SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO LÀO CAI TRƯỜNG THPT SỐ 2 BẢO THẮNG BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SƯ PHẠM ỨNG DỤNG Tích hợp kiến thức Vật lí trong bài giảng các mạch điện tử nhằm tích cực hóa hoạ
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO LÀO CAI
TRƯỜNG THPT SỐ 2 BẢO THẮNG
BÁO CÁO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC SƯ PHẠM ỨNG DỤNG
Tích hợp kiến thức Vật lí trong bài giảng các mạch điện tử nhằm
tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh
Trang 2MỤC LỤC
I Tóm tắt đề tài 3
II Giới thiệu đề tài……… 4
1 Giải pháp thay thế…….… ……… ….……… …4
2 Vấn đề nghiên cứu……… ……… ……….…… 5
3 Giả thuyết nghiên cứu…… ……… … ……… 5
III Phương pháp……… ….………….5
1 Khách thể nghiên cứu……… ……….… ………… 5
2 Thiết kế nghiên cứu……… ……….6
3 Quy trình nghiên cứu……… …… … 6
4 Đo lường và thu thập dữ liệu……… … ………7
IV Phân tích dữ liệu và bàn luận kết quả……… … …… ……7
V Kết luận và khuyến nghị……… … ……….…8
VI Tài liệu tham khảo……….…… …… …….… 9
VII Phụ lục của đề tài……….… ………10
VII.1 Bảng điểm kiểm tra trước tác động và sau tác động ……… …… 10
VII.2 Tổ chức dạy học một số bài có nội dung tích hợp kiến thức Vật lí… …….12
VII.2.1 Mạch nguồn một chiều thực tế 12
VII.2.2 Mạch tạo xung đa hài tự dao động 14
VII.2.3 Mạch báo hiệu và bảo vệ quá điện áp 15
VII.3 Bài soạn “ Mạch điều khiển tốc độ động cơ điện một pha 16
VII.4 Đề kiểm tra sau tác động…… ……… ……….17
VII.4.1 Xây dựng ma trận đề kiểm tra 23
VII.4.2.Đề bài 24
VII.4.3 Hướng dẫn chấm đề kiểm tra sau tác động 25
Trang 3I TÓM TẮT ĐỀ TÀI:
Dạy học tích hợp kiến thức liên môn để học sinh vận dụng giải quyết tình huống thực tiễn là nét đổi mới trong tổ chức dạy học đã được Bộ Giáo dục và Đào tạo chỉ đạo thực hiện trong những năm gần đây
Môn học Công nghệ lớp 12 có nhiều nội dung có liên qua kiến thức Vật lí
mà nếu giáo viên không vận dụng tốt thì học sinh sẽ không hứng thú tiếp thu bài và
có thể các em còn nghĩ học Công nghệ chẳng để làm gì vì môn học này không thi Tốt nghiệp
Với lí do như trên, tôi đã hình thành ý tưởng và thực hiện đề tài “ Tích hợp kiến thức Vật lí trong bài giảng Kỹ thuật điện tử nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh” Đề tài được nghiên cứu từ tháng 9/2013 đến tháng
3/2014 trong quá trình giảng dạy môn Công nghệ lớp 12 tại trường THPT số 2 huyện Bảo Thắng Kết quả nghiên cứu cho thấy việc áp dụng giải pháp của đề tài
đã tạo cho học sinh hứng thú với mỗi bài giảng, biết liên hệ kiến thức Vật lí đã học vào việc tìm hiểu nguyên lí làm việc của một số mạch điện tử cơ bản thuộc chương trình môn Công nghệ lớp 12 Thông qua việc tìm hiểu nguyên lí làm việc của các mạch điện tử cơ bản, quen thuộc, các em biết đọc sơ đồ mạch điện tử và hình thành
kỹ năng ban đầu trong việc thao tác thực hành với các mạch điện tử
II GIỚI THIỆU:
Nhằm tạo cho học sinh có năng lực hình thành ý tưởng và thiết kế công nghệ
là mục tiêu rất rõ nét khi dạy phần các mạch điện tử cơ bản thuộc chương trình Công nghệ lớp 12 Xuyên suốt nội dung kỹ thuật điện tử trong chương trình Công nghệ lớp 12 có mối liên hệ với kiến thức Vật lí lớp 11 về dòng điện trong chất bán dẫn Vì vậy giáo viên cần vận dụng một cách hợp lí kiến thức Vật lí vào bài giảng nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh
Vấn đề dạy học tích hợp nhằm hình thành năng lực giải quyết vấn đề của học sinh đã có sự chỉ đạo của Bộ Giáo dục và Đào tạo và nhiều công trình nghiên cứu, nhiều bài báo khẳng định về sự cần thiết phải dạy học tích hợp Ví dụ:
- Bộ Giáo dục và Đào tạo, Công văn số 5111/BGD&ĐT-GDTrH ngày 23/7/2013 v/v tổ chức cuộc thi Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn và cuộc thi Dạy học theo chủ đề tích hợp
- Dương Tiến Sỹ, Giảng dạy tích hợp các khoa học nhằm nâng cao chất lượng Giáo dục - Đào tạo, Tạp chí Giáo dục 9 tháng 7/2002
- PGS.TS Nguyễn Văn Khải, Tích hợp trong dạy học ở trường phổ thông,
Trường Đại học Sư phạm Đại học Thái Nguyên
- TS Hoàng Thị Tuyết, Đào tạo-dạy học theo quan điểm tích hợ: Chúng
ta đang ở đâu ?, Trường ĐHSP Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2012
Trang 4Các tài liệu này đều khẳng định giá trị của dạy học tích hợp nhằm phát triển năng lực vận dụng kiến thức liên môn cho học sinh để giải quyết tình huống thực tiễn Đề tài nghiên cứu này, tác giả muốn có một nghiên cứu cụ thể hơn và đánh giá được hiệu quả của việc tích hợp kiến thức Vật lí trong bài giảng các mạch điện tử nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh
1 Giải pháp thay thế
Sau một số năm tích luỹ kinh nghiệm trong quá trình soạn kế hoạch lên lớp theo tư tưởng tích hợp kiến thức liên môn, tôi đã tổ chức dạy học xoay quanh các nội dung về linh kiện điện tử, các mạch điện tử dựa trên cơ sở kiến thức Vật lí về ứng dụng dòng điện trong chất bán dẫn Vấn đề đặt ra là: Làm thế nào để kết nối được kiến thức đã học trong Vật lí lớp 11 vào bài giảng linh kiên điện tử và các mạch điện tử thuộc môn Công nghệ lớp 12?
Những kiến thức liên môn cần vận dụng để tìm hiểu nội dung các bài học Kỹ thuật điện tử:
* Khi giảng về công dụng của tụ điện và cuộn cảm, học sinh cần thông hiểu được tụ điện và cuộn cảm có chức năng tích và phóng năng lượng ở dạng điện trường và từ trường Khi tụ tích điện tích nó như một nguồn thu, khi phóng nó như một nguồn phát Có thể nói tụ điện thường gây nhiều “rắc rối” trong mạch Nhưng cũng vì thế, tụ điện có chức năng lọc nguồn, tạo xung, tạo ra các trạng thái cân bằng bất ổn định trong mạch, tạo ra sự lệch pha giữa điện áp và dòng điện Chức năng lọc nguồn của tụ và cuộn cảm được thấy rõ ở mạch nguồn một chiều Dùng các tụ hóa mắc phối hợp cuộn cảm để giảm bớt độ “gợn sóng” của điện áp một chiều sau khi chỉnh lưu
* Khi giảng về linh kiện bán dẫn cần làm rõ dòng điện chỉ đi từ miền P sang miền N Vì vậy tiếp giáp P - N chỉ phân cực thuận khi miền P phải được đặt vào điểm có điện thế dương so với miền N(dĩ nhiên UPN phải đủ để mở cửa lớp tiếp giáp) Không cần thiết giảng lại sự khác nhau giữa 2 loại bán dẫn P và bán dẫn N
- Đối với điôt chỉ thông nếu có UAK > 0 và khoá khi UAK < 0
- Đối với tranzito điều kiện để tranzito làm việc là tiếp giáp emitơ- bazơ ( tiếp giáp emitơ) phải phân cực thuận và tiếp giáp colectơ- bazơ (tiếp giáp côlêctơ) phải phân cực ngược Nói một cách khác, hai nguồn nuôi U1 và U2 phải mắc sao cho
dòng I b phải đi vào cực bazơ đối với tranzito NPN và từ cực bazơ đi ra đối với tranzito PNP Dòng I b được hiểu như có tác dụng mồi để có dòng I c từ emitơ sang colecter hoặc từ colecter sang emiter Việc duy trì các nguồn nuôi U1 và U2
chính là định thiên cho trazito( Phần nguyên lí của tranzito, trong chương trình Công nghệ được đề cập ở phần thông tin bổ sung nhưng GV cần dành thời lượng nhất định để giải thích hoạt động của tranzito, có thể đề cập trong giờ thực hành về tranzito hoặc hướng dẫn HS ôn lại ở nhà phần dòng điện trong chất bán dẫn ở
Trang 5- Đối với tirixto có 4 miền và 3 tiếp giáp P-N nên để tirixto thông được phải có
UAK > 0 và UGK > 0( loại điều khiển từ katod, UGK > 0 để có dòng điện mồi IGK
nhằm xóa đi một tiếp giáp)
2 Vấn đề nghiên cứu:
Tích hợp kiến thức Vật lí trong bài giảng các mạch điện tử nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức, phát triển năng lực hình thành ý tưởng và thiết kế công nghệ cho học sinh lớp 12
Vấn đề nghiên cứu của đề tài có thực hiện được 2 mục đích đó không ?
3 Giả thuyết nghiên cứu:
Tích hợp kiến thức Vật lí trong bài giảng kỹ thuật điện tử sẽ tích cực hóa hoạt động nhận thức và phát triển năng lực hình thành ý tưởng và thiết kế công nghệ cho học sinh lớp 12
III PHƯƠNG PHÁP
1 Khách thể nghiên cứu
Tôi lựa chọn học sinh lớp 12A3 và lớp 12A6 trường THPT số 2 Bảo Thắng
để nghiên cứu vì hai lớp này đều là các lớp có chất lượng tương đương nhau về trình độ nhận thức và ý thức học tập Cả hai lớp đều do tôi giảng dạy xuyên suốt năm học 2013 - 2014 vừa qua
2 Thiết kế nghiên cứu
Chọn lớp 12A6 làm lớp thực nghiệm, lớp 12A3 làm lớp đối chứng Tôi dùng bài kiểm tra 15 phút sau chương I-Linh kiện điện tử làm bài kiểm tra trước tác động Kết quả cho thấy điểm trung bình của hai nhóm có sự khác nhau, do đó tôi
Trang 6dùng phép kiểm chứng T- test để kiểm chứng sự chênh lệch trung bình về điểm số của hai nhóm trước khi tác động
Kết quả như sau:
Tác động Kiểm tra sau
tác động
Thực nghiệm 01 Tích hợp kiến thức Vật lí trong
bài giảng các mạch điện tử 03
Ở thiết kế này tôi dùng phép kiểm chứng t-test độc lập
3 Quy trình nghiên cứu:
a Sự chuẩn bị bài của giáo viên:
Ở lớp 12A3, lớp đối chứng: Giáo viên giảng dạy theo các phương pháp thông thường, chủ yếu giáo viên nêu vấn đề cho học sinh trả lời câu hỏi Một số học sinh khá, có tinh thần học tập tốt trả lời được những câu hỏi đặt ra do các em nhớ đước kiến thức cũ
Ở lớp 12A6, lớp thực nghiệm: Giáo viên biên soạn bộ câu hỏi hướng dẫn học sinh chuẩn bị bài, foto tài liệu cho học sinh chuẩn bị bài mới trước khi đến lớp Hệ thống câu hỏi hướng dẫn học sinh thảo luận có sự tích hợp kiến thức Vật lí, có chủ
ý phát triển nội dung tìm hiểu bài học một cách logic giữa kiến thức đã học với kiến thức và kỹ năng cần đạt qua bài học
b Tiến hành dạy thực nghiệm:
Thời gian tiến hành dạy thực nghiệm vẫn tuân theo kế hoạch dạy học của nhà trường và theo thời khóa biểu để đảm bảo khách quan Khi lên lớp giảng bài giáo viên dùng phương pháp vấn đáp để xây dựng bài, chia nhóm cho học sinh thảo luận những nội dung các em cần tranh luận hoặc bổ sung thêm các thông tin cần thiết
Trang 7c Thực hiện bài kiểm tra sau tác động:
Xây dựng ma trận đề kiểm tra học kì I với các chủ đề đảm bảo theo yêu cầu của chuẩn kiến thức kỹ năng môn học Đề kiểm tra sau tác động như nhau giữa lớp thực nghiệm và lớp đối chứng Bài kiểm tra học kì thực hiện theo lịch kiểm tra chung của nhà trường
4 Đo lường và thu thập dữ liệu
Bài kiểm tra trước tác động là bài kiểm tra 15 phút sau chương I-Linh kiện điện tử, chung cho cả lớp thực nghiệm và lớp đối chứng ( Tiết 7)
Bài kiểm tra sau tác động là bài kiểm tra học kì I (tiết 18) sau chương “Một
số mạch điện tử điều khiển” ( xem phụ lục)
Tiến hành kiểm tra và chấm bài: Việc chấm bài được thực hiện khách quan, nhà trường phân công giáo viên trong tổ bộ môn chấm chéo
IV PHÂN TÍCH DỮ LIỆU VÀ BÀN LUẬN KẾT QUẢ:
Lớp đối chứng Lớp thực nghiệm
Chênh lệch giá trị trung
Chênh lệch giá trị trung bình chuẩn của hai bài kiểm tra là 0,866 Điều này
có nghĩa mức độ ảnh hưởng của biện pháp tác động là lớn
Phép kiểm chứng t-test điểm trung bình bài kiểm tra sau tác động của hai nhóm là p = 0,0018 Kết quả này khẳng định sự chênh lệch điểm trung bình của hai nhóm không phải do ngẫu nhiên mà do kết quả tác động
Như vậy giả thuyết của đề tài đã được kiểm chứng
Hạn chế:
Học sinh thường nhận thức thiếu đúng đắn về vị trí môn Công nghệ trong hệ thống các môn học trong nhà trường Nội dung kỹ thuật điện tử trong chương trình Công nghệ lớp 12 tương đối khó và thời lượng cho môn học không nhiều Vì vậy,
Trang 8giáo viên thường lúng túng trong tổ chức dạy học vì nếu truyền đạt thuần túy theo SGK thì bài giảng khó đạt được mục tiêu theo Chuẩn kiến thức kỹ năng chứ chưa muốn nói đến mục tiêu phát triển năng lực vận dụng bài học để giải quyết tình huống thực tiễn
Muốn cải thiện thực trạng đó, giáo viên cần “hòa tan” hợp lí kiến thức liên môn trong bài giảng để gắn kết những tri thức khoa học nhằm tăng khả năng liên hệ cho học sinh trong bài học và vận dụng được tri thức trong thực tiễn Làm được như thế học sinh sẽ có thái độ tích cực hơn trong việc học môn Công nghệ, các em
sẽ thấy môn Công nghệ rất gần gũi với thực tiễn đời sống
Nghiên cứu “Tích hợp kiến thức Vật lí trong bài giảng các mạch điện tử nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh” là một giải pháp tốt nhưng
để thực hiện có hiệu quả đòi hỏi giáo viên phải có trình độ, kiến thức và phương pháp vững vàng để tổ chức hoạt động dạy học trong đó có tích hợp kiến thức Vật lí một cách hợp lí cả về dung lượng kiến thưc, thời gian thực hiện và cả sự khéo léo
về nghiệp vụ Sư phạm Trái lai, việc tích hợp kiến thức liên môn vào bài giảng kỹ thuật điện tử sẽ làm cho nội dung bài học quá tải, giáo viên lúng túng khi triển khai bài giảng, học sinh thụ động trong việc tiếp thu bài
V KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
Kết luận:
Việc tích hợp kiến thức Vật lí trong bài giảng kỹ thuật điện tử đã giúp giáo
viên đổi mới phương pháp dạy học có hiệu quả, tạo được sự hứng thú tìm hiểu bài đối với người học, tích cực hóa hoạt động nhận thức, phát triển năng lực hình thành
ý tưởng và thiết kế công nghệ cho học sinh lớp 12
Khuyến nghị:
Với giáo viên: không ngừng học hỏi, tự bồi dưỡng để nâng cao trình độ chuyên môn, nghiệp vụ Cần rà soát nội dung có thể tích hợp liên môn, cân nhắc về giải pháp để có thể tích hợp kiến thức liên môn trong bài giảng đạt hiệu quả, không làm quá tải nội dung bài học Có thể cần trao đổi phương án thiết kế bài giảng trong sinh hoạt chuyên môn với giáo viên đồng môn và giáo viên môn Vật lí Việc đổi mới phương pháp dạy học theo hướng tích hợp liên môn để phát huy năng lực học sinh cần được gắn liền với việc đổi mới sinh hoạt chuyên môn theo nghiên cứu bài học để mỗi giáo viên kiên trì trong việc đổi mới phương pháp với sự tham gia xây dựng của đồng nghiệp
Trang 9VI TÀI LIỆU THAM KHẢO
1 Công nghệ 12, Nhà xuất bản Giáo dục, 2008
2 Vật lí 11, Nhà xuất bản Giáo dục, 2008
3 Bộ Giáo dục và Đào tạo, Công văn số 5111/BGD&ĐT-GDTrH ngày 23/7/2013 v/v tổ chức cuộc thi Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn và cuộc thi Dạy học theo chủ đề tích hợp
4 Nguyễn Hải Châu - Đỗ Ngọc Hồng - Lê Thị Thu Hằng - Nguyễn Đức
Thành - Nguyễn Văn Khôi, Hướng dẫn thực hiện Chuẩn kiến thức, kỹ năng môn Công nghệ Trung học phổ thông, Nhà xuất bản Giáo dục, tháng 12/2009
5 PGS.TS Nguyễn Văn Khải, Tích hợp trong dạy học ở trường phổ thông, Trường Đại học Sư phạm Đại học Thái Nguyên
6 TS Hoàng Thị Tuyết, Đào tạo-dạy học theo quan điểm tích hợ: Chúng
ta đang ở đâu ?, Trường ĐHSP Tp Hồ Chí Minh, tháng 12/2012
Trang 10VII PHỤ LỤC CỦA ĐỀ TÀI
VII.1 Bảng điểm kiểm tra trước tác động và sau tác động
LỚP ĐỐI CHỨNG (12A3)
Điểm KT trước tác động
Điểm KT sau tác động
Trang 11LỚP THỰC NGHIỆM (12A6)
Điểm KT trước tác động
Điểm KT sau tác động
Trang 12VII.2 Tổ chức dạy học một số bài có nội dung tích hợp kiến thức Vật lí
( Tác giả chỉ nêu đầy đủ giáo án một bài giảng Theo nhiệm vụ của đề tài, mục tiêu mỗi bài học nêu ra dưới đây và trích dẫn nội dung dạy học được xem xét
ở bình diện tích hợp liên môn)
VII.2.1 Mạch nguồn một chiều thực tế:
1 Mục tiêu:
Vận dụng kiến thức về vai trò các linh kiện điện tử để tìm hiểu nguyên lí mạch nguồn một chiều qua việc đọc sơ đồ mạch điện Từ đó các em biết được ứng dụng của mạch nguồn một chiều trong các thiết bị biến đổi dòng xoay chiều thành dòng một chiều
Đặt vấn đề: Các mạch chỉnh lưu trên đây đã biến đổi điện áp xoay chiều
thành điện áp một chiều nhưng trị số điện áp một chiều luôn luôn thay đổi, có thể triệt tiêu, có thể cực đại Như vậy, thiết bị không sử dụng được với nguồn điện áp
đó Làm thế nào để điện áp một chiều sau khi chỉnh lưu được ổn định trị số ? Chúng ta sẽ tìm hiểu giải pháp để đạt mục đích đó
- Các em quan sát hình 7.6 và hình 7.7 SGK đồng thời theo dõi hình mô phỏng trên màn chiếu
Trang 13Dạng sóng của điện áp ở các khối:
Khi các em đã quan sát hình mô phỏng hoạt động của mạch điện, giáo viên định hướng học sinh tiếp tục thảo luận nhóm ( nhóm 4 em) trả lời các câu hỏi trên phiếu học tập:
C1: Điện áp ra ở khối 3 có đặc điểm như thế nào ?
C2: Các tụ C1 và C2 nếu không phải tụ hóa thì kết quả thế nào ?
C3: Nếu tụ C1 và C2 mắc ngược lại kết quả sẽ ra sao ?
C4: Vì sao cần có khối ổn áp dùng IC ổn áp ?
C5: Mạch nguồn một chiều có ứng dụng gì trong thực tiễn ?
Đại diện các nhóm báo cáo kết quả thảo luận, lấy ý kiến nhận xét từ các học sinh khác Sau đó, giáo viên làm rõ hơn cho các em hiểu: Các tụ C1 và C2 là tụ hóa,
có khả năng tích tụ điện tích khi điện áp đang tăng rồi phóng điện tích khi điện áp giảm Khi tụ tích điện nó như nguồn thu, khi phóng điện nó như một nguồn phát Giai đoạn tụ phóng sẽ làm cho điện áp ra ở khối 3 không triệt tiêu Đó là vai trò lọc nguồn của tụ Các tụ hóa mắc phối hợp cuộn cảm tạo thành mạch lọc hình để chất lượng “lọc” được tốt Điện dung của tụ và hệ số tự cảm của cuộn dây lớn thì mạch lọc có chất lượng tốt Tụ C1 và C2 mắc ngược lại tụ sẽ bị đánh thủng ( mô phỏng)
Để điện áp một chiều có trị số không đổi cần mắc thêm mạch ổn áp dùng IC ổn áp,
có như vậy tải mới có thể hoạt động bình thường
Để chốt lại bài học, giáo viên nêu tình huống: Các em hãy liên hệ kiến thức Vật lí về ưu điểm của việc sản xuất và truyền tải điện xoay chiều đi xa so với điện một chiều, từ đó sẽ hiểu về sự cần thiết của bộ nguồn một chiều Hãy suy nghĩ với đài, ti vi tại sao vẫn dùng với điện xoay chiều ? Với mạch nguồn một chiều các em
Trang 14cần nắm vững mạch điện gồm 4 khối, nắm vững vai trò của mỗi khối, của từng linh kiện trên mạch điện Ở hình 7.6 có thêm khối nguồn nuôi cho các khối làm việc
VII.2.2 Mạch tạo xung đa hài tự dao động:
1 Mục tiêu:
Vận dụng kiến thức về vai trò một số linh kiện điện tử để tìm hiểu nguyên lí mạch tạo xung đa hài tự dao động qua việc đọc sơ đồ mạch điện Từ đó các em biết được ứng dụng trong thực tiễn của mạch tạo xung đa hài tự dao động
- Các em quan sát hình 8.3 SGK đồng thời theo dõi hình mô phỏng trên màn chiếu
Khi các em đã quan sát hình mô phỏng hoạt động của mạch điện, giáo viên định hướng học sinh tiếp tục thảo luận nhóm ( nhóm 4 em) trả lời các câu hỏi trên phiếu học tập:
C1: Hai tranzito trên mạch điện loại nào, 2 tụ điện loại nào ?
C2: Vai trò của 2 tụ điện ?
C3: Vai trò của các điện trở ?
