- Máy nén thuỷ lực được dùng để vận hành hệ thống điều khiển khí nén, hệ thống nâng thuỷ lực hàng không, hệ thống phanh thuỷ lực trong nhiều ngành cơ khí, vận tải,… Sản phẩm 2: Ống Pitô [r]
Trang 1Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia về giảng dạy Vật lí - 10/2011 5
NGHIÊN CỨU VẬN DỤNG DẠY HỌC DỰ ÁN VÀO CHƯƠNG “CƠ HỌC CHẤT LƯU” VẬT LÍ 10 NÂNG CAO
PGS TS Nguyễn Quang Lạc, Trường ĐH Vinh ThS Trần Duy Tân, Trường THPT Trường Xuân, T.Đồng Tháp
1 Mở đầu
- Định hướng đổi mới PPDH môn Vật lí ở trường THPT là tích cực hoá hoạt động nhận thức, phát huy tính chủ động của HS Muốn vậy, GV phải không ngừng cải tiến nâng cao hiệu quả của PPDH nhằm kích thích được óc tò mò khoa học, ham hiểu biết của của các em ( bằng cách tạo ra những tình huống có vấn đề ) và hướng tới việc rèn luyện tính độc lập suy nghĩ và tư duy sáng tạo cho HS, phối hợp chặt chẽ những nỗ lực
cá nhân trong tự học với việc học tập hợp tác trong nhóm, đồng thời phải biết sử dụng thành thạo các phương tiện và thiết bị dạy học (TBDH), biết phối hợp nhiều hình thức
tổ chức hoạt động học tập, nắm vững phương pháp kiểm tra kết quả học tập của HS theo hướng đổi mới
- Dạy học dự án (DHDA) là một hình thức tổ chức dạy học đáp ứng được yêu cầu mới Trong DHDA học sinh thực hiện một nhiệm vụ học tập phức hợp, gắn với thực tiễn, kết hợp lý thuyết với thực hành, tự lực lập kế hoạch, thực hiện và đánh giá kết quả Hình thức làm việc chủ yếu là theo nhóm, kết quả dự án là những sản phẩm có thể giới thiệu được như các bài viết, tập tranh ảnh, chương trình hành động cụ thể, thiết bị kỹ thuật; …DHDA còn có tên gọi là dạy học dựa trên dự án ( PBL: Project bassed learning)
- DHDA hay dạy học theo dự án (PBL) là mô hình DH lấy người học làm trung tâm, nhằm phát triển kiến thức và kĩ năng thực hành thông qua việc thực hiện các nhiệm vụ mang tính mở, khuyến khích người học tìm tòi, vận dụng những kiến thức đã học trong quá trình thực hiện một DA học tập DHDA đã được nhiều nhà giáo dục của nhiều nước nghiên cứu và vận dụng vào thực tế mang lại hiệu quả giáo dục cao Ở nước ta, DHDA bước đầu được nghiên cứu và vận dụng vào quá trình dạy học ở trường phổ thông, cao đẳng và đại học
Bài viết này đề xuất một số hướng vận dụng DHDA trong bộ môn Vật lí nhằm góp phần nâng cao năng lực đổi mới PPDH của GV và nâng cao chất lượng lĩnh hội kiến thức cho
HS Ví dụ minh hoạ được áp dụng cho dạy học chương “ Cơ học chất lưu ” Vật lí 10 THPT
2 Hướng vận dụng DHDA nhằm đổi mới PPDH Vật lí
DH Vật lí ở Trường THPT có thể vận dụng DHDA vào các dạng bài học sau: - Tổng kết một chương, một phần chương trình môn học
- Thiết kế, chế tạo dụng cụ thí nghiệm (TN) Vật lí, thiết bị kỹ thuật có nguyên lý hoạt động dựa trên việc vận dụng kiến thức Vật lí
Trang 2Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia về giảng dạy Vật lí - 10/2011
- Bài tập Vật lí: Xây dựng hệ thống bài tập vật lí, bài tập thí nghiệm có nội dung gắn với thực tiễn lao động, sản xuất và đời sống ; Tìm tòi khám phá phương pháp giải mới cho các bài tập có tính sáng tạo cao,
- Bài học xây dựng kiến thức mới, ở dạng bài học này, HS hoặc nhóm HS sẽ được giao cho giải quyết một số nhiệm vụ trung gian
- Bài học ngoại khoá, đây là dạng bài học có nội dung mở rộng chương trình, tạo điều kiện cho HS phát triển kỹ năng thu thập thông tin liên quan đến nhiều lĩnh vực gần gũi với khoa học Vật lí
3 Tổ chức DHDA ở chương “Cơ học chất lưu” Vật lí 10 Nâng cao
Trong năm học 2009-2010, khi dạy học chương “Cơ học chất lưu” Vật lí 10 Nâng cao ở
Trường THPT Trường Xuân, huyện Tháp Mười, tỉnh Đồng Tháp, chúng tôi đã thực
hiện dự án : Thiết kế và chế tạo một số dụng cụ thí nghiệm đơn giản cho chương “
Cơ học chất lưu ” Vật lí 10 Nâng cao
Trong khuôn khổ bài báo cáo này chúng tôi xin giới thiệu tóm tắt hai sản phẩm dự án của một nhóm HS
Sản phẩm 1: Mô hình máy thuỷ lực
Cơ sở lý thuyết
Cơ sở lý thuyết của máy thuỷ lực chính là Nguyên lí Paxcan : Áp suất được truyền đi
trong chất lỏng nguyên vẹn theo mọi phương Do đó trong hình 1, giả sử tác dụng một lực F1 lên pit-tông nhánh trái có tiết diện S1, lực này làm gây áp suất p1 lên chất lỏng bằng:
6
p
1
F2
F 1
S 1
F1
Hình 1 Nguyên lý lý thuyết của máy nén thuỷ lực
Theo Nguyên lí Paxcan, áp suất tác dụng lên tiết diện S2 ở nhánh phải cũng tăng lên một lượng p1 và tạo nên một lực F2 bằng:
Với S2 > S1 thì lực F2 > F1
S2
F 2 S2 p 1 F 1
S 1
Như vậy ta có thể dùng một lực nhỏ F1 ở pittông nhỏ S1 để tạo thành một lực F2 lớn hơn đặt trên pit-tông S2
Nếu cho F1 di chuyển một đoạn bằng d1 xuống dưới thì lực F2 di chuyển lên trên
một đoạn d2 là: d 2 d 1 S 1
S 2
d 1
Trang 3Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia về giảng dạy Vật lí - 10/2011 7
Lúc này công của lực F1 thực hiện được là F1S1; còn công do lực F2 thực hiện được là
F2S2, ta có F1S1 = F2S2, tức là công được bảo toàn
Hình 2 Một loại máy thuỷ lực trong thực tế
Sản phẩm máy thuỷ lực của học sinh ( hình 3 )
Sau khi đã được học về định luật Pascal và ứng dụng của nó, HS được giao nhiệm vụ: Bằng những vật liệu thường ngày, hãy thiết kế và chế tạo một mô hình máy thuỷ lực HS
đã sưu tầm các ống tiêm có kích cỡ khác nhau làm xilanh và pittông, thiết kế đế máy, ống nhựa kết nối,…
Và đã chế tạo mô hình máy thuỷ lực như hình 3 Trong khi trình bày tiến trình và kết quả thực hiện dự án, HS đã biểu diễn khả nâng nâng vật nặng và ép vật xuống của máy thuỷ lực một cách rất sinh động, được mọi người tham dự cổ vũ và khen ngợi
Ống tiêm tiết
tiết diện lớn S2
ống dẫn
Giá đỡ
Hình 3 Cấu tạo của mô hình máy nén thuỷ lực do HS chế tạo
Nguyên lý hoạt động
Khi ta ấn một lực vào vào pit-tông S1 có tiết diện nhỏ, thì ở pit-tông S2 có tiết diện lớn sẽ tạo ra một lực lớn hơn Nhờ có lực lớn hơn nên ta được lợi khi dùng để nâng vật lên, để
ép hoặc nén các vật xuống cho chặt lại
Trang 4Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia về giảng dạy Vật lí - 10/2011 8
Ứng dụng: Máy nén thuỷ lực được sử dụng rộng rãi trong đời sống và trong kỹ
thuật, ví dụ:
- Máy nén thuỷ lực ứng dụng để nâng vật có trọng lượng lớn ( như một ôtô ) một cách dễ dàng ( chỉ bằng lực cánh tay thông thường ) Máy nén thuỷ lực trong trường hợp này thường dùng gọi là kích thuỷ lực
- Máy nén thuỷ lực được dùng để vận hành hệ thống điều khiển khí nén, hệ thống nâng thuỷ lực hàng không, hệ thống phanh thuỷ lực trong nhiều ngành cơ khí, vận tải,…
Sản phẩm 2: Ống Pitô - dụng cụ đo vận tốc máy bay
* Cơ sở lý thuyết: Cơ sở lý thuyết của ống Pitô là định luật Bec-nu-li Định luật này cho
biết, đối với ống dòng nằm ngang và ổn định thì:
- Áp suất toàn phần của chất lỏng ở mọi điểm trên ống dòng là như nhau
1 2
p 2 v const
- Tại những điểm khác nhau trên ống dòng thì áp suất tĩnh p và áp suất động phụ thuộc
vào vận tốc dòng tại từng điểm Căn cứ vào đây ta có thể thiết kế và chế tạo ống Pi-tô
để đo vận tốc dòng không khí ( và cũng là vận tốc máy bay ) sát trên cánh hoặc thân máy bay khi máy bay chuyển động trong không khí Muốn thể ta phải đo áp suất toàn phần và áp suất thuỷ tĩnh của ống dòng không khí Từ đó biết giá trị áp suất động
1
2 v
2
và biết là khối lượng riêng không khí, ta có giá trị của
B
A
Hình 4 Ống A đo áp suất tĩnh Ống B đo áp suất toàn phần
* Nguyên lý hoạt động
Ống Pitô cho phép đo vận tốc dòng không khí sát trên cánh hoặc sát thân máy bay Do
đó ống Pitô phải là một thiết bị đo được cả áp suất tĩnh lẫn áp suất động của dòng không khí Muốn vậy ống Pitô phải có 2 đầu, một đầu để đo áp suất tĩnh, một đầu để
đo áp suất toàn phần Hiệu giữa áp suất toàn phần với áp suất tĩnh là giá trị của áp suất động
* Cấu tạo của sản phẩm
4 ống nhựa PVC = 21mm để giữ chặt ống chữ U và làm giá đỡ
Trang 5Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia về giảng dạy Vật lí - 10/2011 9
1 ống nhựa dẻo trong suốt dài 25cm tạo hình ống chữ U
1 co nhựa để tạo tiết diện vuông góc với luồng không khí vào ống hình chữ U
Nước đổ vào ống hình chữ U ( hình 5 )
Nhánh 2
Nhánh 1
Sản phẩm ống pi-tô do HS chế tạo
Nếu gắn ống Pitô vào cánh máy bay, sao cho phần bụng hình chữ U nằm trong lòng cánh còn 2 đầu được nhô ra ngoài, sát cánh máy bay thì ta thấy:
- Khi máy bay đứng yên, mực chất lỏng ở hai nhánh như nhau
- Khi bay mực chất lỏng ở nhánh 2 dâng lên, ở nhánh 1 tụt xuống Độ chênh lệch h ở 2 nhánh cho biết vận tốc dòng không khí ( và là vận tốc máy bay )
2 g h
v
Với:
KK
: khối lượng riêng chất lỏng trong ống chữ U h:
độ chênh lệch mực chất lỏng của hai nhánh kk: khối lượng riêng của không khí ở bên ngoài g: gia tốc trọng trường
Trong buổi báo cáo kết quả hoạt động của dự án, HS đã dùng quạt điện và thiết bị tạo dòng không khí để biểu diễn và kết quả khá tốt
Ứng dụng: Ống pitô được gắn vào cánh máy bay sao cho một nhánh ở bên trong
máy bay, còn nhánh kia ở ngoài không khí Khi máy bay đang bay vận tốc của luồng không khí vuông góc với tiết diện S của 1 nhánh chữ U Độ chênh lệch của 2 mức chất lỏng trong ống chữ U cho phép ta tính được vận tốc của dòng không khí tức là vận tốc máy bay
Trang 6Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia về giảng dạy Vật lí - 10/2011 10
4 Kết luận
Kết quả nghiên cứu của chúng tôi đã góp phần làm sáng tỏ thêm những luận điểm sau: - Vận dụng DHDA là hình thức dạy học có nhiều ưu điểm, trong đó HS tìm hiểu, đề xuất
và giải quyết những vấn đề liên quan đến thực tế, cuối cùng là tạo ra sản phẩm - DHDA góp phần phát triển tư duy HS, đào tạo ra HS có năng lực làm việc tự lực, sáng tạo, tinh thần trách nhiệm cao, khả năng cộng tác làm việc tốt
Từ đó chúng tôi cho rằng, cần phải tăng cường tổ chức dạy học Vật lí ở trường phổ thông theo hướng DHDA nhiều hơn để hiện thực hoá mục tiêu giáo dục trong giai đoạn hiện nay
Tài liệu tham khảo:
1 Nguyễn Hải Châu- Nguyễn Trọng Sửu Những vấn đề chung về đổi mới giáo dục Trung học phổ thông NXB Giáo dục H 2007
2 Nguyến Thị Chung Nghiên cứu vận dụng dạy học thiết kế ( dạy học dự án ) vào
việc tổ chức bài học thực hành vật lí lớp 9 Luận văn thạc sỹ Trường Đại học Sư
phạm Vinh 1998
3 Nguyễn Văn Cường - Bernd Meier Một số vấn đề về đổi mới phương pháp dạy học ở Trường THPT Hà Nội 2008
4 Nguyễn Quang Lạc Lí luận dạy học hiện đại ở trường phổ thông Trường Đại học
Vinh 1995
5 Đỗ Hương Trà - Phạm Vân Ngọc Vận dụng dạy học dự án trong dạy học ứng dụng kĩ thuật của Vật lí Tạp chí giáo dục số 221 kì 1 ( 9/2009 )
PGS TS Nguyễn Quang Lạc, Trường ĐH Vinh ; ThS Trần Duy Tân, Trường THPT Trường Xuân, T.Đồng Tháp