Khóa luận Tổ chức dạy học một số kiến thức chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” - Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM

140 trang thiennha21 16/04/2022 10450

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Tổ chức dạy học một số kiến thức chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” - Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

khoa_luan_to_chuc_day_hoc_mot_so_kien_thuc_chuong_can_bang_v.pdf

Nội dung text: Khóa luận Tổ chức dạy học một số kiến thức chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” - Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ Phạm Hoàng My TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “CÂN BẰNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN” – VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH Phạm Hoàng My TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG “CÂN BẰNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN” – VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM Chuyên ngành: Sư phạm Vật lí KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. PHÙNG VIỆT HẢI Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 7 năm 2020
i LỜI CẢM ƠN Cho phép tôi được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình đến: - Quý thầy, cô giảng viên khoa Vật lí trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh đã dạy dỗ, truyền đạt kiến thức, kinh nghiệm, sự nhiệt huyết với nghề cho tôi và các bạn sinh viên khác trong suốt quá trình học tập tại trường. - Thầy TS. Phùng Việt Hải- giảng viên đã hướng dẫn, hỗ trợ, dìu dắt tôi thực hiện khóa luận. Mặc dù có những khó khăn về khoảng cách địa lí, nhưng với kinh nghiệm, sự nhiệt huyết cùng lòng yêu nghề của mình, thầy đã truyền đạt tận tình các kiến thức chuyên môn và cho tôi những lời khuyên quý báu. Những góp ý của thầy thực sự giúp ích rất nhiều để tôi có thể hoàn thành được khoá luận tốt nghiệp của mình. - Thầy TS. Nguyễn Thanh Nga – giảng viên khoa Vật lí trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh – người đã nhiệt tình hỗ trợ, động viên và cho tôi nhiều lời khuyên hữu ích để tôi có thể hoàn thành khóa luận tốt nghiệp của mình. - Thầy ThS. Hoàng Phước Muội - Giáo viên môn Vật lí trường THCS - THPT Hoa Sen đã giúp em thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi của khoá luận. - Ban giám hiệu trường THCS - THPT Hoa Sen (quận 9), quý thầy cô tổ Vật lí, và các em học sinh lớp 10C8 đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi thực nghiệm sư phạm tại trường, làm cơ sở để hoàn thành tốt khoá luận tốt nghiệp. - Cuối cùng, tôi xin gửi lời cám ơn của mình đến gia đình, bạn bè đã luôn sát cánh, giúp đỡ, động viên tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành khoá luận tốt nghiệp này. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 09 tháng 07 năm 2020 Sinh viên Phạm Hoàng My Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
ii Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
i MỤC LỤC DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DANH MỤC BẢNG DANH MỤC SƠ ĐỒ DANH MỤC HÌNH ẢNH MỞ ĐẦU 1 Lý do chọn đề tài 1 2 Mục đích của đề tài 2 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 2 a. Đối tượng nghiên cứu 2 b. Phạm vi nghiên cứu 2 4 Giả thuyết khoa học 3 5 Nhiệm vụ nghiên cứu 3 6 Phương pháp nghiên cứu 3 7 Cấu trúc khóa luận 4 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 5 1.1 Dạy học theo định hướng giáo dục STEM 5 Khái niệm STEM 5 Giáo dục STEM 5 Mục tiêu giáo dục STEM 7 Chủ đề STEM 7 Quy trình dạy học theo định hướng giáo dục STEM 13 Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
ii 1.2 Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo 19 Khái niệm năng lực 19 Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo 19 Yêu cầu cần đạt về năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo 20 TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG CÂN BẰNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN- VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM. 23 2.1 Phân tích nội dung chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn- Vật lí 10” 23 Vị trí chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” 23 Phân tích cấu trúc của chương 23 Mục tiêu của chương 26 2.2 Xây dựng chủ đề “Mô hình cần cẩu tháp” 27 Mô tả chủ đề 27 Các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề 27 Các kiến thức thuộc lĩnh vực STEM trong chủ đề 28 Mục tiêu chủ đề 28 Chuẩn bị của giáo viên 29 Tiến trình dạy học tổng thể 44 Tiến trình dạy học chi tiết 48 Tiêu chí đánh giá trong dạy học chủ đề Mô hình cần cẩu tháp 68 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 79 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 79 Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
iii 3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 79 3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 79 3.4 Thuận lợi và khó khăn trong quá trình thực nghiệm sư phạm 79 Thuận lợi 79 Khó khăn 80 3.5 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm 80 3.6 Diễn biến thực nghiệm và đánh giá định tính năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo 81 3.7 Đánh giá định lượng năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo. 101 3.8 Đánh giá tổng quan 103 Đánh giá tính phù hợp thực tế dạy học với thời lượng dự kiến 103 Đánh giá mức độ đạt được mục tiêu của học sinh 104 Đánh giá sự hứng thú của học sinh với chủ đề 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 109 Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
iv DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT Kí hiệu Chú giải GV Giáo viên HS Học sinh NL Năng lực GQVĐVST Giải quyết vấn đề và sáng tạo STEM Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật), Mathematics (Toán học) KTKN Kiến thức, kĩ năng TCTH Tự chủ tự học TM Thẩm mĩ PC Phẩm chất Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
v DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1. Tiến trình dạy học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật ___ 16 Bảng 1.2. : Yêu cần cần đạt về năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo đối với cấp trung học phổ thông ___ 20 Bảng 2.1: Cấu trúc chương Cân bằng và chuyển động của vật rắn- ___ 23 Bảng 2.2: Các kiến thức thuộc lĩnh vực STEM trong chủ đề Mô hình cần cẩu tháp __ 28 Bảng 2.3. Dụng cụ, học liệu GV cần chuẩn bị ___ 30 Bảng 2.4: Bảng vật liệu giáo viên chuẩn bị và phát cho các nhóm ___ 31 Bảng 2.5 Bảng dụng cụ giáo viên chuẩn bị và phát cho các nhóm ___ 34 Bảng 2.6. Các bước gia công các chi tiết của mô hình cần cẩu tháp ___ 36 Bảng 2.7. Các bước lắp ráp mô hình cần cẩu tháp ___ 41 Bảng 2.8. Chuỗi hoạt động dạy học chủ đề Mô hình cần cẩu tháp ___ 44 Bảng 2.9 Tiến trình dạy học Hoạt động 1 ___ 48 Bảng 2.10. Tiến trình dạy học Hoạt động 2 ___ 50 Bảng 2.11. Tiến trình dạy học Hoạt động 3 ___ 65 Bảng 2.12. Tiến trình dạy học Hoạt động 4 ___ 67 Bảng 2.13. Tiến trình dạy học Hoạt động 5 ___ 67 Bảng 2.14. Tiêu chí đánh giá phương án thiết kế ___ 68 Bảng 2.15. Bảng tiêu chí đánh giá sản phẩm ___ 69 Bảng 2.16. Đánh giá NL GQVĐVST của HS khi học chủ đề Mô hình cần cẩu tháp _ 69 Bảng 3.1. Diễn biến thực nghiệm và đánh giá định tính NL GQVĐVST ___ 81 Bảng 3.2 Bảng đánh giá định lượng NL Giải quyêt vấn đề và sáng tạo khi dạy học chủ đề Mô hình cần cẩu tháp tại lớp 10C8 ___ 101 Bảng 3.3. So sánh thời lượng dạy học dự kiến và thực tế ___ 103 Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
vi DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Tiến trình khoa học trong giáo dục STEM 14 Hình 1.2. Quy trình thiết kế kĩ thuật 15 Hình 1.3. Tiến trình dạy học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật 16 Hình 2.1. Mô hình cần cẩu tháp 41 Hình 2.2 Thí nghiệm quy tắc momen lực 55 Hình 2.3: Thí nghiệm hợp lực song song cùng chiều 62 Hình 3.1. Biểu đồ thể hiện sự hứng thú của HS với chủ đề 106 Hình 3.2 Thí nghiệm quy tắc momen lực 9 Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
1 Mở đầu 1 Lý do chọn đề tài Thế giới đang tiến tới cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4, đây là cuộc cách mạng có xu hướng kết hợp các công nghệ với nhau, xóa mờ ranh giới giữa kĩ thuật số, vật lí và sinh học. Là một nước đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập quốc tế, Việt Nam phải đối mặt với những thách thức rất lớn để có thể bắt kịp được xu thế phát triển của thế giới. Muốn như vậy, đòi hỏi Việt Nam phải có những thay đổi cách mạng trong mọi lĩnh vực. Trong đó giáo dục đóng vai trò hết sức quan trọng, nhiệm vụ của nền giáo dục là đào tạo ra những công dân đủ NL để đáp ứng các nhu cầu của nền khoa học, công nghệ thời 4.0. Theo Chỉ thị số 16/CT-TTg về việc tăng cường NL tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, giáo dục Việt Nam hiện nay cần phải: “Thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phương pháp giáo dục và dạy nghề nhằm tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp nhận các xu thế công nghệ sản xuất mới, trong đó cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông”[1].Thông qua việc ban hành chỉ thị trên, giáo dục STEM chính thức trở thành phương pháp được chú trọng trong đổi mới giáo dục và đào tạo hiện nay. Giáo dục STEM (Science: Khoa học, Technology: Công nghệ, Engineering: Kĩ thuật và Math: Toán học) là quan điểm dạy học định hướng phát triển NL HS thuộc các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật, toán học. Các kiến thức ở bốn lĩnh vực trên được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ cho nhau để HS giải quyết các vấn đề thực tiễn cụ thể. Thông qua giáo dục STEM, HS sẽ được tiếp cận các kiến thức liên môn một cách sinh động và gần gũi hơn, rèn luyện tư duy đa chiều, giải quyết các vấn đề dựa trên cơ sở khoa học chặt chẽ và mang tính ứng dụng cao. Từ đó việc học sẽ trở nên thú vị, không còn khô khan, tăng khả năng tiếp thu, tự học và giải quyết các vấn đề thực tiễn của HS.[2] Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
2 Trong chương trình Vật lí 10, chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” chứa đựng nhiều kiến thức có tính ứng dụng cao trong thực tế, thậm chí là vô cùng gần gũi với HS. Tuy nhiên, HS thường gặp khó khăn trong việc tiếp thu và vận dụng kiến thức ở chương này. Do thời gian để chuẩn bị ôn thi cuối kì và lượng kiến thức trong chương khá nhiều nên giáo viên gặp khó khăn trong việc tổ chức dạy kiến thức để đáp ứng các yêu cầu của mục tiêu giáo dục, cũng như là tạo hứng thú và đảm bảo HS tiếp thu kiến thức hiệu quả. Mặt khác, các kiến thức trong chương Cân bằng và chuyển động của vật rắn dễ dàng quan sát trong thực tế, được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống sinh hoạt, trong kĩ thuật, trong y học, trong nghệ thuật xiếc, trong xây dựng Chính vì lí do đó, tôi chọn nghiên cứu đề tài: “Tổ chức dạy học một số kiến thức chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” – Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM”. 2 Mục đích của đề tài Thiết kế tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” – Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển NL GQVĐVST của HS. 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu a. Đối tượng nghiên cứu - Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh - Cơ sở lí thuyết về giáo dục STEM. - Cách thức tổ chức các kiến thức liên môn thuộc chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” - Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM. b. Phạm vi nghiên cứu Chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” – Vật lí 10. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
3 4 Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng và tổ chức dạy học một số kiến thức chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”- Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM thì sẽ phát triển NL GQVĐVST của HS. 5 Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học theo định hướng giáo dục STEM. - Phân tích nội dung kiến thức chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” – Vật lí 10. - Xây dựng nội dung kiến thức, lựa chọn và sắp xếp các nội dung cho hợp lý, đảm bảo tính khoa học của chủ đề. - Xây dựng các tiêu chí đánh giá NL GQVĐVST của HS trong dạy học chương Cân bằng và chuyển động của vật rắn – Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM. - Xây dựng tiến trình dạy học theo định hướng giáo dục STEM. - Xây dựng mẫu phiếu học tập, phiếu theo dõi, thông tin bổ sung và các công cụ hỗ trợ cho HS. - Thực nghiệm sư phạm (TNSP). - Đánh giá kết quả thực nghiệm. 6 Phương pháp nghiên cứu a. Phương pháp nghiên cứu lý luận - Nghiên cứu cơ sở lý luận về dạy học theo định hướng giáo dục STEM. - Nghiên cứu các tài liệu về tâm lý học, lý luận dạy học phổ thông, lý luận dạy học hiện đại, các văn kiện đại hội Đảng về đổi mới giáo dục, các bài báo, tạp chí có liên quan - Nghiên cứu sách giáo khoa các bộ môn có liên quan, các tài liệu khoa học có liên quan. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
4 - Nghiên cứu việc ứng dụng các kiến thức chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” vào trong thực tế. - Nghiên cứu các tài liệu liên quan đến việc tích hợp công nghệ, kĩ thuật hỗ trợ nhằm phát huy hiệu quả tối đa của quá trình dạy học. b. Phương pháp thực nghiệm sư phạm - Tiến hành dạy thực nghiệm ở trường phổ thông theo quy trình, phương pháp và tổ chức tiến trình dạy học đã đề xuất. - Phân tích kết quả thu được trong quá trình thực nghiệm sư phạm từ đó rút ra kết luận của đề tài. - Phương tiện: Phiếu khảo sát, phiếu đánh giá, dụng cụ ghi chép, ghi hình. c. Phương pháp thống kê toán học Sử dụng các phương pháp thống kê, mô tả toán học để trình bày kết quả thực nghiệm sư phạm. 7 Cấu trúc khóa luận Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục các tài liệu tham khảo và phụ lục, đề tài gồm 3 chương: Chương 1: Cơ sở lý luận về dạy học theo định hướng giáo dục STEM. Chương 2: Tổ chức dạy học một số kiến thức chương Cân bằng và chuyển động của vật rắn- Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM. Chương 3: Thực nghiệm sư phạm. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
5 CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 1.1 Dạy học theo định hướng giáo dục STEM Khái niệm STEM STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học). [3] Hiện nay, thuật ngữ STEM được dùng trong nhiều ngữ cảnh khác nhau, phổ biến nhất là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp. Trong ngữ cảnh giáo dục, nhắc đến STEM là muốn nhấn mạnh đến sự quan tâm của nền giáo dục đối với việc dạy tích hợp các kiến thực thuộc lĩnh vực khoa học, kĩ thuật, công nghệ và toán học gắn với thực tiễn để nâng cao NL cho người học. Trong ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp thuộc các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học, ví dụ: nhóm ngành nghề về công nghệ thông tin, y sinh, kĩ thuật, điện tử và truyền thông [3] Trong phạm vi đề tài, chúng tôi quan tâm đến ngữ cảnh giáo dục của thuật ngữ STEM. Giáo dục STEM Có nhiều cách hiểu khác nhau về giáo dục STEM, trong đó có ba cách hiểu chính về giáo dục STEM hiện nay là:[3] - Giáo dục STEM là sự quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Đây là cách hiểu theo nghĩa rộng khi nói về giáo dục STEM. Ở cách hiểu này, cứ tổ chức dạy học các môn thuộc lĩnh vực STEM nghĩa là giáo dục STEM. - Giáo dục STEM là định hướng tích hợp liên môn của bốn lĩnh vực/ môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học. Tác giả Tsupros định nghĩa “Giáo dục STEM là một phương pháp học tập tiếp cận liên ngành, ở đó những kiến thức hàn lâm được kết hợp chặt chẽ với các bài học thực tế thông qua việc HS được áp dụng những kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào trong những bối cảnh cụ thể tạo nên sự kết nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp cho phép người học phát triển Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
6 những kĩ năng STEM và tăng khả nặng cạnh tranh trong nền kinh tế mới”. Với cách hiểu này, giáo dục STEM được hiểu là giáo dục tích hợp STEM. - Giáo dục STEM là sự tích hợp từ ít nhất hai lĩnh vực/ môn học về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trở lên. Theo quan niệm này, tác giả Sanders định nghĩa “Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp HS áp dụng các kiến thức Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể”. Trong khoá luận này, chúng tôi hiểu giáo dục STEM theo định nghĩa thứ ba, là sự tích hợp từ hai lĩnh vực trở lên. Cụ thể các lĩnh vực trong giáo dục STEM bao gồm: [3] - Science (Khoa học): Là lĩnh vực nhằm phát triển khả năng vận dụng kiến thức, kĩ năng khoa học (vật lí, sinh học, hóa học và khoa học trái đất) của HS, không chỉ giúp HS hiểu về thế giới tự nhiên mà còn có thể vận dụng kiến thức, kĩ năng đó để giải quyết các vấn đề trong cuộc sống hàng ngày một cách khoa học. - Technology (Công nghệ): Là lĩnh vực nhằm phát triển khả năng hiểu và đánh giá công nghệ của HS. Nó cung cấp cho HS những cơ hội để hiểu biết về công nghệ hiện nay, phát triển ở HS kĩ năng phân tích và sử dụng các công nghệ từ đơn giản đến phức tạp có ảnh hưởng đến cuộc sống của HS và cộng đồng. - Engineering (Kĩ thuật): Là lĩnh vực nhằm phát triển hiểu biết của HS về cách công nghệ đang phát triển thông qua quy trình thiết kế kĩ thuật. Kĩ thuật cung cấp cho HS những cơ hội để tiếp cận kiến thức của nhiều lĩnh vực, giúp cho những khái niệm liên quan trở nên tường minh trong cuộc sống của họ. Kĩ thuật cũng cung cấp cho HS những kĩ năng để có thể vận dụng sáng tạo kiến thức khoa học và toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng các quy trình sản xuất. - Mathematics (Toán học): Là lĩnh vực nhằm phát triển ở HS khả năng phân tích, biện luận, và truyền đạt ý tưởng một cách hiệu quả thông qua việc tính toán và giải thích, giải pháp giải quyết các vấn đề toán học trong các tình huống đặt ra. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
7 Như vậy, giáo dục STEM được hiểu là cung cấp cho người học khả năng vận dụng kiến thức, kĩ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học. Giáo dục STEM giúp thu hẹp khoảng cách giữa nhà trường và cuộc sống, tạo ra những con người có NL làm việc “tức thì” trong môi trường có tính sáng tạo và không ngừng thay đổi như hiện nay. Mục tiêu giáo dục STEM Mục tiêu giáo dục STEM bao gồm: Phát triển NL đặc thù về STEM; Phát triển NL cốt lõi; Định hướng nghề nghiệp: [2] - Phát triển các NL đặc thù của các môn học về STEM cho HS: Là cung cấp cho học những kiến thức, kĩ năng liên quan đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật, Toán học. Phát triển ở HS NL vận dụng phối hợp các kiến thức, kĩ năng ở các lĩnh vực để giải quyết các vấn đề thực tiễn. - Phát triển NL cốt lõi cho HS: Sự phát triển của công nghệ 4.0 trong thế kỉ XXI đem đến những cơ hội cũng như đặt ra những thách thức cho thế hệ trẻ. Bên cạnh những hiểu biết về lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật, Toán học, giáo dục STEM trang bị cho HS những NL phù hợp để đáp ứng những yêu cầu của thế kỉ XXI. - Định hướng nghề nghiệp cho HS: Giáo dục STEM tạo điều kiện cho HS có những kiến thức nền tảng cũng như phát triển ở HS những NL phù hợp cho nghề nghiệp tương lai của các em, góp phần đào tạo ra nguồn nhân lực chất lượng cho xã hội, đặc biệt là đối với các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM. Chủ đề STEM Chủ đề STEM là chủ đề dạy học được thiết kế dựa trên vấn đề thực tiễn kết hợp với chuẩn kiến thức, kĩ năng của các môn khoa học trong chương trình phổ thông. 1.1.4.1 Các tiêu chí xây dựng chủ đề/ bài học STEM Để xây dựng chủ đề STEM, cần đảm bảo 6 tiêu chí, cụ thể: [4] - Chủ đề STEM tập trung vào các vấn đề của thực tiễn: Trong bài học STEM, học sinh được đặt vào các vấn đề thực tiễn xã hội, kinh tế, môi trường và yêu cầu tìm các giải pháp. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
8 - Cấu trúc bài học STEM kết hợp tiến trình khoa học và quy trình thiết kế kĩ thuật: Tiến trình bài học STEM cung cấp một cách thức linh hoạt đưa học sinh từ việc xác định một vấn đề hoặc một yêu cầu thiết kế đến sáng tạo và phát triển một giải pháp. Theo quy trình này, học sinh thực hiện 8 hoạt động bao gồm: Xác định vấn đề, nghiên cứu kiến thức nền, đề xuất các giải pháp/thiết kế, lựa chọn giải pháp/thiết kế, chế tạo mô hình, thử nghiệm và đánh giá, chia sẻ và thảo luận, điều chỉnh thiết kế. Trong thực tiễn dạy học, quy trình 8 bước này được thể hiện qua 5 hoạt động: Xác định vấn đề; Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp thiết kế; Trình bày và thảo luận phương án thiết kế; Chế tạo mô hình, thiết bị theo phương án thiết kế, thử nghiệm và đánh giá; Trình bày, thảo luận về sản phẩm được chế tạo, điều chỉnh thiết kế ban đầu. Trong quy trình kĩ thuật, các nhóm học sinh thử nghiệm các ý tưởng dựa trên nghiên cứu của mình, sử dụng nhiều cách tiếp cận khác nhau, mắc sai lầm, chấp nhận và học từ sai lầm, và thử lại. Sự tập trung của học sinh là phát triển các giải pháp để giải quyết vấn đề đặt ra, nhờ đó học được và vận dụng được kiến thức mới trong chương trình giáo dục. - Phương pháp dạy bài học STEM đưa học sinh vào hoạt động tìm tòi và khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm và tạo sản phẩm: Quá trình tìm tòi khám phá được thể hiện trong tất cả các hoạt động của giáo dục STEM. Trong các bài học STEM, hoạt động của học sinh được thực hiện theo hướng mở có “khuôn khổ” về các điều kiện mà học sinh được sử dụng. Hoạt động của học sinh là hoạt động được chuyển giao và hợp tác; các quyết định về giải pháp giải quyết vấn đề là của chính học sinh. Học sinh thực hiện các hoạt động trao đổi thông tin để chia sẻ ý tưởng và tái thiết kế nguyên mẫu của mình nếu cần. Học sinh tự điều chỉnh các ý tưởng của mình và thiết kế hoạt động tìm tòi, khám phá của bản thân. - Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn học sinh vào hoạt động nhóm kiến tạo: Giúp học sinh làm việc trong một nhóm kiến tạo là một việc khó khăn, đòi hỏi tất cả giáo viên STEM của trường làm việc cùng nhau để áp dụng phương thức dạy học theo nhóm, sử dụng cùng một ngôn ngữ, tiến trình và yêu cầu về sản phẩm học tập mà học sinh phải Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
9 hoàn thành. Làm việc nhóm trong thực hiện các hoạt động của bài học STEM là cơ sở phát triền năng lực giao tiếp và hợp tác cho học sinh. - Nội dung bài học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học và toán mà học sinh đã và đang học: Trong bài học STEM, giáo viên cần kết nối và tích hợp một cách có mục đích nội dung từ các chương trình khoa học, công nghệ, tin học và toán. Lập kế hoạch để hợp tác với giáo viên toán, công nghệ, tin học và khoa học khác để hiểu rõ nội hàm của việc làm thế nào để các mục tiêu khoa học có thể tích hợp trong một bài học đã cho. Từ đó, học sinh dần thấy rằng khoa học, công nghệ, tin học và toán không phải là các môn học độc lập mà chúng liên kết với nhau để giải quyết các vấn đề. Điều đó có liên quan đến việc học toán, công nghệ, tin học và khoa học của học sinh. - Trong tiến trình bài học STEM một nhiệm vụ có thể có nhiều đáp án đúng và coi sự thất bại như là một phần cần thiết trong học tập: Một câu hỏi nghiên cứu đặt ra, có thể đề xuất nhiều giả thuyết khoa học; Một vấn đề cần giải quyết, có thể đề xuất nhiều phương án, và lựa chọn phương án tối ưu. Trong các giả thuyết khoa học, chỉ có một giả thuyết đúng. Ngược lại, các phương án giải quyết vấn đề đều khả thi, chỉ khác nhau ở mức độ tối ưu khi giải quyết vấn đề. Tiêu chí này cho thấy vai trò quan trọng của năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trong dạy học STEM. 1.1.4.2 Phân loại chủ đề STEM [2] Dựa trên các lĩnh vực STEM - Chủ đề STEM đầy đủ: HS vận dụng kiến thức của cả bốn lĩnh vực STEM để giải quyết vấn đề. - Chủ đề STEM khuyết: HS vận dụng kiến thức ít nhất hai trong bốn lỉnh vực STEM để giải quyết vấn đề. Dựa trên phạm vi kiến thức để giải quyết vấn đề STEM - Chủ đề STEM cơ bản: được xây dựng trên cơ sở kiến thức thuộc phạm vi các môn học Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học trong chương trình giáo dục phổ thông. Các sản phẩm của chủ đề STEM này thường đơn giản, bám sát nội dung sách giáo khoa Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
10 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 sách giáo khoa. Những kiến thức đó HS phải tự tìm hiểu và nghiên cứu từ tài liệu chuyên ngành. Sản phẩm STEM của loại hình này có độ phức tạp cao hơn. Dựa vào mục đích dạy học - 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 học một phần). HS sẽ vừa giải quyết được vấn đề, vừa lĩnh hội được kiến thức mới. - Chủ đề STEM dạy học vận dụng được xây dựng trên cơ sở những kiến thức HS đã được học. Chủ đề STEM ở dạng này sẽ bồi dưỡng cho HS NL vận dụng lí thuyết vào thực tiễn. Kiến thức lí thuyết được củng cố và khắc sâu. Ở đây, chúng tôi thiết kế chủ đề STEM nhằm dạy kiến thức mới cho học sinh. 1.1.4.3 Quy trình xây dựng chủ đề STEM [3] Bước 1: Lựa chọn chủ đề Các chủ đề STEM thường được gợi ý trong chương trình hoặc có thể được giáo viên tự xác định sao cho phù hợp với hoàn cảnh địa phương, trình độ của HS. Để xác định chủ đề, giáo viên rà soát các môn thông qua khung chương trình hiện có để tìm ra các chủ đề gắn với thực tế, có tính phổ biến, gắn liền với cuộc sống của HS, phù hợp với trình độ nhận thức của HS Bước 2: Xác định các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề. Đây là bước định hướng các nội dung cần được đưa vào trong chủ đề. Các vấn đề này là câu hỏi mà thông qua quá trình học tập chủ đề HS có thể trả lời được. Bước 3: Xác định các kiến thức cần thiết để giải quyết các vấn đề Dựa trên vấn đề cần giải quyết, ta có thể xác định được các kiến thức cần đưa vào trong chủ đề. Các kiến thức này có thể thuộc một môn học hay nhiều môn học khác nhau. Các nội dung của chủ đề cần gắn với mục tiêu đề ra và có tính liên kết với nhau. Để đảm bảo tính chính xác của kiến thức có thể kết hợp các giáo viên bộ môn có liên quan tới Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
11 chủ đề. Đối với nhiều chủ đề STEM, việc xây dựng nội dung và mục tiêu chủ đề đôi khi diễn ra đồng thời. Kiến thức trong chủ đề STEM cần có sự tích hợp giữa kiến thức, kĩ năng của các lĩnh vực có chuyên môn riêng. Để tường minh, ta cần chỉ ra rõ trong chủ đề STEM có những kiến thức nào thuộc lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học. Bước 4: Xây dựng mục tiêu dạy học của chủ đề. Để xác định mục tiêu chủ đề STEM, cần ra soát xem kiến thức cần dạy, kĩ năng cần rèn luyện thông qua từng môn trong chủ đề là kiến thức, kĩ năng nào. Đồng thời giáo viên cũng căn cứ vào cấu trúc của các NL chung và NL chuyên biệt của các môn trong chủ đề để xác định được những NL nào thông qua chủ đề. Có ba loại kiến thức cần quan tâm khi tổ chức dạy học chủ đề STEM: - Kiến thức đã học (hay còn gọi là kiến thức nền): Những kiến thức này HS đã biết và được sử dụng làm nền tảng cho việc xây dựng kiến thức mới, những kiến thức này không phải là mục tiêu dạy học của chủ đề. Thông thường các kiến thức nền sẽ là kiến thức về khoa học và toán. - Kiến thức sẽ học: Đây là những kiến thức dự kiến được HS chiếm lĩnh thông qua dạy học chủ đề STEM, những kiến thức này được ghi ra trong mục tiêu dạy học. Những kiến thức này được lấy từ nội dung các môn học có liên quan đến chủ đề. Không phải chủ đề STEM nào cũng có phần kiến thức mới, hầu hết chủ đề STEM sẽ tập trung vào việc vận dụng kiến thức, kĩ năng đã có để tạo ra sản phẩm nhằm giải quyết vấn đề trong cuộc sống. - Kiến thức cơ sở khoa học: Một số kiến thức mở rộng, cung cấp dưới dạng thông tin, để qua đó tạo điều kiện cho HS rèn luyện các kĩ năng, phát triển NL. Những nội dung này được cung cấp dưới dạng kiến thức tham khảo, bài đọc thêm và cũng không là mục tiêu dạy học của chủ đề. Bước 5: Xây dựng nội dung các hoạt động dạy học của chủ đề. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
12 Bước này thể hiện rõ dự kiến việc tổ chức dạy học chủ đề STEM. Để thực hiện việc này, cần làm rõ: Chủ đề có những hoạt động nào, từng hoạt động đó đóng vai trò gì trong việc thực hiện mục tiêu toàn bài. Có thể chia hoạt động theo vấn đề cần giải quyết, hoặc theo cấu trúc nội dung của chủ đề. Mỗi nội dung nhỏ, hoặc một vấn đề cần giải quyết của chủ đề có thể xây dựng thành một hoặc vài hoạt động dạy học khác nhau. Ứng với mỗi hoạt động, giáo viên cần thực hiện các công việc sau: - Xác định mục tiêu hoạt động. - Xây dựng nội dung học dưới dạng các tư liệu học tập: phiếu học tập, thông tin. - Chuẩn bị phương tiện, thiết bị dạy học cho hoạt động. - Dự kiến nguồn nhân, vật lực để tổ chức hoạt động. - Lập kế hoạch tổ chức hoạt động dạy học: Có thể áp dụng nhiều cách thức tổ chức hoạt động học tập như hoạt động cá nhân, hoạt động nhóm, hoạt động theo trạm, thực hiện dự án, - Xây dựng công cụ đánh giá mục tiêu hoạt động: Mỗi hoạt động giáo viên cần có công cụ đánh giá mục tiêu hoạt động tương ứng. Công cụ đánh giá có thể là một câu hỏi, một bài tập hoặc một nhiệm vụ cần thực hiện và phiếu tiêu chí đánh giá hoạt động đó (rubric). - Dự kiến thời gian cho mỗi hoạt động. Việc xây dựng hoạt động có thể tham khảo các quy trình tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM. Bước 6: Lập kế hoạch dạy học chủ đề. Xây dựng kịch bản tổ chức toàn bộ chủ đề. Đây chính là quá trình xây dựng giáo án dạy học chủ đề đã xây dựng. Việc phối hợp giữa các giáo viên bộ môn cũng cần được đề ra một cách chi tiết. Ở bước này ta có thể làm rõ: Chủ đề được tiến hành vào thời điểm nào, trong giờ ngoại khóa hay tiết chính khóa. Bước 7: Tổ chức dạy học và đánh giá chủ đề Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
13 Việc tổ chức dạy học chủ đề STEM được thực hiện linh hoạt tùy theo điều kiện trang thiết bị, cơ sở vật chất, trình độ HS và thời gian cho phép. Sau khi tổ chức chủ đề STEM, giáo viên cần đánh giá các khía cạnh sau: - Tính phù hợp thực tế dạy học với thời lượng dự kiến. - Mức độ đạt được mục tiêu của HS, thông qua kết quả đánh giáo các hoạt động học tập. - Sự hứng thú của HS với chủ đề, thông qua quan sát và phỏng vấn HS. - Mức độ khả thi với điều kiện cơ sở vật chất. Việc đánh giá tổng thể chủ đề có ý nghĩa đối với giáo viên, giúp giáo viên điều chỉnh, bổ sung chủ đề cho phù hợp hơn. Quy trình dạy học theo định hướng giáo dục STEM 1.1.5.1 Tiến trình khoa học trong giáo dục STEM. Tiến trình khoa học là cách mà các nhà khoa học thực hiện các nghiên cứu khoa học để tìm hiểu thế giới tự nhiên và đưa ra các giải thích dựa trên những bằng chứng thu được [4]. Trong giáo dục STEM, thông qua tiến trình khoa học, HS sẽ tiến hành tìm hiểu thế giới tự nhiên. Tiến trình khoa học giúp cho HS có thể thực hiện các hoạt động được nêu trong hình 1.1 [4]: Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
14 Hình 1.1. Tiến trình khoa học trong giáo dục STEM 1.1.5.2 Quy trình thiết kế kĩ thuật trong giáo dục STEM Quy trình thiết kế kĩ thuật (Engineering Design Process hay EDP) mô tả cách mà các kĩ sư sử dụng để giải quyết vấn đề. Trong dạy học STEM, quy trình này được áp dụng để HS có thể tìm ra giải pháp cho các vấn đề. Có thể mô tả cụ thể quy trình EDP gồm 6 bước như sau: [3] • Đặt câu hỏi (Ask): HS xác định vấn đề, các đòi hỏi cần phải đáp ứng và các ràng buộc được xem xét từ hiện trạng thực tiễn. • Tưởng tượng (Imagine): HS suy nghĩ về các giải pháp và ý tưởng nghiên cứu. HS cũng cần xác định những gì người khác đã làm. • Lập kế hoạch (Plan): HS chọn từ 2 đến 3 ý tưởng hay nhất từ danh sách liệt kê của họ và phác thảo các thiết kế có thể có, cuối cùng chọn một thiết kế duy nhất cho nguyên liệu. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
15 • Sáng tạo (Create): HS xây dựng một mô hình làm việc, hoặc nguyên mẫu phù hợp với các yêu cầu thiết kế và các ràng buộc thiết kế. • Kiểm tra (Test): HS đánh giá các giải pháp thông qua thử nghiệm; thu thập và phân tích dữ liệu; tóm tắt điểm mạnh và điểm yếu của thiết kế đã được tìm thấy trong quá trình thử nghiệm. • Cải tiến (Improve): Dựa vào kết quả kiểm tra, HS thực hiện các cải tiến về thiết kế. HS cũng xác định những thay đổi sẽ thực hiện và giải thích cho các sửa đổi này. 1. Đặt câu hỏi 2. 6. Cải Tưởng tiến tượng 3. Lập 5. Kiểm kế tra hoạch 4. Sáng tạo Hình 1.2. Quy trình thiết kế kĩ thuật 1.1.5.3 Tiến trình dạy học chủ đề/ bài học STEM Vụ giáo dục trung học đã đề xuất tiến trình dạy học chủ đề/ bài học STEM được phỏng theo quy trình thiết kế kĩ thuật. Tiến trình này là sự kết hợp giữa tiến trình khoa học và quy trình thiết kế kĩ thuật [4]. Tiến trình dạy học chủ đề/ bài học STEM được thể hiện trong hình 1.3 [4]: Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
16 Hình 1.3. Tiến trình dạy học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật Cần lưu ý tiến trình dạy học STEM theo quy trình kĩ thuật cần đảm bảo các hoạt động đề ra nhưng các bước không cần thiết phải tuyến tính (hoàn thành một bước mới sang bước tiếp theo) mà một số hoạt động có thể thực hiện song hành, tương hỗ với nhau [4]. Tiến trình dạy học STEM được tổ chức theo 5 hoạt động theo bảng 1.1 [4]: Bảng 1.1. Tiến trình dạy học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật Hoạt Dự kiến sản Cách thức tổ chức Mục tiêu Nội dung động phẩm của HS hoạt động Hoạt động Xác định tiêu Tìm hiểu, Các mức độ hoàn + GV giao nhiệm vụ 1: Xác chí sản đánh giá về thành nội dung (nội dung, phương phẩm; phát hiện tượng, (Bài ghi chép tiện, cách thực hiện, Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
17 định vấn hiện vấn sản phẩm, thông tin, bài yêu cầu sản phẩm đề đề/nhu cầu. công nghê. đánh giá, đặt câu phải hoàn thành); hỏi về hiện + HS thực hiện nhiệm tượng, sản phẩm, vụ (qua thực tế, tài công nghệ, ) liệu, video; cá nhân hoặc nhóm); + HS báo cáo, thảo luận. + HS phát hiện, phát biểu vấn đề. Hoạt động Hình thành Nghiên cứu Các mức độ hoàn + GV giao nhiệm vụ 2: Nghiên kiến thức nội dung thành nội dung (Nêu, đọc, nghe, nhìn cứu kiến mới và đề SGK, tài liệu, (Xác định và ghi để xác định và ghi thức nền xuất giải thí nghiệm đề được thông tin, được thông tin, dữ và đề xuất pháp tiếp nhận, dữ liệu, giải liệu, giải thích kiến giải pháp hình thành thích, kiến thức thức mới). kiến thức mới mới, giải + HS nghiên cứu và đề xuất pháp/thiết kế). SGK, tài liệu, làm thí giải nghiệm (cá nhân hoặc pháp/thiết kế. nhóm). + HS Báo cáo, thảo luận.; + GV điều hành, “chốt” kiến thức mới. + HS đề xuất giải pháp, thiết kế mẫu thử nghiệm. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
18 Hoạt động Lựa chọn Trình bày, Giải pháp, bản + GV giao nhiệm vụ 3: Lựa giải pháp, giải thích, thiết kế được lựa (Nêu rõ yêu cầu HS chọn giải bản thiết kế. bảo về giải chọn và hoàn trình bày, báo cáo, pháp pháp, bản thiện. giải thích, bảo vệ giải thiết kế để pháp, thiết kế); lựa chọn và + HS báo cáo, thảo hoàn thiện. luận; + GV điều hành, nhận xét, đánh giá và hỗ trợ HS lựa chọn giải pháp, thiết kế mẫu thử nghiệm. Hoạt động Chế tạo và Lựa chọn Dụng cụ/thiết bị/ + GV giao nhiệm vụ 4: Chế tạo thử nghiệm dụng cụ/thiết mô hình/ đồ (lựa chọn dụng cụ/ mẫu thử mẫu thiết kế. bị thí nghiệm, vật, đã chế tạo thiết bị thí nghiệm để nghiệm và chế tạo mẫu và thử nghiệm, lắp ráp ); đánh giá theo thiết kế; đánh giá. + HS thực hành chế thử nghiệm tạo, lắp ráp và thử và điều nghiệm; chỉnh. + GV hỗ trợ HS trong quá trình thực hiện. Hoạt động Trình bày, Trình bày và Dụng cụ/thiết bị/ + GV giao nhiệm vụ 5: Chia sẻ, chia sẻ, đánh thảo luận. mô hình/đồ (mô tả rõ yêu càu và thảo luận, giá sản phẩm vật, đã được sản phẩm trình bày); điều nghiên cứu. chế tạo + Bài + HS báo cáo, thảo chỉnh. trình bày báo luận (bài báo cáo, cáo. trình chiếu, video, Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
19 dụng cụ/thiết bị/mô hình/đồ vật đẽ chế tạo, ) theo các hình thức phù hợp (trưng bày, triển lãm, sân khấu hoá); + GV đánh giá, kết luận, cho điểm và định hướng tiếp tục hoàn thiện. Trong phạm vi đề tài, chúng tôi sẽ áp dụng quy trình dạy học STEM the quy trình thiết kế kĩ thuật gồm 5 hoạt động, tuy nhiên chúng tôi sẽ triển khai hoạt động Nghiên cứu kiến thức nền riêng và gộp bước Đề xuất giải pháp và Lựa chọn giải pháp thành một hoạt động. 1.2 Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo Khái niệm năng lực Theo từ điển tiếng Việt: “NL là khả năng làm tốt công việc.” Trong chương trình giáo dục phổ thông tổng thể, tháng 12 năm 2018 đã định nghĩa “NL là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí, thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể.” [5] Khái niệm NL được hiểu theo nhiều nghĩa khác nhau tùy vào cách diễn đạt. Nhưng tổng hợp lại, NL là khả năng tổng hợp tất cả những kĩ năng, kiến thức để giải quyết các vấn đề nảy sinh trong cuộc sống, NL của con người không phải hoàn toàn đo tự nhiên mà có, phần lớn do học tập, do rèn luyện mà có. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
20 Đỗ Hương Trà định nghĩa NL giải quyết vấn đề là “sự huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng, thái độ, xúc cảm, động cơ của HS đó để giải quyết các tình huống thực tiễn trong bối cảnh cụ thể mà các giải pháp không có sẵn trong thực tế.” [6] Huỳnh Văn Sơn đã định nghĩa NL sáng tạo rằng: “NL sáng tạo là khả năng tạo ra những cái mới hoặc giải quyết vấn đề một cách mới mẻ của con người.” [7] Tổng hợp những quan niệm trên, theo chúng tôi, NL GQVĐVST là khả năng HS vận dụng các kiến thức, kĩ năng của mình để giải quyết các tình huống thực tiễn. Các ý tưởng mà HS đề ra có thể chưa có trong thực tiễn hoặc HS chưa biết hoặc được HS phát triển, cải tiến dựa trên cái đã có từ trước. Quá trình GQVĐVST luôn đi chung với nhau, trong quá trình giải quyết vấn đề, HS phải sáng tạo để tìm ra biện pháp tối ưu, hiệu quả và phù hợp với hoàn cảnh nhất. Yêu cầu cần đạt về năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể đã nêu lên các yêu cần cần đạt về năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo đối với cấp trung học phổ thông được trình bày trong Bảng 1-2 [5]: Bảng 1.2. : Yêu cần cần đạt về năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo đối với cấp trung học phổ thông NL thành phần Cấp trung học phổ thông Biết xác định và làm rõ thông tin, ý tưởng mới và phức tạp từ các Nhận ra ý tưởng nguồn thông tin khác nhau; biết phân tích các nguồn thông tin độc mới lập để thấy được khuynh hướng và độ tin cậy của ý tưởng mới. Phân tích được tình huống trong học tập, trong cuộc sống; phát Phát hiện và làm hiện và nêu được tình huống có vấn đề trong học tập, trong cuộc rõ vấn đề sống. Hình thành và Nêu được nhiều ý tưởng mới trong học tập và cuộc sống; suy triển khai ý tưởng nghĩ không theo lối mòn; tạo ra yếu tố mới dựa trên những ý tưởng mới khác nhau; hình thành và kết nối các ý tưởng; nghiên cứu để thay Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
21 đổi giải pháp trước sự thay đổi của bối cảnh; đánh giá rủi ro và có dự phòng. Biết thu thập và làm rõ các thông tin có liên quan đến vấn đề; biết Đề xuất, lựa chọn đề xuất và phân tích được một số giải pháp giải quyết vấn đề; lựa giải pháp chọn được giải pháp phù hợp nhất. Lập được kế hoạch hoạt động có mục tiêu, nội dung, hình thức, phương tiện, hoạt động phù hợp; Tập hợp và điều phối được nguồn lực (nhân lực, vật lực) cần thiết cho Thiết kế và tổ hoạt động. chức hoạt động Biết điều chỉnh kế hoạch và việc thực hiện kế hoạch, cách thức và tiến trình giải quyết vấn đề cho phù hợp với hoàn cảnh để đạt hiệu quả cao. Đánh giá được hiệu quả của giải pháp và hoạt động. Biết đặt nhiều câu hỏi có giá trị, không dễ dàng chấp nhận thông tin một chiều; không thành kiến khi xem xét, đánh giá vấn đề; biết Tư duy độc lập quan tâm tới các lập luận và minh chứng thuyết phục; sẵn sàng xem xét, đánh giá lại vấn đề. KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Trong chương 1, chúng tôi trình bày về hai vấn đề. Thứ nhất là cơ sở lí luận của dạy học theo định hướng giáo dục STEM. Thứ hai là NL GQVĐVST của HS – NL mà chúng tôi muốn phát triển trong đề tài này. Đầu tiên chúng tôi trình bày những khái niệm cơ bản nhất của giáo dục STEM bao gồm Khái niệm STEM và giáo dục STEM, mục tiêu của giáo dục STEM, làm rõ khái niệm chủ đề STEM và quy trình xây dựng chủ đề STEM, các quy trình dạy học STEM. Qua đó có thể thấy rằng giáo dục STEM là một quan niệm dạy học nhằm phát triển NL Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
22 của HS, các quy trình dạy học giúp rút ngắn khoảng cách giữa lí thuyết hàn lâm và thực tiễn. Tiếp theo, chúng tôi trình bày về NL GQVĐVST- NL mà chúng tôi muốn phát triển cho HS trong đề tài này. Bao gồm: Khái niệm NL, khái niệm NL GQVĐVST, và yêu cẩu cần đạt về NL GQVĐVST được nêu trong trương trình giáo dục tổng thể 12/2018. Áp dụng những cơ sở lí luận trong chương này để chúng tôi tiếp tục chương 2- xây dựng các hoạt động tổ chức dạy học chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”- Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
23 TỔ CHỨC DẠY HỌC MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG CÂN BẰNG VÀ CHUYỂN ĐỘNG CỦA VẬT RẮN- VẬT LÍ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM. 2.1 Phân tích nội dung chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn- Vật lí 10” Vị trí chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” Chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” là chương thứ III trong sách giáo khoa Vật lí 10. Chương I “Động học chất điểm” và chương II “Động lực học chất điểm” khảo sát những tính chất của chất điểm. Trong đó HS đã được tìm hiểu về chuyển động của chất điểm, lực, phân tích và tổng hợp lực tác dụng lên một chất điểm, điều kiện cân bằng của một chất điểm và các định luật Newton. Tuy nhiên, trong cuộc sống ta chủ yếu tiếp xúc với vật rắn, chất điểm chỉ là một khái niệm trừu tượng, lí tưởng hóa cho vật rắn. Chuyển động tổng quát của một vật rắn bao gồm hai chuyển động thành phần là chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay quanh khối tâm. Việc coi vật rắn như là một chất điểm chỉ nhằm mục đích đơn giản hóa chuyển động của nó, chỉ xét đến chuyển động tịnh tiến của vật rắn mà bỏ qua chuyển động quay quanh khối tâm. Chính vì vậy, việc thêm vào chương 3 “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” là vô cùng cần thiết. Phân tích cấu trúc của chương Chương III trình bày hai vấn đề: điều kiện cân bằng của vật rắn và chuyển động của vật rắn; gồm 6 bài học được phân phối trong vòng 8 tiết, cụ thể: Bảng 2.1: Cấu trúc chương Cân bằng và chuyển động của vật rắn- Vật lý 10 Tên bài Thời lượng Bài 17: Cân bằng của một vật chịu 2 tiết tác dụng của hai lực và của ba lực không song song. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
24 Bài 18: Cân bằng của một vật có trục 1 tiết quay cố định. Momen lực. Bài 19: Quy tắc hợp lực song song 1 tiết cùng chiều. Bài 20: Các dạng cân bằng. Cân 1 tiết bằng của một vật có mặt chân đế. Bài 21: Chuyển động tịnh tiến của 2 tiết một vật rắn. Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định. Bài 22: Ngẫu lực. 1 tiết Vật rắn là vật có kích thước đáng kể và không bị biến dạng dưới tác dụng của ngoại lực. Các dạng chuyển động của vật rắn là chuyển động quay quanh một trục và chuyển động tịnh tiến. Cân bằng của vật rắn là sự cân bằng khi vật không có chuyển động quay và chuyển động tịnh tiến. Trường hợp cân bằng đầu tiên được chương trình nhắc tới là trường hợp vật chịu tác dụng của hai lực và ba lực không song song. Điều kiện cân bằng của một vật rắn chịu tác dụng của hai lực là hai lực đó phải cùng giá, cùng độ lớn và ngược chiều. Từ đó bài học đưa ra phương pháp thực nghiệm để xác định trọng tâm của các vật mỏng và phẳng. Điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song cũng được xây dựng từ thí nghiệm. Thí nghiệm này còn rút ra được quy tắc tổng hợp hai lực có giá đồng quy bằng quy tắc hình bình hành. Điều kiện cân bằng của vật rắn chịu tác dụng của ba lực không song song gồm hai điều kiện: thứ nhất là giá của ba lực phải đồng phẳng và đồng quy; thứ hai là hợp lực của hai lực phải cân bằng với lực thứ ba. Tiếp theo, chương trình sẽ tiếp tục khảo sát điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định. Đầu tiên, bài học nêu thí nghiệm khảo sát sự cân bằng của một đĩa tròn có trục đi qua tâm O của nó. Từ đó, bài học nêu ra một đại lượng mới đặc trưng cho tác Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
25 dụng làm quay của lực là momen lực. Sau đó bài học nêu lên điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định gọi là quy tắc momen lực. Bài học còn chú ý rằng quy tắc momen lực còn áp dụng cho trường hợp một vật không có trục quay cố định nếu trong tình huống cụ thể nào đó vật xuất hiện trục quay. Bài học tiếp theo, thông qua thí nghiệm và vận dụng quy tắc momen lực để nêu lên quy tắc tổng hợp lực song song cùng chiều. Hợp lực của hai lực song song cùng chiều là một lực song song, cùng chiều, có độ lớn bằng tổng độ lớn của hai lực ấy. Giá của hợp lực chia khoảng cách của hai lực song song thành những đoạn tỉ lệ nghịch với độ lớn của hai lực ấy. Ngoài ra, quy tắc tổng hợp hai lực song song cùng chiều giúp ta hiểu hơn về trọng tâm của vật. Và cuối củng bài học gợi ý cho HS về trường hợp cân bằng của vật chịu tác dụng của hệ ba lực song song. Bài học tiếp theo đề cập tới sự cân bằng của một vật rắn. Bài học nêu lên những kiến thức bổ ích vì tính cân bằng, vững vàng của một vật rắn là rất quan trọng, có ứng dụng cao trong thực tiễn. Thông qua thí nghiệm với cây thước với các trục quay khác nhau, bải học nêu lên các dạng cân bằng của vật rắn: cân bằng bền, cân bằng không bền và cân bằng phiếm định. Nguyên nhân của các dạng cân bằng đó là do vị trí trí trọng tâm của vật. Tiếp theo bài học nêu lên điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế đó là trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế. Tổng hợp lại, mức vững vàng của cân bằng được xác định bởi độ cao của trọng tâm và diện tích của mặt chân đế. Sau khi học về các điểu kiện cân bằng của vật, bài học tiếp theo cung cấp kiến thức về các dạng chuyển động của vật rắn đó là chuyển động tịnh tiến và chuyển động quay quanh một trục cố định. Chuyển động tịnh tiến của vật rắn là chuyển động trong đó đường thẳng nối hai điểm bất kì của vật luôn song song với chính nó. Một vật khi chuyển động tịnh tiến thì tất cả các điểm của vật đều chuyển động như nhau, nghĩa là có cùng gia tốc. Lúc này có thể coi vật như một chất điểm và áp dụng định luật II Newton để tính gia tốc của vật. Đối với chuyển động quay quanh một trục cố định thì mọi điểm của vật đều có cùng tốc độ góc và được gọi là tốc độ góc của vật. Nguyên nhân gây ra chuyển động quay là do momen lực, hay nói cách khác momen lực tác dụng vào một vật làm Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
26 thay đổi tốc độ góc của vật. Tương tự như chuyển động tịnh tiến, chuyển động quay cũng có mức quán tính (gọi là momen quán tính). Khi tác dụng cùng một momen lực lên các vật khác nhau, tốc độ góc của vật nào tăng chậm hơn thì vật đó có mức quán tính lớn hơn và ngược lại. Có hai yếu tố ảnh hưởng đến mức quán tính của vật đó là khối lượng của vật và sự phân bố khối lượng đối với trục quay. Khối lượng càng lớn và phân bố càng xa trục quay thì momen quán tính càng lớn và ngược lại. Bài cuối cùng của chương đề cập đến một trường hợp ta thường hay gặp trong thực tế, đó là sự chuyển động quay của vật rắn khi chịu tác dụng của hai lực song song, ngược chiều và cùng độ lớn. Ta không thể tìm hợp lực của hai lực song song này. Hai lực song song này có tác dụng làm quay vật. Ta gọi hệ hai lực đó là ngẫu lực. Bài học nêu lên tác dụng của ngẫu lực trong trường hợp vật có trục quay cố định và không có trục quay cố định. Đặc trưng cho tác dụng quay này thì bại học cũng nêu lên momen lực của ngẫu lực. Mục tiêu của chương Mục tiêu của chương theo chuẩn kiến thức, kĩ năng trong chương trình hiện hành [10]: Kiến thức - Phát biểu được điều kiện cân bằng của một vật rắn chịu tác dụng của hai hay ba lực không song song. - Phát biểu được quy tắc xác định hợp lực của hai lực song song cùng chiều. - Nêu được trọng tâm của một vật là gì. - Phát biểu được định nghĩa, viết được công thức tính momen lực và nêu được đơn vị đo momen lực. - Phát biểu được điều kiện cân bằng của một vật rắn có trục quay cố định. - Phát biểu được định nghĩa ngẫu lực và nêu được tác dụng của ngẫu lực. Viết được công thức tính momen ngẫu lực. - Nêu được điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế. Nhận biết được các dạng cân bằng bền, cân bằng không bền, cân bằng phiếm định của một vật rắn. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
27 - Nêu được đặc điểm để nhận biết chuyển động tịnh tiến của một vật rắn. - Nêu được, khi vật rắn chịu tác dụng của một momen lực khác không, thì chuyển động quay quanh một trục cố định của nó bị biến đổi (quay nhanh dần hoặc chậm dần). - Nêu được ví dụ về sự biến đổi chuyển động quay của vật rắn phụ thuộc vào sự phân bố khối lượng của vật đối với trục quay. Kĩ năng - Vận dụng được điều kiện cân bằng và quy tắc tổng hợp lực để giải các bài tập đối với trường hợp vật chịu tác dụng của ba lực đồng quy. - Vận dụng được quy tắc xác định hợp lực để giải các bài tập đối với vật chịu tác dụng của hai lực song song cùng chiều. - Vận dụng quy tắc momen lực để giải được các bài toán về điều kiện cân bằng của vật rắn có trục quay cố định khi chịu tác dụng của hai lực. - Xác định được trọng tâm của các vật phẳng đồng chất bằng thí nghiệm. 2.2 Xây dựng chủ đề “Mô hình cần cẩu tháp” Mô tả chủ đề Cần cẩu là thiết bị không thể thiếu trong các hoạt động xây dựng. Nhất là trong quá trình đô thị hóa, hiện đại hóa hiện nay thì hình ảnh cần cẩu vô cùng phổ biến với HS. Tìm hiểu về cấu tạo và nguyên lí hoạt động của thiết bị này là vô cùng cần thiết. Nguyên lí hoạt động của thiết bị cần cẩu tháp dựa trên những kiến thức được bao gồm trong chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”- Vật lí 10. Vì thế, chúng tôi tổ chức chủ đề “Mô hình cần cẩu tháp” dành cho học sinh lớp 10 đang học chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” để vừa giúp HS hiểu thêm về một loại thiết bị phổ biến trong cuộc sống, vừa học và vận dụng được kiến thức học trong chương. Các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề - Chế tạo được mô hình cần cẩu tháp bằng các vật liệu mà giáo viên cũng cấp. - Làm sao khi nâng vật lên và đưa vật ra xa thì cần cẩu không bị lật? ➔ Điều kiện cân bằng của vật có trục quay cố định là gì? Điều kiện cân bằng của vật có mặt chân đế? ➔ Xác định trọng tâm của vật bằng quy tắc hợp lực song song cùng chiều. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
28 - Để cần cẩu vững vàng hơn thì có những cách nào ➔ Mức vững vàng của cân bằng. - Để cần cẩu dễ dàng xoay và trục quay không bị biến dạng ➔ Trục quay của motor cần đi qua trọng tâm của hệ Các kiến thức thuộc lĩnh vực STEM trong chủ đề Bảng 2.2: Các kiến thức thuộc lĩnh vực STEM trong chủ đề Mô hình cần cẩu tháp Khoa học (Science) - Momen lực. - Cân bằng của một vật có trục quay cố định. - Quy tắc hợp lực song song cùng chiều. - Cân bằng của một vật có mặt chân đế. - Chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định. - Động cơ điện một chiều. - Mạch điện một chiều. Công nghệ (Technology) - Sử dụng máy khoan, kiềm, kéo, keo dán sắt, súng bắn keo, Kĩ thuật (Engineering) - Bản thiết kế cần cẩu. Toán học (Mathematics) - Tính toán, đo đạc chiều cao của cần cẩu, độ dài của các cánh tay đòn. - Tính toán, đo đạc các chi tiết. Mục tiêu chủ đề a) Kiến thức, kĩ năng - Nhớ lại và vận dụng được các kiến thức về dòng điện, mạch điện, động cơ điện một chiều. (KTKN-1) - Nêu được khái niệm momen lực, các dạng cân bằng, điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế. (KTKN-2) Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
29 - Trình bày được điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định (hay quy tắc momen lực), quy tắc hợp lực song song cùng chiều, chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định. (KTKN-3) - Rèn luyện được kĩ năng thực hiện thí nghiệm, xử lí kết quả thí nghiệm, đánh giá kết quả thí nghiệm và rút ra kết luận. (KTKN-4) - Nêu được nguyên lí hoạt động của cần cẩu tháp. (KTKN-5) - Vẽ và mắc được mạch điện một chiều. (KTKN-6) - Thiết kế và lắp ráp được mô hình cần cẩu tháp. (KTKN -7) - Biết cách sử dụng thành thạo và an toàn các công cụ: máy khoan, súng bắn keo, (KTKN-8) b) Năng lực - GQVĐVST: + Phát hiện và nêu được vấn đề (GQVĐST-1) + Thực hiện được thí nghiệm và kết luận (GQVĐST-2) + Đề xuất mô hình cần cẩu tháp, thực hiện giải pháp, đánh giá, cải tiến sản phẩm của nhóm mình và nhóm bạn (GQVĐST-3) - Tự chủ và tự học: + Nghiên cứu tài liệu để lĩnh hội kiến thức. (TCTH-1) + Tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lí hoạt động và cách chế tạo cần cẩu tháp. (TCTH- 2) - Giao tiếp và hợp tác: thảo luận và xây dựng hoạt động nhóm tích cực. (GTHT-1) - Thẩm mỹ: sáng tạo sản phẩm có tính thẩm mỹ. (TM-1) c) Phẩm chất - Chăm chỉ: tích cực, hăng say thảo luận, phân tích bài học, tìm và phân tích giải pháp, thực hiện giải pháp. (PC-1) - Trách nhiệm: có tinh thần trách nhiệm trong làm việc nhóm. (PC-2) Chuẩn bị của giáo viên Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
30 2.2.5.1 Dụng cụ, học liệu sử dụng trong chủ đề Bảng 2.3. Dụng cụ, học liệu GV cần chuẩn bị Tên phương tiện/ học Số lượng Cách thức sử dụng liệu Bút lông màu 1 bộ/ nhóm - Dùng để ghi chép, trang trí poster Giấy A3 1 tờ/ nhóm - Dùng ở hoạt động 1 trong tiến trình. - Dùng để HS thảo luận và ghi các cách để nâng vật liệu xây dựng lên cao. Phiếu học tập 1, 2, 3, 4, 5 1 bộ/ cá nhân - In khổ giấy A4 - Dùng ở hoạt động 2 trong tiến trình. Phiếu học tập 6 (Phiếu 1 bộ/ nhóm - Khổ giấy A1 hoặc A0 khăn trải bàn) - Dùng ở hoạt động 3 trong tiến trình. - Dùng để HS ghi chép phương án thiết kế riêng và thống nhất thành phương án chung của nhóm. Tài liệu học tập 1 bộ/ cá nhân - In khổ A4 Bộ vật liệu và dụng cụ 1 bộ/ nhóm Tài liệu hướng dẫn thực 1 bộ/ nhóm - In khổ A4 hiện sản phẩm Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
31 2.2.5.2 Hướng dẫn thực hiện sản phẩm a. Vật liệu và dụng cụ Bảng 2.4: Bảng vật liệu giáo viên chuẩn bị và phát cho các nhóm Kích STT Vật liệu Số lượng Ghi chú/ hình ảnh thước 1 Que đè lưỡi 2x15 (cm) Khoảng 100 que 2 Que kem 1x15 (cm) 2 que 3 Xiên que 2 que Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
32 4 Dây dù 2mm 2m 5 Ròng rọc 2 cái 6 Ván làm mô 40x40 1 hình 7 Hộp carton Khoảng 1 hộp 20x10x10 (cm) Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
33 8 Motor giảm tốc 2 cái vàng v1 9 Motor giảm tốc 3-9V, 2.5- 1 cái 12 vòng/phút 10 Công tắc đổi 3 cái chiều 6 chân 11 Dây điện 2m Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
34 12 Đầu nối dây 4 cái điện 2 chấu 13 Đế pin AA 4 1 cái pin mắc nối tiếp 14 Pin AA 1,5V 4 cục Bảng 2.5 Bảng dụng cụ giáo viên chuẩn bị và phát cho các nhóm STT Dụng cụ Chú thích/ hình vẽ 1 Máy khoan 2 Mũi khoan Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
35 3 Keo dán sắt 4 Súng bắn keo 5 Keo nến 6 Kéo cắt chuyên dụng Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
36 7 Găng tay bảo hộ 8 Kính bảo hộ b. Tiến hành gia công các chi tiết Lưu ý: Nếu không nói gì thêm thì các bước dán ta sẽ dùng keo 502, chỗ nào dùng keo nến tài liệu sẽ có đề cập. Bảng 2.6. Các bước gia công các chi tiết của mô hình cần cẩu tháp Tên Số Các bước tiến hành chi tiết lượng Thanh 6 Bước 1: Dùng kéo cắt chuyên Bước 2: Dán thanh que đè lưỡi dài 45 dụng cắt 6 que đè lưỡi thành 2 đã cắt nửa lên thanh que đè lưỡi cm đoạn bằng nhau, mỗi đoạn dài nguyên vẹn, sao cho đầu cong 7,5 cm. của 2 thanh que trùng nhau. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
37 Bước 3: Tiếp tục dùng một que Bước 4: Lật lại, và tiếp tục dùng que đè lưỡi khác dán lên phần một que đè lưỡi nguyên vẹn dán sát lên phần còn lại, cho đến khi còn lại. có chiều dài 45cm. Cuối cúng dán nửa que đè lưỡi đã cắt để lắp đầy phần còn lại. Ta được 1 thanh dài 45cm nguyên vẹn. Trụ 2 Ta cần 2 thanh dài có bề ngang 4cm để làm trụ vì thế ta dán theo cần cẩu cặp 2 thanh dài phía trên lại với nhau. tháp Con 1 Bước 1: Cắt que đè lưỡi thành 6 Bước 2: Dán ba thanh đè lưỡi chạy thanh chữ nhật dài 6cm lại vs nhau thành 1 tấm vuông. Ta được 2 tấm vuông như vậy Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
38 Bước 3: Cắt que kem thành 3 Bước 4: Dán chồng miếng que chữ nhật dài khoảng 6cm, vuông còn lại lên 3 que kem. rồi dán chồng lên chính giữa 1 tấm vuông. Lưu ý dán sao cho các que kem vuông góc với que đè lưỡi để con chạy chắc chắn hơn. Bước 5: Dán động cơ vàng lên con chạy bằng keo nến. Cánh 1 Bước 1: Cắt que đè lưỡi thành 2 Bước 2: Dán 2 thanh dài 45 cm tay của thanh chữ nhật dài 5cm lên 1 thanh chữ nhật trên như cần cẩu hình. tháp Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
39 Bước 3: Luồn con chạy vảo chính giữa 2 thanh, sao cho đầu vàng của động cơ quay về phía thanh ngang vuông vừa cố định ở bước 1. Sau đó dán thanh ngang còn lại vào đầu bên kia của 2 que, lưu ý dán các đầu cùa 2 que khoảng 4cm. Đế 1 Bước 1: Cắt ván mô hình thành Bước 2: Dùng khoan khoan 1 lỗ quay 2 miếng rộng 5cm, dài 8cm. lên chính giữa 2 miếng gỗ. Bước 3: Luồn trục của động cơ Bước 4: Cắt đầu 4 thanh đè lưỡi trắng qua lỗ của 1 tấm ván rồi cho bằng phẳng rồi dán chồng 2 dán cố định tấm ván đó vào mặt thanh lên với nhau. Trên mỗi trong của động cơ. Lưu ý không thanh dày khoan 2 lỗ cách mỗi dán dính lên trục của động cơ. đầu 1 khoảng 0.5cm. Sau đó dán 2 thanh lên mép tấm ván còn lại bằng keo nến, mỗi thanh cách nhau 5cm Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
40 Bước 5: Cắt cây xiên que thành 2 đoạn dài 7cm, xuyên qua 2 lỗ trên 2 thanh vừa dán phía trên. Lưu ý cây xiên phía trên cần luồn thêm 1 cái ròng rọc qua. Cánh Bước 1: Dán chồng 4 que đè lưỡi lên với nhau sau đó ghép 3 que tay sau dày như thế lại để tại nên 1 bản lớn dài 15cm, rộng 6cm. Ở giữa thanh, khoan 2 lỗ nhỏ cách nhau khoảng 1cm. Hộp Bước 1: Nối dây công tắc đảo Bước 2: Trên hộp carton, dùng điều chiều, theo sơ đồ sau, chừa sẵn dao rọc giấy rọc các lỗ hình chữ khiển 2 dây để nối với động cơ và với nhật kích thước 1,3cm x 1,7 cm, nguồn. nhét các công tắc vào lỗ. Dưới đáy hộp đục các lỗ để dẫn dây điện ra. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
41 c. Lắp ráp cần cẩu tháp Hình 2.1. Mô hình cần cẩu tháp Bảng 2.7. Các bước lắp ráp mô hình cần cẩu tháp Các bước tiến hành Hình ảnh minh họa Bước 1: Dán 2 thanh trụ vào giữa miếng hình ván mô bằng keo nến, 2 thanh quay mặt vào nhau, cách nhau 8cm Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
42 Bước 2: Cắt que đè lưỡi thành 3 đoạn dài 8cm, sau đó dán dùng keo nến dán dọc theo trụ cần cẩu để chắc chắn hơn Bước 3: Dán đế quay có đính động cơ lên trên đầu của trục. Lưu ý dán sao cho 2 thanh trục cần cẩu không bị dư ra sẽ gây cản trở chuyển động quay, tốt nhất là dán đế quay chồng lên trên 2 thanh trục. Bước 4: Dán cánh tay lên cây xiên que phía dưới của đế quay. Bước 5: Dán cánh tay sau vào phần trống còn lại của đế quay. Dùng dây dù kéo từ trục trước, đi qua ròng rọc và cố định dây vào cánh tay sau nhờ 2 lỗ trên cánh tay sau. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
43 Bước 6: Dán cả cánh tay đã hoàn thiện phía trên cố định vào trục quay. Bước 7: Dán cố định 1 motor vàng lên cánh tay phía đầu gắn với trụ cần cẩu, sao cho trục quay của động cơ nằng ra phía giữa đường đi của con chạy. Chúng ta có thể dán 1 miếng tròn nhỏ lên trục quay. để giữ cho dây không tuột khỏi trục quay. Bước 8: Cột cố định 1 đầu dây vào 1 đầu của con chạy, sau đó cầm đầu còn lại luồn qua trục trước ở trên cánh tay cần cẩu, luồn qua động cơ vừa được dán trên trục quay, rồi cố định đầu dây lên con chạy. Bước 9: Đính 2 đầu 1 sợi dây dù lên 2 trục của động cơ trên con chạy. Có thể dán 2 miếng tròn nhỏ lên 2 trục của động cơ để dây không bị tuột khỏi trục. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
44 Bước 10: Dùng dây điện và đầu nối dây điện để lắp mạch điện theo sơ đồ. Lưu ý vì chúng ta sẽ đảo chiều động cơ nên có thể không cần mắc đúng cực. Bước 11: Gắn đối trọng. Tiến trình dạy học tổng thể Chủ đề được triển khai trong vòng 4 tiết chính khóa, cụ thể chuỗi các hoạt động và thời gian như bảng 2-3: Bảng 2.8. Chuỗi hoạt động dạy học chủ đề Mô hình cần cẩu tháp Định hướng cách thức tổ Mục tiêu Công cụ Công cụ Hoạt chức Mục đích của hoạt học sinh đạt thu nhận đánh giá động (Phương động được thông tin pháp, kĩ thuật) Xác - Biểu diễn - HS nêu được các GQVĐST-1 - Thông - Rubric định mô hình. cách để vận chuyển qua phát đánh giá nhiệm - Thuyết vật liệu lên cao và biểu của năng lực vụ (10 trình, đàm xem xét được cách học sinh . giải quyết phút) thoại. tối ưu nhất. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
45 - Học sinh thấy vấn đề và được sự cần thiết sáng tạo của cần cẩu trong đời sống, cụ thể là trong xây dựng. - Học sinh được quan sát cấu tạo và cách thức hoạt động của mô hình cần cẩu. - Học sinh tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế mô hình cần cẩu tháp theo các yêu cầu mà giáo viên đưa ra Tìm - Thông báo, - Học sinh tự làm KTKN-1 - Phiếu - Đáp án hiểu đàm thoại. được thí nghiệm KTKN-2 học tập. phiếu học kiến - Học sinh tự thông qua việc tự KTKN-3 - Thao tác tập. thức đọc tài liệu đọc để rút ra kiến KTKN 4 của HS. - Rubric nền và hoàn thức về quy tắc KTKN-5 đánh giá (80 thành phiếu momen lực và quy GQVĐST-1 năng lực phút) học tập. tắc hợp lực song GQVĐST-2 giải quyết + Tìm điều song cùng chiều. TCTH-1 vấn đề và kiện cân - Học sinh tự đọc tài GTHT-2 sáng tạo. bằng của 1 liệu để lĩnh hội kiến PC-1 Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
46 vật có trục thức về điều kiện PC-2 quay cố định cân bằng của vật có (tiến hành thí mặt chân đế, chuyển nghiệm) động quay của vật + Xây dựng quanh trục cố định. quy tắc hợp - Học sinh hiểu về lực song nguyên lí hoạt động song cùng của cần cẩu tháp. chiều (tiến hành thí nghiệm) + Tìm hiểu điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế + Tìm hiểu chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định. + Tìm hiểu động cơ điện - Giáo viên quan sát, Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
47 giúp đỡ, sửa bài. Đề - Kĩ thuật - Học sinh nêu lên KTKN-6 - Phiếu - Rubric xuất và Khăn trải được phương án KTKN-7 Khăn trải đánh giá lựa bàn: học sinh thiết kế cần cẩu theo QQVĐST-3 bàn. năng lực chọn hoạt động cá các yêu cầu mà giáo TCTH-2 - Sự trình giải quyết giải nhân sau đó viên đề ra. GTHT-1 bày của vấn đề và pháp thảo luận TM-1 HS. sáng tạo. (45 nhóm để lựa PC-1 - Bảng phút chọn giải PC-2 tiêu chí hoạt pháp tối ưu. đánh giá động phương án trên thiết kế. lớp) Thực - Học sinh - Học sinh lắp ráp KTKN-8 - Thao tác - Rubric hiện lắp ráp mô được mô hình cầu GQVĐST-3 của HS. đánh giá giải hình cần cẩu. cẩu có thể đáp ứng GTHT-1 - Mô hình năng lực pháp được các yêu cầu TM-1 sản phẩm. giải quyết và vận giáo viên đề ra. PC-1 vấn đề và hành PC-2 sáng tạo. sản phẩm (1 tuần) Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
48 Báo - Vận hành - Học sinh vận hành GQVĐST-3 - Mô hình - Bảng cáo và và đánh giá mô hình trước cả PC-1 sản phẩm. tiêu chí tổng mô hình. lớp. - Poster đánh giá kết chủ - Đàm thoại: - Học sinh đánh giá trình bày. sản phẩm. đề (45 tổng kết lại được ưu nhược điểm - Phát - Rubric phút) chủ đề, đặt của mô hình. biểu của đánh giá thêm vấn đề - Học sinh nêu ra học sinh năng lực để cải tiến được những vấn đề trong lớp giải quyết mô hình. cần phải giải quyết học. vấn đề và thêm để cải tiến mô sáng tạo. hình. Tiến trình dạy học chi tiết HOẠT ĐỘNG 1: XÁC ĐỊNH NHIỆM VỤ (10 phút) A. Chuẩn bị - Mô hình cần cẩu tháp. - Máy chiếu. B. Tiến trình thực hiện Bảng 2.9 Tiến trình dạy học Hoạt động 1 Hoạt động của GV Hoạt động của HS GV: Trong các đô thị hiện đại không thể thiếu hình ảnh của các tòa nhà cao tầng. Các tòa nhà được dùng làm chỗ ở, trung tâm mua sắm, văn phòng, khách sạn. Các tòa nhà cao tầng vừa giải quyết được tình trạng đất chật người đông vừa tạo nên hình ảnh đẹp cho Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
49 một thành phố, là biểu tượng cho sự phát triển của một quốc gia. GV chiếu hình ảnh Landmark 81 GV: Việc xây dựng một công trình đòi hỏi rất nhiều HS: Dùng ròng rọc, cần cẩu. kĩ thuật, trong đó bao gồm việc vận chuyển liệu xây dựng và cấu kiện lên cao, tưởng tượng mình là một kĩ sư công trình, các em hãy thảo luận trong 5 phút cách để vận chuyển vật liệu lên trên cao? GV: Nhận xét Cần cẩu tháp cùng để vận chuyển vật liệu xây dựng và các cấu kiện xây dựng lên cao. Ngoài lên cao thì cẩn cẩu còn có thể nâng vật ra xa lại gần. Lúc này đòi hỏi cần cẩu phải có một khả năng cân bằng tốt để không bị lật. GV phát tài liệu học tập cho HS. GV vận hành thử mô hình cần cẩu tháp. GV: Đối trọng có khối lượng 1kg, ở tầm với gần nhất, HS: Ghi chép nhiệm vụ và yêu cẩu tháp có thể nâng tối đa 400g, ở tầm với xa nhất là cầu về sản phẩm vào tài liệu học 40cm, cần cẩu có thể nâng tối đa là 200g mà không tập bị lật. Với các thông số về kích thước của cần cẩu tháp mà cô đưa ra, các em hãy thiết kế cần cẩu tháp có thể nâng được khối lượng 400g ở tầm với càng xa càng tốt. GV: Trình chiếu các yêu cầu: - Mô hình có chiều cao không quá 60cm và dài không quá 60cm, chân đế rộng 40x40cm, đối trọng nặng 1kg. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
50 - Mô hình cần được được thiết kế đảm bảo những cấu trúc cần thiết: chân đế, trụ cần cẩu, cánh tay cần cẩu, đối trọng, hệ thống motor cho phép nâng, thả vật ở một vị trí bất kì nằm trong phạm vi của mô hình. - Mô hình có thể nâng thả vật ở một vị trí bất kì. - Mô hình có thể nâng được khối lượng 400g ở tầm với càng xa càng tốt. - Sản phẩm có tính thẩm mĩ. HOẠT ĐỘNG 2: TÌM HIỂU KIẾN THỨC NỀN (80 phút) A. Chuẩn bị - 6 bộ thí nghiệm xác định quy tắc momen lực. - 6 bộ thí nghiệm xác định quy tắc hợp lực song song cùng chiều. - Tài liệu học tập. - Phiếu học tập 1, 2, 3, 4, 5 B. Tiến trình thực hiện Bảng 2.10. Tiến trình dạy học Hoạt động 2 Hoạt động của GV Hoạt động của HS GV phát tài liệu học tập cho học sinh. Hoạt động 2.1. Tìm điều kiện cân bằng của 1 vật có trục quay cố định. GV cho các em điền phiếu học tập số 1. - HS thảo luận và điền vào phiếu GV phát cho mỗi nhóm 1 bộ thí nghiệm xác định học tập số 1 quy tắc momen lực. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
51 GV: Các em dựa vào tài liệu làm việc theo nhóm - HS cùng nhau làm thí nghiệm, trong 20 phút thực hiện thí nghiệm để xác định thảo luận và điền vào phần thí điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố nghiệm trong phiếu học tập số 2 định. Các em thảo luận điền thông tin vào phần thí nghiệm trong phiếu học tập số 2. GV giám sát, hỗ trợ cho các em. GV kết luận, tổng kết lại thí nghiệm: (kết hợp với - HS lắng nghe việc thực hiện lại thí nghiệm) Ta thấy khi chỉ có lực F1 tác dụng phía bên trái đĩa thì đĩa quay ngược chiều kim đồng hồ. Khi chỉ có lực F2 tác dụng vào phía bên phải của đĩa thì chiếc đĩa quay theo chiều kim đồng hồ. Để đặc trưng cho tác dụng quay của lực ta có đại lượng momen lực, được xác bằng tích giữa lực tác dụng và khoảng cách từ trục quay đến giá của lực (cánh tay đòn). Khi ta tác dụng lực đi qua trục quay thì cánh tay đòn bằng 0 nên momen của lực bằng 0 nên ta thấy đĩa không quay. Còn khi tác dụng cả 2 lực cùng lúc, đĩa sẽ quay tới một vị trí và dừng lại cân bằng, lúc này, tác dụng làm quay của lực F1 cân bằng với tác dụng làm quay của lực F2. Qua kết quả thí nghiệm, ta cũng thấy momen của lực F1 bằng momen của lực F2. Từ đó, ta có điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định hay còn gọi là quy tắc momen. Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng thì tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
52 momen lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ. GV: Các em tự trả lời các câu hỏi vận dụng trong - HS trả lời câu hỏi vận dụng vào phiếu học tập số 2. phiếu học tập số 2. Hoạt động 2.2. Tìm hiểu chuyển động quay của vật rắn quanh một trục cố định. GV: Cho các em tự đọc tài liệu. Hoạt động 2.3. Tìm hiểu cân bằng của một vật có mặt chân đế. GV: Cho các em tự đọc tài liệu và hoàn thành - HS đọc tài liệu học tập và hoàn phiếu học tập số 3. thành phiếu học tập số 3 Hoạt động 2.4. Xây dựng quy tắc hợp lực song song cùng chiều GV phát cho mỗi nhóm 1 bộ thí nghiệm xác định quy tắc hợp lực song song cùng chiều. GV: Các em dựa vào tài liệu làm việc theo nhóm - HS cùng nhau làm thí nghiệm, trong 20 phút thực hiện thí nghiệm để xác định thảo luận và điền vào phiếu học quy tắc hợp lực song song cùng chiều. Các em tập số 4 thảo luận điền thông tin vào phiếu học tập số 4. GV giám sát, hỗ trợ cho các em. GV kết luận, tổng kết lại thí nghiệm: (kết hợp với việc thực hiện lại thí nghiệm): Hợp của 2 lực song song là một lực song song, cùng chiều và có độ lớn bằng tổng độ lớn của hai lực ấy. Giá của hợp lực chia khoảng cách giữa 2 giá của hai lực song song thành những đoạn tỉ lệ nghịch với độ lớn của cả 2 lực ấy. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
53 F=F1+F2 퐹1 2 = 퐹2 1 Hoạt động 2.5. Tìm hiểu Động cơ điện. GV: Cho các em tự đọc tài liệu để nhớ lại kiến thức. Hoạt động 2.6. Tìm hiểu nguyên lí hoạt động của cần cẩu tháp. - GV yêu cầu các em hoàn thành phiếu học tập số - HS điền vào phiếu học tập số 5 5 về nguyên lí hoạt động của cần cẩu tháp. C. Tài liệu hổ trợ Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
54 Họ và tên: Nhóm: Phiếu học tập 1 Hoạt động 2.1. Tìm điều kiện cân bằng của 1 vật có trục quay cố định Đặt vấn đề: Khi chỉ có đối trọng, không treo vật, cần cẩu có bị lệch không, lệch về phía nào? Khi móc vật vào và cẩu vật càng ra xa trụ thì cần cẩu có xu hướng lệch về phía nào so với trụ? Theo em, mối quan hệ giữa lực mà cần cẩu nâng được với khoảng cách từ lực đến trụ như thế nào với nhau? Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
55 Họ và tên: Nhóm: Phiếu học tập 2 Hoạt động 2.1. Tìm điều kiện cân bằng của 1 vật có trục quay cố định Thực hiện thí nghiệm và điền thông tin vào chỗ trống: - Gắn đĩa momen lên bảng thép, điều chỉnh cho dây dọi treo tại tâm đĩa nằm song song với mặt đĩa đi qua vạch 0 của thước ngang. - Lần lượt treo sợi dây có buộc một gia trọng vào các điểm khác nhau trên đĩa để trả lời câu hỏi: Khi nào lực tác dụng lên đĩa không làm đĩa quay; khi nào lực tác dụng lên Hình 2.2 Thí nghiệm đĩa làm đĩa quay và quay theo chiều nào? quy tắc momen lực - Theo em, sự quay của đĩa phụ thuộc vào những yếu tố nào? - Theo em, khi vật chịu tác dụng cùng lúc 2 lực làm cho vật quay theo 2 chiều ngược nhau thì điều kiện để vật cân bằng, không quay là gì? ❖ Thực hiện thí nghiệm xem ta đã dự đoán đúng không nhé! - Điều chỉnh thanh thước gắn với đĩa mô men theo phương ngang (giá quả rọi đi qua vạch 0 của thước). - Treo đồng thời một sợi dây thứ nhất có móc gia trọng (1 quả nặng) vào điểm bên trái của đĩa mô men và sợi dây thứ 2 có móc gia trọng khác (2 quả nặng) vào điểm Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
56 bất kì bên phải của đĩa (như hình). Khi đĩa cân bằng, đọc các giá trị F1, d1, F2, d2. (d1, d2 lần lượt là khoảng cách từ giá hai lực đến trục quay – phương dây rọi). Lập các tích số F1.d1, F2.d2. - Lặp lại thí nghiệm bằng cách thay đổi độ lớn lực F1 , F2 , thay đổi phương lực (bằng cách vắt sợi dây thứ 2 qua ròng rọc cố định, tìm vị trí ròng rọc để đĩa cân bằng (sợi chỉ căng theo phương tiếp tuyến của vòng tròn). Ghi số liệu vào bảng: Lần F1 F2 d1 d2 đo 1 2 3 4 - Em có nhận xét gì về các số liệu F1, F2, d1, d2 (gợi ý, nhận xét về thương và tích của F và d) - Rút ra nhận xét về điều kiện cân bằng của một vật có trục quay cố định: - Vận dụng: Hãy vận dụng quy tắc momen lực để giải thích các trường hợp sau, vẽ rõ đâu là trục quay O, đâu là lực tác dụng. a) Một người nâng vật trên tay Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
57 b) Nguyên tắc hoạt động của cân đĩa c) Cần cẩu đang nâng vật Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
58 Một người dùng búa để nhổ một chiếc đinh. Khi người ấy tác dụng một lực 100N vào đầu búa thì đinh bắt đầu chuyển động. Hãy tính lực cản của gỗ tác dụng vào đinh. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
59 Họ và tên: Nhóm: Phiếu học tập 3 Hoạt động 2.2. Tìm hiểu cân bằng của một vật có mặt chân đế. Nêu điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế? Có những cách nào để tăng mức vững vàng của một vật có mặt chân đế? Đá Ba Chồng là một quần thể di tích thắng cảnh tại thị trấn Định Quán, huyện Định Quán, tỉnh Đồng Nai. Nổi bật nhất trong quần thể là ba hòn đá khổng lồ chồng lên nhau với chiều cao 36m, nằm chênh vênh ngay bên cạnh quốc lộ 20, cảnh tượng hùng vĩ của danh thắng này cuốn hút biết bao du khách đi ngang qua. Ai đã từng một lần nhìn thấy hòn đá này đều có chung cảm giác đó là “không an toàn”. Hãy giải thích tại sao những hòn đá này vẫn đứng vững cân bằng, không bị lăn xuống đường? Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
60 Những chiếc siêu xe và xe thể thao như Lamborghini, Ferrari hay Bugatti luôn hấp dẫn nhờ thiết kế ấn tượng, động cơ mạnh mẽ, âm thanh phấn khích cùng giá trị đắt đỏ. Những chiếc xe này có thể chạy với tốc độ cao, cùng khả năng ôm cua ấn tượng. Tuy nhiên gầm của những chiếc xe này thường khá thấp, dựa vào hiểu biết của em hãy giải thích tại sao? Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
61 Họ và tên: Nhóm: Phiếu học tập 4 Hoạt động 2.4. Xây dựng quy tắc hợp lực song song cùng chiều Đặt vấn đề: Ta đã biết điều kiện cân bằng của vật có mặt chân đế là giá của trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế. Vậy làm sao để xác định được trọng lực của cần cẩu tháp? Chúng ta cùng xây dựng quy tắc hợp lực song song cùng chiều nhé! Tổng hợp lực là thay thế các lực tác dụng đồng thời vào cùng một vật bằng một lực có tác dụng giống hệt như các lực ấy. Ta đã biết cách hợp lực các lực có giá đồng quy, vậy làm thế nào để tổng hợp 2 lực song song cùng chiều? - Một vật chịu tác dụng của hai lực song song cùng chiều thì lực tổng hợp của chúng có đặc điểm như thế nào? Hãy nêu dự đoán của em: Điểm đặt: Phương, chiều: Độ lớn: - Theo em, điểm đặt của lực có phụ thuộc vào độ lớn của hai lực song song cần tổng hợp hay không? Chúng ta còn phân vân về điểm đặt của lực sẽ ở đâu, để xem dự đoán của chúng ta có đúng không, hãy làm thí nghiệm nhé! Thực hiện thí nghiệm và điền thông tin vào chỗ trống Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
62 - Bước 1: Bố trí thí nghiệm như hình minh họa, thước dài có cách vạch chia kích thước chính xác, treo thước vào 2 đầu của lực kế, sau đó treo thêm các quả nặng vào 2 điểm đầu thước (gọi là 2 điểm A và B), rồi đánh dấu lại các vị trí của 2 đầu thước. - Bước 2: Gộp các quả nặng lại, sau đó treo lần lượt lên các vị trí khác nhau trên thước sao cho hai đầu thước trùng với hai đầu đã đánh dấu. Điểm đặt lúc này gọi là O - Bước 3: Tính khoảng cách OA, OB. Ghi các số liệu vào bảng. Hình 2.3: Thí nghiệm hợp lực song song cùng chiều Lần P1(N) P2(N) OA (cm) OB(cm) 1 2 3 - Em có nhận xét gì về các số liệu? (Điểm đặt lực tổng hợp O liên quan thế nào đến các lực P1, P2, thử lập tỉ số hoặc tích giữa các số liệu) Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
63 - Dựa vào kiến thức hình học của mình, chứng minh = 1 2 - Kết luận về hợp lực của 2 lực song song cùng chiều: Điểm đặt: Phương, chiều: Độ lớn: Một cần cẩu tháp đang nâng tải có khối lượng 2000kg (như hình). Tay cần BD nặng 1500kg trọng tâm tại G1, tay cần BC nặng 500kg trọng tâm tại G2. Đối trọng được đặt tại C có trọng tâm tại G3. Xác định khối lượng của đối trọng sao cho tổng hợp trọng lực của hai tay cần, tải và đối trọng đặt tại B. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
64 Họ và tên: Phiếu học tập 5 Hoạt động 2.6. Tìm hiểu nguyên lí hoạt động của cần cẩu tháp. Tìm hiểu cấu tạo và nguyên lí hoạt động của cần cẩu tháp: a) Cấu tạo của cần cẩu tháp? Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
65 b) Vẽ các lực tác dụng lên cần cẩu khi cần cẩu hoạt động. Làm thế nào để cần cẩu cân bằng, không bị lật khi cẩu vật nặng, chân đế của cần cẩu đóng vai trò như thế nào? HOẠT ĐỘNG 3: ĐỀ XUẤT VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP (45 phút) A. Chuẩn bị - Danh sách các nguyên vật liệu và dụng cụ mà HS được phát. - Phiếu học tập số 6 - Bảng tiêu chí đánh giá phương án thiết kế B. Tiến trình thực hiện Bảng 2.11. Tiến trình dạy học Hoạt động 3 Hoạt động của GV Hoạt động của HS - GV phát cho mỗi nhóm 1 bộ nguyên vật liệu, giới thiệu các chi tiết mới như công tắc đảo chiều - GV yêu cầu các em thảo luận và nêu phương - HS tự thiết kế phương án của mình án thiết kế mô hình cần cẩu tháp thỏa các yêu vào tài liệu trong 15 phút sau đó thảo cầu giáo viên đưa ra, các em có 15 phút làm cá luận cùng nhóm 15 phút đề đưa ra phương án tối ưu. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
66 nhân và 15 phút thảo luận để đưa ra phương án tối ưu nhất. - HS xung phong báo cáo - GV cho 3 nhóm lên báo cáo phương án, mỗi - HS chú ý lắng nghe, ghi chép nhóm 3 phút. Yêu cầu các nhóm khác trong lúc nghe nhóm báo báo cáo thì ghi chú để đặt câu hỏi và phản biện. - Góp ý và đặt câu hỏi cho nhóm bạn. - GV cho các em nhận xét và đặt câu hỏi - GV nhận xét. - GV dặn dò các em về nhà thực hiện làm mô hình và chuẩn bị phần báo cáo (kết hợp với poster hoặc PowerPoint) C. Tài liệu hỗ trợ Nhóm: Phiếu học tập 6 Trình bày phương án thiết kế cần cẩu theo yêu cầu đã đề ra: Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
67 HOẠT ĐỘNG 4: THỰC HIỆN GIẢI PHÁP VÀ VẬN HÀNH SẢN PHẨM (1 tuần) A. Chuẩn bị - 6 bộ nguyên vật liệu lắp ráp mô hình cần cẩu tháp. - Tài liệu hướng dẫn. B. Tiến trình thực hiện Bảng 2.12. Tiến trình dạy học Hoạt động 4 Hoạt động của GV Hoạt động của HS - GV giám sát và hướng dẫn các nhóm khi cần. - HS tiến hành lắp ráp theo tài liệu hường dẫn, có những cải tiến theo bản thiết kế của nhóm mình. HOẠT ĐỘNG 5: BÁO CÁO VÀ TỔNG KẾT CHỦ ĐỀ. (45 phút) A. Chuẩn bị - Bảng tiêu chí đánh giá sản phẩm B. Tiến trình thực hiện Bảng 2.13. Tiến trình dạy học Hoạt động 5 Hoạt động của GV Hoạt động của HS - GV cho các nhóm báo cáo và vận hành sản phẩm - HS báo cáo, quan sát và lắng - GV tổ chức cho các nhóm HS nhận xét, đánh giá, nghe, ghi nhận, nhận xét đặt câu đặt câu hỏi, phản biện với nhau để xuất hiện vấn đề. hỏi cho nhóm bạn. - GV kết luận các kiến thức: Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
68 - GV yêu cầu HS về nhà nghiên cứu cách ưu nhược điểm mô hình của mình và cải tiến mô hình để có thể nâng vật nặng hơn, đi ra tầm với xa hơn. Tiêu chí đánh giá trong dạy học chủ đề Mô hình cần cẩu tháp 2.2.8.1 Tiêu chí đánh giá phương án thiết kế Bảng 2.14. Tiêu chí đánh giá phương án thiết kế Điểm tối Tiêu chí đánh giá Điểm đánh giá đa Phương án dựa vào kiến thức về căn bằng của vật có 20 trục quay cố định và cân bằng của vật có mặt chân đế. Phương án khả thi, có thể giải quyết vấn đề nêu ra một 20 cách tối ưu (cần cẩu phải đủ chắc chắn và có đầy đủ chức năng đi chuyển) Phương án thỏa các tiêu chí về kích thước. 10 Phương án sử dụng vật liệu một cách hiệu quả và tiết 10 kiệm Phương án có những điểm mới mẻ, mang tính sáng tạo. 10 Bản vẽ chi tiết, có chú thích vật liệu, kích thước. 10 Trình bày tự tin, nội dung trình bày đầy đủ cấu tạo, vật 10 liệu, nguyên lí hoạt động. Đặt câu hỏi cho nhóm bạn và trả lời tốt các câu hỏi của 10 nhóm bạn Tổng điểm 100 Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
69 2.2.8.2 Tiêu chí đánh giá sản phẩm Bảng 2.15. Bảng tiêu chí đánh giá sản phẩm Điểm tối Tiêu chí đánh giá Điểm đánh giá đa Mô hình cần cẩu tháp vận hành ổn định, đảm bảo các 40 chức năng theo yêu cầu Mô hình cần cẩu tháp có khả năng nâng được vật 400g 10 ra xa Mô hình cần cẩu tháp độc đáo, sáng tạo 10 Mô hình cần cẩu đẹp 10 Poster thuyết trình đầy đủ thông tin, bố cục rõ ràng, 10 đẹp, thuyết trình tự tin. Đặt câu hỏi cho nhóm bạn (5 điểm 1 câu hỏi) 10 Trả lời tốt câu hỏi từ GV và nhóm bạn 10 Tổng điểm 100 2.2.8.3 Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo của học sinh trong dạy học chủ đề Mô hình cần cẩu tháp. Bảng 2.16. Đánh giá NL GQVĐVST của HS khi học chủ đề Mô hình cần cẩu tháp NL Các mức độ biểu hiện của thành Chỉ số hành vi hành vi phần 1.1. Xác định và làm rõ được các ý tưởng Mức 1: Không xác định được ý 1. mới. tưởng nào. Nhận + Các em phải đóng vai làm một kĩ sư để Mức 2: Nêu được ý tưởng mới ra ý tìm cách đưa vật liệu xây dựng lên cao. nhưng chưa làm rõ được. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
70 tưởng + Mô hình biểu diễn của GV chỉ nâng Mức 3: Nêu và làm rõ được các mới được vật có khối lượng 200g, trong khi ý tưởng mới. nhiệm vụ của các em là nâng được vật 400g. 1.2. Phân tích các nguồn thông tin độc lập Mức 1: Không nêu được ý tưởng để thấy được khuynh hướng và độ tin nào là khả thi và đáng tin cậy. cậy của ý tưởng mới: Mức 2: Nêu được những ý tưởng + Ròng rọc thì có thể nâng vật lên cao khả thi nhưng chưa trình bày nhưng không đưa vật ra xa được, cần cẩu được sự phân tích của mình. có thể đưa vật ra xa. Ngoài ra để nâng thả Mức 3: Nêu được ý tưởng khả thi vật tại ví trí bất kì thì cần cẩu không chỉ và trình bày được lí do mà ý cần hệ thống nâng lên và đưa ra xa mà còn tưởng đó đáng tin cậy. phải xoay được. + Tiếp thu kiến thức để nhận ra rằng có thể thực hiện được nhiệm vụ nâng được vật 400g ra càng xa càng tốt. Mức 1: Không phân tích được 2. 2.1. Phân tích tình huống trong học tập, tình huống. Phát trong cuộc sống. Mức 2: Phân tích được tình hiện + Nêu và phân tích được tác dụng làm huống nhưng còn nhiều sai sót, và quay của lực: khi nào lực làm đĩa quay cần sự hướng dẫn của giáo viên: làm theo chiều kim đồng hồ, khi nào quay chỉ phân tích được cần có một hệ rõ ngược chiều, khi nào không quay. thống cần cẩu tháp để nâng thả vấn + Trình bày đươc nếu 2 lực tác dụng vào vật, chưa phát hiện được vấn đề đề vật cùng một lúc thì đĩa cân bằng khi nào. đề là khi đưa vật nặng ở xa thì khác gì khi ở gần trục. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
71 + Trình bày được vấn đề cần phải tìm khi Mức 3: Tự phát hiện và phân tích tổng hợp 2 lực song song cùng chiều: tìm được tình huống một cách trọn điểm đặt của lực tổng hợp. vẹn và đầy đủ + Càng gần trục thì cần cẩu càng nâng được nặng, để nâng được vật nặng 400g ra càng xa càng tốt thì cần có một hệ thống vững chắc và cân bằng tốt. + Để nâng thả vật tại một vị trí bất kì thì cần cẩu vừa phải xoay được, vừa có con chạy có khả năng đi xa, lại gần và nâng thả vật xuống. + Để cần cẩu có thể xoay mượt mà, trục quay của motor không bị biến dạng hay bung keo cố định thì trọng tâm của hệ càng gần trục quay càng tốt. Mức 1: Chưa phát hiện được vấn đề Mức 2: Phát hiện được vấn đề 2.2. Phát hiện và nêu vấn đề: nhưng còn thiếu sót hay cần đến + Thiết kế một hệ thống cần cẩu tháp có sự hướng dẫn của của giáo viên. thể nâng và thả vật tại vị trí bất kì nằm trong phạm vi của cần cẩu và đưa được vật Mức 3: Phát hiện được vấn đề: nặng 400g có tầm với càng xa càng tốt. thiết kế một hệ thống cần cẩu tháp có thể nâng và thả vật tại vị trí bất kì nằm trong phạm vi của cần cẩu và đưa được vật có tầm với càng xa càng tốt. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
72 3.1. Nêu được nhiều ý tưởng mới trong Mức 1: Không nêu được ý tưởng học tập và cuộc sống, suy nghĩ không theo nào. lối mòn: + Nêu được các ý tưởng để nâng vật lên: Mức 2: Đã nêu được các ý tưởng kéo lên, dùng ròng rọc, dùng xe cẩu nâng nhưng chưa phân tích được hoặc lên, dùng cần cẩu tháp , có hiểu biết về không khả thi các dụng cụ nâng vật đã sử dụng trong quá khứ, và trong thời hiện đại, nêu được các Mức 3: Nêu được các ý tưởng ý tưởng mới mẽ, độc đáo. khả thi và phân tích được ý tưởng + Ý tưởng thiết kế được mô hình cần cẩu: 3. đó. hình vẽ, cấu tạo, vật liệu, Hình + Nêu được các ý tưởng mới mẻ để giải thành quyết vấn đề nêu ra. Ví dụ: trong thực tế và người ta sẽ đào mống cho cần cẩu, ở đây triển ta sẽ dùng keo để cố định chân cần cẩu thật khai ý chắc chắn, tưởng + Nêu được ý tưởng khắc phục và cải tiến mới các vấn đề của mô hình. Mức 1: Chưa làm được. 3.2. Tạo ra yếu tố mới dựa trên những ý Mức 2: Đã kết nối được các ý tưởng khác nhau. Hình thành và kết nối tưởng của mình và các bạn, kết các ý tưởng: Tổng hợp các thiết kế cần cẩu hợp để hình thành một ý tưởng tháp của các thành viên trong nhóm, phân tối ưu nhất. tích ưu nhược điểm và kết hợp lại thành một Mức 3: Đã kết nối được các ý ý tưởng tối ưu. tưởng của mình và các bạn, dựa trên ý tưởng chung hình thành Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
73 một ý tưởng tối ưu trong đó có sử dụng những yếu tố mới khác. 3.3. Nghiên cứu để thay đổi giải pháp trước Mức 1: Chưa làm được. sự thay đổi của bối cảnh: Mức 2: Đã làm được nhưng cần + HS có giải pháp để tăng mức độ cân bằng sự hướng dẫn của giáo viên của cần cẩu: thêm dây cáp, hạ thấp trọng Mức 3: Tự nghiên cứu và thay tâm, đổi được ý tưởng để phù hợp với + HS giải quyết được những tình huống những thiết bị mà giáo viên cung bất ngờ (làm hư nên dẫn đến thiếu vật liệu, cấp. ) 3.4. Đánh giá rủi ro và có dự phòng: Cần Mức 1: Chưa làm được. cẩu chưa đủ vững vàng thì cần tăng diện Mức 2: Đã phát hiện có rủi ro tích mặt chân đế và hạ thấp trọng tâm bằng nhưng chưa có giải pháp. cách đặt thêm vật nặng dưới chân cần cẩu, Mức 3: Đánh giá được rủi ro với dán chắc chắn mặt đế vào tấm ván làm bản thiết kế và có phương án dự nền, làm tấm nền nặng thêm, có thêm phòng. phương án hoặc dự trù vật liệu, 4.1. Biết thu thập và làm rõ các thông tin Mức 1: Chưa làm được. có liên quan đến vấn đề. Mức 2: Làm được nhưng chưa đủ 4. Đề + Tự thu thập các thông tin về các kiến hoặc cần sự trợ giúp của giáo xuất, thức đã học: cân bằng của vật có mặt chân viên. lựa đế, điều kiện cân bằng của vật có trục quay chọn Mức 3: Tự thu thập các thông tin cố định (quy tắc momen lực), mạch điện, giải về các kiến thức đã học có liên pháp quan đến vấn đề: + Thu thập các thông tin đã biết dựa vào + Tự thu thập các thông tin về tự tìm thiểu và quan sát thực tế: làm sao các kiến thức đã học. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
74 cần cẩu có thể cân bằng được, cấu tạo của + Thu thập các thông tin đã biết nó gồm những gì, dựa vào tự tìm thiểu và quan sát thực tế. Mức 1: Chưa làm được Mức 2: Đã đề xuất được một số 4.2. Biết đề xuất và phân tích được một số giải pháp để giải quyết vấn đề giải pháp giải quyết vấn đề: đề xuất giải nhưng chưa phân tích được hoặc pháp thiết kế mô hình cần cẩu tháp đàm cần sự giúp đỡ của giáo viên. bảo sử dụng được các dụng cụ vật liệu thầy cô cung cấp và thỏa các tiêu chí đề Mức 3: Đề xuất được một số giải ra. pháp thiết kế cần cẩu tháp, phân tích được cấu tạo, và nguyên lí hoạt động. Mức 1: Lựa chọn được giải pháp 4.3. Lựa chọn được giải pháp phù hợp nhưng đó chưa phải là tối ưu. nhất: Tổng hợp các thiết kế cần cẩu tháp của Mức 2: Lựa chọn được giải pháp các thành viên trong nhóm, phân tích ưu tối ưu nhưng chưa phân tích nhược điểm và kết hợp lại thành một ý được lí do hoặc cần sự giúp đỡ tưởng tối ưu phù hợp với các tiêu chí của của giáo viên. sản phẩm và với các vật liệu mà các em được phát. Mức 3: Lựa chọn và phân tích được giải pháp tối ưu. 5. Mức 1: Chưa lập được kế hoạch 5.1. Lập được kế hoạch hoạt động có mục Thiết Mức 2: Lập được kế hoạch hoạt tiêu, nội dung, hình thức, phương tiện, kế và động nhưng chưa đầy đủ, chưa hoạt động phù hợp. tổ ghi chép cẩn thận mục tiêu, nội Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
75 chức dung, hình thức, phương tiện hoạt hoạt động. động Mức 3: Lập được kế hoạch hoạt động có mục tiêu, nội dung, hình thức, phương tiện hoạt động phù hợp. Có ghi chép đầy đủ, rõ ràng. Mức 1: Chưa làm được. Mức 2: Có điều chỉnh kế hoạch nhưng chưa hiệu quả. Ví dụ: điều chỉnh nhiệm vụ của các thành viên chưa linh động, thay đổi cách thức giải quyết để phù hợp với hoàn cảnh chưa được tối ưu, 5.2. Biết điều chỉnh kế hoạch và việc thực hiện kế hoạch, cách thức và tiến trình giải Mức 3: Biết điều chỉnh kế hoạch quyết vấn đề cho phù hợp với hoàn cảnh và việc thực hiện kế hoạch, cách để đạt hiệu quả cao. thức và tiến trình giải quyết vấn đề cho phù hợp với hoàn cảnh để đạt hiệu quả cao. Biết cách điều chỉnh nhiệm vụ các thành viên một cách linh hoạt, công bằng, hợp lí, thay đổi phương án thiết kế cho phù hợp với vật liệu đang có sẵn, biết phân bổ thời gian hợp lí, Mức 1: Chưa làm được. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
76 5.3. Đánh giá được hiệu quả của giải pháp Mức 2: Đã đánh giá được nhưng và hoạt động. còn nhiều thiếu sót, cần sự giúp + Đánh giá được số liệu và nêu ra được đỡ của giáo viên. kết luận về quy tắc momen lực và quy tắc Mức 3: Tự đánh giá đầy đủ hiệu hợp lực song song cùng chiều. quả của giải pháp và hoạt động. + Đánh giá được hiệu quả của giải pháp, nêu được ưu nhược điểm của mô hình. 6.1. Đặt nhiều câu hỏi có giá trị, không dễ Mức 1: Chưa đặt được câu hỏi dàng chấp nhận thông tin một chiều Mức 2: Đặt được nhiều câu hỏi cho nhóm bạn, nhưng chưa tìm hiểu và trả lời được Mức 3: Đặt được nhiều câu hỏi cho nhóm bạn, trong đó có tìm hiểu và trả lời được Tư Mức 1: Chưa làm được. duy Mức 2: Đã có những lập luận cho độc các giải pháp thiết kế cần cẩu tuy lập nhiên các em còn thiếu sót cần sự 6.2. Nêu ra các lập luận và minh chứng giúp đỡ của giáo viên hoặc chưa thuyết phục lập luận bằng các kiến thức đã tìm hiểu. Mức 3: Đã có những lập luận cho các giải pháp thiết kế và lập luận bằng các kiến thức đã tìm hiểu. 6.3. Sẵn sàng xem xét, đánh giá lại vấn đề. Mức 1: Chưa làm được Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
77 Mức 2: Tiếp thu ý kiến từ GV và các bạn. Đã đánh giá được giải pháp và mô hình tuy nhiên chưa có cách cải thiện. Mức 3: Tiếp thu ý kiến từ GV và các bạn. Đã đánh giá được giải pháp và mô hình, nêu lên dược phương án cải thiện Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
78 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 Trong chương này, chúng tôi đã tiến hành phân tích nội dung kiến thức chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” – Vật lí 10 (cơ bản). Căn cứ vào mục tiêu dạy học của chương và quy trình thiết kế một chủ đề giáo dục STEM, chúng tôi nghiên cứu, lựa chọn kiến thức để xây dựng chủ đề “Mô hình cần cẩu tháp” nhằm tổ chức dạy học chương này theo định hướng giáo dục STEM. Để kiểm chứng giả thuyết khoa học và có cơ sở thực tiễn cho đề tài, chúng tôi đã tiến thành thực nghiệm sư phạm ở trường THPT. Nội dung thực nghiệm được thể hiện ở chương 3. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
79 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm Chúng tôi tiến hành thực nghiệm sư phạm tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”- Vật lí 10 nhằm: - Kiểm chứng giả thuyết khoa học đã đề ra. - Đánh giá tính khả thi của tiến trình dạy học một số kiến thức chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn”- Vật lí 10 đã đề xuất. 3.2 Đối tượng thực nghiệm sư phạm HS lớp 10C8 trường THCS – THPT Hoa Sen (quận 9), năm học 2019 – 2020, sĩ số 25 HS. Các em HS có nhiều hoàn cảnh khác nhau: Một số rớt từ trường công lập, một số nhà ở các tỉnh khác học nội trú ở trường. Phần lớn các em năng động, tích cực tham gia các hoạt động của giáo viên. Tuy nhiên, một số em chưa ngoan và học lực tương đối yếu. 3.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm - Chúng tôi gửi giáo án dạy học cho giáo viên góp ý, điều chỉnh để phù hợp với tình hình lớp. Chúng tổ chức dạy học trong 03 tiết chính khóa theo tiến trình trong giáo án. - Thông qua quá trình giảng dạy, chúng tôi sử dụng các tiêu chí đã đề ra để đánh giá NL GQVĐVST của HS. - Trên cơ sở kết quả thực nghiệm, chúng tôi nhìn nhận những mặt đạt được cũng như những mặt hạn chế cần chỉnh sửa, cải tiến. 3.4 Thuận lợi và khó khăn trong quá trình thực nghiệm sư phạm Thuận lợi - Ban giám hiệu trường THCS - THPT Hoa Sen và tổ Vật lí ủng hộ đổi mới phương pháp dạy học, tạo điều kiện cho các tiết học định hướng giáo dục STEM. - Tại thời điểm thực nghiệm, nhà trường đã có phòng học STEM được trang bị đầy đủ các thiết bị, cơ sở vật chất để dạy các tiết học theo định hướng giáo dục STEM. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
80 - HS lớp thực nghiệm năng động, đoàn kết, tích cực, có năng khiếu thực hành và đã được tham gia nhiều tiết học STEM. - Giáo viên có NL chuyên môn, kinh nghiệm giảng dạy, tư vấn và hỗ trợ chúng tôi hết mình khi tổ chức các tiết dạy học theo định hướng giáo dục STEM. Khó khăn - Việc chuẩn bị thiết bị của giáo viên mất thời gian và cần sự hỗ trợ của nhiều người. - Một số HS mất tập trung, lo ra gây ảnh hưởng đến tiến trình tổ chức hoạt động của giáo viên và hiệu quả hoạt động nhóm. - Chủ đề với mục đích dạy kiến thức mới của chương “Cân bằng và chuyển động của vật rắn” trong học kỳ I, Vật lí 10. Tuy nhiên thời điểm chúng tôi tiến hành thực nghiệm là học kỳ II, cùng với ảnh hưởng của dịch Covid-19 nên chủ để được thực nghiệm với mục đích là vận dụng kiến thức và chỉ thực nghiệm được một phần của chủ đề. 3.5 Kế hoạch thực nghiệm sư phạm Từ 11/05/2020 đến 15/05/2020: Chuẩn bị giáo án và thống nhất giáo án dạy học với giáo viên của lớp. Từ 16/05/2020 đến 18/05/2020: Chuẩn bị tài liệu học tập và các dụng cụ, vật liệu chế tạo mô hình cần cẩu tháp (6 bộ). Kiểm tra và chỉnh sửa các bộ dụng cụ. Chuẩn bị cơ sở vật chất (bàn ghế, máy chiếu, phòng học). Ngày 19/05/2020: Thực nghiệm sư phạm 2 tiết chính khóa, HS xác định nhiệm vụ, ôn lại kiến thức cũ và đề xuất lựa chọn giải pháp. Ngày 21/05/2020: Thực nghiệm sư phạm trong 1 tiết chính khóa. HS báo cáo phương án thiết kế. Ngày 22/05/2020: HS thực hiện chế tạo mô hình Cần cẩu tháp tại phòng Makerspace trường THPT Hoa Sen. Ngày 28/05/2020: Thực nghiệm sư phạm trong 1 tiết chính khóa. HS báo cáo và tổng kết chủ đề. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
81 3.6 Diễn biến thực nghiệm và đánh giá định tính năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo Bảng 3.1. Diễn biến thực nghiệm và đánh giá định tính NL GQVĐVST Đánh giá Xác Mô tả diễn biến định tính - GV ổn định lớp học, yêu cầu các em ngồi đúng vị trí nhóm của mình. - GV đặt vấn đề bằng cách trình chiếu công trình - Thể hiện trường THPT Hoa Sen cơ sở 4 đang thi công ở Dĩ An, được hành vi Bình Dương. Dự kiến công trình sẽ có 4 tầng. GV phát 1.1, 3.1: Các giấy và yêu cầu các em tưởng tượng mình là một kĩ sư em xác định công trình, thảo luận trong vòng 5 phút đưa ra tất cả được mình sẽ các phương án để có thể vận chuyển vật liệu xây dựng đóng vai làm lên tầng 4 để thi công được công trình. một kĩ sư Hoạt động công trình để 1: Xác định nâng vật liệu nhiệm vụ. xây dựng lên (20 phút) cao. Các em nêu lên được - HS thảo luận nhóm trong 5 phút: các ý tưởng mới mẻ, độc đáo để nâng vật lên. - HS phát biểu kết quả thảo luận: Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
82 + Nhóm 1: Cần cẩu, khiêng lên từng lầu, kéo bằng dây, dùng trực thăng thả xuống, dùng nam châm điện cực mạnh hút lên. + Nhóm 2: Dùng ròng rọc, dùng trục cẩu, dùng thang bộ, ném gạch lên, dùng cần cẩu, cần cẩu tháp. + Nhóm 3: Sử dụng tháp cẩu, sử dụng thang máy, sử dụng ròng rọc, sử dụng trực thăng, sử dụng xe bơm hút xi măng. + Nhóm 4: Thang máy vận chuyển, cần cẩu, ròng rọc, máy bay, dùng sức lao động của con người, xe đẩy, nam châm hút sắt, ném gạch lên cao. + Nhóm 5: Dùng máy kéo, cần cẩu, vác lên. - GV: Hoan nghênh tinh thần sáng tạo của HS và nhận xét về các giải pháp HS đưa ra đều có cần cẩu. - GV giới thiệu trong các công trình, để đưa vật liệu xây dựng và các cấu kiện lên cao, người ta thường dùng cần cẩu tháp, đặc điểm của cần cẩu tháp là có thể được nối cao thêm theo từng tầng. - Thể hiện - GV: Biểu diễn mô hình cần cẩu tháp. được hành vi - GV: “Mô hình biểu diễn ở đây đang sử dụng đối trọng 2.1: Các em có khối lượng 1kg, ở khoảng cách xa nhất thì cần cẩu đều nhận ra chỉ nâng được vật có khối lượng 200g thì cánh tay bị khi ở gần cần nghiêng nhiều, cần cẩu không thể xoay được, tấm đế cẩu thì để của cần cẩu cũng bị nhấc lên.” nâng được vật khối lượng lớn hơn, càng ra Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
83 - HS: Quan sát và tham gia vận hành thử. xa thì càng nâng được ít. - GV: Đặt nhiệm vụ xây dựng mô hình cần cẩu tháp và trình chiếu các tiêu chí. - GV nhắc lại các kiến thức về điều kiện căn bằng của Hoạt động vật có trục quay cố định, điều kiện cân bằng của vật có 2: Ôn tập mặt chân đế, quy tắc hợp lực song song cùng chiều. Và kiến thức cũ yêu cầu các em tự ôn lại theo tài liệu GV phát hoặc theo sách giáo khoa. - GV: Giới thiệu các nguyên vật liệu và dụng cụ HS sẽ - Thể hiện được phát. Yêu cầu các em sử dụng các nguyên vật liệu được hành vi Hoạt động và dụng cụ được phát, nêu phương án thiết kế mô hình 2.1: Các em 3: Đề xuất cần cẩu tháp thỏa các tiêu chí nêu trên. Các em làm thấy được và lựa chọn việc cá nhân trong 15 phút và làm việc nhóm trong 15 rằng càng lại giải pháp phút. gần cần cẩu (45 phút đề HS: Làm việc cá nhân và thảo luận để đưa ra phương càng nâng xuất giải án chung. được nặng, pháp + 45 - GV: Quan sát, hỗ trợ. ngoài ra khi phút báo đưa con chạy cáo) ra xa thì cần cẩu bị nghiêng về Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
84 - GV: Yêu cầu các em lên báo cáo phía cánh tay - HS: Các nhóm lên báo cáo. Các nhóm còn lại đặt câu trước nhiều hỏi và đánh giá nhóm bạn vào phiếu đánh giá. hơn. • Phần báo cáo của nhóm 5: Nêu được sơ lược - Thể hiện cấu tạo của cần cẩu tháp. Tuy nhiên chưa làm được hành vi rõ được chức năng và vật liệu của từng bộ phận. 2.2: Các em Trình bày còn rụt rè thiếu tự tin. đều xác định được nhiệm vụ của mình là thiết kế cần cẩu tháp để có thể nâng được vật, tuy nhiên lại bỏ quên mất chi • Phần báo cáo của nhóm 4: Nêu được nguyên vật tiết là phải liệu sẽ sử dụng, cấu tạo của cần cẩu tháp, vật nâng được liệu và chức năng của từng bộ phận. vật 400g ra càng xa càng tốt. - Thể hiện được hành vi 3.1: Nêu lên được các cách để tăng sự vững vàng Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
85 Bạn Tuyết Vân nhóm 1 đặt câu hỏi cho nhóm hơn của cần 4: “Khi bạn đặt cục đối trọng tại một vị trí cẩu để cần không phù hợp thì cần cẩu sẽ bị nghiêng về cẩu có thể phía đang móc vật, lúc đó bạn sẽ giải quyết như nâng được thế nào?” vật nặng hơn Nhóm 4 trả lời: Sẽ gắn thêm vật nặng bên cánh so với mô tay gắn đối trọng. hình mẫu: Nhóm 2 tiếp tục đặt câu hỏi: Nếu bạn đặt thêm Lấy cục đá vật như vậy thì sẽ gây thêm sức nặng lên trục chặn lên mặt quay làm motor không quay được, lúc đó bạn đế, di chuyển sẽ xử lí như thế nào?” đối trọng đến Nhóm 4 trả lời: Sẽ tháo ra dời trục quay sang vị các vị trí trí khác. thích hợp. Nhóm 2 góp ý: Bạn nên dời đối trọng ra xa trục - Thể hiện quay để motor dễ quay hơn thay vì phải tháo được hành vi mô hình ra. 3.4: Nhóm 1 Cả lớp đồng ý với đề xuất của nhóm 2. cưa bớt mặt • Phần báo cáo của nhóm 3: Nêu được cấu tạo của đế mà GV cần cẩu tháp kèm theo vật liệu và chức năng của phát để dự từng bộ phận. Các em còn trình bày cấu tạo, vật trù phòng liệu, cách làm và giải thích lí do về các chi tiết trường hợp quan trọng trong mô hình: chân đế, cánh tay, đặt bị thiếu đối trọng như thế nào. Các em còn có ý tưởng nguyên vật là sẽ để con chạy cố định một chỗ cho dễ chế liệu. tạo, vì thế trong mô hình chỉ có 2 motor, giúp - Thể hiện tiết kiệm điện năng hơn. được hành vi 4.1, 4.2: Các Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
86 em nêu được phương án thiết kế mô hình cần cẩu tháp, tuy nhiên các em chưa thực sự liên kết được phương án Nhóm 1 góp ý nhắc các bạn vẽ dây điện. của mình với Nhóm 4 góp ý về việc bạn để cố định con chạy, kiến thức không để cho cần cẩu có thể đưa vật ra xa lại được học, gần, như vậy sẽ không thỏa được các tiêu chí, cần GV tiêu chí đưa ra là cần cẩu có thể nâng thả vật tại hướng dẫn, một vị trí bất kì. gợi ý. • Phần báo cáo của nhóm 2: Nêu được cấu tạo cần - Thể hiện cẩu tháp, vật liệu, kích thước và chức năng của được hành vi từng bộ phận. 4.3: Các em đã thảo luận và kết hợp thành một phương án chung cho cả nhóm thông qua phiếu học tập Khăn trải bàn. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
87 • Nhóm 1 báo cáo: Nêu được cấu tạo cần cẩu - Thể hiện tháp, vật liệu, kích thước và chức năng của từng được hành vi bộ phận. Cách gia công một số chi tiết: trụ cần 6.1, 6.2, 6.3: cẩu, mặt đế và cánh tay. Có phương án dự Các em phòng về vật liệu. chăm chú lắng nghe và đặt câu hỏi cho nhóm bạn, nhóm thuyết trình sẵn sàng lắng nghe và xem xét lại giải pháp của Nhóm 3 đặt câu hỏi: “Tại sao vật liệu cô cho là mình để có một tấm gỗ 40x40 mà bạn chỉ làm chân đế phản hồi 25x25?” hoặc tiếp Nhóm 1 trả lời: “Vì tụi mình định dùng phần nhận ý kiến gỗ còn lại với mục đích khác là làm cho cánh đóng góp của tay cần cẩu chắc chắn hơn, hoặc phòng trường các nhóm hợp tụi mình làm hư 2 miếng gỗ nhỏ thì mình khác. Các em sẽ có gỗ dự phòng” đã trả lời Thầy đặt câu hỏi: “Theo em với mặt chân đế được các câu nhỏ thì cần cẩu tháp dễ cân bằng hơn hay dễ đổ hỏi được đặt hơn?” ra, và có Nhóm 1 trả lời: “Mặt chân đế nhỏ thì cẩn cẩu những lập sẽ khó cân bằng hơn, tuy nhiên nếu lúc làm mô luận chặt chẽ Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My
88 hình mà cần cẩu khó cân bằng thì tụi em sẽ đặt từ kiến thức thêm vật nặng lên mặt đế.” quy tắc - GV đặt câu hỏi cho cả lớp: momen lực • “Khi di chuyển con chạy lại cần trụ của cần cẩu đã được học. tháp thì cần cẩu có xu hướng nghiêng về phía nào? Và em sẽ giải quyết như thế nào?” • Nhóm 3 trả lời: “Cần cẩu sẽ bị nghiêng về phía có đối trọng. Em sẽ giảm bớt khối lượng của đối trọng” • Nhóm 4 bổ sung: “Tụi em sẽ đưa đối trọng lại gần trụ hơn.” - GV: Nhận xét, khen sự nỗ lực của các nhóm và động viên nhóm 5 tự tin hơn. GV nhận xét, đính chính: Lúc nãy nhóm 2 có nhận xét nếu để thêm đối trọng thì sẽ gây thêm sức nặng lên motor làm motor không quay được và đề xuất đề xuất dời đối trọng ra xa để motor dễ quay hơn. Khi đưa đối trọng ra xa thì trọng tâm của cánh tay lúc này sẽ dời ra xa trục quay của motor hơn, làm cho momen quán tính của cánh tay càng lớn, càng khó để lấy đà cho cánh tay quay và hãm lại. Ngoài ra, trọng tâm sẽ chuyển động tròn xung quanh trục quay của motor, khi ấy vật có xu hướng chuyển động li tâm nên tác dụng lực vào trục quay và làm trục quay bị biến dạng. Nên ở đây việc nhóm 2 đề xuất để đối trọng ra xa hơn để dễ motor dễ quay hơn là chưa hợp lí. Cả lớp lưu ý chỗ này. - GV: Yêu cầu các nhóm nộp phiếu đánh giá lại. Khoá luận tốt nghiệp Phạm Hoàng My