›

Khóa luận Tổ chức hoạt động trải nghiệm một số kiến thức chương chất khí - Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM

pdf 155 trang thiennha21 16/04/2022 6231
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Tổ chức hoạt động trải nghiệm một số kiến thức chương chất khí - Vật lý 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:

  • pdfkhoa_luan_to_chuc_hoat_dong_trai_nghiem_mot_so_kien_thuc_chu.pdf

Nội dung text: Khóa luận Tổ chức hoạt động trải nghiệm một số kiến thức chương chất khí - Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ LÊ NGUYỄN THANH THỦY KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG TRẢI NGHIỆM MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG CHẤT KHÍ - VẬT LÝ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM Chuyên ngành: Sư phạm Vật lý TP. Hồ Chí Minh, năm 2019
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG TRẢI NGHIỆM MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG CHẤT KHÍ - VẬT LÝ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM Người thực hiện: Lê Nguyễn Thanh Thủy Người hướng dẫn khoa học: TS. Nguyễn Thanh Nga TP. Hồ Chí Minh, năm 2019
  3. LỜI CẢM ƠN Từ những ngày đầu thực hiện đến khi hoàn thành luận văn, đó là cả một quá trình cố gắng học tập và trưởng thành lên từng ngày của bản thân em. Trong quá trình đó, thầy cô, gia đình, bạn bè đã giúp đỡ, hỗ trợ và động viên em rất nhiều. Vì vậy, xin cho phép em được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến: - Quý thầy cô giảng viên khoa Vật Lý 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 em trong suốt quá trình học tập tại trường. Hơn bao giờ hết, chúng em cảm nhận được sự quan tâm, dạy dỗ ân cần và tận tâm từ thầy cô. - Thầy TS. Nguyễn Thanh Nga, giảng viên đã trực tiếp hướng dẫn, hỗ trợ, dìu dắt em thực hiện luận văn. Thầy - với kinh nghiệm, sự nhiệt huyết cùng lòng yêu nghề của mình - đã truyền đạt tận tình cho em các kiến thức chuyên môn. Thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ và động viên những lúc em khó khăn; tạo điều kiện thuận lợi cho em được giao lưu, học hỏi cùng câu lạc bộ STEM của trường THCS - THPT Hoa Sen, hỗ trợ em rất nhiều trong quá trình em thực nghiệm sư phạm. Những dạy dỗ, hỗ trợ và góp ý từ thầy quả thật rất quý báu để em có thể hoàn thành được luận văn của mình. - Thầy ThS Hoàng Phước Muội - Giáo viên môn Vật lý trường THCS - THPT Hoa Sen đã giúp em thực nghiệm sư phạm. - Ban giám hiệu trường THCS - THPT Hoa Sen (quận 9), quý thầy cô tổ Vật lý, các anh chị trong ban chủ nhiệm câu lạc bộ STEM đã tạo điều kiện cho em tham dự, quan sát, tiếp cận học sinh, phân tích tiến trình, thực nghiệm sư phạm tại trường, làm cơ sở để hoàn thành tốt luận văn tốt nghiệp. Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn của mình đến gia đình, bạn bè đã luôn sát cánh, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn tốt nghiệp này. Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 22 tháng 04 năm 2019 Sinh viên Lê Nguyễn Thanh Thủy
  4. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT GDPT Giáo dục phổ thông GV Giáo viên HN Hà Nội HS Học sinh NL Năng lực NXB Nhà xuất bản SGK Sách giáo khoa SP Sư phạm THCS Trung học cơ sở THPT Trung học phổ thông ThS Thạc sĩ TNSP Thực nghiệm sư phạm TP HCM Thành phố Hồ Chí Minh TS Tiến sĩ
  5. DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1. Nội dung của hoạt động trải nghiệm 7 Bảng 1.2. Biện pháp phát triển NL sáng tạo của HS 15 Bảng 2.1. Các đơn vị kiến thức chương “Chất khí” trong SGK Vật lý 10 cơ bản 21 Bảng 2.2. Vật liệu và thiết bị chế tạo mô hình mô phỏng hô hấp ngoài ở cơ thể người 38 Bảng 2.3. Quy trình chế tạo mô hình mô phỏng hô hấp ngoài ở cơ thể người 40 Bảng 2.4. Vật liệu và thiết bị thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles42 Bảng 2.5. Bố trí thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles 44 Bảng 2.6. Vật liệu và thiết bị thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac 46 Bảng 2.7. Bố trí và thực hiện thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac 47 Bảng 2.8. Vật liệu và thiết bị chế tạo mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu 48 Bảng 2.9. Quy trình chế tạo mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu 49 Bảng 2.10. Phân bố thời gian kế hoạch tổ chức hoạt động trải nghiệm “Mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người” theo định hướng giáo dục STEM 50 Bảng 2.11. Tiêu chí đánh giá báo cáo mô hình mô phỏng quá trình hô hấp ngoài của cơ thể người 54 Bảng 2.12. Phân bố thời gian kế hoạch tổ chức hoạt động trải nghiệm “ Bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles” theo định hướng giáo dục STEM 55 Bảng 2.13. Tiêu chí đánh giá báo cáo bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles58 Bảng 2.14. Phân bố thời gian kế hoạch tổ chức hoạt động trải nghiệm “Bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac” theo định hướng giáo dục STEM 59 Bảng 2.15. Tiêu chí đánh giá báo cáo bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac 62 Bảng 2.16. Phân bố thời gian kế hoạch tổ chức hoạt động trải nghiệm “Mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu” theo định hướng giáo dục STEM 63 Bảng 2.17. Tiêu chí đánh giá báo cáo mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu 66 Bảng2.18. Tiêu chí đánh giá tính tích cực của HS đối với chủ đề 67
  6. Bảng 2.19. Tiêu chí đánh giá NL sáng tạo của HS đối với chủ đề 70 Bảng 3.1. Tiêu chí đánh giá tính tích cực và biểu hiện cụ thể của HS 91 Bảng 3.2. Tiêu chí đánh giá NL sáng tạo và biểu hiện cụ thể của HS 94 Bảng 3.3. Bảng phân bố điểm số chủ đề mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người của lớp 10C3 96 Bảng 3.4. Bảng biểu diễn số lượng HS lớp 10C7 trả lời đúng theo từng câu hỏi 97 Bảng 3.5. Bảng phân bố điểm số chủ đề thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles của lớp 10C10 98 Bảng 3.6. Bảng biểu diễn số lượng HS lớp 10C10 trả lời đúng theo từng câu hỏi.99
  7. DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1. Sơ đồ tiến trình tổ chức hoạt động trải nghiệm kiến thức Vật lý theo định hướng giáo dục STEM 19 Hình 2.1. Đường đẳng nhiệt 25 Hình 2.2. Đường đẳng tích 25 Hình 2.3. Đường đẳng áp 26 Hình 2.4. Ý tưởng xây dựng chủ đề “Mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người” 28 Hình 2.5. Ý tưởng xây dựng chủ đề “Bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles”31 Hình 2.6. Ý tưởng thực xây dựng chủ đề “Bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac” 33 Hình 2.7. Ý tưởng xây dựng chủ đề “Mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu” 36 Hình 3.1. Vật liệu và thiết bị chủ đề 1 được trang bị cho mỗi nhóm HS 75 Hình 3.2. Vật liệu và thiết bị chủ đề 2 được trang bị cho mỗi nhóm HS 75 Hình 3.3. GV đặt vấn đề với HS lớp 10C7 77 Hình 3.4. HS nhóm 6 lớp 10C7 đang làm việc với tài liệu hướng dẫn để vẽ sơ đồ tư duy về hô hấp ngoài ở cơ thể người 78 Hình 3.5. HS nhóm 2 lớp 10C3 đang làm việc với tài liệu hướng dẫn để vẽ sơ đồ tư duy về hô hấp ngoài ở cơ thể người 78 Hình 3.6. HS nhóm 5 lớp 10C7 đang làm việc với tài liệu hướng dẫn để thiết kế, chế tạo mô hình 79 Hình 3.7. HS nhóm 4 lớp 10C3 đang vẽ sơ đồ tư duy tổng hợp kiến thức về hô hấp ngoài 79 Hình 3.8. HS nhóm 2 lớp 10C7 đang nghiên cứu lại tài liệu hướng dẫn để tìm kiếm vật liệu phù hợp với mô hình 81 Hình 3.9. HS nhóm 5 lớp 10C3 đang phối hợp với nhau để hoàn thành nhiệm vụ học tập 81 Hình 3.10. HS nhóm 1 lớp 10C7 và mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người 82
  8. Hình 3.11. Sơ đồ tư duy về hô hấp ngoài ở cơ thể người của nhóm 6 lớp 10C3 83 Hình 3.12. GV tổ chức cho HS lớp 10C7 trưng bày và vận hành sản phẩm 84 Hình 3.13. GV đang đặt vấn đề với HS lớp 10C10 85 Hình 3.14. HS nhóm 1 lớp 10C10 đang làm việc với tài liệu hướng dẫn 86 Hình 3.15. HS nhóm 4 lớp 10C10 đang tìm hiểu dụng cụ đo để kiểm chứng định luật Charles 87 Hình 3.16. HS nhóm 6 lớp 10C10 đang thực hiện thí nghiệm với bình cầu lớn hơn.88 Hình 3.17. HS nhóm 4 lớp 10C10 đang thực hiện thí nghiệm 88 Hình 3.18. HS nhóm 6 lớp 10C10 đang trình bày phần báo cáo của nhóm 89 Hình 3.19. HS nhóm 1 lớp 10C7 đang trả lời câu hỏi đặt vấn đề của GV 91 Hình 3.20. Sơ đồ tư duy của HS nhóm 5 lớp 10C10 về định luật Charles và phương pháp kiểm chứng định luật Charles 91 Hình 3.21. Các HS nhóm 2 lớp 10C10 đang phối hợp cùng nhau thực hiện các nhiệm vụ học tập 92 Hình 3.22. HS nhóm 3 lớp 10C7 đang trao đổi với GV khi gặp khó khăn trong nhiệm vụ vẽ sơ đồ tư duy tổng hợp kiến thức về hô hấp ngoài ở cơ thể người 92 Hình 3.23. Sơ đồ tư duy của HS nhóm 6 lớp 10C3 về hô hấp ngoài ở cơ thể người.93 Hình 3.24. HS nhóm 6 lớp 10C10 đang nghiên cứu tài liệu hướng dẫn 93 Hình 3.25. HS nhóm 2 lớp 10C3 đang tập trung thảo luận để tìm ra phương án chế tạo mô hình mô phỏng hô hấp ngoài ở cơ thể người 93 Hình 3.26. Poster giới thiệu về mô hình mô phỏng hô hấp ngoài ở cơ thể người của nhóm 3 lớp 10C3 94 Hình 3.27. Sơ đồ bố trí thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles của nhóm 1 lớp 10C10 94 Hình 3.28. HS nhóm 2 lớp 10C10 đang đề ra giải pháp thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles với những dụng cụ mà GV đã cung cấp 95 Hình 3.29. Poster giới thiệu bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles của nhóm 6 lớp 10C10 với những khó khăn và biện pháp khắc phục do nhóm đề xuất 95 Hình 3.30. Nhóm 1 lớp 10C7 đang nghiên cứu lại tài liệu hướng dẫn sau khi vận hành không thành công mô hình 96
  9. MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 1. Lý do chọn đề tài 1 2. Mục đích của đề tài 2 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3 3.1. Đối tượng nghiên cứu 3 3.2. Phạm vi nghiên cứu 3 4. Giả thuyết khoa học 3 5. Nhiệm vụ nghiên cứu 3 6. Phương pháp nghiên cứu 3 7. Cấu trúc của luận văn 4 CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG TRẢI NGHIỆM THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 5 1.1. Hoạt động trải nghiệm 5 1.1.1. Định nghĩa hoạt động trải nghiệm 5 1.1.2. Bản chất của hoạt động trải nghiệm 6 1.1.3. Nội dung của hoạt động trải nghiệm 7 1.1.4. Phương thức tổ chức hoạt động trải nghiệm 8 1.2. Hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM 9 1.2.1. Giáo dục STEM 9 1.2.2. Mục tiêu giáo dục STEM 10 1.2.3. Bản chất hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM.10 1.3. Phát huy tính tích cực của học sinh trong hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM 11 1.3.1. Định nghĩa tính tích cực 11 1.3.2. Biểu hiện tính tích cực của học sinh trong hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM 11
  10. 1.3.3. Biện pháp phát huy tính tích cực của học sinh trong hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM 12 1.4. Bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh trong hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM 13 1.4.1. Khái niệm năng lực 13 1.4.2. Khái niệm năng lực sáng tạo 13 1.4.3. Biểu hiện năng lực sáng tạo của học sinh trong hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM 14 1.4.4. Biện pháp bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh trong hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM 15 1.5. Tiến trình tổ chức hoạt động trải nghiệm kiến thức Vật lý theo định hướng giáo dục STEM 16 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 20 CHƯƠNG 2: TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG TRẢI NGHIỆM MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG CHẤT KHÍ - VẬT LÝ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 21 2.1. Phân tích nội dung kiến thức chương “Chất khí - Vật lý 10” 21 2.2. Xây dựng nội dung hoạt động trải nghiệm chương “Chất khí - Vật lý 10” theo định hướng giáo dục STEM 27 2.2.1. Chủ đề 1: Mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người 27 2.2.2. Chủ đề 2: Bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles 30 2.2.3. Chủ đề 3: Bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac 32 2.2.4. Chủ đề 4: Mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu 35 2.3. Tổ chức hoạt động trải nghiệm nội dung kiến thức chương “Chất khí - Vật lý 10” theo định hướng giáo dục STEM 38 2.3.1. Vật liệu và thiết bị tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM 38 2.3.2. Kế hoạch tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM 50
  11. 2.4. Công cụ đánh giá hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM 66 2.4.1. Tiêu chí đánh giá tính tích cực của HS trong hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM 66 2.4.2. Tiêu chí đánh giá năng lực sáng tạo của HS trong hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM 69 2.4.3. Đánh giá mức độ nắm vững kiến thức 71 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 72 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 73 3.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm 73 3.2. Đối tượng thực nghiệm sư phạm 73 3.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm 73 3.4. Những thuận lợi và khó khăn gặp phải khi tiến hành thực nghiệm sư phạm 73 3.5. Kế hoạch thực nghiệm sư phạm 74 3.6. Phân tích diễn biến thực nghiệm sư phạm 75 3.6.1. Giai đoạn 1: Chuẩn bị 75 3.6.2. Giai đoạn 2: Tổ chức hoạt động trải nghiệm trên lớp học 76 3.6.3. Giai đoạn 3: Kiểm tra và đánh giá kết quả dạy học trên lớp 90 3.7. Đánh giá kết quả thực nghiệm 90 3.7.1. Đánh giá tính tích cực 90 3.7.2. Đánh giá năng lực sáng tạo 94 3.7.3. Đánh giá định lượng 96 3.7.4. Đánh giá chung về việc tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM trong chương “Chất khí” 100 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 102 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 104 TÀI LIỆU THAM KHẢO 105
  12. 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Thời gian qua, các nhà quản lý giáo dục và nghiên cứu về giáo dục rất quan tâm đến học tập thông qua trải nghiệm, nhằm chuyển đổi hình thức dạy học từ chú trọng định hướng nội dung cho người học sang dạy học phát triển năng lực (NL). Tổ chức hoạt động trải nghiệm đã trở thành xu hướng tất yếu trong các môn học và Vật lý cũng không là ngoại lệ. Theo Nguyễn Thị Liên và cộng sự (2016): “Hoạt động trải nghiệm là hoạt động giáo dục được tổ chức theo con đường gắn lý thuyết với thực tiễn, tạo nên sự thống nhất giữa nhận thức và hành động, hình thành và phát triển cho học sinh (HS) niềm tin, tình cảm, những NL cần có của người công dân trong tương lai (phát triển toàn diện nhân cách HS); Tổ chức các loại hình hoạt động giáo dục và các mối quan hệ giao tiếp phong phú, đa dạng cho HS, cụ thể như: hoạt động sáng tạo khoa học kĩ thuật, hoạt động xã hội, hoạt động văn hóa nghệ thuật, định hướng nghề nghiệp Nhờ đó HS nhận biết rõ hơn về chính mình, phát hiện ra và chứng minh những khả năng của mình, tích lũy kinh nghiệm để chuyển hóa thành NL; HS được thực hành, luyện tập, thiết kế, chế tạo các sản phẩm mang tính ứng dụng cao trong thực tiễn” [14]. Đồng thời, theo Chương trình giáo dục phổ thông - Chương trình tổng thể của Bộ Giáo dục và Đào tạo (26/12/2018): “Hoạt động trải nghiệm là hoạt động giáo dục do nhà giáo dục định hướng, thiết kế và hướng dẫn thực hiện, tạo cơ hội cho HS tiếp cận thực tế, thể nghiệm các cảm xúc tích cực, khai thác những kinh nghiệm đã có và huy động, tổng hợp các kiến thức, kĩ năng của các môn học khác nhau để thực hiện những nhiệm vụ được giao hoặc giải quyết những vấn đề thực tiễn đời sống nhà trường, gia đình, xã hội phù hợp với lứa tuổi; thông qua đó chuyển hóa những kinh nghiệm đã trải qua thành tri thức mới, kĩ năng mới góp phần phát huy tiềm năng sáng tạo và khả năng thích ứng với cuộc sống, môi trường và nghề nghiệp tương lai” [4]. Như vậy, tổ chức hoạt động trải nghiệm là một giải pháp tăng hiệu quả dạy học, góp phần phát triển NL HS. Thông qua hoạt động trải nghiệm HS làm chủ tri thức, có khả năng nhìn nhận vấn đề một cách toàn diện và linh hoạt hơn khi giải quyết các vấn đề thực tiễn. Từ đó, HS phát triển các NL cá nhân chung và một số NL đặc thù riêng.
  13. 2 Mặt khác, theo Nguyễn Thanh Nga và cộng sự (2018): “Mục tiêu của giáo dục STEM là hướng đến phát triển các NL đặc thù của các môn học thuộc về STEM: Khoa học (S), Công nghệ (T), Kỹ thuật (E), Toán học (M); phát triển NL cốt lõi và định hướng nghề nghiệp cho HS. Tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM giúp HS liên kết kiến thức khoa học và toán học để giải quyết vấn đề thực tiễn” [17], [19]. Do đó, nếu tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM, sẽ tăng tính tích cực và phát triển NL cho HS như: NL làm việc nhóm, NL thực hành, NL giải quyết vấn đề, NL sáng tạo, NL phản biện . Vật lý là môn khoa học mang tính ứng dụng cao. Các kiến thức vật lý ở bậc học phổ thông được xây dựng theo hình thức gắn liền lý thuyết với thực nghiệm. Đồng thời, môn học cũng được hỗ trợ bởi nhiều công cụ toán học và có liên quan mật thiết đến công nghệ, kĩ thuật. Vì vậy, ta có thể ứng dụng hình thức tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM vào dạy học vật lý. Thông qua các hoạt động này, HS hình thành và phát triển thế giới quan khoa học, hình thành tình yêu thiên nhiên, biết tôn trọng các quy luật của tự nhiên, phát triển NL tìm hiểu và khám phá, NL vận dụng tổng hợp các kiến thức khoa học để giải quyết các vấn đề trong cuộc sống. Chương “Chất khí - Vật lý 10” nghiên cứu về cấu tạo chất, tính chất khí và các quá trình biến đổi trạng thái của chất khí [1]; có liên quan trực tiếp đến nhiều môn khoa học như hóa học, sinh học, địa lý Do đó, chương học có tính liên môn và mang tính ứng dụng cao. Tuy nhiên, bố cục xây dựng kiến thức của chương học trong sách giáo khoa (SGK) vật lý 10 còn nặng về lý thuyết, nhiều bài thực hành khó thực hiện, nên ít cơ hội cho HS trải nghiệm. Vì vậy, ta có thể tổ chức hoạt động trải nghiệm một số kiến thức cho chương học theo định hướng giáo dục STEM để tăng tích cực, bồi dưỡng NL HS, từ đó góp phần nâng cao hiệu quả giáo dục. Trên cơ sở đó, chúng tôi chọn đề tài nghiên cứu: “Tổ chức hoạt động trải nghiệm một số kiến thức chương Chất Khí - Vật lý 10 theo định hướng giáo dục STEM”. 2. Mục đích của đề tài Tổ chức hoạt động trải nghiệm một số kiến thức chương “Chất khí” - Vật lý 10 trung học phổ thông (THPT) theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát huy tính tích cực và bồi dưỡng NL sáng tạo của HS.
  14. 3 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu - Cơ sở lý luận hoạt động trải nghiệm, giáo dục STEM và hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM. - Cơ sở lý luận về tính tích cực và NL sáng tạo. - Nội dung kiến thức chương “Chất khí - Vật lý 10” theo định hướng giáo dục STEM. - Tiến trình tổ chức chủ đề hoạt động trải nghiệm kiến thức Vật lý theo định hướng giáo dục STEM. - Phương pháp kiểm tra đánh giá trong tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM. 3.2. Phạm vi nghiên cứu Hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM môn Vật lý 10 THPT tại Việt Nam, đặc biệt là “Chương Chất khí”. 4. Giả thuyết khoa học Nếu tổ chức hoạt động trải nghiệm một số kiến thức chương “Chất khí - Vật lý 10” theo định hướng giáo dục STEM thì sẽ phát huy tính tích cực và bồi dưỡng NL sáng tạo của HS. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Hệ thống cơ sở lý luận và thực tiễn về tổ chức hoạt động trải nghiệm chương “Chất khí - Vật lý 10” theo định hướng giáo dục STEM. - Phân tích nội dung kiến thức chương “Chất khí - Vật lý 10” ở các bộ môn có liên quan. - Xây dựng tiến trình tổ chức hoạt động trải nghiệm một số kiến thức chương “Chất khí - Vật lý 10” theo định hướng giáo dục STEM. - Thực nghiệm sư phạm (TNSP). 6. Phương pháp nghiên cứu 6.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết - Nghiên cứu cơ sở lý luận hoạt động trải nghiệm, giáo dục STEM, hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM.
  15. 4 - Nghiên cứu cơ sở lý luận về tính tích cực và NL sáng tạo. - 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 việc ứng dụng các kiến thức chương “Chất khí - Vật lý 10” vào trong thực tế. - Nghiên cứu tiến trình tổ chức chủ đề hoạt động trải nghiệm kiến thức Vật lý theo định hướng giáo dục STEM. 6.2. Phương pháp thực nghiệm sư phạm - Tiến hành thực nghiệm ở trường phổ thông theo phương pháp và tiến trình tổ chức hoạt động trải nghiệm đã đề xuất. - Phân tích kết quả thu được trong quá trình TNSP từ đó rút ra kết luận của đề tài. - Phương tiện: dụng cụ ghi chép, trình chiếu, ghi hình. 6.3. Phương pháp thống kê toán học Sử dụng các phương pháp thống kê, mô tả toán học để trình bày kết quả TNSP. 7. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, cấu trúc của đề tài nghiên cứu gồm 3 chương:  Chương 1: Cơ sở lý luận về tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM.  Chương 2: Tổ chức hoạt động trải nghiệm một số kiến thức chương “Chất khí - Vật lý 10” theo định hướng giáo dục STEM.  Chương 3: Thực nghiệm sư phạm.
  16. 5 CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG TRẢI NGHIỆM THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 1.1. Hoạt động trải nghiệm 1.1.1. Định nghĩa hoạt động trải nghiệm Theo Từ điển Tiếng Việt, “Trải nghiệm là sự trải qua, kinh qua một hoàn cảnh, môi trường, điều kiện nào đó để suy ngẫm, suy xét hay chứng thực một điều gì đó” [21]. Theo Lê Thị Thùy Linh, “Trải nghiệm chính là những tồn tại khách quan tác động vào giác quan con người, tạo cảm giác, tri giác, biểu tượng, con người cảm thấy có tác động đó và cảm nhận nó một cách rõ nét, để lại ấn tượng sâu đậm, rút ra bài học, vận dụng vào thực tiễn đời sống, hình thành nên các thái độ, giá trị” [13]. Theo Nguyễn Hữu Lễ, “Trải nghiệm là một hoạt động mà trong đó không có dấu hiệu chấm dứt, nó thể hiện hoạt động đang diễn ra và khả năng chuyển trạng thái (khi đạt được trải nghiệm này thì nhu cầu trải nghiệm mới đặt ra). Trải nghiệm bao giờ cũng tồn tại bởi một phương thức nhất định tương ứng với hệ quả nhất định cho mỗi cá nhân. Hoạt động học tập là một trong các phương thức trải nghiệm nếu nó diễn ra một cách chủ động và sự tích cực của mỗi cá nhân. Vì thế học tập trải nghiệm là hoạt động giáo dục có ý nghĩa đối lập với những gì mang tính “giáo điều, hàn lâm, sách vở” [12]. Theo Hiệp hội Giáo dục trải nghiệm (Association for Experiential Education - AEE) (1977), “Dạy học trải nghiệm là một phạm trù bao hàm nhiều phương pháp trong đó người dạy khuyến khích người học tham gia trải nghiệm thực tế, sau đó phản ánh, tổng kết lại để tăng cường hiểu biết, phát triển kĩ năng, định hình các giá trị sống và phát triển tiềm năng bản thân, tiến tới đóng góp tích cực cho cộng đồng và xã hội” [22]. Theo Nguyễn Thị Liên, “Hoạt động trải nghiệm được coi là một không gian giáo dục trong nhà trường phổ thông, trong đó có sự tích hợp nội dung học tập trong nhà trường từ các môn học gắn liền với kinh nghiệm của bản thân HS trong cuộc sống và NL sở trường của HS trong từng lĩnh vực để thích nghi với cuộc sống thực đang diễn ra bên trong và bên ngoài nhà trường” [14].
  17. 6 Theo Chương trình giáo dục phổ thông - Hoạt động trải nghiệm và Hoạt động trải nghiệm, hướng nghiệp của Bộ Giáo dục và Đào tạo (26/12/2018), “Hoạt động trải nghiệm là hoạt động giáo dục do nhà giáo dục định hướng, thiết kế và hướng dẫn thực hiện, tạo cơ hội cho HS tiếp cận thực tế, thể nghiệm các cảm xúc tích cực, khai thác những kinh nghiệm đã có và huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng của các môn học để thực hiện những nhiệm vụ được giao hoặc giải quyết những vấn đề của thực tiễn đời sống nhà trường, gia đình, xã hội phù hợp với lứa tuổi; thông qua đó, chuyển hoá những kinh nghiệm đã trải qua thành tri thức mới, hiểu biết mới, kĩ năng mới góp phần phát huy tiềm năng sáng tạo và khả năng thích ứng với cuộc sống, môi trường và nghề nghiệp tương lai” [5]. Trong phạm vi luận văn, chúng tôi giữ nguyên tinh thần định nghĩa về hoạt động trải nghiệm của Bộ Giáo dục và Đào tạo và định nghĩa ngắn gọn về hoạt động trải nghiệm như sau: Hoạt động trải nghiệm là một phần quan trọng trong chương trình GDPT. Hoạt động trải nghiệm có nội dung, phương pháp và đánh giá cụ thể; được nhà giáo dục định hướng, thiết kế và hướng dẫn thực hiện; nhằm gợi lên nhu cầu trải nghiệm cho HS, tạo cơ hội cho HS tiếp cận thực tế, trải nghiệm kiến thức để phát triển các phẩm chất và NL một cách toàn diện. 1.1.2. Bản chất của hoạt động trải nghiệm Theo Nguyễn Thị Liên, “Bản chất của hoạt động trải nghiệm là hoạt động giáo dục được tổ chức theo con đường gắn lý thuyết với thực tiễn, tạo nên sự thống nhất giữa nhận thức và hành động, hình thành và phát triển cho HS niềm tin, tình cảm, những NL cần có của HS trong tương lai. Chính vì vậy trong nội dung, phương pháp, hình thức tổ chức của hoạt động có thể mang dáng dấp của hoạt động theo nghĩa hẹp. Tuy nhiên, điểm khác biệt giữa chúng chính là cách làm, cách triển khai hoạt động” [14]. Hoạt động trải nghiệm có các đặc trưng sau đây: [14] - Tính tham gia trực tiếp của HS vào từng hoạt động; - Tính tự chủ của HS trong kế hoạch và hành động của cá nhân; - Tính tập thể của HS; - Tính tiếp cận với môi trường sống trong và ngoài nhà trường; - Tính sáng tạo để thích ứng và tạo ra cái mới, giá trị mới cho bản thân; - Tính trọn vẹn của hoạt động thực tiễn;
  18. 7 - Tính công dân có trách nhiệm khi đặt người học vào các tình huống mới; - HS được khẳng định giá trị bản thân qua huy động kinh nghiệm và NL của mình; - HS hình thành các ý thức, phẩm chất cùng chung sống và sống có trách nhiệm với bản thân và xã hội; - HS được tiếp cận với các giá trị cuộc sống trong các tình huống thực tiễn. 1.1.3. Nội dung của hoạt động trải nghiệm Theo Nguyễn Thị Hằng, “Nội dung của hoạt động trải nghiệm gồm: Hoạt động cá nhân, hoạt động tập thể (từ hai HS trở lên) về những chủ đề khoa học và cuộc sống. Hoạt động cá nhân được tổ chức dựa trên nhu cầu, độ tuổi, hứng thú, sở thích, năng khiếu riêng về các lĩnh vực khác nhau: kĩ thuật, mĩ thuật, học thuật, võ thuật, nghệ thuật (văn chương, âm nhạc, sân khấu ) Hoạt động tập thể được tổ chức dựa trên nhu cầu chung, mục tiêu chung của tập thể. Hai hoạt động này không đối lập mà tương hỗ cho nhau. Hoạt động cá nhân tích cực, sáng tạo góp phần nâng cao thành tích, hiệu quả cho hoạt động tập thể. Ngược lại, hoạt động tập thể nâng đỡ, hỗ trợ cho sự phát triển của hoạt động cá nhân” [8]. Nội dung cụ thể của hoạt động trải nghiệm được trình bày qua bảng 1.1. Bảng 1.1. Nội dung của hoạt động trải nghiệm [8] Hoạt động Nội dung hoạt động Hoạt động thích nghi, tự chủ, tự lập, nghiên cứu khoa học, trải Hoạt động cá nghiệm thực tế, khám phá bản thân (sở thích, năng khiếu, NL, nhân ước mơ, định hướng nghề nghiệp) Hoạt động nghiên cứu khoa học, phát minh, sáng chế, biểu diễn nghệ thuật, thể thao, thực hành làm vườn, thực hành nấu ăn, thực hành chăn nuôi, thực hành nghề (mộc, đúc đồng, làm gốm, Hoạt động tập làm nón, hướng dẫn viên du lịch, ), Đoàn thanh thiếu niên, thể tình nguyện trong trường, tình nguyện trong khu vực, bảo vệ môi trường, bảo vệ di sản văn hóa, tham quan dã ngoại, chiến dịch an toàn giao thông, an toàn thực phẩm, khắc phục tư tưởng lỗi thời Theo Nguyễn Thị Liên, “Việc xác minh nội dung của hoạt động trải nghiệm dựa trên cơ sở sau: Mục tiêu giáo dục toàn diện, Lý luận Giáo dục học Việt Nam về phân loại nội dung giáo dục, phân loại về hoạt động Hoạt động trải nghiệm gồm
  19. 8 những nội dung cơ bản sau đây: Đạo đức và ý thức công dân; Khoa học - kĩ thuật - công nghệ; Văn hóa - nghệ thuật; Vui chơi - giải trí, Lao động; Thể dục thể thao Định hướng nghề nghiệp. Ngoài ra, hoạt động trải nghiệm còn có các nội dung khác như: môi trường; dân số; giới tính, an toàn giao thông; giá trị và kĩ năng sống ” [14]. Theo chương trình Giáo dục phổ thông - Hoạt động trải nghiệm và Hoạt động trải nghiệm, hướng nghiệp của Bộ Giáo dục và Đào tạo (26/12/2018), “hoạt động trải nghiệm được thiết kế theo hướng vừa đồng tâm, vừa tuyến tính, xuyên suốt từ lớp 1 đến lớp 12 với các mạch nội dung hoạt động thống nhất sau: Hoạt động hướng vào bản thân, Hoạt động hướng đến xã hội, Hoạt động hướng đến tự nhiên và Hoạt động hướng nghiệp” [4]. Trong phạm vi luận văn, nội dung tổ chức hoạt động trải nghiệm của đề tài là các mô hình, thí nghiệm, ứng dụng, có liên quan đến những định luật, quá trình biến đổi trạng thái chất khí trong chương “Chất khí - Vật lý 10” và một số kiến thức liên hệ thuộc các môn học khác như sinh học, toán học, địa lý 1.1.4. Phương thức tổ chức hoạt động trải nghiệm Chương trình GDPT - Hoạt động trải nghiệm và Hoạt động trải nghiệm, hướng nghiệp của Bộ Giáo dục và Đào tạo (26/12/2018) đã đưa bốn phương thức tổ chức hoạt động trải nghiệm như sau: [5] - Phương thức Khám phá: là cách tổ chức hoạt động tạo cơ hội cho HS trải nghiệm thế giới tự nhiên, thực tế cuộc sống và công việc, giúp HS khám phá những điều mới lạ, tìm hiểu, phát hiện vấn đề từ môi trường xung quanh, bồi dưỡng những cảm xúc tích cực và tình yêu quê hương đất nước. Nhóm phương thức tổ chức này bao gồm các hoạt động tham quan, cắm trại, thực địa và các phương thức tương tự khác. - Phương thức Thể nghiệm, tương tác: là cách tổ chức hoạt động tạo cơ hội cho HS giao lưu, tác nghiệp và thể nghiệm ý tưởng như diễn đàn, đóng kịch, hội thảo, hội thi, trò chơi và các phương thức tương tự khác. - Phương thức Cống hiến: là cách tổ chức hoạt động tạo cơ hội cho HS mang lại những giá trị xã hội bằng những đóng góp và cống hiến thực tế của mình thông qua các hoạt động tình nguyện nhân đạo, lao động công ích, tuyên truyền và các phương thức tương tự khác.
  20. 9 - Phương thức Nghiên cứu: là cách tổ chức hoạt động tạo cơ hội cho HS tham gia các đề tài, dự án nghiên cứu khoa học nhờ cảm hứng từ những trải nghiệm thực tế, qua đó đề xuất những biện pháp giải quyết vấn đề một cách khoa học. Nhóm hình thức tổ chức này bao gồm các hoạt động khảo sát, điều tra, làm dự án nghiên cứu, sáng tạo công nghệ, nghệ thuật và các phương thức tương tự khác. Trong phạm vi luận văn, đề tài dựa trên các phương thức tổ chức hoạt động trải nghiệm của Bộ Giáo dục và Đào tạo, xây dựng và tổ chức hoạt động trải nghiệm cho HS vận dụng kiến thức chương “Chất khí - Vật lý 10” để nghiên cứu, thiết kế và chế tạo các sản phẩm, mô hình, thí nghiệm theo định hướng giáo dục STEM. 1.2. Hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM 1.2.1. Giáo dục STEM STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ tiếng anh Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật), Maths (Toán học). Thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ cảnh nghề nghiệp và ngữ cảnh giáo dục [16], [17]. Trong phạm vi đề tài, chúng tôi quan tâm để ngữ cảnh giáo dục của thuật ngữ STEM. Giáo dục STEM là giải pháp góp phần tăng hiệu quả dạy học, phát triển NL giải quyết vấn đề của HS, phát triển tư duy, logic, tự chủ, sáng tạo của HS đặc biệt trong lĩnh vực khoa học kĩ thuật, giúp HS có thể hiểu rõ được ý nghĩa thực tiễn của các kiến thức vật lý được học. Có nhiều cách hiểu về giáo dục STEM, tuy nhiên chúng tôi muốn đề cập đến ba cách hiểu chính: [16], [17] - Quan tâm đến các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học: Đây cũng là quan điểm về giáo dục STEM của bộ giáo dục Mỹ, giáo dục STEM là một chương trình nhằm cung cấp, hỗ trợ, tăng cường, giáo dục Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học ở tiểu học và trung học cho đến bậc sau đại học. Đây là nghĩa rộng khi nói về STEM. - Tích hợp của bốn lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học: 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 nhằm tạo nên một kết nối giữa nhà trường, cộng đồng và các doanh nghiệp.
  21. 10 - Tích hợp từ hai lĩnh vực về Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học trở lên: Giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận, khám phá trong dạy học và học tập giữa hai hay nhiều hơn các môn học STEM, hoặc giữa một chủ đề STEM và một hoặc nhiều môn học khác trong nhà trường. 1.2.2. Mục tiêu giáo dục STEM Mục tiêu của giáo dục STEM bao gồm: Phát triển NL đặc thù về STEM; Phát triển NL cốt lõi; Định hướng nghề nghiệp [16], [17]. - Phát triển các NL đặc thù của các môn học về STEM cho HS: Đó là những kiến thức, kĩ năng liên quan đến các môn học Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Trong đó HS biết liên kết các kiến thức Khoa học, Toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn. HS biết sử dụng, quản lý và truy cập Công nghệ. HS biết về quy trình thiết kế và chế tạo ra các sản phẩm. - Phát triển các NL cốt lõi cho HS: Bên cạnh những hiểu biết về lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật, Toán học giáo dục STEM còn trang bị cho HS NL cốt lõi, trao cho HS cơ hội cũng như thách thức trong nền kinh tế thế kỉ 21. - Định hướng nghề nghiệp cho HS: Giáo dục STEM sẽ tạo cơ hội cho HS có những kiến thức, kĩ năng mang tính nền tảng cho việc học tập ở các bậc học cao hơn cũng như cho nghề nghiệp tương lai của HS. Đặc biệt là khi đứng trước thử thánh của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, giáo dục STEM góp phần xây dựng lực lượng lao động có NL, phẩm chất tốt, đặc biệt là lao động trong lĩnh vực STEM nhằm đáp ứng mục tiêu xây dựng và phát triển đất nước. 1.2.3. Bản chất hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM [17]. Tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM giúp HS liên kết các kiến thức khoa học và toán học để giải quyết vấn đề thực tiễn. Mục tiêu của giáo dục STEM nhằm phát triển các NL cốt lõi của HS như hợp tác, giao tiếp, sáng tạo, làm việc nhóm, phản biện Để thực hiện thành công giáo dục STEM trong trường phổ thông, bước đầu có thể triển khai dưới hình thức câu lạc bộ theo sở thích và khả năng của mỗi HS nhằm giúp HS phát triển NL cá nhân và có cơ hội khẳng định mình. Bên cạch đó, cơ sở vật chất các phòng thí nghiệm thực hành ở trường trung học sẽ giúp triển khai các giờ dạy học STEM hiệu quả. Trong hoạt động trải nghiệm HS dựa trên sự tổng hợp kiến thức của nhiều lĩnh vực giáo dục và nhóm kĩ năng khác nhau để trải nghiệm thực tiễn đời sống nhà trường, gia đình và tham gia vào hoạt động phục vụ cộng đồng dưới sự hướng dẫn
  22. 11 và tổ chức của nhà giáo dục, qua đó hình thành những phẩm chất chủ yếu, NL chung và một số NL thành phần đặc thù của hoạt động này: NL thiết kế và tổ chức hoạt động; NL thích ứng với sự biến động của nghề nghiệp và cuộc sống. 1.3. Phát huy tính tích cực của học sinh trong hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM 1.3.1. Định nghĩa tính tích cực Có nhiều cách hiểu khác nhau về tính tích cực, đó là: - Sách giáo dục công dân lớp 6: “Tích cực là luôn luôn cố gắng, vượt khó, kiên trì trong học tập, làm việc và rèn luyện” [2]. - Theo L.V. Relrova: “Tính tích cực là một hiện tượng sư phạm biểu hiện sự gắng sức cao về nhiều mặt trong hoạt động học tập” [25], [23]. - Theo P.V. Redơnivev: “Tính tích cực học tập thực chất là nói đến tính tích cực nhận thức”. - Theo Trần Thị Tuyết Oanh: “Tính tích cực nhận thức là thái độ cải tạo của chủ thể đối với khách thể thông qua sự huy động ở mức độ cao các chức năng tâm lý nhằm giải quyết những nhiệm vụ học tập” [26], [23]. Trong luận văn, tính tích cực được hiểu là một trạng thái tâm lý sẵn sàng của người học, thể hiện sự mong muốn giải quyết các vấn đề gắn với thực tiễn trên cơ sở các kiến thức đã có của cá nhân. 1.3.2. Biểu hiện tính tích cực của học sinh trong hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM Dấu hiệu của tính tích cực được G. I. Sukina nêu ra như sau: [11] - Khao khát, tự nguyện tham gia trả lời các câu hỏi của giáo viên (GV), bổ sung các câu trả lời của bạn, thích được phát biểu ý kiến của mình về vấn đề nêu ra. - Thường xuyên nêu thắc mắc, đòi hỏi giải thích cặn kẽ những vấn đề mà GV trình bày chưa đủ rõ. - Chủ động vận dụng linh hoạt những kiến thức, kỹ năng đã học để nhận thức những vấn đề mới. - Mong muốn được góp ý với thầy, với bạn những thông tin mới lấy từ những nguồn khác nhau, có khi vượt ra ngoài phạm vi bài học, môn học.
  23. 12 - Ngoài những biểu hiện nói trên mà GV dễ nhận thấy, còn có những biểu hiện về mặt xúc cảm, khó nhận thấy hơn như thờ ơ hay hào hứng, phớt lờ hay ngạc nhiên, hoan hỉ hay buồn chán trước một nội dung nào đó của bài học hoặc tìm ra lời giải thích hay cho một bài tập khó, - Tập trung ý chí vào vấn đề đang học, kiên trì làm cho xong các nhiệm vụ học tập được giao, không nản chí trước tình huống khó khăn, thái độ phản ứng khi GV báo hết giờ như: tiếc rẻ, cố gắng làm cho xong, Dựa vào các dấu hiệu của tính tích cực trong hoạt động nhận thức của G.I. Sukina đưa ra, chúng tôi nêu ra một số biểu hiện tính tích cực trong hoạt động nhận thức của HS khi học theo định hướng giáo dục STEM như sau: [18] (a) Khát khao tìm kiếm kiến thức mới liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật hay toán. (b) Hào hứng khi gặp một tình huống mới liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật hay toán. HS bắt tay vào giải quyết vấn đề, lên kế hoạch thực hiện ngay. (c) Tích cực tìm kiếm tài liệu từ nhiều nguồn, trao đổi thông tin, thảo luận với các HS khác, với GV và các chuyên gia về vấn đề liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật hay toán. (d) Chủ động thành lập nhóm, diễn đàn trao đổi thông tin để thực hiện nhiệm vụ học tập được giao phó. (e) Kiên trì giải quyết nhiệm vụ học tập được giao mặc dù gặp phải vấn đề khó, chủ động chia sẻ các giải pháp tìm được. (f) Tự mở rộng bài học, mở rộng phạm vi kiến thức sang các lĩnh vực khác, thiết kế sơ đồ bài học để dễ nhớ và vận dụng. 1.3.3. Biện pháp phát huy tính tích cực của học sinh trong hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM Để phát huy tính tích cực của HS trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM, GV cần tạo ra và duy trì hứng thú, động cơ học tập cho HS. Các biện pháp khả dĩ là: [18] - Tổ chức các nội dung dạy học gắn với thực tiễn, vận dụng kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tiễn.
  24. 13 - Đưa HS vào tiến trình tìm tòi nghiên cứu, giải quyết các nhiệm vụ có tính thực tiễn, vận dụng kiến thức vào các tình huống mới. - Phối hợp nhiều hình thức tổ chức học tập đa dạng và phong phú nhằm đáp ứng nhu cầu học tập như: cá nhân, nhóm, tập thể, tham quan, phòng thí nghiệm, tổ chức thảo luận, báo cáo, - Sử dụng các phương tiện dạy học hiện đại. - Môi trường học an toàn, thân thiện, có các suất học bổng xứng đáng. 1.4. Bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh trong hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM 1.4.1. Khái niệm năng lực Theo Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế Thế giới (OECD), “NL khả năng cá nhân đáp ứng các yêu cầu phức hợp và thực hiện thành công nhiệm vụ trong một bối cảnh cụ thể” [27]. Theo F. E. Weinert, “NL là sở hữu cá nhân, đó là những khả năng mà cá thể có được nhờ sự kết hợp giữa cái sẵn có và cái học tập được về các kĩ năng nhận thức, khả năng giải quyết vấn đề cụ thể, các ý chí, động lực liên quan, sự sẵn sàng hoạt động xã hội. Những yếu tố này giúp mỗi người thành công trong việc xử lý các sự cố và có trách nhiệm trong các tình huống khác nhau” [28]. Theo Chương trình giáo dục phổ thông - Chương trình tổng thể của Bộ Giáo dục và Đào tạo (26/12/2018), “NL là sự huy động tổng hợp các kiến thức, kỹ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí để thực hiện một loại công việc trong một bối cảnh nhất định” [4]. Trong phạm vi luận văn, NL của HS được hiểu là tổng hợp các kiến thức và kỹ năng nhận thức sẵn có và có thể học được của mỗi HS nhằm giải quyết những vấn đề nảy sinh trong học tập và thực tiễn cuộc sống, giúp HS có thể giải quyết thành công vấn đề đó. 1.4.2. Khái niệm năng lực sáng tạo Sách giáo dục công dân lớp 9: “Sáng tạo là say mê nghiên cứu tìm tòi, phát hiện và xử lý linh hoạt các tình huống trong học tập, lao động, công tác nhằm đạt kết quả cao” [3]. Theo Đức Uy, “Sáng tạo là quá trình trở nên nhạy cảm đối với những khó khăn, khiếm khuyết, những lỗ hổng kiến thức, yếu tố còn thiếu, những bất ổn, là quá
  25. 14 trình xác định khó khăn, tìm kiếm giải pháp, đưa ra phỏng đoán, nêu lên những giả thuyết về sự khiếm khuyết, kiểm tra và tái kiểm tra những giả thuyết đó, có thể là cả điều chỉnh và kiểm tra lại những điều chỉnh đó và cuối cùng là truyền đạt kết quả” [26]. Theo Vương Cẩm Hương, “NL sáng tạo có thể hiểu là khả năng tạo ra những giá trị mới về vật chất và tinh thần, tìm ra cái mới, công cụ mới, vận hành thành công những hiểu biết đã có vào hoàn cảnh mới. Đối với HS, NL sáng tạo trong học tập chính là NL biết giải quyết vấn đề để tìm ra cái mới ở mức độ nào đó thể hiện được khuynh hướng NL sáng tạo, kinh nghiệm của cá nhân HS” [9]. Trong phạm vi luận văn, NL sáng tạo của HS được hiểu là HS phát hiện được vấn đề từ thực tiễn, đề xuất giải pháp và thực hiện giải pháp mang lại hiệu quả. 1.4.3. Biểu hiện năng lực sáng tạo của học sinh trong hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM Lacne đã chỉ ra 7 đặc trưng của hoạt động sáng tạo chung cho mọi lĩnh vực khoa học như sau: [10], [11] - Có sự tự lực chuyển các tri thức và kỹ năng sang một tình huống mới gần hoặc xa, bên trong hay bên ngoài giữa các hệ thống kiến thức. - Nhìn thấy những vấn đề mới trong các điều kiện quen thuộc. - Nhìn thấy cấu trúc của đối tượng đang nghiên cứu. - Nhìn thấy chức năng mới của đối tượng quen biết. - Xây dựng phương án mới về nguyên tắc, khác với những phương pháp quen thuộc đã biết. - Nhìn thấy nhiều cách giải quyết có thể có, tiến hành giải quyết theo từng cách và lựa chọn cách tối ưu. - Tự lực kết hợp với các phương thức hoạt động đã biết, tạo thành cái mới. Dựa vào định nghĩa NL sáng tạo, kết hợp cùng các đặc trưng của hoạt động sáng của Lacne đưa ra, chúng tôi nêu ra một số biểu hiện có NL sáng tạo trong hoạt động nhận thức của HS khi trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM như sau: [18] (a) Tự lực phát hiện vấn đề mới, tình huống mới từ những tình huống quen liên quan đến các ngành nghề kỹ thuật.
  26. 15 (b) Nghiên cứu tổng quan các giải pháp kỹ thuật có sẵn, sau đó đưa ra bình luận, lật đi lật lại vấn đề, trao đổi, chất vấn với các HS khác, GV, chuyên gia, Từ đó đề xuất các giải pháp kỹ thuật mới, tối ưu trên cơ sở kế thừa các giải pháp kỹ thuật đã có. (c) Tự đề xuất các giải pháp kỹ thuật phù hợp đem lại hiệu quả cao mà không tham khảo các giải pháp đã có. (d) Tự truyền tải tri thức và kỹ năng từ lĩnh vực quen biết sang tình huống mới, vận dụng kiến thức đã học trong điều kiện mới, hoàn cảnh mới. (e) Nhìn thấy cấu trúc kỹ thuật, chức năng, bản chất của đối tượng kỹ thuật. Thực chất là bao quát nhanh chóng, đôi khi tức khắc, các bộ phận kỹ thuật, các yếu tố bản chất củ đối tượng kỹ thuật trong mối tương quan giữa chúng. (f) Đề xuất mô hình giả thuyết, đưa ra phương án thực nghiệm để kiềm tra giả thuyết hay hệ quả suy ra từ giả thuyết với hiệu quả cao nhất có thể được trong những điều kiện đã cho. (g) Tự thiết kế sơ đồ nguyên lí, bản vẽ kĩ thuật thể hiện cấu tạo, chức năng của đối tượng kỹ thuật đang nghiên cứu. 1.4.4. Biện pháp bồi dưỡng năng lực sáng tạo của học sinh trong hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM Căn cứ vào các biểu hiện của NL sáng tạo, có thể chỉ ra một số biện pháp để phát huy NL sáng tạo của HS trong tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM được thể hiện qua bảng 1.2. Bảng 1.2. Biện pháp phát triển NL sáng tạo của HS Biện pháp Minh họa Tổ chức hoạt động sáng Ở nước ta hàng năm trung bình chịu ảnh hưởng của tạo gắn liền với quá trình 4-5 cơn bão, gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng. Do vận dụng kiến thức Vật lý đó, dự đoán được thời gian bão sẽ xuất hiện là rất cần để giải quyết các vấn đề thiết. Vì vậy, sau khi dạy bài “Phương trình trạng thái thực tiễn liên quan đến khí lý tưởng”, GV có thể tổ chức hoạt động trải ngành nghề kỹ thuật, sáng nghiệm cho HS chế tạo mô hình dự báo thời tiết tạo ra những sản phẩm, phong vũ biểu. công cụ mới, có ích cho xã hội.
  27. 16 Tổ chức hoạt động sáng Kiến thức Vật lý phổ thông là những kiến thức đã tạo gắn liền với quá trình được khám phá bởi các nhà khoa học dựa vào các giả xây dựng kiến thức mới. thuyết và thực nghiệm chứng minh. Quy trình của phương pháp thực nghiệm chính là chu trình sáng tạo kiến thức của các nhà khoa học. Do đó, GV có thể tổ chức hoạt động trải nghiệm theo chu trình sáng tạo kiến thức của các nhà khoa học để phát huy tối đa tính sáng tạo, tư duy nhạy bén cho HS. Vì vậy, khi dạy đến bài “Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Charles”, GV có thể tổ chức trải nghiệm cho HS thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật. Luyện tập phỏng đoán, Trong khi cho HS trải nghiệm chế tạo mô hình dự dự đoán, xây dựng giả báo thời tiết phong vũ biểu. HS phải đặt ra được thuyết. những câu hỏi phỏng đoán như: Tại sao mực nước tăng thì áp suất bên ngoài giảm và có khả năng gây ra bão? Tại sao mực nước giảm thì áp suất bên ngoài tăng? Luyện tập đề xuất Sau khi dạy kiến thức về “quá trình đẳng áp, định phương án thí nghiệm luật Gay Lussac”, GV có thể tổ chức cho HS trải kiểm tra dự đoán. nghiệm thông qua việc đề xuất phương án kiểm chứng định luật. Luyện tập cách thức giải Trong quá trình trải nghiệm thiết kế bộ thí nghiệm quyết vấn đề theo nhiều kiểm chứng định luật Charles, HS phải lựa chọn cách, nhiều góc cạnh phương án thay đổi nhiệt độ khí, bằng máy sấy hay khác nhau, biết tìm cách bình đun nước, biết cách lật đi lật lại vấn đề để tìm ra giải quyết tối ưu, biết lật phương án tối ưu nhất. đi lật lại vấn đề 1.5. Tiến trình tổ chức hoạt động trải nghiệm kiến thức Vật lý theo định hướng giáo dục STEM [17] Pha 1. Đặt vấn đề STEM và chuyển giao nhiệm vụ Vấn đề STEM được lựa chọn mang tính kĩ thuật gắn liền với thực tiễn, thường là các vấn đề gắn với bối cảnh địa phương hay vấn đề nổi bật, thời sự. Các vấn đề này phải thú vị, hấp dẫn để các nhóm tự nảy sinh nhu cầu giải quyết vấn đề, tiếp nhận nhiệm vụ mang tính thiết kế theo cách tự nhiên. Thông thường, khi giải quyết
  28. 17 các vấn đề STEM, HS ứng dụng được ngay trong cuộc sống, hay hỗ trợ vui chơi, giải trí. Pha 2. Đề xuất phương án thiết kế sản phẩm Đầu tiên các nhóm phác thảo bản vẽ kĩ thuật nhằm cụ thể các ý tưởng, phương án thiết kế. GV khuyến khích các nhóm tự do phác thảo bản vẽ và không nên nhận xét hay đánh giá bản vẽ của các nhóm khác nhằm tránh trường hợp hạn chế tính sáng tạo của các nhóm. Sau đó các nhóm lần lượt thuyết trình về bản vẽ thiết kế sản phẩm. Phần thuyết trình cần làm rõ cơ cấu của sản phẩm, vật liệu dự kiến sử dụng Các nhóm còn lại phản biện, chỉ ra ưu điểm và nhược điểm của từng bản vẽ kĩ thuật. Trong pha này, HS có cơ hội để rèn luyện và phát triển NL ngôn ngữ và giao tiếp. Cuối cùng, GV tổ chức các nhóm thảo luận, thống nhất bản vẽ thiết kế tối ưu, phù hợp với nguồn lực dạy học: kinh phí, dụng cụ, vật liệu, NL các nhóm. Pha 3. Gia công chế tạo sản phẩm theo bản vẽ thiết kế Đầu tiên các nhóm nhận dụng cụ, vật liệu từ kho dụng cụ. Đối với các vật liệu dễ tìm như, vỏ lon, vỏ chai nhựa, nắp chai GV giao cho các nhóm tự chuẩn bị. Sau đó nhóm trưởng huy động và điều phối các thành viên gia công, chế tạo các chi tiết quan trọng của sản phẩm. Cuối cùng các nhóm lắp ráp các chi tiết thành sản phẩm. GV cần lưu ý các nhóm kiểm tra sản phẩm trước khi vận hành và cần xác định: sản phẩm có cân bằng không? Lắp ráp đúng bản vẽ thiết kế không? Các chi tiết được nối chắc chắn chưa? Trong pha này HS có nhiều cơ hội rèn luyện và phát triển tư duy kĩ thuật, năng lực thực hành và phát triển các kĩ năng gia công vật liệu cơ bản như: sử dụng cưa máy hay cưa tay, cắt và gọt bằng dao hay bằng kéo, dán bằng súng bắn keo, sử dụng máy khoan Đặt biệt, GV cần quản lý, nhắc nhở các nhóm tuân thủ các quy tắc an toàn. Pha 4. Vận hành thử nghiệm sản phẩm Các nhóm tiến hành vận hành và quan sát kết quả vận hành của sản phẩm. Nếu sản phẩm hoạt động ổn định, phù hợp với dự đoán thì các nhóm tiến hành viết báo cáo. Chuẩn bị thực hiện báo cáo sản phẩm. Nếu sản phẩm hoạt động không ổn định, kết quả không phù hợp với dự đoán thì nhóm cần quay lại kiểm tra từ pha 2 và xem xét lại dự đoán ban đầu. Pha 5. Thực hiện báo cáo sản phẩm Đầu tiên GV tổ chức cho các nhóm lần lượt báo cáo về sản phẩm. Trong đó, các nhóm trình bày được quá trình gia công, chế tạo, đặc biệt nêu được các khó
  29. 18 khăn trong quá trình gia công, chế tạo và làm rõ được các giải pháp để giải quyết các khó khăn trên. GV cần khuyến khích và hướng dẫn các nhóm phối hợp thuyết minh với vận hành sản phẩm để minh họa, khích lệ các nhóm huy động nhiều HS tham gia thuyết trình. Sau đó, GV tổ chức phản biện, góp ý về sản phẩm, phần trình bày của các nhóm. Cuối cùng, GV tổ chức các nhóm đánh giá báo cáo sản phẩm. Bên cạnh đó, GV cần khuyến khích, định hướng cho một số nhóm hay HS có NL vượt trội tiến hành thử nghiệm cải tiến sản phẩm. Hơn nữa, GV nên điều phối những nhóm có thành viên nòng cốt, hoàn thành nhiệm vụ trước thời gian quy định hỗ trợ các nhóm khác hoàn thành sản phẩm. Pha 6. Đánh giá, nhận xét chung GV căn cứ vào sự quan sát hoạt động của các nhóm, kết quả đánh giá của các nhóm và của GV để kết luận về hoạt động. Dựa trên đó, GV khen thưởng đối với nhóm hoạt động tốt, khiển trách đối với nhóm hoạt động chưa tốt. Trong quá trình xây dựng kế hoạch tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM, GV căn cứ trên nội dung của chủ đề, linh hoạt để bỏ qua hay thêm vào một số bước cần thiết.
  30. 19 (1) Đặt vấn đề STEM và chuyển giao nhiệm vụ (2) Đề xuất phương án thiết kế sản phẩm Phác thảo bản Thuyết trình bản Thống nhất bản vẽ thiết kế vẽ thiết kế vẽ thiết kế (3) Gia công, chế tạo sản phẩm theo bản vẽ Cung cấp dụng Gia công, chế Lắp ráp sản cụ, vật liêu tạo các chi tiết phẩm (4) Vận hành thử nghiệm Không đạt (5) Thực hiện báo cáo sản phẩm Thuyết trình sản Đánh giá báo phẩm cáo sản phẩm (6) Đánh giá, nhận xét chung Hình 1.1. Sơ đồ tiến trình tổ chức hoạt động trải nghiệm kiến thức Vật lý theo định hướng giáo dục STEM [17]
  31. 20 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Trong chương 1, chúng tôi trình bày về cơ sở lý luận của hoạt động trải nghiệm, hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM; cơ sở lý luận về tính tích cực và NL sáng tạo; tiến trình tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM. Đầu tiên, chúng tôi cung cấp những cái nhìn cơ bản nhất về tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM thông qua định nghĩa trải nghiệm, hoạt động trải nghiệm, giáo dục STEM, bản chất của hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM. Sau đó, chúng tôi tiếp tục trình bày các khái niệm tích cực, NL, NL sáng tạo trong hoạt động nhận thức của HS theo định hướng giáo dục STEM. Cụ thể hơn, chúng tôi đã đưa ra một số biểu hiện, biện pháp bồi dưỡng tính tích cực và NL sáng tạo của HS. Cuối cùng, chúng tôi trình bày về tiến trình tổ chức hoạt động trải nghiệm kiến thức vật lý theo định hướng giáo dục STEM. Sau khi nghiên cứu cơ sở lý luận, chúng tôi nhận thấy rằng, tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM sẽ phát huy tính tích cực và bồi dưỡng NL sáng tạo cho HS. Hơn nữa việc tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM đã có tiến trình cụ thể. Trong chương 2 của luận văn, chúng tôi sẽ trình bày chi tiết hơn về việc tổ chức hoạt động trải nghiệm một số kiến thức “Chương Chất khí - Vật lý 10” theo định hướng giáo dục STEM.
  32. 21 CHƯƠNG 2: TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG TRẢI NGHIỆM MỘT SỐ KIẾN THỨC CHƯƠNG CHẤT KHÍ - VẬT LÝ 10 THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 2.1. Phân tích nội dung kiến thức chương “Chất khí - Vật lý 10” 2.1.1. Mục tiêu dạy học theo chuẩn kiến thức, kĩ năng Với cách dạy truyền thống, GV là người dạy tuần tự các kiến thức theo đơn vị bài học của sách giáo khoa (SGK) Vật lý 10 cơ bản [1]. Các đơn vị kiến thức chương “Chất khí” được thể hiện trong bảng 2.1. Bảng 2.1. Các đơn vị kiến thức chương “Chất khí” trong SGK Vật lý 10 cơ bản Tên bài Nội dung Thời lượng Bài 28: Cấu tạo chất. Cấu tạo chất Thuyết động học phân tử 1 tiết Thuyết động học phân tử chất khí chất khí. Trạng thái và quá trình biến đổi trạng Bài 29: Quá trình đẳng thái nhiệt. Định luật Boyle - Quá trình đẳng nhiệt 1 tiết Mariotte. Định luật Boyle - Mariotte Đường đẳng nhiệt Quá trình đẳng tích Bài 30: Quá trình đẳng Định luật Charles 1 tiết tích. Định luật Charles. Đường đẳng tích Khí thực và khí lý tưởng Bài 31: Phương trình Phương trình trạng thái của khí lý trạng thái của khí lý tưởng 1 tiết tưởng. Quá trình đẳng áp Độ không tuyệt đối Cụ thể mục tiêu dạy học của từng đơn vị bài như sau: [1] Bài 28: Cấu tạo chất. Thuyết động học phân tử chất khí. a) Kiến thức - Nêu được đặc điểm cấu tạo chất của các thể rắn, lỏng, khí.
  33. 22 - Trình bày được nội dung cơ bản của thuyết động học phân tử chất khí. - Nêu được các đặc điểm của khí lý tưởng. b) Kĩ năng - Vận dụng được thuyết động học phân tử chất khí để giải thích đặc điểm về hình dạng, thể tích của các chất ở thể khí, thể lỏng, thể rắn. - Vận dụng được thuyết động học phân tử chất khí để giải thích một số hiện tượng liên quan. c) Thái độ - Hòa nhã, say mê học tập và trách nhiệm cá nhân. - Tích cực phát biểu xây dựng bài. Bài 29: Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Boyle - Mariotte. a) Kiến thức - Nêu được các thông số p, V, T xác định trạng thái của một lượng khí. - Nêu được định nghĩa quá trình đẳng nhiệt. - Trình bày được nội dung phát biểu của định luật Boyle - Mariotte. b) Kĩ năng - Vẽ được đường đẳng nhiệt trong hệ tọa độ (p,V). - Vận dụng được định luật Boyle - Mariotte để giải thích một số hiện tượng liên quan. c) Thái độ - Hòa nhã, say mê học tập và trách nhiệm cá nhân. - Tích cực phát biểu xây dựng bài. Bài 30: Quá trình đẳng tích. Định luật Charles a) Kiến thức - Nêu được định nghĩa quá trình tích. - Trình bày được nội dung phát biểu của định luật Charles. b) Kĩ năng - Vẽ được đường đẳng tích trong hệ tọa độ (p,T).
  34. 23 - Vận dụng được định luật Charles để giải thích một số hiện tượng liên quan. c) Thái độ - Hòa nhã, say mê học tập và trách nhiệm cá nhân. - Tích cực phát biểu xây dựng bài. Bài 31: Phương trình trạng thái của khí lý tưởng a) Kiến thức - Viết được phương trình trạng thái khí lý tưởng. - Nêu được định nghĩa quá trình đẳng áp. - Trình bày được nội dung phát biểu của định luật Gay Lussac. - Nêu được định nghĩa nhiệt độ tuyệt đối và độ không tuyệt đối. b) Kĩ năng - Vẽ được đường đẳng áp trong hệ tọa độ (V,T). - Vận dụng được định luật Gay Lussac để giải thích một số hiện tượng liên quan. - Vận dụng được phương trình trạng thái để giải thích một số hiện tượng liên quan. c) Thái độ - Hòa nhã, say mê học tập và trách nhiệm cá nhân. - Tích cực phát biểu xây dựng bài. 2.1.2. Phân tích nội dung kiến thức Trong phần này, chúng tôi sẽ phân tích những nội dung kiến thức cơ bản của chương theo thứ tự đơn vị bài học trong SGK Vật Lý 10 cơ bản. Bài 28: Cấu tạo chất. Thuyết động học phân tử chất khí. *Cấu tạo chất - Ở thể khí, lực tương tác giữa các phân tử rất yếu nên các phân tử chuyển động hoàn toàn hỗn loạn. - Ở thể rắn, lực tương tác giữa các phân tử rất mạnh nên giữ được các phân tử ở các vị trí cân bằng xác định, làm cho chúng chỉ có thể dao động xung quanh các vị trí này.
  35. 24 - Ở thể lỏng, lực tương tác giữa các phân tử lớn hơn ở thể khí nhưng nhỏ hơn ở thể rắn, nên các phân tử dao động xung quanh các vị trí cân bằng có thể di chuyển được. *Thuyết động học phân tử chất khí Nội dung của thuyết động học phân tử chất khí: - Chất khí được cấu tạo từ các phần tử riêng rẽ, có kích thức rất nhỏ so với khoảng cách giữa chúng. - Các phân tử chuyển động hỗn loạn không ngừng, chuyển động này càng nhanh thì nhiệt độ chất khí càng cao. - Khi chuyển động hỗn loạn, các phân tử va chạm vào nhau và va chạm vào thành bình. *Khí lý tưởng - Chất khí trong đó các phân tử được coi là các chất điểm và chỉ tương tác khi va chạm được gọi là khí lý tưởng. - Đặc điểm của khí lý tưởng: + Kích thước các phân tử không đáng kể (có thể bỏ qua). + Khi chưa va chạm với nhau thì lực tương tác giữa các phân tử rất yếu (có thể bỏ qua). + Các phân tử chuyển động hỗn loạn, chỉ tương tác khi va chạm với nhau và va chạm vào thành bình. Bài 29: Quá trình đẳng nhiệt. Định luật Boyle - Mariotte. *Trạng thái và quá trình biến đổi trạng thái - Thông số trạng thái của một lượng khí: thể tích V, áp suất p và nhiệt độ tuyệt đối T. - Giữa các thông số trạng thái của một lượng khí có những mối liên hệ xác định. Lượng khí có thể chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác bằng các quá trình biến đổi trạng thái, gọi tắt là quá trình. - Đẳng quá trình là quá trình trong đó chỉ có hai thông số biến đổi, còn một thông số không đổi. *Quá trình đẳng nhiệt
  36. 25 Quá trình biến đổi trạng thái trong đó nhiệt độ được giữ không đổi gọi là quá trình đẳng nhiệt. *Định luật Boyle - Mariotte Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích. pV const *Đường đẳng nhiệt - Đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo thể tích khi nhiệt độ không đổi gọi là đường đẳng nhiệt. Trong hệ tọa độ (p,V) đường này là đường hyperbol. - Ứng với các nhiệt độ khác nhau của một lượng khí có các đường đẳng nhiệt khác nhau. - Đường đẳng nhiệt ở trên ứng với nhiệt độ cao hơn Hình 2.1.Đường đẳng nhiệt đường đẳng nhiệt ở dưới. Bài 30: Quá trình đẳng tích. Định luật Charles. *Quá trình đẳng tích Quá trình biến đổi trạng thái trong đó thể tích được giữ không đổi gọi là quá trình đẳng tích. *Định luật Charles Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. p const T *Đường đẳng tích - Đường biểu diễn sự biến thiên của áp suất theo nhiệt độ khi thể tích không đổi gọi là đường đẳng tích. - Ứng với các thể tích khác nhau của một lượng khí có các đường đẳng tích khác nhau. - Đường đẳng tích ở trên ứng với thể tích nhỏ hơn Hình 2.2.Đường đẳng tích
  37. 26 đường đẳng tích ở dưới. Bài 31: Phương trình trạng thái của khí lý tưởng *Phương trình trạng thái của khí lý tưởng - Mỗi một lượng khí đều có các thông số p, V, T đặc trưng cho trạng thái của nó. Các thông số này có mối liên hệ với nhau thông qua một phương trình gọi là phương trình trạng thái. - Phương trình trạng thái của khí lý tưởng (phương trình trạng thái Clapeyron): pV const T *Quá trình đẳng áp Quá trình biến đổi trạng thái trong đó áp suất được giữ không đổi gọi là quá trình đẳng áp. *Định luật Gay Lussac Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. V const T *Đường đẳng áp - Đường biểu diễn sự biến thiên của thể tích theo nhiệt độ tuyệt đối khi áp suất không đổi gọi là đường đẳng áp. - Ứng với các áp suất khác nhau của một lượng khí có các đường đẳng áp khác nhau. Hình 2.3. Đường đẳng áp - Đường đẳng áp ở trên ứng với áp suất nhỏ hơn đường đẳng áp ở dưới. *Độ không tuyệt đối - Nếu giảm nhiệt độ tới 0 K thì p 0 và V 0 . Kenvin đưa ra một nhiệt giai bắt đầu bằng nhiệt độ 0 K và 0 K gọi là độ không tuyệt đối. - Nhiệt độ tuyệt đối là nhiệt độ theo nhiệt giai Kenvin, có đơn vị là K.
  38. 27 2.2. Xây dựng nội dung hoạt động trải nghiệm chương “Chất khí - Vật lý 10” theo định hướng giáo dục STEM 2.2.1. Chủ đề 1: Mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người Đối tượng: HS lớp 10 Thời gian: 90 phút Địa điểm: Phòng học STEM Hình thức tổ chức: Tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM Môn học có liên quan: Vật lý, Sinh học, Toán học, Công nghệ, Kĩ thuật. a) Vấn đề thực tiễn Hệ hô hấp là một hệ cơ quan có chức năng trao đổi không khí diễn ra trên toàn bộ các bộ phận của cơ thể. Vậy nên, bất kỳ một cơ quan hô hấp nào có vấn đề sẽ ảnh hưởng đến toàn bộ quá trình hô hấp, cũng như sức khỏe của mỗi người. Để bảo vệ hệ hô hấp, ngoài việc tránh xa các tác nhân gây bệnh từ bên ngoài, con người còn cần phải hít thở đúng cách. Hít thở đúng cách, cơ thể được cung cấp đủ lượng oxy, bổ sung các dưỡng chất cần thiết cho não và các cơ quan khác trong cơ thể. Nếu hít thở sai, cơ thể sẽ không có đủ oxy và gây ra nhiều hậu quả nghiêm trọng đến sức khỏe [29]. Hô hấp ở cơ thể gồm hô hấp ngoài và hô hấp trong. Trong quá trình hô hấp ngoài, áp suất và thể tích của khoang màng phổi thay đổi tuân theo định luật Boyle - Mariotte: “Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích”. b) Hình thành ý tưởng GV cho HS tìm hiểu cấu tạo, cơ chế của quá trình hô hấp ngoài ở cơ thể người và hướng dẫn HS vận dụng kiến thức về quá trình đẳng nhiệt, định luật Boyle - Mariotte để thiết kế, chế tạo mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người, nhằm giúp HS biết được cơ chế của hít thở và phương pháp hít thở đúng cách. Ngoài ra thông qua mô hình GV có thể giới thiệu cho HS về bệnh lý tràng dịch phổi, là giai đoạn tiếp theo của các bệnh viêm phổi, lao phổi, ung thư phổi góp phần giáo dục HS có ý thức bảo vệ sức khỏe cá nhân.
  39. 28 Hô hấp ngoài ở cơ thể người Hít vào: Thở ra: Thể tích khoang màng phổi tăng Thể tích khoang màng phổi giảm Áp suất khoang màng phổi giảm Áp suất khoang màng phổi tăng Quá trình đẳng nhiệt Định luật Bôi-lơ - Ma-ri-ốt Mô hình mô phỏng hô hấp ngoài ở cơ thể người Hình 2.4. Ý tưởng xây dựng chủ đề “Mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người” c) Mục tiêu của chủ đề  Kiến thức  Kiến thức vật lý - Nêu được định nghĩa quá trình đẳng nhiệt. - Trình bày được nội dung phát biểu được định luật Boyle - Mariotte. - Sử dụng kiến thức về định luật Boyle - Mariotte giải thích mối quan hệ giữa áp suất và thể tích khoang màng phổi trong các giai đoạn hít vào và thở ra, cơ chế của quá trình hô hấp ngoài ở cơ thể người.  Kiến thức sinh học - Nêu được các cơ quan tham gia vào quá trình hô hấp ngoài của cơ thể người. - Trình bày được cơ chế sinh học của quá trình hô hấp ngoài ở cơ thể người.  Kĩ năng - Tìm kiếm, thu thập, chọn lọc và xử lý thông tin từ tài liệu hướng dẫn.
  40. 29 - Phác thảo được bản vẽ thiết kế mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người. - Chế tạo được mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người. - Vận hành, thử nghiệm và cải tiến được mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người. - Thuyết trình về bản vẽ thiết kế và sản phẩm, quản lý thời gian hiệu quả. - Làm việc nhóm, hợp tác giữa các thành viên trong nhóm. - Rèn luyện tư duy phản biện, biết bảo vệ chính kiến cá nhân.  Phẩm chất - Yêu thích khoa học, tích cực trong học tập. - Tôn trọng và hợp tác trong quá trình thực hiện. - Hoàn thành công việc được giao.  Định hướng phát triển NL STEM - Khoa học (S): Thuyết động học phân tử chất khí, quá trình đẳng nhiệt, định luật Boyle - Mariotte, quá trình hô hấp ngoài của cơ thể người, cấu tạo và cơ chế thay đổi áp suất và thể tích của khoang màng phổi. - Công nghệ (T): Thiết bị: máy khoan, kéo, thước thẳng ; Vật liệu: vỏ chai, bong bóng, kéo, ống hút, băng keo trong, dây rút, đất sét - Kĩ thuật (E): Bản vẽ thiết kế, quy trình chế tạo mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người. - Toán học (M): Tính toán, đo đạc kích thước của các vật liệu cần sử dụng; tính toán và chứng minh mối quan hệ giữa áp suất và thể tích của khoang màng phổi trong các giai đoạn hít vào, thở ra. d) Chuẩn bị  GV: - Vật liệu, thiết bị cần thiết để chế tạo mô hình mô phỏng quá trình hô hấp ngoài của cơ thể người cho các nhóm (mỗi nhóm từ 4-6 HS). + Vật liệu: Vỏ chai coca 600ml, bong bóng, đất sét, ống hút, dây rút nhựa, băng keo trong. + Thiết bị: kéo, thước, máy khoan.
  41. 30 - Bút màu, giấy trắng khổ A1 để vẽ sơ đồ tư duy, poster. - Phiếu học tập (phụ lục 1; 2), tài liệu hướng dẫn (phụ lục 8).  HS: Chuẩn bị bài trước khi đến lớp. 2.2.2. Chủ đề 2: Bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles Đối tượng: HS lớp 10 Thời gian: 90 phút Địa điểm: Phòng học STEM Hình thức tổ chức: Tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM Môn học có liên quan: Vật lý, Toán học, Công nghệ, Kĩ thuật. a) Vấn đề thực tiễn Jacques Alexandre César Charles (1746-1823) là nhà vật lý, nhà hóa học người Pháp. Ông nổi tiếng nhờ đinh luật mang tên mình, định luật Charles. Sau thí nghiệm vào năm 1787, Charles đã tìm ra định luật để trả lời cho câu hỏi: Khi thể tích của một lượng khí không đổi, quan hệ giữa áp suất và độ tuyệt đối của chất khí là thế nào? Định luật này nói rằng: Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí xác định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Thực tế, bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles trong chương trình SGK Vật lý 10 (cơ bản) sử dụng bình đun nước để thay đổi nhiệt độ, dễ rò rỉ điện nên khá nguy hiểm. Do đó GV nên tổ chức cho HS thiết kế và thực hiện thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles. b) Hình thành ý tưởng GV hướng dẫn HS thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles. Thông qua bộ thí nghiệm HS được đóng vai là một nhà khoa học kiểm chứng kiến thức đã được học, kích thích trí tò mò, sở thích khám phá và nuôi dưỡng niềm đam mê khoa học ở HS.
  42. 31 Định luật Charles: P/T=const Kiểm chứng định luật Charles Nhiệm vụ: Dụng cụ: Phương pháp: - Đo áp suất - Áp kế - Thay đổi áp suất - Đo nhiệt độ - Nhiệt kế - Thay đổi nhiệt độ Bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles Hình 2.5. Ý tưởng xây dựng chủ đề “Bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles” c) Mục tiêu của chủ đề  Kiến thức - Nêu được định nghĩa quá trình đẳng tích. - Trình bày được nội dung phát biểu định luật Charles. - Sử dụng kiến thức về định luật Charles để thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles.  Kĩ năng - Tìm kiếm, thu thập, chọn lọc và xử lý thông tin từ tài liệu hướng dẫn. - Phác thảo được sơ đồ bố trí thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles. - Bố trí được thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles. - Vận hành, thử nghiệm và cải tiến được bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles. - Thuyết trình về sơ đồ bố trí thí nghiệm và bộ thí nghiệm, quản lý thời gian hiệu quả. - Làm việc nhóm, hợp tác giữa các thành viên trong nhóm. - Rèn luyện tư duy phản biện, biết bảo vệ chính kiến cá nhân.  Phẩm chất - Yêu thích khoa học, tích cực trong học tập.
  43. 32 - Tôn trọng và hợp tác trong quá trình thực hiện. - Hoàn thành công việc được giao.  Định hướng phát triển năng lực STEM - Khoa học (S): Thuyết động học phân tử chất khí, quá trình đẳng tích, định luật Charles. - Công nghệ (T): Vật liệu: áp kế, nhiệt kế, bình cầu phân nhánh, nút đậy, dây nhựa dẻo trong suốt, máy sấy; Thiết bị: kéo, thước thẳng, tua vít - Kĩ thuật (E): Bản vẽ sơ đồ bố trí thí nghiệm, quy trình thực hiện thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles. - Toán học (M): Đo đạc kích thước các vật liệu cần sử dụng, tính toán các thông số nhiệt độ tuyệt đối và áp suất để kiểm chứng định luật. d) Chuẩn bị  GV: - Vật liệu, thiết bị cần thiết để thiết kế và thực hiện thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles cho các nhóm (mỗi nhóm từ 4-6 HS). + Vật liệu: áp kế, nhiệt kế, bình cầu phân nhánh, nút đậy, dây nhựa dẻo trong suốt, máy sấy. + Thiết bị: kéo, thước thẳng, tua vít - Bút màu, giấy trắng khổ A1 để vẽ sơ đồ tư duy, poster. - Phiếu học tập (phụ lục 3; 4), tài liệu hướng dẫn (phụ lục 9).  HS: Chuẩn bị bài trước khi đến lớp. 2.2.3. Chủ đề 3: Bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac Đối tượng: HS lớp 10 Thời gian: 90 phút Địa điểm: Phòng học STEM Hình thức tổ chức: Tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM Môn học có liên quan: Vật lý, Toán học, Công nghệ, Kĩ thuật. a) Vấn đề thực tiễn
  44. 33 Joseph Louis Gay-Lussac (1778 –1850) là một nhà hóa học, nhà vật lý người Pháp. Ông nổi tiếng nhờ hai định luật liên quan đến chất khí, các công trình về hỗn hợp rượu-nước và chuẩn độ Gay-Lussac được sử dụng để đo nước uống có cồn trong nhiều quốc gia. Năm 1802, Gay Lussac phát biểu định luật thể hiện mối quan hệ giữa thể tích V và thể tích T của một lượng khí khi áp suất không đổi, định luật này phát biểu như sau: “Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí xác định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối”. Trong thực tế giảng dạy, SGK vật lý 10 (cơ bản) rút ra định luật từ phương trình trạng thái khí lý tưởng mà không kiểm chứng. b) Hình thành ý tưởng GV hướng dẫn HS thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac. Thông qua bộ thí nghiệm HS được đóng vai là một nhà khoa học kiểm chứng kiến thức đã được học, kích thích trí tò mò, sở thích khám phá và nuôi dưỡng niềm đam mê khoa học ở HS. Định luật Gay Lussac: V/T=const Kiểm chứng định luật Gay Lussac Nhiệm vụ: Dụng cụ: Phương pháp: - Đo thể tích - Xi lanh - Thay đổi thể tích - Đo nhiệt độ - Nhiệt kế - Thay đổi nhiệt độ Bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac Hình 2.6. Ý tưởng thực xây dựng chủ đề “Bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac” c) Mục tiêu của chủ đề  Kiến thức - Nêu được định nghĩa quá trình đẳng áp. - Nêu được nôi dung phát biểu định luật Gay Lussac.
  45. 34 - Sử dụng kiến thức về định luật Gay Lussac để thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac.  Kĩ năng - Tìm kiếm, thu thập, chọn lọc và xử lý thông tin từ tài liệu hướng dẫn. - Phác thảo được sơ đồ bố trí thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac. - Bố trí được thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac. - Vận hành, thử nghiệm và cải tiến được bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac. - Thuyết trình về sơ đồ bố trí thí nghiệm và bộ thí nghiệm, quản lý thời gian hiệu quả. - Làm việc nhóm, hợp tác giữa các thành viên trong nhóm. - Rèn luyện tư duy phản biện, biết bảo vệ chính kiến cá nhân.  Phẩm chất - Yêu thích khoa học, tích cực trong học tập. - Tôn trọng và hợp tác trong quá trình thực hiện. - Hoàn thành công việc được giao.  Định hướng phát triển năng lực STEM - Khoa học (S): Thuyết động học phân tử chất khí, quá trình đẳng áp, định luật Gay Lussac. - Công nghệ (T): Vật liệu: xi lanh, nhiệt kế, tô sứ, đá, nước nóng, đất sét; Thiết bị: súng bắn keo - Kĩ thuật (E): Sơ đồ bố trí thí nghiệm, quy trình thực hiện thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac. - Toán học (M): Đo đạc các vật liệu cần sử dụng, tính toán các thông số nhiệt độ tuyệt đối và thể tích để kiểm chứng định luật. d) Chuẩn bị  GV: - Vật liệu, thiết bị cần thiết để thiết kế và bố trí thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac cho các nhóm (mỗi nhóm từ 4-6 HS).
  46. 35 + Vật liệu: xi lanh, nhiệt kế, tô sứ, đá, nước nóng. + Thiết bị: súng bắn keo - Bút màu, giấy trắng khổ A1 để vẽ sơ đồ tư duy và poster. Phiếu học tập (phụ lục 5), tài liệu hướng dẫn (phụ lục 10).  HS: Chuẩn bị bài trước khi đến lớp. 2.2.4. Chủ đề 4: Mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu Đối tượng: HS lớp 10 Thời gian: 90 phút Địa điểm: Phòng học STEM Hình thức tổ chức: Tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM Môn học có liên quan: Vật lý, Địa lý, Toán học, Công nghệ, Kĩ thuật. a) Vấn đề thực tiễn Ở nước ta hàng năm trung bình chịu ảnh hưởng của 4-5 cơn bão, mùa bão ở nước ta từ tháng 6 đến tháng 12. Tháng nhiều bão nhất là tháng 8 và tháng 9. Đầu mùa bão (tháng 6 và tháng 7), bão thường đổ bộ vào Bắc Bộ, nhất là khu vực từ móng cái đến Hải Phòng. Giữa mùa, bão thường đổ bộ vào đồng bằng Bắc Bộ và Bắc Trung Bộ (Thanh - Nghệ - Tĩnh). Vào tháng 10, tháng 11 bão thường hay đổ bộ vào bờ biển Trung Trung Bộ và cực nam Trung Bộ. Tháng 12, bão thường xảy ra ở khu vực Nam Bộ, song rất hiếm [6]. Điều kiện để hình thành bão đó là nhiệt độ nước biển phải cao, trung bình phải trên 260C, làm nước bốc hơi mãnh liệt tạo thành một vùng khí áp thấp. Khi đó không khí xung quanh khu vực vừa bốc lên sẽ chuyển động vào trong. Do tác động tự quay của Trái Đất, không khí chuyển động vào sẽ xoáy tròn. Đây là một trong những nguyên nhân tạo ra cơn bão. Ngoài ra, phải cần có sự gặp nhau của hai khối không khí có nhiệt độ chênh lệch và có lực làm lệch hướng đủ lớn để tạo nên xoáy thuận thì mới đủ điều kiện để hình thành bão [6]. Khái niệm "giảm áp suất khí quyển dự báo thời tiết có bão" được phát minh bởi Lucien Vidie và là nền tảng cho thiết bị dự báo thời tiết đơn giản được gọi là “Phong vũ biểu” hoặc "áp kế Goethe". Cấu tạo của phong vũ biểu là một ống thủy tinh được hàn kín, đổ nước vào một nửa, có vòi hẹp nằm phía dưới mực nước và nhô cao lên hơn mặt nước và không hàn lại. Khi áp suất khí quyển thấp hơn so với
  47. 36 áp suất lúc hàn kín áp kế, mực nước sẽ dâng lên, và khi áp suất tăng, mực nước sẽ hạ xuống. Như vậy, khi thể tích, áp suất và nhiệt độ khí trong phong vũ biểu tăng dự đoán cho nhiệt độ tăng và khí áp bên ngoài giảm, là một trong những điều kiện để bão hình thành. Sự biến đổi 3 thông số trạng thái áp suất p, thể tích V và nhiệt độ T của lượng khí cố định trong bình có liên quan đến kiến thức vật lý đã học đó là phương trình trạng thái khí lý tưởng. b) Hình thành ý tưởng Bão gây hậu quả nghiêm trọng Điều kiện hình thành bão Thiết bị dự báo thời tiết phong vũ biểu Áp suất giảm Nhiệt độ tăng Thay đổi thể tích Phương trình trạng thái khí lý tưởng p .V p .V 1 1 2 2 T1 T2 Chế tạo mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu Hình 2.7. Ý tưởng xây dựng chủ đề “Mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu” GV cho HS tìm hiểu điều kiện hình thành bão, cơ chế của thiết bị dự báo thời tiết phong vũ biểu và hướng dẫn HS chế tạo mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu. Thông qua mô hình HS được vận dụng, kiểm chứng kiến thức đã học, dự đoán được thời tiết, kích thích trí tò mò, sở thích khám phá và nuôi dưỡng niềm đam mê khoa học. c) Mục tiêu của chủ đề  Kiến thức
  48. 37  Kiến thức vật lý - Nêu được các thông số p, V, T xác định trạng thái của một lượng khí. - Viết được phương trình trạng thái khí lý tưởng. - Sử dụng kiến thức về phương trình trạng thái khí lý tưởng để giải thích và chế tạo mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu.  Kiến thức địa lý - Nêu được định nghĩa nhiệt độ khí quyển, khí áp (áp suất khí quyển). - Nêu được các điều kiện để hình thành bão.  Kĩ năng - Tìm kiếm, thu thập, chọn lọc và xử lý thông tin từ tài liệu hướng dẫn. - Phác thảo được bản vẽ thiết kế mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu. - Chế tạo được mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu. - Vận hành, thử nghiệm và cải tiến được mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu. - Thuyết trình về bản vẽ thiết kế và sản phẩm, quản lý thời gian hiệu quả. - Làm việc nhóm, hợp tác giữa các thành viên trong nhóm. - Rèn luyện tư duy phản biện, biết bảo vệ chính kiến cá nhân.  Phẩm chất - Yêu thích khoa học, tích cực trong học tập. - Tôn trọng và hợp tác trong quá trình thực hiện. - Hoàn thành công việc được giao.  Định hướng phát triển năng lực STEM - Khoa học (S): Thuyết động học phân tử chất khí, phương trình trạng thái khí lý tưởng, nhiệt độ khí quyển, khí áp, điều kiện hình thành bão. - Công nghệ (T):Vật liệu: hộp nhựa có nắp, thanh thủy tinh chữ L , Thiết bị: máy khoan, thước, súng bắn keo - Kĩ thuật (E): Bản vẽ thiết kế, quy trình chế tạo mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu.
  49. 38 - Toán học (M): Tính toán, đo đạc kích thước của các vật liệu cần sử dụng; dựa vào phương trình trạng thái tính toán các thông số áp suất, nhiệt độ và thể tích để dự đoán bão. d) Chuẩn bị  GV: - Vật liệu và thiết bị cần thiết để chế tạo mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu cho các nhóm (mỗi nhóm từ 4-6 HS). + Vật liệu: hộp nhựa có nắp, thanh thủy tinh chữ L + Thiết bị: súng bắn keo, thước, máy khoan. - Bút màu, giấy trắng khổ A1 để vẽ sơ đồ tư duy và poster. - Phiếu học tập (phụ lục 6; 7), tài liệu hướng dẫn (phụ lục 11).  HS: Chuẩn bị bài trước khi đến lớp. 2.3. Tổ chức hoạt động trải nghiệm nội dung kiến thức chương “Chất khí - Vật lý 10” theo định hướng giáo dục STEM 2.3.1. Vật liệu và thiết bị tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM 2.3.1.1. Chủ đề 1: Mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người a) Vật liệu và thiết bị Bảng 2.2. Vật liệu và thiết bị chế tạo mô hình mô phỏng hô hấp ngoài ở cơ thể người STT Tên Số lượng Hình ảnh minh họa VẬT LIỆU: 1 Vỏ chai nhựa các loại. 3-4 cái
  50. 39 2 Ống hút 2 cái 3 Dây rút nhựa 2 cái Bong bóng có kích thước 4 5-6 cái khác nhau. 5 Đất sét 1 miếng 6 Băng keo trong loại nhỏ 1 cuộn THIẾT BỊ: 7 Kéo 1 cái
  51. 40 8 Thước thẳng 1 cái 9 Máy khoan 1 cái b) Hướng dẫn chế tạo mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người Bảng 2.3. Quy trình chế tạo mô hình mô phỏng hô hấp ngoài ở cơ thể người Chuẩn bị dụng cụ và Bước 1: Cắt đáy vỏ chai Bước 2: Cắt phần đầu của vật liệu. và khoan lỗ cho nắp chai. 3 quả bong bóng. (Cắt tại đường tròn ranh - 2 quả bong bóng nhỏ: giới nối giữa thân chai và Cắt sát vòng cao su. đáy chai). - Quả bong bóng lớn: Cắt tại vòng eo của quả bong bóng.
  52. 41 Bước 3: Cắt 1,5 cm Bước 4: Cố định 2 quả Bước 5: Cố định thật chặt phần ngắn hơn (so với bong bóng nhỏ đã cắt vào 2 phần ống hút với nhau phần rút bẻ cong) của 2 phần ngắn của ống hút bằng dây rút nhựa, sao ống hút. bằng băng keo trong. cho lượng khí trong hai quả bong bóng là hệ kín. Bước 6: Luồng phần Bước 7: Luồng 2 đầu ống Bước 8: Bịt chặt đáy vỏ ống hút đã cố định vào hút còn lại vào lỗ đã chai bằng bong bóng lớn chai, theo chiều từ đáy khoan sẵn ở nắp chai và đã cắt, ta được mô hình chai đến miệng chai. bịt kín miệng lỗ nắp chai hoàn chỉnh. còn hở bằng đất sét. Vặn nắp chai lại và gút phần trên của ống hút bằng dây rút nhựa. c) Vận hành và giải thích  Vận hành: + Giai đoạn 1: Ta kéo căng lớp bong bóng ở phía dưới theo hướng từ trên xuống dưới, tượng trưng cho cơ hoành đi xuống. Khi đó, hai quả bong bóng ở phía trên nở ra, tức là tăng thể tích, giảm áp suất; mô phỏng cho sự tăng thể tích và giảm áp suất của khoang màng phổi khi hít vào.
  53. 42 + Giai đoạn 2: Ta nâng lớp bong bóng ở phía dưới lên theo hướng từ dưới lên trên, tượng trưng cho sự nâng lên của cơ hoành. Lúc này, hai quả bong bóng ở phía trên thu nhỏ lại, tức là thể tích giảm, áp suất tăng; mô phỏng cho sự giảm thể tích và tăng áp suất của khoang màng phổi khi thở ra.  Giải thích: Vỏ chai nhựa đã đậy nắp là một hệ kín. Ban đầu, giả sử bong bóng mô phỏng khoang màng phổi chứa một lượng khí nhất định có thể tích là V và áp suất là p. Khi ta kéo căng lớp bong bóng ở phía dưới theo hướng từ trên xuống tượng trưng cho cơ hoành đi xuống, làm hai quả bong bóng mô phỏng khoang màng phổi ở phía trên nở ra, tức là khối khí bên trong hai quả bong bóng tăng thể tích. Khi đó, theo định luật Boyle – Mariotte, áp suất khối khí bên trong hai quả bong bóng sẽ giảm. Khi ta nâng lớp bong bóng ở phía dưới lên theo hướng từ dưới lên tượng trưng cho sự nâng lên của cơ hoành, làm hai quả bong bóng mô phỏng khoang màng phổi ở phía trên thu nhỏ lại, tức là khối khí bên trong hai quả bong bóng giảm thể tích. Khi đó, theo định luật Boyle – Mariotte, áp suất khối khí bên trong hai quả bong bóng sẽ tăng. Sự tăng giảm thể tích và áp suất khoang màng phổi là cơ chế chủ yếu của quá trình hô hấp ngoài ở cơ thể người. 2.3.1.2. Chủ đề 2: Bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles a) Vật liệu và thiết bị Bảng 2.4. Vật liệu và thiết bị thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles STT Tên Số lượng Hình ảnh minh họa VẬT LIỆU: 1 Áp kế 1 cái
  54. 43 2 Nhiệt kế 1 cái Bình cầu phân 3 1 cái nhánh 4 Nút đậy kín 1 cái Dây nhựa dẻo 5 1 sợi trong suốt 6 Máy sấy 1 cái THIẾT BỊ: 7 Kéo 1 cái 8 Thước thẳng 1 cái
  55. 44 9 Tua vít 1 cái b) Hướng dẫn thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles Bảng 2.5. Bố trí thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles Bước 2: Chèn nhiệt kế Chuẩn bị dụng cụ và vật Bước 1: Dùng tua vít để vào lỗ trên nút, sao cho liệu. đục 1 lỗ nhỏ trên nút đậy. mặt phẳng nút cắt ngang vạch 0 độ của nhiệt kế. Đậy nút vào bình cầu. Bước 3: Cắt dây nhựa Bước 4: Bố trí bộ thí dẻo có chiều dài phù hợp nghiệm để tiến hành thí 15-20cm. Nối một đầu nghiệm kiểm chứng định của dây nhựa dẻo vào luật Charles. nhánh bình cầu, một đầu nối vào áp kế.
  56. 45 c) Các bước tiến hành thí nghiệm - Đọc nhiệt độ ban đầu của nhiệt kế. - Dùng máy sấy để làm nóng lượng khí trong bình cầu. - Đọc số đo của áp suất và nhiệt độ trên áp kế và nhiệt kế. + Số đo áp suất: đọc trên áp kế, đọc số đo áp suất sau khi vừa mới tắt máy sấy. + Số đo nhiệt độ: đọc trên nhiệt kế. Sau khi tắt máy sấy, vạch đỏ biểu thị số đo nhiệt độ của nhiệt kế vẫn còn tăng. Đợi nhiệt độ trên nhiệt kế ổn định, đọc số đo nhiệt độ ngay sau khi vạch đỏ vừa kết thúc tăng và chuẩn bị giảm. - Viết số đo áp suất và nhiệt độ vào bảng. - Ngâm nước để chờ bộ dụng cụ nguội và số đo nhiệt kế quay lại nhiệt độ ban đầu. - Thực hiện lại thí nghiệm 3 lần. d) Kết quả và giải thích  Kết quả: Tích số P/T xấp xỉ nhau. Định luật Charles được kiểm chứng.  Giải thích: Cố định lượng khí trong bình cầu bằng nút đậy kín, thể tích của khí là thể tích của bình cầu. Do đó, quá trình thực hiện thí nghiệm là quá trình đẳng tích. Sấy nóng lượng khí cố định trong bình cầu làm tăng nhiệt độ lượng khí. Mặt khác, theo thuyết động học phân tử, các phân tử khí chuyển động không ngừng, chuyển động càng nhanh khi nhiệt độ chất khí càng cao. Khi chuyển động hoảng loạn, các phân tử chuyển động càng nhanh và va vào thành bình, gây nên áp suất thành bình. Định luật Charles cũng khẳng định “trong quá trình đẳng tích của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối”. Do đó, thông qua bộ thí nghiệm, định luật Charles được kiểm chứng. 2.3.1.3. Chủ đề 3: Bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac a) Vật liệu và thiết bị
  57. 46 Bảng 2.6. Vật liệu và thiết bị thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac STT Tên Số lượng Hình ảnh minh họa VẬT LIỆU: 1 Tô sứ 4 cái 2 Nhiệt kế 4 cái Ống xilanh. 3 4 cái 4 Nước đá 1 tô 5 Nước nóng 1 phích 6 Đất sét 1 miếng
  58. 47 THIẾT BỊ: 7 Súng bắn keo 1 cái b) Hướng dẫn bố trí và thực hiện thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac Bảng 2.7. Bố trí và thực hiện thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac Chuẩn bị dụng cụ và vật Bước 1: Kéo xilanh ra Bước 2: Chuẩn bị nước liệu. đến vị trí 40 ml. Dùng lạnh, nước nóng, nước đất sét hoặc súng bắn ấm ra 3 tô sứ, một tô sứ keo để bịt kín đầu tiêm, để nguyên. cố định lượng khí xác định trong xilanh. Bước 4: Đợi 5 phút. Đọc và ghi các cặp số liệu thể tích và nhiệt độ tương ứng. Bước 3: Cho xi lanh và nhiệt kế vào các tô sứ.
  59. 48 d) Kết quả và giải thích  Kết quả: Tích số V/T xấp xỉ nhau. Định luật Gay Lussac được kiểm chứng.  Giải thích: Cố định lượng khí trong xi lanh bằng đất sét hoặc súng bắn keo. Khi cho xi lanh vào các môi trường có nhiệt độ khác nhau, nhiệt độ khí và thể tích khí trong xi lanh thay đổi. Giả sử áp suất của khí trong xilanh bằng áp suất khí quyển, do đó quá trình thực hiện thí nghiệm là quá trình đẳng áp. Định luật Gay Lussac khẳng định: “Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối. Sau khi thực hiện thí nghiệm đo V và T, nếu ta chứng tỏ được tỉ lệ V/T là một hằng số thì định luật Gay Lussac được kiểm chứng. 2.3.1.4. Chủ đề 4: Mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu a) Vật liệu và thiết bị Bảng 2.8. Vật liệu và thiết bị chế tạo mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu STT Tên Số lượng Hình ảnh minh họa VẬT LIỆU: 1 Hộp nhựa 1 cái 2 Thanh thủy tinh chữ L 1 cái 3 Nước màu 1 cốc THIẾT BỊ:
  60. 49 4 Súng bắn keo 1 cái 5 Máy khoan 1 cái b) Hướng dẫn chế tạo mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu Bảng 2.9. Quy trình chế tạo mô hình dự báo thời tiết phong vũ biểu Chuẩn bị dụng cụ và vật Bước 1: Dùng màu thực Bước 2: Khoan 1 lỗ trên liệu. phẩm pha nước màu. hộp nhựa, cách nắp hộp 2 cm. Bước 3: Dùng súng bắn Bước 4: Đổ nước màu keo cố định thanh thủy vào hộp và đậy kín nắp. tinh chữ L vào lỗ đã khoan Ta được mô hình dự trên hộp. báo thời tiết phong vũ biểu hoàn chỉnh.
  61. 50 C) Kết quả và giải thích  Kết quả: Khi áp suất khí quyển thấp hơn so với áp suất khí trong hộp, mực nước sẽ dâng lên. Khi áp suất khí quyển cao hơn so với áp suất khí trong hộp, mực nước sẽ hạ xuống. HS ghi lại nhiệt độ không khí, khí áp, thời tiết và mô tả mực nước trong thanh thủy tinh trong 7 ngày liên tục để xem xét mô hình có dự đoán được thời tiết theo đúng cơ chế hay không.  Giải thích: Khi áp suất khí quyển thấp hơn so với áp suất khí trong hộp, mực nước sẽ dâng lên. Khi áp suất khí quyển cao hơn so với áp suất khí trong hộp, mực nước sẽ hạ xuống. Các thông số trạng thái áp suất, nhiệt độ và thể tích đều thay đổi theo quy luật phù hợp với phương trình trạng thái khí lý tưởng. Nhờ vào chiều cao mực nước tăng giảm ta có thể dự báo được thời tiết tốt hay xấu. 2.3.2. Kế hoạch tổ chức hoạt động trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM 2.3.2.1. Chủ đề 1: Mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người Bảng 2.10. Phân bố thời gian kế hoạch tổ chức hoạt động trải nghiệm “Mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người” theo định hướng giáo dục STEM Hoạt động Thời gian Pha 1: Đặt vấn đề STEM và chuyển giao nhiệm vụ. 15 phút Pha 2: Đề xuất phương án thiết kế mô hình mô phỏng hô hấp ngoài 15 phút của cơ thể người. Pha 3: Gia công, chế tạo mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể 30 phút người. Pha 4: Vận hành thử nghiệm mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ 10 phút thể người. Pha 5: Thực hiện báo cáo về mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ 10 phút thể người. Pha 6: Đánh giá nhận xét chung về hoạt động thiết kế, chế tạo mô 10 phút hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người. Pha 1. Đặt vấn đề STEM và chuyển giao nhiệm vụ
  62. 51 GV giới thiệu chủ đề bằng một câu đố: “Con người chúng ta luôn có hàng trăm điều phải nghĩ trong đầu và thường phải ghi nhớ tất cả những việc cần làm, nhưng may thay có một việc quan trọng mà chúng ta không cần phải nhớ, đó là gì nhỉ?”. HS: Sự thở. GV và HS cùng nhau tương tác trả lời các câu hỏi: “Tại sao chúng ta phải thở?”, “Chúng ta thở như thế nào?”, “Bằng cách nào mà chúng ta thở được?” GV cho HS xem video nói về hô hấp ngoài của cơ thể người, trong video có trình bày các nội dung sau: Các cơ quan tham gia vào hô hấp ngoài, cơ chế sinh học của hô hấp ngoài, cơ chế vật lý của hô hấp ngoài. Từ đó, HS phát hiện được vấn đề thực tiễn: cơ chế tăng giảm áp suất và thể tích của khoang màng phổi trong quá trình hô hấp ngoài của cơ thể người chính là quá trình đẳng nhiệt tuân theo định luật Boyle - Mariotte. Sau khi HS phát hiện vấn đề thực tiễn, GV giao nhiệm vụ cho HS thiết kế, chế tạo mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người và vận dụng kiến thức về định luật Boyle - Mariotte để giải thích cơ chế tăng giảm áp suất và thể tích khoang màng phổi trong quá trình hô hấp ngoài của cơ thể người. Pha 2. Đề xuất phương án thiết kế mô hình mô phỏng hô hấp ngoài ở cơ thể người Bước 1. Phát thảo bản vẽ thiết kế. Để phát thảo được bản thiết kế này, trước tiên GV tổ chức hoạt động cho HS tìm hiểu về hô hấp ngoài ở ở thể người để HS nắm vững kiến thức về cấu tạo, cơ chế sinh học và cơ chế vật lý của hô hấp ngoài ở cơ thể người. Sau khi hiểu rõ về hô hấp ngoài ở cơ thể người, nhóm trưởng huy động, điều phối các thành viên trong nhóm nhóm thảo luận, thống nhất ý kiến để phát thảo bản thiết kế mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người. Bước 2. Thuyết trình về bản vẽ thiết kế. Các nhóm lần lượt cử đại diện thuyết trình về bản vẽ thiết kế mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người. Trong đó cần làm rõ: Cơ chế hô hấp ngoài của cơ thể người, quá trình đẳng nhiệt làm thay đổi áp suất và thể tích của khoang màng phổi, cấu tạo mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người, dự kiến vật liệu sử dụng Các nhóm còn lại phản biện, góp ý bổ sung. Bước 3. Thống nhất bản vẽ thiết kế.
  63. 52 Các nhóm trao đổi và thảo luận để thống nhất bản vẽ kĩ thuật chung nhất. GV định hướng để HS thống nhất bản vẽ thiết kế có sử dụng các nguyên vật liệu đơn giản, dễ tìm và phù hợp với kinh tế. Pha 3. Gia công, chế tạo mô hình mô phỏng hô hấp ngoài ở cơ thể người theo bản vẽ thiết kế Bước 1. Cung cấp dụng cụ, vật liệu. GV cung cấp cho HS nhiều loại nguyên vật liệu khác nhau. HS có nhiệm vụ lựa chọn các nguyên vật liệu phù hợp cho mô hình cần làm. Đại diện các nhóm lần lượt nhận bộ dụng cụ, vật liệu để chế tạo mô hình hô hấp ngoài của cơ thể người. Bước 2. Gia công, chế tạo các chi tiết. Nhóm trưởng chia nhóm thành các nhóm nhỏ, mỗi nhóm chịu trách nhiệm gia công: cắt chai nhựa, khoan lỗ trên nắp, cắt bong bóng, ống hút, dây rút nhựa theo như bản thiết kế mô hình đã đề ra. GV lưu ý HS cần cẩn thận và đảm bảo các quy tắc an toàn khi thực hiện. Bước 3. Chế tạo mô hình mô phỏng hô hấp ngoài ở cơ thể người. Nhóm trưởng chia nhóm thành các nhóm nhỏ, mỗi nhóm nhỏ thực hiện các nhiệm vụ học tập: - Đọc tài liệu hướng dẫn. - Chế tạo mô hình theo bản vẽ thiết kế đã thống nhất. - Kiểm tra, vận hành mô hình. - Hoàn thành phiếu học tập. - Vẽ poster. - Thuyết trình báo cáo sản phẩm. Trong quá trình các nhóm chế tạo, GV quan sát và hỗ trợ kịp lúc khi HS gặp khó khăn. Pha 4. Vận hành thử nghiệm mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người Bước 1. Kéo và đẩy lớp bong bóng phía dưới mô phỏng cho cơ hoành để kiểm tra mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người có hoạt động không? Hai quả bong bóng ở phía trên mô phỏng cho khoang màng phổi có co dãn hay không? Hệ
  64. 53 khí trong khoang màng phổi có kín hay chưa? Nếu không đạt các tiêu chí này, cần xem lại bản vẽ thiết kế và kiểm tra lại. Nếu đạt, tiếp tục thử nghiệm. Bước 2. Kéo căng lớp bong bóng ở phía dưới theo hướng từ trên xuống tượng trưng cho cơ hoành đi xuống, làm hai quả bong bóng mô phỏng khoang màng phổi ở phía trên nở ra: thể tích tăng, áp suất giảm. Nâng lớp bong bóng ở phía dưới lên theo hướng từ dưới lên tượng trưng cho sự nâng lên của cơ hoành, làm hai quả bong bóng mô phỏng khoang màng phổi ở phía trên thu nhỏ lại: thể tích giảm, áp suất tăng. Pha 5. Thực hiện báo cáo về mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người Bước 1. Lựa chọn nhóm thuyết trình. - GV tiến hành thu sản phẩm của các nhóm, trưng bày sản phẩm trước khi tổ chức báo cáo. - GV tổ chức một cuộc thi đua nhỏ giữa các nhóm. Tiêu chí đánh giá là làm sao cho hai quả bóng mô phỏng khoang màng phổi nở to nhất và thu lại bé nhất với điều kiện kéo căng nhưng không được làm thủng lớp bong bóng mô phỏng cơ hoành ở phía dưới. Nhóm về nhất và về cuối sẽ được chọn để thuyết trình về mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người. Bước 2. Thuyết trình về mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người. Đại diện nhóm về nhất và về cuối lần lượt thuyết trình về mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người. Trong đó các nhóm cần chỉ ra: cơ chế hoạt động của mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người, vận dụng kiến thức về định luật Boyle - Mariotte để giải thích quá trình hô hấp ngoài của cơ thể người, cách chế tạo mô hình, các khó khăn và biện pháp giải quyết của mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người Bước 3. Phản biện, góp ý. Các nhóm lắng nghe, tìm ra những điều chưa hợp lý trong phần thuyết trình về mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người. Các nhóm góp ý thảo luận để phần thuyết trình về mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người được hoàn thiện hơn. Bước 4. Đánh giá báo cáo sản phẩm. Các nhóm và GV cùng đánh giá theo bảng 2.11. Hình thức đánh giá: Đánh giá của GV và đánh giá chéo giữa các nhóm.
  65. 54 Pha 6. Đánh giá chung, nhận xét về hoạt động thiết kế, chế tạo mô hình mô phỏng hô hấp ngoài của cơ thể người Bước 1. Thu hồi dụng cụ, vật liệu. Bước 2. Đánh giá, nhận xét. GV khen thưởng, khích lệ các nhóm hoàn thành tốt nhiệm vụ và nhắc nhở các nhóm chưa hoàn thành tốt nhiệm vụ. Bảng 2.11. Tiêu chí đánh giá báo cáo mô hình mô phỏng quá trình hô hấp ngoài của cơ thể người Điểm tối Điểm STT Hoạt động Tiêu chí đa đánh giá Mô hình mô 1 Vận hành thành công 20 phỏng quá trình hô hấp ngoài 2 Nhỏ gọn, thẩm mĩ 10 của cơ thể người Đầy đủ các nội dung yêu cầu (mô hình và cơ chế của mô 3 15 hình, các khó khăn và biện pháp Poster giải quyết ). 4 Thẩm mĩ, sáng tạo. 10 Hoàn thành đầy đủ nội dung 5 Phiếu học tập 10 yêu cầu của phiếu học tập. Chỉ rõ được cơ chế hoạt động 6 của mô hình mô phỏng hô hấp 10 ngoài của cơ thể người Vận dụng được kiến thức về Thuyết trình định luật Boyle - Mariotte để 7 10 giải thích quá trình hô hấp ngoài của cơ thể người 8 Tự tin, phong cách 05 9 Phản biện Trả lời chính xác các câu hỏi. 10 Tổng 100
  66. 55 2.3.2.2. Chủ đề 2: Bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles Bảng 2.12. Phân bố thời gian kế hoạch tổ chức hoạt động trải nghiệm “ Bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles” theo định hướng giáo dục STEM Hoạt động Thời gian Pha 1: Đặt vấn đề STEM và chuyển giao nhiệm vụ. 15 phút Pha 2: Đề xuất phương án thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định 15 phút luật Charles. Pha 3: Gia công, chế tạo bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật 20 phút Charles. Pha 4: Vận hành thử nghiệm bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật 20 phút Charles. Pha 5: Thực hiện báo cáo về bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật 10 phút Charles. Pha 6: Đánh giá nhận xét chung về hoạt động thiết kế, chế tạo bộ thí 10 phút nghiệm kiểm chứng định luật Charles, Pha 1. Đặt vấn đề STEM và chuyển giao nhiệm vụ GV giới thiệu chủ đề thông qua một video đố vui với nhiều từ khóa gợi ý cho câu hỏi “Đây là ai?”: “Nhà vật lý học”, “người Pháp”, “quá trình đẳng tích”, “Trong quá trình đẳng tích của một lượng khí xác định, áp suất tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.” để HS đoán được đó là nhà vật lý học Charles. GV đàm thoại với HS để gợi mở vấn đề cần giải quyết: “Em biết gì về Charles?”, “Định luật Charles được phát biểu như thế nào?”, “Có những thông số trạng thái nào được nhắc đến trong định luật?”, “Muốn kiểm chứng định luật, tức là ta phải đo áp suất p và thể tích V, dụng cụ nào giúp ta làm được điều đó?” Từ đó, GV giao nhiệm vụ cho HS tìm hiểu về những dụng cụ đo cần sử dụng để kiểm chứng định luật Charles, sau đó thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật và tiến hành thí nghiệm để kiểm chứng. Pha 2. Đề xuất phương án thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles Bước 1. Phát thảo bản vẽ thiết kế. Để phát thảo được bản vẽ, trước tiên HS cần phải tìm hiểu về dụng cụ đo: đơn vị, giới hạn đo, độ chia nhỏ nhất
  67. 56 Nhóm trưởng huy động, điều phối các thành viên trong nhóm nhóm thảo luận, thống nhất ý kiến để phát thảo bản thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles. Bước 2. Thuyết trình về bản vẽ thiết kế. Các nhóm lần lượt cử đại diện thuyết trình về bản vẽ thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles. Trong đó cần làm rõ: dụng cụ đo nhiệt độ, dụng cụ đo áp suất, mối liên hệ giữa nhiệt độ và áp suất của một lượng khí xác định khi thể tích không đổi, dự kiến vật liệu sử dụng Các nhóm còn lại phản biện, góp ý bổ sung. Bước 3. Thống nhất bản vẽ thiết kế. Các nhóm trao đổi và thảo luận để thống nhất bản vẽ kĩ thuật chung nhất. GV định hướng để HS thống nhất bản vẽ thiết kế có sử dụng nhiệt kế, áp kế, máy sấy. Pha 3. Gia công, thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles theo bản vẽ thiết kế Bước 1. Cung cấp dụng cụ, vật liệu. GV cung cấp vật liệu và thiết bị cần thiết cho HS: áp kế, nhiệt kế, bình cầu phân nhánh, máy sấy Đại diện các nhóm lần lượt nhận bộ dụng cụ, vật liệu để chế tạo bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles. Bước 2. Gia công, chế tạo các chi tiết. Nhóm trưởng chia nhóm thành các nhóm nhỏ, mỗi nhóm chịu trách nhiệm gia công: đục lỗ trên nút đậy, cắt dây nhựa dẻo trong suốt, lắp nhiệt kế vào nút đậy, lắp áp kế và nhánh của bình cầu vào hai dầu dây nhựa dẻo Lưu ý, trong quá trình gia công HS cần đảm các quy tắc an toàn. Bước 3. Lắp ráp bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles. Nhóm trưởng chia nhóm thành các nhóm nhỏ, mỗi nhóm nhỏ thực hiện các nhiệm vụ học tập: - Đọc tài liệu hướng dẫn - Thiết kế bộ thí nghiệm theo bản thiết kế đã thống nhất. - Kiểm tra, vận hành mô hình.
  68. 57 - Hoàn thành phiếu học tập. - Vẽ poster. - Thuyết trình báo cáo sản phẩm. Trong khi các nhóm chế tạo, GV quan sát và hỗ trợ kịp lúc khi HS gặp khó khăn. Pha 4. Vận hành thử nghiệm bộ thí nghiệm định luật Charles Bước 1. Sấy nóng bình cầu để thay đổi nhiệt độ, quan sát độ lệch của nhiệt kế và áp kế để kiểm tra bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles có hoạt động không? Lặp lại từ 2-3 lần với các nhiệt độ khác nhau, kiểm tra khi nhiệt độ tăng áp suất có tăng hay không? Nếu không đạt các tiêu chí này, cần xem lại bản vẽ thiết kế và kiểm tra lại. Nếu đạt, tiếp tục thử nghiệm. Bước 2. Thay đổi nhiệt độ bằng cách sấy nóng trong những khoảng thời gian khác nhau. Ghi lại nhiệt độ và áp suất tương ứng ở các lần đo. Lặp lại thao tác đo nhiều lần. Rút ra nhận xét tích số giữa nhiệt độ tuyệt đối và áp suất của một lượng khí xác định. Pha 5. Thực hiện báo cáo về bộ thí nghiệm định luật Charles Bước 1. Lựa chọn nhóm thuyết trình. GV lựa chọn hai nhóm thuyết trình, một nhóm có sai số đo nhỏ và một nhóm có sai số đo lớn. Bước 2. Thuyết trình về bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles. Đại diện hai nhóm lần lượt thuyết trình về bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles. Trong đó các nhóm cần chỉ ra: dụng cụ và cách đo nhiệt độ, dụng cụ và cách đo áp suất, mối liên hệ giữa nhiệt độ và áp suất của một lượng khí xác định khi thể tích không đổi, định luật Charles có được kiểm chứng hay không, phương pháp thực hiện, các khó khăn và biện pháp giải quyết của bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles Bước 3. Phản biện, góp ý. Các nhóm lắng nghe, tìm ra những điều chưa hợp lý trong phần thuyết trình về bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles. Các nhóm góp ý thảo luận để phần thuyết trình về bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles được hoàn thiện hơn.
  69. 58 Bước 4. Đánh giá báo cáo sản phẩm. Các nhóm và GV cùng đánh giá theo bảng 2.13. Hình thức đánh giá: Đánh giá của GV và đánh giá chéo giữa các nhóm. Bảng 2.13. Tiêu chí đánh giá báo cáo bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles STT Hoạt động Tiêu chí Điểm tối Điểm đa đánh giá 1 Bộ thí nghiệm Đo được nhiệt độ và áp suất 15 kiểm chứng định 2 luật Charles Kiểm chứng được định luật 10 Chasles 3 Bố cục hợp lý nhỏ gọn, thẩm 05 mĩ 4 Poster Đầy đủ các nội dung yêu cầu 10 (mô hình và cơ chế của mô hình, các khó khăn và biện pháp giải quyết ) 5 Thẩm mĩ, sáng tạo 10 6 Phiếu học tập Tính toán số liệu và trình bày 15 được kết quả kiểm chứng định luật Chasles 7 Thuyết trình Trình bày cách sử dụng nhiệt 10 kế, áp kế và phương pháp đo nhiệt độ và áp suất 8 Trình bày kết quả kiểm chứng 10 định luật Charles và giải thích 9 Tự tin, phong cách 05 10 Phản biện Trả lời chính xác các câu hỏi 10 Tổng 100 Pha 6. Đánh giá chung, nhận xét về hoạt động thiết kế, chế tạo bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Charles Bước 1. Thu hồi dụng cụ, vật liệu. Bước 2. Đánh giá, nhận xét.
  70. 59 GV khen thưởng, khích lệ các nhóm hoàn thành tốt nhiệm vụ và nhắc nhở các nhóm chưa hoàn thành tốt nhiệm vụ. 2.3.2.3. Chủ đề 3: Bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac Bảng 2.14. Phân bố thời gian kế hoạch tổ chức hoạt động trải nghiệm “Bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac” theo định hướng giáo dục STEM Hoạt động Thời gian Pha 1: Đặt vấn đề STEM và chuyển giao nhiệm vụ 15 phút Pha 2: Đề xuất phương án thiết kế “bộ thí nghiệm kiểm chứng định 15 phút luật Gay Lussac” Pha 3: Gia công, chế tạo “bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay 20 phút Lussac” Pha 4: Vận hành thử nghiệm “bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật 20 phút Gay Lussac” Pha 5: Thực hiện báo cáo về “bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật 10 phút Gay Lussac” Pha 6: Đánh giá nhận xét chung về hoạt động thiết kế, chế tạo “bộ 10 phút thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac” Pha 1. Đặt vấn đề STEM và chuyển giao nhiệm vụ GV giới thiệu chủ đề thông qua một video đố vui với nhiều từ khóa gợi ý cho câu hỏi “Đây là ai?”: “Nhà vật lý học”, “người Pháp”, “quá trình đẳng áp”, “Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí xác định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.” để HS đoán được đó là nhà vật lý học Gay Lussac. GV đàm thoại với HS để gợi mở vấn đề cần giải quyết: “Em biết gì về Gay Lussac?”, “Định luật Gay Lussac được phát biểu như thế nào?”, “Có những thông số trạng thái nào được nhắc đến trong định luật?”, “Muốn kiểm chứng định luật, tức là ta phải đo thể tích V và nhiệt độ T, dụng cụ nào giúp ta làm được điều đó?” GV đặt vấn đề SGK Vật lý 10 chỉ suy ra định luật từ phương trình trạng thái khí lý tưởng mà không kiểm chứng, do đó GV giao nhiệm vụ cho HS tìm hiểu về những dụng cụ đo cần sử dụng để kiểm chứng định luật Gay Lussac, sau đó thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật và thực hiện thí nghiệm để kiểm chứng. Pha 2. Đề xuất phương án thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac Bước 1. Phát thảo bản vẽ thiết kế.
  71. 60 Để phát thảo được bản vẽ, trước tiên HS cần phải tìm hiểu về dụng cụ đo: đơn vị, giới hạn đo, độ chia nhỏ nhất Nhóm trưởng huy động, điều phối các thành viên trong nhóm nhóm thảo luận, thống nhất ý kiến để phát thảo bản thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac. Bước 2. Thuyết trình về bản vẽ thiết kế. Các nhóm lần lượt cử đại diện thuyết trình về bản vẽ thiết kế bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac. Trong đó cần làm rõ: dụng cụ đo nhiệt độ, dụng cụ đo áp suất, mối liên hệ giữa nhiệt độ và thể tích của một lượng khí xác định khi áp suất không đổi, dự kiến vật liệu sử dụng Các nhóm còn lại phản biện, góp ý bổ sung. Bước 3. Thống nhất bản vẽ thiết kế. Các nhóm trao đổi và thảo luận để thống nhất bản vẽ kĩ thuật chung nhất. GV định hướng để HS thống nhất bản vẽ thiết kế có sử dụng nhiệt kế và áp kế Pha 3. Gia công, chế tạo bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac theo bản vẽ thiết kế Bước 1. Cung cấp dụng cụ, vật liệu. Đại diện các nhóm lần lượt nhận bộ dụng cụ, vật liệu để chế tạo bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac. Bước 2. Gia công, chế tạo các chi tiết. Nhóm trưởng chia nhóm thành các nhóm nhỏ, mỗi nhóm chịu trách nhiệm gia công: đục lỗ trên nút đậy, cắt dây nhựa dẻo trong suốt, lắp nhiệt kế vào nút đậy, lắp áp kế và nhánh của bình cầu vào hai dầu dây nhựa dẻo Bước 3. Lắp ráp bộ thí nghiệm kiểm chứng định luật Gay Lussac. Nhóm trưởng chia nhóm thành các nhóm nhỏ, mỗi nhóm nhỏ thực hiện các nhiệm vụ học tập: - Đọc tài liệu hướng dẫn và chế tạo bộ thí nghiệm theo bản thiết kế đã thống nhất. - Kiểm tra, vận hành mô hình. - Hoàn thành phiếu học tập.