cáo, thảo luận kết quả nội dung được giao về nhà qua bàithực hiện nhiệm vụ về nhà: tìm hiểu, thuyết trình powerpoint về cácnghiên cứu về cấu tạo, nguyên lí hoạt nguồn điện một chiều như pin vàđộng công dụng của các nguồn điện acquy

một chiều như pin và acquy thuộc tiểu Các nhóm còn lại phản biện, thảomục 1 Pin điện hóa (mục V- Pin và luận và ghi chép nhận xét của GV.Acquy - bài 7 SGK Vật lý 11)

các nguồn điện pin và acquy

Hoạt động 2: Đề xuất các phương án chế tạo pin điện hóa

GV đặt vấn đề:

- Các nguồn điện một chiều được sử

dụng rộng rãi trong thực tế gồm pin

điện hóa (thực chất gồm hai cực có bản

chất khác nhau được ngâm trong dung

dịch chất điện phân như axit, bazo,

muối…) và acquy (nguồn điện hóa học - HS vận dụng các kiến thức đãhoạt động dựa trên phản ứng thuận

nghịch) Trong đó pin điện hóa là một được tìm hiểu về pin điện hóa trong

SGK để đề xuất các phương án chếnguồn điện gần gũi với chúng ta, cung

cấp năng lượng cho nhiều thiết bị, dụng tạo pin điện hóa HS có thể đề xuất

cụ quen thuộc như đồng hồ, các loại các phương án sau đây:

điều khiển, đèn pin… Ngoài những vật + Phương án 01 Chế tạo pin điệnliệu, hóa chất trình bày như trong SGK, hóa từ dung dịch muối ăn NaCl và 2các em hãy suy nghĩ xem trong thực tế bản cực đồng, sắt

còn có cách nào tạo ra pin điện hóa từ + Phương án 02 Chế tạo pin điệncác vật liệu dễ tìm? hóa từ dung dịch dấm ăn và 2 bản

- Tổ chức cho HS thảo luận, đề xuất cực đồng, sắt.

các phương án chế tạo pin điện hóa + Phương án 03 (HS có thể không

- GV nhận xét các phương án đã đưa ra,

đề xuất được phương án này): Chếtất cả các phương án đều đúng, có tính

khả thi Vấn đề đặt ra là, ngoài những

vật liệu, hóa chất trình bày như trong

SGK như các em đã đề xuất, hãy suy

nghĩ xem trong thực tế còn có cách nào

tạo ra pin điện hóa?

tạo pin điện hóa từ các dung dịch cótính axit như chanh và một số củquả

Hoạt động 3: Tiến hành chế tạo “pin chanh”

- Nêu vấn đề: GV đưa ra 1 số quả chanh

và 2 thanh kim loại khác nhau (nhôm và

sắt đã chuẩn bị) Tại sao từ vài quả

chanh và 2 thanh kim loại khác nhau về

bản chất có thể thắp sáng đèn led?

Chúng đóng vai trò gì? Tại sao phải

chọn 2 thanh kim loại khác nhau về bản

chất? Giống nhau được không? Ta có

thể thay chanh bằng các loại quả khác

không?

+ Yêu cầu các nhóm tiến hành hoạt

động, lập quy trình chế tạo pin chanh

- Giải quyết vấn đề: HS thảo luận,huy động kiến thức Vật lý về cấutạo pin điện hóa, cách mắc mạchđiện kín để đèn led sáng, kiếnthức Hóa học về phản ứng oxihóa- khử để trả lời các câu hỏitrên

- Ta có thể tạo ra nguồn điện từ 2thanh kim loại có bản chất khácnhau như nhôm và sắt và dungdịch điện phân có trong quảchanh Không chỉ chanh mà cácloại hoa quả khác như khoai tây,táo, cam… chứa nhiều axit cũng

có thể tạo ra nguồn điện tự nhiênsẵn có nhưng thường dùng nhất làchanh vì nó chứa nhiều axit citrichơn cả

+ Thiết kế bản vẽ chế tạo “pin chanh”

+ HS tiến hành làm “Pin chanh”:Bước 1: Chuẩn bị nguyên liêụBước 2: Cắm thanh sắt và thanhnhôm vào các quả chanh sao cho

2 thanh này tách rời, không chạmvào nhau (hình 6)

Bước 3: Dùng dây dẫn nối 2thanh kim loại với nhau (hình 7).Bước 4: Nối đầu còn lại của 2 dâyvào 2 chân chứa đèn led, quan sáthiện tượng (hình 8)

1

Hình 6 Hình 7 Hình 8

Hoạt động 3: Kiểm tra độ sáng đèn led khi thực hiện “pin chanh” với số lượng khác nhau So sánh độ sáng đèn khi thay thế chanh bằng khoai tây và khế chua.

- GV hướng dẫn HS làm thí nghiệm pin

chanh với số lượng khác nhau

- Tổ chức phân công các nhóm làm thí

nghiệm với pin khoai tây và pin khế

- Nhận xét độ sáng đèn led đối với

từng loại pin Theo dõi thời gian đèn

led sáng

* GV nhấn mạnh cho HS những vấn

đề:

+ Độ sáng đèn led giảm dần từ “pin

chanh”, “pin khế”, “pin khoai tây”,

chứng tỏ độ sáng của đèn tỉ lệ với hàm

lượng axit trong dung dịch điện phân

+ Cũng như pin chanh, pin khế, pin

khoai tây độ sáng của đèn cũng tăng

theo số lượng khi mắc các pin này nối

tiếp với nhau Như vậy các pin (nguồn

điện) mắc nối tiếp với nhau thì cho ta

các suất điện động càng lớn, cường độ

dòng điện qua đèn càng mạnh

+ Sau một thời gian đèn led sẽ tắt, lúc

này pin hết điện không thể sử dụng lại

được Trong khi đó acquy hết điện có

thể nạp điện nhiều lần để sử dụng Đây

là điểm cơ bản để phân biệt pin và

acquy

- Dùng kiến thức về thống kê toán họclàm pin chanh với số lượng 02 quả, 04quả, 06 quả Từ đó tính toán được sốlượng chanh phù hợp với mục đích sửdụng

- Tiến hành làm “ pin khoai tây”

- Tiến hành làm “ pin khế”

- Quan sát, nhận xét độ sáng của đèn led đối với từng loại pin

2

Hoạt động 4: Tổ chức hoạt động đánh giá, tổng kết chủ đề pin điện hóa

+ GV tổ chức cho HS tự nhận xét, đánh giá các sản phẩm của nhóm mình và nhóm bạn theo phiếu đánh giá

+ GV nhận xét, tóm tắt nội dung chính của chủ đề, các kiến thức bài học cần nắm được sau khi học xong chủ đề pin điện hóa

+ GV khuyến khích mỗi HS sau khi học chủ đề này hãy tự chế tạo ra những chiếc pin điện hóa phục vụ trong sinh hoạt gia đình mình khi cần thiết

Hình 9 Một số sản phẩm pin điện hóa của các nhóm HS lớp 11 thực hiện

4.2.Tổ chức dạy học chủ đề STEM “Máy bắt muỗi sáng tạo”

 Hình thức tổ chức: Hoạt động ngoại khóa ngoài giờ lên lớp tại phòng thực hành bộ môn Vật lý.

4.2.2 Mục tiêu của chủ đề

- HS biết được tập tính ưa sáng lạnh của muỗi, vận dụng được kiến thức vềmạch điện 1 chiều, cách mắc mạch điện 1 chiều có sử dụng quạt 12 V để chế tạomáy bắt muỗi

- Thiết kế bản vẽ mô hình máy bắt muỗi, từ đó chế tạo, lắp ráp được máybắt muỗi theo phương án thiết kế Máy bắt muỗi sáng tạo có ba công dụng bắtmuỗi, chiếu sáng, quạt mát, tự làm với các vật liệu dễ tìm, gia công, chế tạo đơngiản, có tính khả thi diệt được nhiều muỗi.

- Phát triển các phẩm chất (thái độ tích cực, hợp tác, yêu thích, say mê khoahọc, có ý thức bảo vệ môi trường, ý thức phòng chống dịch bệnh, giữ gìn sứckhỏe), các năng lực chung (năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, giao tiếp vàhợp tác, tự chủ và tự học) cho HS

4.2.3 Kiến thức STEM trong chủ đề

Máy bắt muỗi Vật lý: Mạch Thiết kế bản Quy trình lắp Đo được kích

điện một vẽ kĩ thuật ráp máy bắt thước hộpchiều mắc nối Biết sử dụng muỗi nhựa cần cắt.tiếp, bộ nguồn các dụng cụ

pin mắc nối máy khoan,

Sinh học: Tập led, quạt hút

tính ưa sánglạnh của muỗi

4.2.4 Chuẩn bị

Mỗi nhóm chuẩn bị các dụng cụ, nguyên vật liệu để chế tạo máy bắt muỗi sángtạo như sau:

01 quạt DC, 01 công tắc, 01 đèn led,

01 motor, dây điện đôi, 02 hộp nhựa,

keo dán, dây điện, nguồn điện 1 chiều

(pin)

4.2.5 Thiết kế hoạt động học tập

Hoạt động 1: Đặt vấn đề, giao nhiệm vụ thực hiện chủ đề

+ Đặt vấn đề: Mùa xuân, mùa hè là thời điểm + HS thảo luận trả lời các

muỗi phát triển rất dễ gây ra bệnh sốt xuất

huyết Hãy tìm biện pháp diệt muỗi góp phần

khống chế dịch bệnh sốt xuất huyết?

+ GV phân tích cho HS các ưu điểm, nhược

điểm của các phương án Đối với phương án

sử dụng máy bắt muỗi, hiện nay trên thị

trường có nhiều loại máy (có thể trình chiếu

cho HS xem các mẫu mã, giá cả), tuy nhiên

bằng các vật liệu đơn giản, dễ tìm các em

hoàn toàn có thể tự mình chế tạo ra được máy

bắt muỗi với 3 công dụng: bắt muỗi, chiếu

sáng (làm đèn ngủ) hoặc quạt mát

phương án diệt muỗi: Phunthuốc diệt muỗi, diệt lăngquăng, sử dụng máy bắt muỗi

Hoạt động 2: Thiết kế phương án chế tạo máy bắt muỗi

GV tổ chức cho HS xem video chế tạo + HS thảo luận theo nhóm vẽ sơ đồmáy bắt muỗi sáng tạo mạch điện có motor, cánh quạt, đènGiao nhiệm vụ: Từ các vật liệu dễ tìm: led, công tắc và pin

+ Thiết kế bản vẽ máy bắt muỗi.motor, cánh quạt, đèn led, pin, hộp

+ Tổ chức cho đại diện các nhómnhựa…hãy thiết kế phương án chế tạo

HS trình bày bản vẽ chế tạo máymáy bắt muỗi

bắt muỗi

+ GV và các nhóm thống nhất phương

án thiết kế máy bắt muỗi phù hợp với

dụng cụ, vật liệu sẵn có

Hoạt động 3: Gia công, lắp ráp và thử nghiệm máy bắt muỗi

- Các nhóm chuẩn bị các dụng cụ, vật liệu cần thiết như trên

- Các nhóm tiến hành gia công, lắp ráp máy bắt muỗi theo phương án thiết

Bước 3: Lắp 2 chân đèn led với 2 đầu dây của quạt (hình 11)

Bước 4: Đưa 2 đầu dây ra ngoài mắc vào nguồn điện một chiều (pin) Lắpphần đáy hộp với phần đầu (hình 12)

Bước 4: Vận hành máy bắt muỗi, sử dụng tờ giấy hoặc bật lửa để kiểm tra

độ hút của máy bắt muỗi Nếu đèn led không sáng hay hút yếu thì các nhómcần gia công lại máy bắt muỗi

Hình 10 Hình 11 Hình 12

Hình 13 Hình ảnh HS phổ thông lắp ráp và vận hành máy bắt muỗi

Hoạt động 4: Nhận xét, đánh giá chủ đề máy bắt muỗi sáng tạo

+ GV tổ chức cho HS tự nhận xét, đánh giá các sản phẩm của nhóm mình và nhóm bạn theo phiếu đánh giá

+ GV nhận xét, tóm tắt nội dung chính của chủ đề, các kiến thức, kỹ năng cần nắm được sau khi học xong chủ đề máy bắt muỗi sáng tạo

+ GV khuyến khích mỗi HS sau khi học chủ đề này hãy tự chế tạo ra những chiếc máy bắt muỗi từ các dụng cụ đơn giản phục vụ trong sinh hoạt gia đình

4.3.Tổ chức dạy học dự án chủ đề STEM “Máy phát điện xoay chiều ”

Trong quá trình rà soát nội dung chương trình SGK chúng tôi thấy nộidung kiến thức chương 3 “Dòng điện xoay chiều” Vật lý 12 (Bài 17- Máy phátđiện xoay chiều) và chương 6 “Máy điện ba pha” Công nghệ 12 (Bài 25 – Máyđiện xoay chiều ba pha) có nhiều điểm tương đồng, trùng lặp về kiến thức Vìvậy có thể tổ chức dạy học dự án liên môn chủ đề “ Máy phát điện xoay chiều”theo định hướng STEM

Trong PPCT môn học, Bài 17 – Máy phát điện xoay chiều - Vật lý 12được tổ chức dạy học ở học kì 1 trong khi đó bài 25 – Máy điện xoay chiều bapha – Công nghệ 12 được tổ chức dạy học ở học kì 2 Căn cứ vào trình độ nhận

2

thức của HS đồng thời không làm phát sinh thêm thời gian dạy học tại trường,chúng tôi đã tiến hành tổ chức dạy học dự án chủ đề STEM “Máy phát điệnxoay chiều” với thời lượng 02 tiết trên lớp học ở học kì 1 khi HS học đến bài 17Vật lý 12.

Chúng tôi xin trình bày cụ thể việc tổ chức dạy học dự án chủ đề như sau

4.3.1 Lí do chọn chủ đề:

Máy phát điện xoay chiều là những thiết bị cung cấp dòng điện xoaychiều Đây là nguồn điện năng chủ yếu phục vụ trong sinh hoạt đời sống hằngngày của chúng ta Tuy nhiên HS thường không để ý hoặc khó hình dung, ngạitìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của loại máy phát điện xoay chiều bởihình dạng bề ngoài phức tạp, khồng kềnh của máy Vì vậy nhằm giúp HS tiếpcận các kiến thức về máy phát điện xoay chiều một cách đơn giản, dễ hiểu dự ándạy học theo định hướng STEM “Máy phát điện xoay chiều” là một hình thứcdạy học phù hợp, hiệu quả

4.3.2 Mục tiêu của chủ đề

- HS trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của máy phát điện xoaychiều So sánh được điểm giống và khác nhau về cấu tạo của máy phát điện xoaychiều một pha và máy phát điện xoay chiều ba pha Ứng dụng của từng loạitrong đời sống

- Trình bày được các phương án chế tạo máy điện xoay chiều từ các nguồn năng lượng trong tự nhiên

- Vận dụng các kiến thức đã biết về các môn học STEM và được hướng dẫn

để thiết kế, chế tạo các mô hình máy phát điện xoay chiều một pha đơn giảnbằng các vật liệu dễ tìm

- Khai thác được các thông tin trên mạng, báo chí để thấy được ảnh hưởng của việc sản xuất điện đến môi trường tự nhiên và đời sống

- Đề xuất được các biện pháp sử dụng điện an toàn, tiết kiệm, hiệu quả

- Phát triển các phẩm chất (thái độ tích cực, hợp tác, yêu thích, say mê khoahọc, ý thức bảo vệ môi trường, ý thức sử dụng có hiệu quả, tiết kiệm nguồn điệnnăng), các năng lực chung (năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, giao tiếp vàhợp tác, tự chủ và tự học) cho HS

4.3.3 Các kiến thức STEM trong chủ đề

Tên sản phẩm Khoa học (S) Công nghệ(T) Kỹthuật(E) Toán học (M)

Máy phát điện Vật lý: Hiện Thiết kế bản vẽ Quy trình Đo được kíchxoay chiều tượngcảm kĩ thuật Biết lắp ráp mô thước chiều

ứng điện từ sử dụng các hình máy dài, chiều

dụng cụ mỏ phát điện rộng của các

hàn, đèn led… xoay chiều thanh gỗ, đế

gỗ, kích thứccủa các bánhquay

4.3.5 Thiết kế hoạt động học tập dự án STEM “Máy phát điện xoay chiều” Tiết 1 – Thời gian 45 phút

Hoạt động 1: Lập kế hoạch thực hiện dự án

Bước 2: Lập kế hoạch thực hiện dự án trên lớp

Tìm hiểu về cấu tạo + GV cho HS xem một + Xem video và trả lờichung, nguyên tắc hoạt đoạn video về hoạt động các câu hỏi của GV

động của máy phát điện của một mô hình máy phát + Như vậy để tạo ra máyxoay chiều điện xoay chiều phát điện xoay chiều cần

+ Đặt câu hỏi: Nêu cấu tạo có 2 bộ phận chính: Các

và nguyên tắc hoạt động nam châm tạo ra từcủa máy phát điện xoay trường, cuộn dây sinh rachiều? Để tạo ra được dòng điện Hai bộ phậnmáy phát điện xoay chiều này chuyển động tươngcần phải có những vật liệu đối với nhau

cơ bản nào?

Giới thiệu về dự án Trên cơ sở HS đã có Nhận thức về dự án học

những kiến thức về máy tập cần triển khaiphát điện xoay chiều GV

giới thiệu về nhiệm vụ dự

án học tập: Máy phát điệnxoay chiều có 2 loại: máyphát điện xoay chiều mộtpha và máy phát điện xoaychiều ba pha Em hãy chếtạo ra các máy phát điệnxoay chiều Chỉ rõ nóthuộc loại máy phát điện

xoay chiều nào?

Như vậy trong quá trìnhchế tạo máy phát điệnxoay chiều HS phải tìmhiểu cấu tạo, nguyên tắchoạt động của máy phátđiện xoay chiều một pha,

ba pha?

Xây dựng ý tưởng của + Đặt vấn đề: Có thể sử + Huy động các vốn hiểu

dự án dụng các nguồn năng biết cá nhân, trang mạng,

lượng sạch, sẵn có trong thực tế để thảo luận và

tự nhiên để chế tạo ra máy tìm ra ý tưởng chế tạophát điện xoay chiều được máy phát điện

+ Phân chia nhóm, yêu Có thể sử dụng các nguồncầu các nhóm thảo luận năng lượng gió, nước…+ Tổ chức cho HS phát để làm quay tua bin tạo ratriển ý tưởng chế tạo máy máy phát điện

phát điện từ các vật liệu + Có thể chế tạo máyđơn giản phát điện xoay chiều theo+Thống nhất ý tưởng các phương án sau:

Máy phát điện xoay chiềubằng năng lượng gió(máy phát điện gió)

Máy phát điện xoay chiềubằng cơ năng tay quay(máy phát điện xoaychiều tay quay)

Lập kế hoạch thực hiện + Trên cơ sở các ý tưởng + Các nhóm thảo luận,

dự án đã thống nhất, GV gợi ý lên kế hoạch thực hiện

cho các nhóm lên kế nhiệm vụ (nhiệm vụ,hoạch thực hiện dự án người thực hiện, thời+ Yêu cầu sản phẩm của lượng, phương pháp,

phương tiện, sản phẩm)

dự án:

Bài ghi chép các kiến thức + Thiết kế mô hìnhtìm hiểu về máy phát điện + Chế tạo mô hìnhxoay chiều một pha và + Thiết kế powperpointmáy phát điện xoay chiều và trình bày.

ba pha.

Mô hình máy phát điệnxoy chiều kèm theo bảnphương án thiết kế

Bài thuyết trình về sự ảnhhưởng của việc sản xuấtđiện đến môi trường tựnhiên

Hoạt động 2: Thực hiện dự án và xây dựng sản phẩm (1 tuần làm việc ở nhà) Bước 1: Thiết kế mô hình chế tạo máy phát điện xoay chiều đơn giản

+ Các nhóm nghiên cứu tài liệu SGK Vật lý 12 bài 17 – Máy phát điện xoaychiều, SGK Công nghệ 12 bài 25 – Máy điện xoay chiều ba pha, máy biến áp bapha và các kiến thức về máy phát điện xoay chiều trên sách, báo, internet… ởnhà để hiểu rõ nguyên lý hoạt động của các máy phát điện xoay chiều một pha

và ba pha

+ Vận dụng các kiến thức, kĩ năng về Vật lý, Công nghệ, Toán học xây dựng các phương án thiết kế bản vẽ mô hình máy phát điện xoay chiều đơn giản

Nhóm 1,2: Chế tạo máy phát điện xoay chiều điện gió

Nhóm 3,4: Chế tạo mô hình máy phát điện xoay chiều tay quay.

Bước 2: Chế tạo mô hình máy phát điện xoay chiều đơn giản

Sau đây chúng tôi xin giới thiệu một số mô hình của HS lớp 12A3 trường THPT Lê Viết Thuật chế tạo máy phát điện xoay chiều

Tên sản phẩm Vật liệu sử dụng Nguyên tắc hoạt Cách tiến hành

Máy phát điện Các bánh xe Tay quay truyền Bước 1: Cắt gọtxoay chiều quay truyền động, dây động tới bánh xe các thanh kim loạitay cổng USB chun, nam châm qua dây cu roa tạo thành các hình

và cuộn dây đồng làm quay trục chữ nhật theo tính(motor), cổng động cơ sinh ra toán của bản vẽ

USB, đế gỗ, thanh dòng điện xoay Bước 2: Dùng keo

gỗ, dây điện đôi chiều Dòng điện dán các thanh theo

được đưa tới tạo khung hình 14.cổng USB có thể Bước 3: Lắp cácdùng để thắp bánh xe, tay quaysáng đèn led, sạc và động cơ phátđiện thoại, máy điện hình 15.

tính Bước 4: Đấu 2 đầu

của motor vàocổng sạc hình 16.Bước 5: Sử dụngdây chun (dâycuroa) vòng quacác bánh xe Dùngtay quay làm quaycác vòng tròn đểquay trục của máyphát Vận hành sảnphẩm

Máy phát điện Phương án 01: Năng lượng gió Bước 1: Lắp nguồnxoay chiều điện 02 động cơ, 04 được lấy từ cánh điện vào đế khunggió pin, công tác, 02 quạt thứ nhất nhờ hình 18

quạt, dây điện đôi, nguồn điện (04 Bước 2: Lắp các

chiếc pin) quacác thanh gỗ, đế thanh gỗ để tạo ra

từ đó tạo ra dòng cánh quạt vào trụcđiện thắp sáng của động cơ hìnhbóng đèn led 20

Bước 4: Đấu 2 đầudây điện của động

cơ 1 với công tắcvào nguồn pin, 2dầu dây điện của

động cơ thứ 2 vào

2 chân của đèn led.Bước 5: Bật côngtắc để vận hànhhình 21

Gió được lấy xốp để tạo đế củaXốp, động cơ (có

trong thiên nhiên máy phát điện hìnhnam châm), ống

bia lon, đui đèn, nhờ cánh hướng 22

cánh quạt nhựa, gió làm quay trục Bước 2: Dùng ốngống nhựa đường tua bin của động bia lon cắt thànhkính 5cm, đèn led, cơ Nhờ cấu tạo hình cánh quạt

quay tức là làm nhựa thành tấmquay các cuộn hướng gió và gắndây trong từ vào một đầu ốngtrường sinh ra hình 24

dòng điện cảm Bước 4: Đấu haiứng làm thắp đầu ra của động cơsáng bóng đèn điện với 2 chân đènled led Trục của động

cơ với cánh quạthình 25

Bước 5: vận hànhĐặt động cơ trướcchỗ nhiều gió đểlấy gió hoặc nếutrời không có gió

có thể lấy gió từmột cánh quạt làmquay tua bin thắpsáng bóng đèn hình26