chủ đề STEM thiết kế và chế tạo tên lửa phản lực

Bằng việc thiết kế tên lửa phản lực học sinh sẽ tìm hiểu được công việc của một nhà thiết kế từ việc lên ý tưởng đến việc nghiên cứu tìm hiểu kiến thức, thiết kế và chế tạo theo những tiêu chí đã được đặt ra. Để thực hiện được dự án này, học sinh sẽ cần hình thành cũng như huy động kiến thức của các môn liên quan như:Hóa học 11 (S): Tính chất của axit cacbonic và muối cacbonat, ứng dụng của muối cacbonat trong đời sống.Vật lí 10 (S): Các định luật của New tơn, định luật bảo toàn động lượng.Công nghệ 11 (T): Bản vẽ kỹ thuậtKĩ thuật (E): Sử dụng các dụng cụ để thiết kế, chế tạo tên lửa phản lực.Toán (M): Tính toán, xác định tâm đường tròn, diện tích bề mặt.Tin học: Tìm kiếm thông tin trên Internet, sử dụng powerpoit làm bản báo cáo, thiết kế.

Thiết kế chủ đề STEM: “Thiết kế và chế tạo tên lửa phản lực”

(Số tiết: 03)

1 Mô tả chủ đề

Bằng việc thiết kế tên lửa phản lực học sinh sẽ tìm hiểu được công việc của một nhà thiết kế từ việc lên ý tưởng đến việc nghiên cứu tìm hiểu kiến thức, thiết

kế và chế tạo theo những tiêu chí đã được đặt ra Để thực hiện được dự án này, học sinh sẽ cần hình thành cũng như huy động kiến thức của các môn liên quan như:

Hóa học 11 (S): Tính chất của axit cacbonic và muối cacbonat, ứng dụng của muối cacbonat trong đời sống

Vật lí 10 (S): Các định luật của New- tơn, định luật bảo toàn động lượng Công nghệ 11 (T): Bản vẽ kỹ thuật

Kĩ thuật (E): Sử dụng các dụng cụ để thiết kế, chế tạo tên lửa phản lực

Toán (M): Tính toán, xác định tâm đường tròn, diện tích bề mặt

Tin học: Tìm kiếm thông tin trên Internet, sử dụng powerpoit làm bản báo cáo, thiết kế

2 Mục tiêu

a Kiến thức

- Học sinh nêu được: tính chất hoá học của axit cacbonic và muối cacbonat

- Vận dụng kiến thức về axit cacbonic và muối cabonat tạo ra khí cacbonic, làm tên lửa chuyển động bằng phản lực

- Vận dụng kiến thức về động lượng, định luật bảo toàn động lượng, các lực cơ học và các định luật New tơn một cách sáng tạo để giải quyết các vấn đề đặt ra

b Kĩ năng

- Tính toán, vẽ được bản thiết kế tên lửa phản lực đảm bảo các tiêu chí đề ra Tính lượng giấm ăn và muối cacbonat cần lấy để tạo khí CO2

- Lập kế hoạch cá nhân/nhóm để chế tạo và thử nghiệm dựa trên bản thiết kế.

- Trình bày, bảo vệ được bản thiết kế và sản phẩm của mình, phản biện được các ý kiến thảo luận;

- Tự nhận xét, đánh giá được quá trình làm việc cá nhân và nhóm

c Thái độ

- Nghiêm túc, chủ động, tích cực tham gia các hoạt động học

- Yêu thích sự khám phá, tìm tòi và vận dụng các kiến thức học được vào giải quyết nhiệm vụ được giao

- Có tinh thần trách nhiệm, hòa đồng, giúp đỡ nhau trong nhóm, lớp

- Có ý thức tuân thủ các tiêu chuẩn kĩ thuật và giữ gìn vệ sinh chung khi thực nghiệm

d Năng lực, phẩm chất

Năng lực:

- Năng lực chung: Năng lực giải quyết vấn đề, năng lực hợp tác, năng lực giao tiếp, năng lực ngôn ngữ, năng lực sử dụng công nghệ thông tin

- Năng lực đặc thù môn học: Năng lực thực hành Hóa học, năng lực giải quyết vấn đề thông qua Hóa học, năng lực vận dụng kiến thức Hóa học vào cuộc sống

Năng lực: Trách nhiệm, chăm chỉ, nhân ái

3 Thiết bị

- Các thiết bị dạy học: Máy chiếu, mẫu bản kế hoạch

- Dụng cụ: ống nghiệm, ống hút nhỏ giọt, đèn cồn, bát sứ, giá để ống nghiệm, cốc thủy tinh đựng nước

- Hoá chất: CaCO3, Na2CO3, (NH4)2CO3, NaHCO3, dung dịch HCl, dung dịch Ba(OH)2, bột mì, axit axetic

- Nguyên vật liệu và dụng cụ để chế tạo và thử nghiệm tên lửa phản lực: Vỏ chai nhựa 500 ml, bìa cứng , keo, thước, băng dính, bút,…

4 Tiến trình bài học

Hoạt động 1 Xác định yêu cầu thiết kế và chế tạo tên lửa phản

a Mục đích của hoạt động

- Học sinh tìm hiểu tính chất của axit cacbonic và muối cacbonat, lựa chọn được hóa chất an toàn, dễ tìm mua trên thị trường để tạo khí CO2 làm tên lửa chuyển động bằng phản lực

- Học sinh nắm vững yêu cầu "Thiết kế và chế tạo tên lửa phản lực” bằng rác tái chế theo các tiêu chí mà giáo viên đặt ra

- Học sinh hiểu rõ yêu cầu vận dụng kiến thức về định luật bảo toàn động lượng để thiết kế và thuyết minh thiết kế trước khi sử dụng nguyên vật liệu, dụng

cụ cho trước để chế tạo và thử nghiệm

b Nội dung hoạt động

- Học sinh tìm hiểu tính chất của axit cacbonic và muối cacbonat

- Học sinh làm thí nghiệm kiểm chứng tính chất hóa học của muối cacbonat

- Từ thí nghiệm khám phá kiến thức, giáo viên giao nhiệm vụ cho học sinh thực hiện dự án “Thiết kế và chế tạo tên lửa phản lực”

- Giáo viên thống nhất với học sinh về kế hoạch triển khai dự án, tiêu chí đánh giá sản phẩm

c Sản phẩm học tập của học sinh

Kết thúc hoạt động học sinh cần đạt được sản phẩm sau:

- Bản ghi chép kiến thức mới về tính chất của axit cacbonic và muối cacbonat

- Bản mô tả nhiệm vụ dự án, nhiệm vụ các thành viên, thời gian thực hiện dự

án, các tiêu chí đánh giá sản phẩm của dự án

- Xác định được kiến thức cần sử dụng để thiết kế, chế tạo tên lửa phản lực theo các tiêu chí đã cho

d Cách thức tổ chức

Bước 1: hướng dẫn học sinh tìm hiểu tính chất của axit cacbonic và muối

cacbonat, chuyển giao nhiệm vụ thiết kế và chế tạo tên lửa phản lực

- Giáo viên chiếu khởi động tiết học bằng video: chuyển động của tên lửa và yêu cầu học sinh quan sát và cho biết vì sao tên lửa có thể chuyển động?

- Lời dẫn vào bài mới: trong video trên tên lửa chuyển động được là nhờ phản lực Quá trình đốt nhiên liệu trong tên lửa sinh ra khí phụt về phía sau, tạo ra phản lực giúp tên lửa chuyển động lên cao Vậy các em có thể chế tạo được tên lửa mini chuyển động bằng phản lực không? Làm thế nào để tạo ra khí mà không cần đốt nhiên liệu Để giải quyết vấn đề này cô trò mình sẽ cùng tìm hiểu bài học hôm nay: Hợp chất của cacbon, phần axit cacbonic và muối cacbonat

- Tìm hiểu tính chất của axit cacbonic

Tổ chức thảo luận cặp đôi:

Câu 1: Viết phương trình phản ứng tạo thành axit cacbonic từ CO2? Từ đó đành giá tính bền của axit cacbonic?

Câu 2: Viết phương trình điện li của H2CO3, từ đó hãy rút ra nhận xét:

+ Axit cacbonic là axit mạnh hay yếu?là chất điện li mạnh hay yếu?

+ H2CO3 là axit mấy nấc? có khả năng tạo ra những loại muối nào?

Sau khi các học sinh trình bày và nhận xét, giáo viên kết luận và chốt kiến thức: + Axit cacbonic là axit yếu kém bền: H2O +CO2  H2CO3

+ H2CO3 là axit yếu, chất điện li yếu

+ H2CO3 là axit 2 nấc, tạo muối hidrocacbonat và muối cacbonat trung hoà

- Tìm hiểu tính chất của muối cacbonat:

Giáo viên chia lớp thành 6 nhóm (Mỗi nhóm 7 học sinh), phát dụng cụ, hóa chất và phiếu học tập, bảng phụ, bút dạ

PHIẾU HỌC TẬP Hãy thực hiện các thí nghiệm và ghi chép thông tin hoặc trả lời các câu hỏi vào bảng phụ

Thí nghiệm 1: Thử tính tan của muối cacbonat

- Lấy đồng thời 10 ml nước vào 4 cốc thuỷ tinh và đánh số tương ứng

- Lần lượt cho vào mỗi cốc 1 muỗng các hoá chất: Na2CO3, (NH4)2CO3, NaHCO3, CaCO3 đồng thời khuấy đều 4 cốc

- Ghi chép hiện tượng: muối nào tan tốt, muối nào không tan?

- Sử dụng SGK – trang 73 và bảng tính tan trang 223 nêu nhận xét chung về tính tan của muối cacbonat?

(Ghi chép các thông tin yêu cầu ở phần ghi đậm ra bảng phụ)

Thí nghiệm 2: muối cacbonat tác dụng với axit

Hướng dẫn làm thí nghiệm:

- Lấy 2ml các dung dịch NaHCO3 cho vào 2 ống nghiệm 1,2

- Lần lượt thêm 2ml dung dịch HCl vào ống 1, 2ml dung dịch axit axetic vào ống 2

- Nêu hiện tượng? Viết phương trình phản ứng? (ghi ra bảng phụ)

Thí nghiệm 3:

- Lấy 2 ml dung dịch Ba(OH)2 + 2ml dung dịch Na2CO3

- Lấy 2ml dung dịch Ba(OH)2 tác dụng với 2ml dung dịch NaHCO3

- Nêu hiện tượng? Viết phương trình phản ứng? (Ghi ra bảng phụ)

Thí nghiệm 4:

Hướng dẫn làm thí nghiệm:

- Lấy 1 muỗng NaHCO3 trộn với bột mì (đã nhào nước) để trong bát sứ nhỏ

- Đeo gang tay cao su vào tay và nhào trộn đều NaHCO3 với bột mì

- Đặt bát bột mì lên kiềng sắt, đun nóng trên ngọn lửa đèn cồn

- Quan sát và nêu sự thay đổi thể tích bột

Ghi chép ra bảng phụ các nội dung:

- Giải thích sự thay đổi thể tích bột (có viết phương trình phản ứng)

- Sử dụng SGK – trang 74 và kết quả thí nghiệm,hãy cho biết sản phẩm thu được khi nhiệt phân muối hidrocacbonat? Nhiệt phân muối cacbonat?

Giáo viên yêu cầu 1 nhóm bất kì thuyết trình kết quả đạt được, các nhóm khác góp ý, bổ sung Sau đó giáo viên nhận xét, chốt kiến thức về tính chất hóa học của muối cacbonat

Giáo viên chiếu các hình ảnh ứng dụng của muối cacbonat và cho biết muối cacbonat thông dụng, dễ tìm nhất là natri hiđrocacbonat thường bát trên thị trường như các sản phẩm backing soda, thuốc muối

Giáo viên chuyển giao nhiệm vụ thiết kế và chế tạo tên lửa phản lực: Dựa vào phần tính chất hóa học của muối Cacbonat em hãy cho biết có thể sử dụng hóa chất an toàn và dễ tìm nào để làm phản ứng sinh ra chất khí ở điều kiện thường?

Giáo viên thống nhất với cả lớp lựa chọn axit axetic (có trong giấm ăn), natri hiđrocacbonat (có trong backing soda)

Giáo viên đặt vấn đề: Nếu mỗi nhóm có 1 chai nhựa 500ml (chai nước khoáng lavie), bìa, kéo, keo, giấy lọc, backing soda, giấm ăn thì các em sẽ làm thế nào để chế tạo được một tên lửa mini chuyển động bằng phản lực?

Bước 2: Giao nhiệm vụ cho học sinh và xác lập tiêu chí đánh giá sản phẩm.

Cô sẽ tổ chức 1 cuộc thi thiết kế và chế tạo tên lửa phản lực giữa các nhóm Tên lửa cần đạt được các tiêu chí trong phiếu đánh giá số 1 như sau:

PHIẾU ĐÁNH GIÁ SỐ 1

1 Tên lửa có khối lượng

trên 120

Tên lửa có khối lượng trên 90g đến 120g

Tên lửa có khối lượng nhỏ hơn 90g

2 Chuyển động đạt độ

cao bằng tòa nhà 1

tầng

Chuyển động đạt chiều cao bằng tòa nhà

2 tầng

Chuyển động đạt độ cao bằng tòa nhà 3 tầng

3 Chi phí trên 15000 Chi phí 10000 đến

dưới 15000

Chi phí dưới 10000

Mốc tính chiều cao là dãy nhà B (3 tầng) của trường Trung Học Phổ Thông Đức Hợp.

Bài báo cáo và bản thiết kế tên lửa phản lực cần đạt các tiêu chí cơ bản ở phiếu đánh giá số 2:

PHIẾU ĐÁNH GIÁ SỐ 2

đa

Điểm đạt được

1 Trình bày bản vẽ thiết kế tên lửa phản lực và mô

hình sản phâm rõ ràng, đúng nguyên lí

2

2 Giải thích rõ nguyên lí hoạt động sản phẩm 3

3 Nêu rõ được vai trò, đặc điểm các bộ phận của

tên lửa phản lực

3

4 Trình bày báo cáo sinh động, hấp dẫn 2

Bước 3: Giáo viên thống nhất kế hoạch triển khai:

Hoạt động 1: Giao nhiệm vụ dự án Tiết 1 (45 phút)

Hoạt động 2: nghiên cứu kiến thức nền và chuẩn bị

cho thiết kế sản phẩm để báo cáo

1 tuần (Học sinh tự học theo nhóm)

Hoạt động 3: Báo cáo bằng phương án thiết kế Tiết 2 (45 phút)

Hoạt động 4: Chế tạo, thử nghiệm sản phẩm 1 tuần (học sinh tự làm

việc theo nhóm) Hoạt động 5: Triển lãm, giới thiệu sản phẩm Tiết 3 (45 phút)

Hoạt động 2 Nghiên cứu kiến thức trọng tâm và xây dựng bản thiết kế

(học sinh làm tại nhà trong 1 tuần)

a Mục đích của hoạt động

Học sinh hình thành kiến thức mới về động lượng, định luật bảo toàn động lượng; đề xuất được giải pháp và xây dựng bản thiết kế tên lửa phản lực

b Nội dung hoạt động

- Học sinh nghiên cứu sách giáo khoa và tài liệu tham khảo về các kiến thức trọng tâm sau:

+ Tính chất của axit cabonic và muối cabonat (Hóa học 11 – Bài 16)

+ Động lượng ( Vật lí 10 – bài 25);

+ Khối lượng, vận tốc, trọng lượng, lực – phản lực (Vật lí 10)

+ Bản vẽ kĩ thuật (Công nghệ 11)

Học sinh thảo luận về các thiết kế khả dĩ của tên lửa và đưa ra giải pháp có căn cứ Gợi ý:

+ Điều kiện nào để tên lửa chuyển động được?

+ Những hình dạng, kích thước nào của tên lửa có thể giúp tên lửa giảm lực cản khi chuyển động?

+ Các nguyên liệu, dụng cụ nào cần được sử dụng và sử dụng như thế nào?

- Học sinh xây dựng phương án thiết kế tên lửa và chuẩn bị cho buổi trình bày trước lớp (Hình thức: sử dụng powerpoit để trình bày bản thiết kế và thuyết trình) Hoàn thành bản thiết kế và nộp cho giáo viên

- Yêu cầu:

+ Bản thiết kế chi tiết có kèm hình vẽ, mô tả rõ kích thước, hình dạng của tên lửa và các nguyên vật liệu sử dụng…

+ Trình bày, giải thích và bảo vệ bản thiết kế theo các tiêu chí đề ra

c Sản phẩm của học sinh

- Học sinh đề xuất và lựa chọn giải pháp có căn cứ, xây dựng được bản thiết

kế xe đảm bảo các tiêu chí

- Sử dụng các kiến thức hóa học và vật lí để bảo vệ bản thiết kế, giải thích nguyên lí hoạt động của tên lửa

d Cách thức tổ chức

- Giáo viên giao nhiệm vụ cho học sinh:

+ Nghiên cứu kiến thức trọng tâm: Động lượng và định luật bảo toàn động lượng

+ Xây dựng bản thiết kế xe theo yêu cầu

+ Lập kế hoạch trình bày và bảo vệ bản thiết kế.

- Học sinh thực hiện nhiệm vụ theo nhóm:

+ Tự đọc và nghiên cứu sách giáo khoa, các tài liệu tham khảo, tìm kiếm thông tin trên Internet…

+ Đề xuất và thảo luận các ý tưởng ban đầu, thống nhất một phương án thiết

kế tốt nhất

+ Xây dựng và hoàn thiện bản thiết kế tên lửa.

+ Lựa chọn hình thức và chuẩn bị nội dung báo cáo.

- Giáo viên trao đổi, hỗ trợ học sinh khi cần thiết

Hoạt động 3 Trình bày bản thiết kế

a Mục đích của hoạt động

Học sinh hoàn thiện được bản thiết kế tên lửa phản lực của nhóm mình

b Nội dung hoạt động

- Học sinh trình bày, giải thích và bảo vệ bản thiết kế theo các tiêu chí đề ra

- Thảo luận, đặt câu hỏi và phản biện các ý kiến về bản thiết kế; Ghi lại các nhận xét, góp ý; Tiếp thu và điều chỉnh bản thiết kế nếu cần

- Phân công công việc, lên kế hoạch chế tạo và thử nghiệm tên lửa phản lực

c Sản phẩm của học sinh

Bản thiết kế tên lửa sau khi được điều chỉnh và hoàn thiện

d Cách thức tổ chức

- Giáo viên đưa ra yêu cầu về:

+ Nội dung cần trình bày: Bản thiết kế tên lửa phản lực

+ Thời lượng báo cáo: mỗi nhóm báo cáo trong thời gian không quá 6 phút + Cách thức trình bày bản thiết kế và thảo luận: Học sinh sử dụng file powerpoit đã chuẩn bị thuyết trình về bản thiết kế của nhóm mình; Các nhóm khác nhận xét về cách trình bày, về kiến thức khoa học liên quan

- Học sinh báo cáo, thảo luận

- Giáo viên điều hành, nhận xét, góp ý và hỗ trợ học sinh

Hoạt động 4 Chế tạo và thử nghiệm tên lửa phản lực.

(học sinh làm tại nhà trong 1 tuần)

a Mục đích của hoạt động

- Học sinh dựa vào bản thiết kế đã lựa chọn để chế tạo tên lửa đảm bảo yêu cầu đặt ra

- Học sinh thử nghiệm, đánh giá sản phẩm và điều chỉnh nếu cần

b Nội dung hoạt động

-Học sinh sử dụng các nguyên vật liệu và dụng cụ cho trước (vỏ chai nhựa,

băng dính, bìa cứng, kéo, dao rọc giấy, thước kẻ, bút, keo, giấy lọc, backing soda, giấm ăn) để tiến hành chế tạo tên lửa theo bản thiết kế

- Trong quá trình chế tạo các nhóm đồng thời thử nghiệm và điều chỉnh bằng việc cho tên lửa chuyển động, quan sát, đánh giá và điều chỉnh nếu cần

c Sản phẩm của học sinh

Mỗi nhóm có một sản phầm là một tên lửa đã được hoàn thiện và thử nghiệm

d Cách thức tổ chức

- Giáo viên giao nhiệm vụ:

+ Sử dụng các nguyên vật liệu và dụng cụ cho trước để chế tạo tên lửa theo bản thiết kế

+ Thử nghiệm, điều chỉnh và hoàn thiện sản phẩm

- Học sinh tiến hành chế tạo, thử nghiệm và hoàn thiện sản phầm theo nhóm

- Giáo viên quan sát, hỗ trợ học sinh nếu cần

Hoạt động 5 Trình bày sản phẩm tên lửa phản lực.

a Mục đích của hoạt động

Các nhóm học sinh giới thiệu tên lửa phản lực trước lớp, chia sẻ về kết quả thử nghiệm, thảo luận và định hướng cải tiến sản phầm

b Nội dung hoạt động

- Các nhóm trình diễn sản phẩm trước lớp

- Đánh giá sản phẩm dựa trên các tiêu chí đã đề ra

- Chia sẻ, thảo luận để tiếp tục điều chỉnh, hoàn thiện sản phẩm

- Các nhóm tự đánh giá kết quả nhóm mình và tiếp thu các góp ý, nhận xét

từ giáo viên và các nhóm khác

- Sau khi chia sẻ và thảo luận, đề xuất các phương án điều chỉnh sản phẩm

- Chia sẻ các khó khăn, các kiến thức và kinh nghiệm rút ra qua quá trình thực hiện nhiệm vụ thiết kế và chế tạo tên lửa

c Sản phẩm của học sinh

Tên lửa đã chế tạo được và nội dung trình bày báo cáo của các nhóm

d Cách thức tổ chức

- Giáo viên giao nhiệm vụ: các nhóm trình diễn sản phầm trước lớp và tiến hành thảo luận, chia sẻ

- Học sinh trình diễn cho tên lửa chuyển động, quan sát và ghi chép mốc độ cao mà tên lửa đạt được

- Các nhóm chia sẻ về kết quả, đề xuất các phương án điều chỉnh, các kiến thức và kinh nghiệm rút ra trong quá trình thực hiện nhiệm vụ thiết kế và chế tạo tên lửa

- Giáo viên đánh giá, kết luận và tổng kết

Sau khi hoàn thành bài học STEM ngoài các phiếu đánh giá kết quả của nhóm, các nhóm có phiếu đánh giá cá nhân (phụ lục số 01)

Phụ lục số 01: PHIẾU ĐÁNH GIÁ CÁ NHÂN TRONG NHÓM

Họ tên người dược đánh giá:……… Nhóm: ……….

đa

Điểm đánh giá

1 Tham gia đầy đủ các buổi họp nhóm

2 Tham gia đóng góp ý kiến