Tài liệu Giải pháp hướng dẫn học sinh nghiên cứu khoa học hiệu quả qua dự án Hệ thống nước nóng lạnh dùng ánh nắng mặt trời

Kỹ năng học tập, làm việc nhóm, lập luận, trình bày…của học sinh được cải thiện, góp phần thúc đẩy việc thay đổi phương pháp dạy học theo hướng tích cực hiện nay; tạo sân chơi mới lý thú

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

I- Sơ lược lý lịch tác giả:

- Họ và tên: Nguyễn Phạm Tuân Nam, nữ: nam

- Ngày tháng năm sinh: 1983

- Nơi thường trú: Phú Thọ - Phú Tân – An Giang

- Đơn vị công tác: THCS-THPT Phú Tân

- Chức vụ hiện nay: TTCM

- Trình độ chuyên môn: ĐHSP

- Lĩnh vực công tác:giảng dạy

II Sơ lược đặc điểm tình hình đơn vị:

1 Tóm tắt tình hình đơn vị

1.1 Thuận lợi

- Được sự quan tâm chỉ đạo sâu sắc của BGH nhà trường

- Đầu vào lớp 10 được cải thiện: NV1 với điểm chuẩn 17 điểm, NV2 điểm sàn 19.5đ

- Phòng bộ môn được trang bị khá đầy đủ cho khối THPT và đạt chuẩn 06/06P

- Chất lượng ổn định và nâng dần, bước đầu tạo uy tín đối với PHHS và địa phương

1.2 Khó khăn

- Đầu vào của K6 vẫn tiếp tục có chất lượng thấp

- Học sinh có sổ hộ nghèo, cận nghèo chiếm tỉ lệ cao Trong số học sinh trên, học sinh

có hoàn cảnh, cha mẹ ly hôn, làm ăn xa gửi con cho ông, bà, người thân khá cao Điều này ảnh hưởng đến công tác phối hợp giáo dục giữa gia đình, nhà trường và xã hội

- Tình hình về phòng học gặp khó khăn trong việc tổ chức dạy bồi dưỡng HSG, phụ đạo học sinh yếu

2 Tên sáng kiến/đề tài giải pháp: Giải pháp hướng dẫn học sinh nghiên cứu khoa học

hiệu quả qua dự án “ Hệ thống nước nóng lạnh dùng ánh nắng mặt trời”

- Lĩnh vực: chuyên môn

III Mục đích yêu cầu của đề tài, sáng kiến:

1 Thực trạng ban đầu trước khi áp dụng sáng kiến

Trong vài năm gần đây phong trào NCKH (nghiên cứu khoa học) ở trường THCS và THPT Phú Tân được chú trọng Số lượng và chất lượng các đề tài tham dự cuộc thi ngày càng nhiều và chất lượng hơn Kỹ năng học tập, làm việc nhóm, lập luận, trình bày…của học sinh được cải thiện, góp phần thúc đẩy việc thay đổi phương pháp dạy học theo hướng tích cực hiện nay; tạo sân chơi mới lý thú, bổ ích, hấp dẫn; bồi dưỡng cho học sinh kể cả giáo viên kỹ năng phương pháp NCKH; hỗ trợ tích cực cho hoạt động chuyên môn trong nhà trường, giúp học sinh biết vận dụng kiến thức trong sách vở vào giải quyết các vấn đề thực tiễn cuộc sống, làm quen sớm với

NCKH

Tuy nhiên, tôi nhận thấy rằng tỷ lệ học sinh tham gia những sân chơi sáng tạo, nghiên cứu khoa học kỹ thuật ở trường còn khiêm tốn, hạn chế Điển hình trong năm học 2016-2017 có 3 dự án dự thi, năm học 2017-2018 có 4 dự án Trong khi Sở GD

ĐT An giang qui định trường phổ thông được 6 dự án Điều này cho thấy, kết quả đạt được vẫn chưa thể hiện hết tầm vóc, sự thông minh, sáng tạo của học sinh Sự phát triển của phong trào NCKH chưa đều khắp giữa các môn, các lĩnh vực và chưa thật sự bền vững

Có nhiều nguyên nhân khách quan, chủ quan khác nhau nên phong trào NCKH còn hạn chế Một phần do ảnh hưởng của thực trạng nền giáo dục hiện tại quá đặt năng việc học và thi cử, phần lớn các em tập trung việc học là chính Chế độ chính sách chưa đủ sức thu hút giáo viên, học sinh tham gia NCKH

Bên cạnh đó, việc “nhóm lửa” phát huy khả năng khám phá, tư duy độc lập,

sáng tạo và NCKH ở học sinh phổ thông còn nhiều hạn chế, rào cản Số lượng, chất

lượng các đề tài chưa phát huy tiềm năng trí tuệ, sáng tạo của học sinh, một số học sinh chưa hứng thú với NCKH, thậm chí một số ít em được phỏng vấn vẫn còn chưa biết đến sân chơi khoa học bổ ích này tạo ra là cho mình (cho rằng sân chơi này là của đội học sinh giỏi và của giáo viên) Học sinh vẫn còn gặp khó khăn trong xác định ý tưởng, lựa chọn đề tài và thời gian giành cho NCKH

Ngoài ra, một số giáo viên còn hạn chế về kỹ năng, phương pháp NCKH từ đó dẫn đến tâm lý ngại hướng dẫn NCKH cho học sinh, thiếu niềm tin vào công tác NCKH của các em; Thiếu các cơ chế, chính sách tạo động lực và nguồn tài chính hỗ trợ cho hoạt động NCKH của học sinh Tâm lý một số phụ huynh không muốn cho con em mình tham gia hoạt động NCKH vì e sợ sẽ ảnh hưởng đến kết quả học tập nên thiếu sự ủng hộ và động viên khuyến khích

2 Sự cần thiết phải áp dụng sáng kiến

Để hoạt động NCKH của học sinh trường THCS và THPT Phú Tân được nâng cao và phát triển bền vững Tôi nhận thấy giáo viên hướng dẫn đóng vai trò hết sức quan trọng, quyết định đến sự thành bại của dự án Khi giáo viên có phương pháp đúng đắn, hiệu quả thì dự án NCKH của học sinh đạt kết quả cao trong các kì thi

Bản thân hướng dẫn học sinh NCKH và có thể nói hiệu quả trong kì thi NCKH cấp tỉnh Với kinh nghiệm rút ra được từ bản thân và mong muốn giúp đồng nghiệp có

phương pháp hướng dẫn học sinh NCKH hiệu quả hơn, giúp phong trào NCKH của trường nói chung của của tỉnh nhà nói riêng phát triển cả chất và lượng Từ đó tôi

chọn sáng kiến “Giải pháp hướng dẫn học sinh nghiên cứu khoa học hiệu quả qua

Thầy và trò lên kế hoạch mua vật tư, thiết bị, thiết kế dự án, hoàn thành dự án

và các hồ sơ cần thiết đầu tháng 12 tham gửi lên trường học kết nối Ngày

12-14/12/2017 tham dự cuộc thi NCKH cấp tỉnh

Dự án được giải nhì cuộc thi NCKH cấp tỉnh năm học 2018-2019 Đạt được kết quả đó tôi đã thực hiện các giải pháp hướng dẫn học sinh NCKH hiệu quả Đúc kết từ kinh nghiệm bản thân và kiến thức học tập được viết thành sáng kiến kinh nghiệm này

3.2 Thời gian thực hiện.

Bản thân thực hiện sáng kiến từ HKII năm học 2016-2017 đến HKI năm học 2017-2018

3.3 Biện pháp thực hiện

3.3.1.Cơ sở lý luận

Một dự án khoa học kĩ thuật là một nghiên cứu độc lập của một cá nhân hoặc một nhóm về một chủ đề khoa học nào đó và đem lại những kết quả nhất định trong khoa học hoặc ứng dụng trong thực tiễn Thực hiện một dự án khoa học kĩ thuật sẽ trang bị cho học sinh những kĩ năng của một nhà khoa học thực sự và cơ hội tích lũy kiến thức khoa học của nhân loại Các dự án kỹ thuật thường khác với hầu hết các dự

án khoa học Mục tiêu của dự án kĩ thuật là xây dựng một thiết bị hoặc thiết kế một hệ thống để giải quyết một vấn đề

Các bước thực hiện đối với dự án khoa học và dự án kĩ thuật

* Đối với một dự án khoa học

Bước 1: Xác định câu hỏi nghiên cứu

- Lựa chọn một chủ đề Thu hẹp chủ đề bằng cách xem xét những trường hợp đặc biệt

- Tiến hành nghiên cứu tổng quan và viết dự thảo đề cương nghiên cứu -Nêu một giả thuyết khoa học hoặc nêu mục đích nghiên cứu

Bước 2: Kế hoạch và phương pháp nghiên cứu

-Xây dựng kế hoạch nghiên cứu/thiết kế thí nghiệm

- Yêu cầu phê duyệt dự án (điền các mẫu phiếu và xin chữ ký phê duyệt)

- Viết báo cáo nghiên cứu tổng quan

Bước 3: Thực hiện kế hoạch nghiên cứu

- Thu thập tài liệu và thiết bị thí nghiệm; xây dựng thời gian biểu trong phòng thí nghiệm

- Tiến hành thí nghiệm Ghi lại các dữ liệu định lượng và định tính

- Phân tích dữ liệu, áp dụng các phương pháp thống kê thích hợp

- Lặp lại thí nghiệm, khi cần thiết, nhằm triệt để khám phá những vấn

đề

- Đưa ra một kết luận

- Viết báo cáo thí nghiệm

- Viết tóm tắt báo cáo

Bước 4: Trình bày kết quả nghiên cứu

- Ghi lại các hình ảnh để giới thiệu dự án

- Làm bài thuyết trình về dự án trước giáo viên và/hoặc các bạn cùng lớp

- Thiết kế poster để giới thiệu dự án tại cuộc thi khoa học kĩ thuật

* Đối với một dự án kĩ thuật

Bước 1: Xác định vấn đề nghiên cứu

- Xác định nhu cầu hoặc tiếp nhận yêu cầu

Bước 2: Thiết kế và phương pháp

- Phát triển các tiêu chuẩn thiết kế

- Thực hiện việc tìm kiếm tài liệu và nghiên cứu tổng quan

- Chuẩn bị thiết kế sơ bộ hoặc thuật toán dưới dạng sơ đồ khối

Bước 3: Thực hiện: Xây dựng và kiểm tra

- Sản xuất mẫu hoặc viết chương trình máy tính

- Kiểm tra các mẫu/chương trình máy tính - Thiết kế lại, khi cần thiết

Bước 4: Trình bày kết quả nghiên cứu

- Ghi lại các hình ảnh để giới thiệu dự án

- Làm bài thuyết trình về dự án trước giáo viên và/hoặc các bạn cùng lớp

- Thiết kế poster để giới thiệu dự án tại cuộc thi khoa học kĩ thuật

3.3.2 Giải quyết vấn đề

Trong năm học 2017-2018 tôi được phân công hướng dẫn học sinh NCKH dự

án “Hệ thống nước nóng lạnh dùng ánh nắng mặt trời”Bản thực hiện giải pháp sau và

có hiệu quả:

- Thứ nhất: Phát động cuộc thi “ý tưởng khoa học”

Nếu trường chưa tổ chức được cuộc thi “ý tưởng khoa học” Giáo viên phải biết phát động cuộc thi “ý tưởng khoa học ” ở các lớp mình dạy, bởi vì chỉ các em mới có ý tưởng phong phú Ý tưởng phải xuất phát từ chính bản thân học sinh trong quá trình học tập, trong đời sống hàng ngày và nhu cầu vận dụng kiến thức, kỹ năng

đã biết vào giải quyết các vấn đề của thực tiễn đời sống Từ đó học sinh hiện thực hóa

ý tưởng một cách tự nguyện, đam mê và nghiêm túc kiên trì thực hiện để chọn ra ý tưởng hay, có thể thực hiện được Giáo viên không nên đưa ra ý tưởng rồi áp đặt học sinh, giáo viên có thể lâm vào tình trạng cạn kiệt ý tưởng và dự án thực hiện rất dễ bị thất bại sau này

Để học sinh có nhiều ý tưởng hay, thực tế Giáo viên phải chia sẻ với các em về hoạt động NCKH mà các em có thể thực hiện được như sau:

Giới thiệu cho HS về các sản phẩm đã tham dự cuộc thi NCKH và đạt giải cấp tỉnh trong những năm gần đây Chia sẽ cho học sinh về các ý tưởng mà các em có thể gặp từ cuộc sống hàng ngày, những ý tưởng đơn giản từ việc cải tiến sản phẩm hiện có trong cuộc sống quanh em Qua đó chọn các ý tưởng hay tư vấn, hỗ trợ các em thực hiện để tham dự cuộc thi NCKH cấp trường để chấm chọn các dự án gửi thi cấp tỉnh

Tốt nhất tham mưu với nhà trường tổ chức được cuộc thi “ý tưởng khoa học” cấp trường Khi đó các ý tưởng nhiều hơn, phong phú hơn, tạo ra phong trào NCKH sôi nổi lan rộng và phát triển

Cuộc thi “ý tưởng khoa học” diễn ra đúng thời điểm khống sớm quá , cũng không trễ quá Nên thực hiện ở HKII của năm học trước của kì thi NCKH cấp tỉnh

Ví dụ: Để dự án của học sinh tham dự cuộc khi NCKH cấp tỉnh năm 2017-2018 Do

trường chưa tổ chức cuộc thi “ý tưởng khoa học” Bản thân đã phát động cuộc thi “ý tưởng khoa học” ở HKII năm học 2016-2017 ở các lớp như 11C1,2,4,5 và 12C1,3 Chọn ra được một ý tưởng “hệ thống nước nóng lành dùng ánh nắng mặt trời” tham

dự cuộc thi NCKH cấp trường đầu năm học 2017-2018 Tiếp đó tham dự cuộc thi cấp tỉnh

- Thứ hai: Xác định tính khả thi của dự án

Sau khi đã lựa chọn được chủ đề quan tâm và hình thành được ý tưởng, cần đặt

ra và trả lời những câu hỏi để xác định tính khả thi của dự án:

Dự án có thể được hoàn thành trong khoảng thời gian cho phép? Nếu dự án cần tiến hành các thí nghiệm nghiên cứu thì có đủ thời gian cần thiết để kiểm tra và thực hiện lại các thí nghiệm trong thời gian cho phép hay không?

Việc thực hiện dự án có phụ thuộc vào điều kiện về môi trường, thời gian, thời điểm hay không? (Ví dụ: cần những thời điểm thích hợp trong năm để quan sát hay thu thập các mẫu dữ liệu)

Phòng thí nghiệm hay các tài nguyên khác để thực hiện thực hiện dự án có đầy

đủ, đáp ứng yêu cầu không?

Chi phí hoàn thành dự án: Liệu có đủ chi phí để thực hiện? Có cần những thiết

bị đặc biệt mà hiện tại mình chưa có? Liệu có thể có được thiết bị đó nếu thực hiện dự án?

Dự án có phù hợp với các quy định liên quan đến nghiên cứu khoa học?

Ví dụ: HKII năm học 2016 – 2017 từ cuộc thi “ý tưởng khoa học” ở các lớp

11C1,3,4,5 và 12C1,3 do bản thân phát động Một số em ý tưởng hay và sáng tạo như:

Hệ thống nước nóng lạnh dùng ánh nắng mặt trời, sạc điện thoại bằng pin vuông 9 vôn, hệ thống tưới nước làm mát ngôi nhà

Tôi chọn dự án “ Hệ thống nước nóng lạnh dùng ánh nắng mặt trời” của hai em Trần Văn Đón và Lê Thị Kiều Oanh

Hai em đưa ra ý tưởng: Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại máy nước nóng như máy nước nóng dùng điện hay máy nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời… Những loại này thường có giá thành cao,tốn nhiều điện năng, lắp đặt khó khăn, cần phải bảo trì , sữa chữa , nguy hiểm, Vì vậy phần lớn bà con ở nông thôn hoặc những người có

hoàn cảnh khó khăn không có khả năng trang bị được Từ những nhu cầu thực tế đó

Hai em đưa ra ý tưởng làm” HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG – LẠNH DÙNG ÁNH NẮNG MẶT TRỜI” với nhiều tính năng ưu việt:

- Vật tư dễ mua, dễ tìm, giá thành rẻ

- Dễ làm , dễ lắp đặt, an toàn

- Dễ bảo trì sửa chữa

- Giá thành rất thấp

- Phù hợp với gia đình nông thôn

Theo đánh giá bản thân dự án có tính khả thi, chi phí vừa túi tiền và có nhiều điểm mới so sản phẩm trước đây, có đủ thời gian thực hiện được

- Thứ 3: Thông báo đến học sinh, giáo viên chủ nhiệm và phụ huynh học sinh

về dự án mà các em thực hiện

Gia đình sẽ ảnh hưởng rất lớn và tác động rất lớn đến các em Sự hỗ trợ về vật chất lẫn tinh thần từ phía gia đình là điểm tựa tốt nhất giúp các em thành công hơn khi làm nghiên cứu Giáo viên hướng dẫn trình bày cho phụ huynh hiểu về việc làm

NCKH, những lợi ích khi tham gia và những khó khăn có thể gặp phải khi làm nghiên cứu Lúc đó phụ huynh sẽ đồng hành của giáo viên và học sinh trong quá trình

NCKH

Ví dụ: Khi được phân công hướng dẫn học sinh về dự án “Hệ thống nước nóng lạnh

dùng ánh nắng mặt trời” Tôi thông báo đến giáo viên chủ nhiệm hai em về cuộc thi đề

có sự động viên, giúp đỡ từ chủ nhiệm Đặc biệt liên hệ phụ huynh của hai em trao đổi

về lợi ích khi làm NCKH , về chi phí của dự án , về thời gian làm dự án để có sự hỗ trợ về vật chất lẫn tinh thần từ phía gia đình

Lúc đó gia đình em Lê Thị Kiều Oanh rất ủng hộ và thường xuyên liên hệ hỏi thăm, giúp đỡ, đặc biệt về kinh phí làm dự án

- Thứ 4: Lập sổ tay khoa học

Điều đầu tiên cần làm khi bắt đầu một dự án là lập một cuốn sổ tay khoa học Cuốn sổ sẽ ghi lại tuần tự suy nghĩ, việc làm và sự phát triển của vấn đề trong suốt quá trình thực hiện dự án Sổ tay khoa học là một minh chứng đảm bảo rằng chúng ta là những người thực làm (không giả mạo) Cuốn sổ ghi lại nhật kí làm việc một cách khoa học trong đó các trang giấy có mối quan hệ chặt chẽ với nhau Vì vậy, cần bảo quản thật tốt và tránh làm các trang tài liệu này bị thất lạc

- Thứ 5: Đưa ra giả thuyết khoa học hoặc đặt mục tiêu cho dự án

Có thể nói một giả thuyết khoa học là một giải pháp cần được kiểm chứng cho vấn đề nghiên cứu Các dữ liệu thu được thông qua thí nghiệm có thể được sử dụng để

khẳng định hoặc bác bỏ giả thuyết Đôi khi dữ liệu thu được cũng có thể không giúp cho việc khẳng định cũng như bác bỏ giả thuyết đã đưa ra

Một điều rất quan trọng là tóm tắt các công việc cần giải quyết của dự án như tuyên bố về mục tiêu Đây là việc làm thường thấy đối với các dự án kỹ thuật Không phải là sự kiểm nghiệm một giả thuyết, các dự án này thường liên quan đến sự phát triển của thiết bị mới, vật liệu mới

Ví Dụ: MỤC TIÊU, KẾT QUẢ MONG ĐỢI, GIẢ THUYẾT của dự án “Hệ thống

nước nóng lạnh dùng ánh nắng mặt trời”

Mục tiêu:

Giúp những gia đình ở nông thôn, gia đình hoàn cảnh khó khăn có thể tự làm

ra được hệ thống nóng lạnh dùng ánh nắng mặt trời

Điểm mới của dự án so với các dự án trước đây:

Hạn chế của dự án trước đây:

- Bể nước nóng dùng một miếng kiếng làm nắp đậy có sự thoát nhiệt nhiều

- Dùng 5 miếng kiếng làm bể chứa nước chi phí cao

- Hiệu suất hấp thụ nhiệt chưa cao

- Hệ thống nóng lạnh đi chung một ống, khi pha nước sử dụng gặp khó khăn

Hai em nghiên cứu khắc phục hạn chế đó :

- Dùng 2 tấm kính, dán keo xung quanh tạo khoảng trống không khí hạn

chế sự thoát nhiệt ra bên ngoài

- Dùng tấm cao su giữ nước trong bể thay 5 tấm kính giảm chi phí

- Dùng vải màu đen dán mặt đáy và 4 mặt xung quanh tăng hiệu suất hấp thụ nhiệt

- Làm đường ống nước nóng và nước lạnh riêng cho vào bình pha nước dễ dàng hơn

Kết quả mong đợi:

Có được “Hệ thống nước nóng lạnh dùng ánh nắng măt trời” dễ làm, dễ lắp đặt , dễ sử dụng

Lập kế hoạch nghiên cứu, rà soát lại tất cả các ý tưởng thiết kế trong cuốn sổ tay khoa học và trình bày lại ý tưởng bằng các sơ đồ, dự kiến các vật tư cần thiết Đây

là những điều hết sức cần thiết trong một dự án kỹ thuật Khi phát triển thiết kế các thí nghiệm cần xem xét các câu hỏi sau đây: Thiết kế sẽ kiểm nghiệm một giả thuyết hoặc đạt được mục tiêu đề ra? Những yếu tố ảnh hưởng đến thí nghiệm? Sự phụ thuộc và/hoặc độc lập của các yếu tố đó như thế nào?

Tiến hành thí nghiệm nghiên cứu Sau khi đã hoàn thành thiết kế thí nghiệm, tiến hành lập kế hoạch và tổ chức thực hiện thí nghiệm Việc thực hiện các thí nghiệm phải đặt trong các điều kiện kiểm soát được Trong quá trình tiến hành thí nghiệm cần phải thường xuyên ghi chú và lưu trữ mọi diễn biến và kết quả trong quá trình thí nghiệm trong sổ tay khoa học

Tổ chức tất cả các tài liệu và trang thiết bị để sẵn sàng cho sử dụng khi cần Phác thảo các thủ tục và tạo ra một thời gian biểu hợp lí

Cần những thiết bị gì để đo lường kết quả? Cách sử dụng chúng? Liệu các công

cụ đó cho phép đo lường được kết quả chính xác? Thực hiện các phép đo định kỳ và ghi kết quả vào cuốn sổ tay khoa học Lặp lại thí nghiệm, nếu cần thiết để kiểm tra tính chính xác của kết quả Dựa vào kết quả đo, có thể cần phải làm rõ hoặc thậm chí làm thay đổi giả thuyết, thiết kế lại các thí nghiệm, và thực hiện lại quy trình từ đầu

Ví Dụ: Mô tả chi tiết thiết kế dự án “Hệ thống nước nóng lạnh dùng ánh nắng mặt

- Tấm mút xốp : 3 miếng 2m-1m, dầy 5 phân

- 1 cái phao nổi

+ Bước 2: gắn mút xốp 2 lớp (dày 4li) làm mặt đáy và bốn mặt xung quanh

có dán keo silicon để hạn chế thoát nhiệt và tăng khả năng chống chịu từ áp lực

+ Bước 6: gắn phao nổi vào ống nước vào , điều chỉnh mực nước dưới hai ống

nước vào và ống nước ra tránh rịnh nước ra ngoài

+ Bước 7: dùng những lon bia sơn đen cắt hai đầu làm tăng khả năng hấp thụ

nhiệt

+ Bước 8: dùng keo hai mặt dán trên mút xốp , không bắn keo được vì nhiệt độ

cao keo an mòn mút xốp

+ Bước 9: sử dụng 2 miếng kiếng 4li chồng lên nhau ,ở giữa dùng 4 miếng

kiếng bề ngang 1dm chiều dài bằng tấm kiếng lớn đặt xung quanh, dán keo tạo khoảng trống không khí hạn chế sự thoát nhiệt ra bên ngoài Do hệ số dẫn nhiệt của không khí thấp hơn hệ sơ dẫn nhiệt của thủy tinh (thủy tinh 1,0 W/(m.k) , không khí 0,024 W/(m.k) )