›

Khóa luận Vận dụng quy trình 6E trong dạy học vật lý trung học cơ sở theo định hướng STEM thông qua chủ đề năng lượng gió

pdf 97 trang thiennha21 16/04/2022 15350
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Vận dụng quy trình 6E trong dạy học vật lý trung học cơ sở theo định hướng STEM thông qua chủ đề năng lượng gió", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfkhoa_luan_van_dung_quy_trinh_6e_trong_day_hoc_vat_ly_trung_h.pdf

Nội dung text: Khóa luận Vận dụng quy trình 6E trong dạy học vật lý trung học cơ sở theo định hướng STEM thông qua chủ đề năng lượng gió

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP. HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ  KHOÁ LUẬN TỐT NGHIỆP VẬN DỤNG QUY TRÌNH 6E TRONG DẠY HỌC VẬT LÝ TRUNG HỌC CƠ SỞ THEO ĐỊNH HƯỚNG STEM THÔNG QUA CHỦ ĐỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ Giảng viên hướng dẫn: Th.S Lê Hải Mỹ Ngân Sinh viên thực hiện: Tạ Thị Mỹ Hạnh MSSV: 41.01.102.027 Thành phố Hồ Chí Minh, 2019
  2. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khoá luận tốt nghiệp LỜI CẢM ƠN Tôi xin chân thành bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc đến Cô Lê Hải Mỹ Ngân, người đã luôn tận tình hướng dẫn, động viên và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành khoá luận. Tôi xin chân thành cảm ơn Trường, Phòng đào tạo, các thầy cô trong Khoa Vật lý trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện khoá luận này. Tôi xin chân thành cảm ơn Quý Thầy Cô đã tham gia khảo sát và đóng góp ý kiến cho tôi, giúp tôi hoàn thiện hơn đề tài của mình. Qua đây tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn đến gia đình, người thân và bạn bè đã giúp đỡ tôi trong suốt quá trình thực hiện khoá luận này. Thành phố Hồ Chí Minh, tháng 5 năm 2019 Sinh viên Tạ Thị Mỹ Hạnh i
  3. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khoá luận tốt nghiệp MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii Danh mục các chữ viết tắt iv Danh mục các bảng v Danh mục các hình vi MỞ ĐẦU 1 1. Lý do chọn đề tài 1 2. Mục đích nghiên cứu 2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu 2 4. Đối tượng nghiên cứu 2 5. Nội dung nghiên cứu và các vấn đề cần giải quyết 2 6. Cấu trúc khóa luận 2 CHƯƠNG 1 - CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG STEM, QUY TRÌNH DẠY HỌC 6E VÀ QUY TRÌNH THIẾT KẾ KỸ THUẬT 4 Giáo dục STEM 4 1.1.1. STEM và giáo dục STEM 4 1.1.2. Vai trò của giáo dục STEM trong dạy học 4 1.1.3. Các hướng tiếp cận giáo dục tích hợp STEM 5 Quy trình dạy học 6E 6 1.2.1. Giới thiệu 6 1.2.2. Các giai đoạn theo quy trình dạy học 6E [8] 7 Quy trình thiết kế kỹ thuật (Engineering design process) 11 1.3.1. Giới thiệu 11 1.3.2. Các bước trong quy trình thiết kế kĩ thuật 11 Kết luận chương 1 14 CHƯƠNG 2 - PHÂN TÍCH NỘI DUNG VÀ THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CHỦ ĐỀ NĂNG LƯỢNG GIÓ 15 ii
  4. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khoá luận tốt nghiệp Tổng hợp các chủ đề STEM liên quan đến năng lượng gió 15 Tổng hợp kiến thức liên quan đến chủ đề năng lượng gió trong chương trình phổ thông hiện hành 18 Phân tích kiến thức trong các nhiệm vụ học tập thuộc chủ đề Năng lượng gió của HS 35 Kế hoạch dạy học chủ đề “Thiết kế và khảo sát công suất của hệ thống cánh quạt gió” 46 2.4.1. Mô tả chủ đề 46 2.4.2. Tài liệu hỗ trợ 47 2.4.3. Kế hoạch bài dạy 68 Kết luận chương 2 82 CHƯƠNG 3 - THAM KHẢO Ý KIẾN CHUYÊN GIA 833 Mục tiêu, đối tượng và hình thức khảo sát 833 Nội dung khảo sát 833 Kết quả khảo sát 833 Kết luận chương 3 866 Kết luận 877 Tài liệu tham khảo 888 Phụ lục 899 iii
  5. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khoá luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu Chú thích GV Giáo viên HS Học sinh BSCS Biological Sciences Curriculum Study NGSS Next Generation Science Standards iv
  6. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khoá luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1. Bảng quy ước màu quốc tế 56 Bảng 2.2. Công suất tiêu thụ của đoạn mạch 58 v
  7. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khoá luận tốt nghiệp DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 2.1. Bộ sản phẩm hệ thống cánh quạt gió 47 Hình 2.2. Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều 49 Hình 2.3. Đồng hồ đo điện đa năng (VOM) 50 Hình 2.4. Dụng cụ cần có để khảo sát sự chuyển hóa cơ năng thành điện năng của động cơ điện một chiều 52 Hình 2.5. Dụng cụ cần có để tính công suất tiêu thụ của đoạn mạch 56 Hình 2.6. Hình minh họa điện trở 4 vòng màu 56 Hình 2.7. Ví dụ cách đọc giá trị điện trở 4 vòng màu 57 Hình 2.8. Sơ đồ mạch điện sử dụng VOM để tính công suất tiêu thụ của đoạn mạch 57 Hình 2.9. Dụng cụ cần có để kết nối với Arduino Nano 58 Hình 2.10. Sơ đồ mạch điện kết nối với Arduino 59 Hình 2.11. Đoạn chương trình trên phần mềm Arduino 60 Hình 2.12. Đoạn chương trình trên phần mềm Arduino (tiếp theo) 60 Hình 2.13. Dụng cụ cần có để chế tạo hệ thống cối xay gió 63 vi
  8. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày 04/05/2017, Thủ tướng Chính phủ đã ra chỉ thị 16/CT-TTg về việc Tăng cường năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư. Chỉ thị đã chỉ rõ vai trò của cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư đối với sự phát triển của đất nước, nhất là khi Việt Nam đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập quốc tế. Trong đó Bộ Giáo dục và Đào tạo có vai trò “thúc đẩy triển khai giáo dục về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM) trong chương trình giáo dục phổ thông; tổ chức thí điểm tại một số trường phổ thông ngay từ năm học 2017 - 2018”; “nâng cao năng lực nghiên cứu, giảng dạy trong các cơ sở giáo dục đại học”; “tăng cường giáo dục những kỹ năng, kiến thức cơ bản, tư duy sáng tạo, khả năng thích nghi với những yêu cầu của cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ 4.” [8] Trong giai đoạn hiện nay, dạy học theo định hướng STEM ngày càng được quan tâm và phát triển mạnh mẽ. Trong đó phải nói đến là không ít các sách tham khảo về giáo dục STEM ở cả Việt Nam và thế giới. ✓ TS. Nguyễn Thanh Nga chủ biên ba quyển sách về dạy học chủ đề STEM gồm Thiết kế và tổ chức chủ đề giáo dục STEM cho học sinh THCS và THPT (quyển 1 và quyển 2), Dạy học chủ đề STEM cho học sinh THCS và THPT (quyển 3 – giáo án dạy STEM); [4] ✓ TS. Nguyễn Thị Nga (chủ biên), Hướng dẫn dạy học theo định hướng giáo dục STEM ở bậc tiểu học, Nhà xuất bản Đại học Sư phạm Tp.HCM; ✓ Cuốn sách Robotics trong giáo dục STEM - Robotics in STEM Education, Redesigning the Learning Experience, Myint Swe Khine. [7] Ngoài ra, dạy học theo định hướng STEM cũng được trình bày và trao đổi qua nhiều bài báo khoa học cả trong nước và quốc tế. Dạy học theo định hướng STEM đã và đang rất được quan tâm để phát triển trong chương trình phổ thông mới ở nước ta hiện nay. Bản chất của dạy học theo định hướng STEM là giải quyết vấn đề thực tiễn trong đó người học sẽ tìm hiểu và vận dụng kiến thức liên môn. Một số chủ đề thực tiễn có thể đề cập như sự thay đổi khí hậu (Climate change), năng lượng tái tạo (renewable Energy), công nghệ robot (Robotics) và công nghệ Nano (Nanotech). Một trong số những nguồn năng lượng tái tạo đang được quan tâm là năng lượng gió. Chủ đề về Năng lượng gió cũng liên quan đến nhiều nội dung trong chương trình giảng 1
  9. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp dạy ở phổ thông hiện nay. Do đó xây dựng chủ đề này theo định hướng dạy học STEM trong chương trình phổ thông chính là mục đích của đề tài khóa luận. 2. Mục đích nghiên cứu Vận dụng quy trình 6E trong dạy học Vật lí THCS theo định hướng STEM chủ đề Năng lượng gió. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu hệ thống lý thuyết về mô hình dạy học 6E kết hợp dạy học theo định hướng STEM và quy trình thiết kế kỹ thuật. - Phân tích và xây dựng nội dung chủ đề Năng lượng gió trong chương trình THCS và THPT. - Thiết kế tổ chức dạy học chủ đề STEM về Năng lượng gió theo quy trình dạy học 6E. ✓ Xây dựng một hệ thống các công cụ dạy học: thí nghiệm, video, tranh ảnh, phiếu học tập, tài liệu tham khảo. ✓ Thiết kế tiến trình dạy học để tổ chức các hoạt động. - Tham khảo ý kiến chuyên gia về chủ đề đã xây dựng. 4. Đối tượng nghiên cứu - Kiến thức liên quan đến chủ đề Năng lượng gió. - Cơ sở lí luận và thực tiễn về dạy học theo định hướng giáo dục STEM, quy trình 6E và quy trình thiết kế kĩ thuật. 5. Nội dung nghiên cứu và các vấn đề cần giải quyết - Tìm hiểu cơ sở lí luận và thực tiễn về dạy học theo định hướng giáo dục STEM, quy trình 6E và quy trình thiết kế kỹ thuật. - Xây dựng tiến trình dạy học và các công cụ dạy học hỗ trợ chủ đề Năng lượng gió theo quy trình 6E kết hợp định hướng giáo dục STEM. - Tham khảo ý kiến đánh giá của chuyên gia về chủ đề, tiến trình dạy học và các công cụ hỗ trợ đã xây dựng. 6. Cấu trúc khoá luận Ngoài phần mở đầu, kết luận, danh mục các tài liệu tham khảo và phụ lục, đề tài gồm 3 chương: Chương 1: Cơ sở lý luận về dạy học theo định hướng stem, quy trình dạy học 6E và quy trình thiết kế kỹ thuật 2
  10. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Chương 2: Phân tích nội dung và thiết kế tiến trình dạy học chủ đề Năng lượng gió Chương 3: Tham khảo ý kiến chuyên gia 3
  11. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 1 - CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG STEM, QUY TRÌNH DẠY HỌC 6E VÀ QUY TRÌNH THIẾT KẾ KỸ THUẬT Giáo dục STEM 1.1.1. STEM và giáo dục STEM STEM là quan điểm dạy học dựa trên cơ sở giải quyết một vấn đề học tập có liên quan thực tiễn trong đó học sinh phải tìm hiểu hoặc phối hợp kiến thức của bốn phân môn khoa học (Science), công nghệ (Technology), kỹ thuật (Engineering) và toán học (Mathematics), thay vì học bốn môn học riêng biệt và rời rạc. Mục đích của giáo dục STEM không phải là để đào tạo ra các nhà khoa học, mà là để khơi gợi hứng thú học tập cho học sinh (HS), giúp các em thấy được mối liên hệ giữa các môn học, các lĩnh vực và tầm quan trọng của khoa học, kĩ thuật đối với sự phát triển của xã hội, từ đó phát triển tư duy và năng lực khoa học của HS. Tác giả Nguyễn Thanh Hải, nghiên cứu sinh tiến sĩ ngành Giáo dục Khoa học, Viện Nghiên cứu Giáo dục STEM của Đại học Missouri (Mỹ) đã có bài viết rút ra ba đặc điểm quan trọng khi nói về giáo dục STEM, đó là cách tiếp cận liên ngành (khác với đa ngành, liên ngành tức là các lĩnh vực, các môn học phải có sự gắn kết với nhau), lồng ghép các vấn đề thực tiễn vào bài học (phá bỏ khoảng cách giữa việc học lý thuyết và ứng dụng, thực hành) và kết nối từ trường học, cộng đồng đến các tổ chức toàn cầu (ứng với cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, không chỉ hướng đến các vấn đề của riêng địa phương mà còn đặt trong bối cảnh toàn cầu và các xu hướng chung của thế giới, ví dụ như biến đổi khí hậu, năng lượng tái tạo, ). [6] Gần đây, yếu tố Art – nghệ thuật được đề cập nhiều trong giáo dục STEM và được mọi người biết đến với thuật ngữ STEAM. Việc tích hợp các hoạt động nghệ thuật giúp làm cho nội dung bài dạy trở nên sinh động hơn, đem đến các kết quả thành công và thú vị hơn cho cả giáo viên (GV) và HS, đồng thời giúp rèn luyện tư duy sáng tạo cho HS. [3] 1.1.2. Vai trò của giáo dục STEM trong dạy học STEM đã và đang được quan tâm ở nhiều nước trên thế giới, nhiền nghiên cứu về dạy học theo định hướng STEM đã cho thấy được được hiệu quả của phương thức học tập này trong việc phát triển các kĩ năng của thế kỉ 21 cho HS: làm việc nhóm, đặt câu hỏi, giải quyết vấn đề và tư duy phản biện. Theo Viện hàn lâm Khoa học Quốc gia Hoa Kỳ, trong thế kỉ 21, những đổi mới khoa học và công nghệ ngày càng trở nên quan trọng khi chúng ta đối mặt với những 4
  12. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp lợi ích và thách thức của việc toàn cầu hóa và nền kinh tế dựa trên tri thức. Để thành công trong xã hội mới với nền công nghệ cao này, HS cần phát triển những năng lực STEM đến mức vượt xa những gì được xem là chấp nhận được trong quá khứ. Năm 2009, tổng thống Obama công bố sáng kiến giáo dục, trong đó đẩy mạnh đầu tư phát triển giáo dục STEM nhằm thúc đẩy và truyền cảm hứng cho HS. Giáo dục STEM định hướng cho HS tự học, chủ động tìm hiểu kiến thức để giải quyết các vấn đề thực tiễn. Ở Việt Nam, trong chỉ thị 16/CT-TTg ngày 4/5/2017 về việc tăng cường năng lực tiếp cận cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư, Thủ tướng Chính phủ đã chỉ đạo các bộ, ngành, địa phương triển khai đồng bộ nhiều giải pháp để chủ động nắm bắt cơ hội, đưa ra các giải pháp thiết thực tận dụng tối đa các lợi thế, đồng thời giảm thiểu những tác động tiêu cực của cuộc cách mạng 4.0 đối với Việt Nam. Thủ tướng Chính phủ cũng đã giao trách nhiệm cho Bộ Giáo dục và Đào tạo “thúc đẩy triển khai giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông, tổ chức thí điểm tại một số trường phổ thông ngay từ năm học 2017 – 2018” [8]. Đặc biệt, trong chương trình giáo dục phổ thông tổng thể mới đã ghi rõ “Giáo dục khoa học tự nhiên giúp học sinh dần hình thành và phát triển năng lực khoa học tự nhiên qua quan sát và thực nghiệm, vận dụng tổng hợp kiến thức, kĩ năng để giải quyết các vấn đề trong cuộc sống, đồng thời cùng với các môn Toán, Vật lí, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Tin học thực hiện giáo dục STEM, một trong những xu hướng giáo dục được coi trọng ở nhiều quốc gia trên thế giới và được quan tâm thích đáng trong đổi mới giáo dục phổ thông của Việt Nam.” [2] Tóm lại, giáo dục STEM hiện nay đang là một vấn đề rất được quan tâm đưa vào trường học. Giáo dục STEM đưa vào trường học dưới một trong ba hình thức: tích hợp đa ngành, tích hợp liên ngành hoặc tích hợp xuyên ngành . 1.1.3. Các hướng tiếp cận giáo dục tích hợp STEM - Tích hợp đa ngành hay tích hợp theo chủ đề là cách tiếp cận kết nối các ngành riêng lẻ bằng cách tổ chức nội dung giảng dạy xoay quanh một chủ đề chung. Cách tiếp cận này giúp HS học tập một cách có hệ thống và cho HS thấy rằng một chủ đề có thể được học theo những cách khác nhau thông qua những môn học khác nhau. Các chủ đề được xây dựng dựa trên các chuẩn của các môn học và sự hứng thú của HS. Nhược điểm của cách tiếp cận này đó là các nội 5
  13. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp dung chỉ xoay quanh mục tiêu của các môn học mà không tiếp cận được các nội dung khác sâu hơn. - Tích hợp liên ngành: GV tổ chức nội dung giảng dạy xoay quanh các nội dung học tập chung của các môn học. Mục tiêu học tập từ hai môn học trở lên được kết hợp với nhau để hình thành một mục tiêu kĩ năng hoặc kiến thức. Cách tiếp cận này giúp HS lĩnh hội kiến thức ở mức sâu hơn. Tích hợp liên ngành không khác hoàn toàn với tích hợp đa ngành mà cả ba cách tiếp cận này khác nhau ở mức độ tích hợp. Trong tích hợp liên ngành, các môn học vẫn là riêng biệt nhưng nó ít đặc thù hơn so với tích hợp đa ngành. - Tích hợp xuyên ngành: HS vận dụng kiến thức và kỹ năng từ hai hay nhiều môn học khi tham gia vào các dự án hoặc giải quyết các vấn đề thực tiễn trong cuộc sống. Những dự án hoặc vấn đề phải liên quan đến HS. GV tổ chức các nội dung giảng dạy xoay quanh những câu hỏi hoặc mối quan tâm của HS. GV phải lắng nghe những ý kiến và quan sát những sở thích của HS để giúp HS học tập một cách chủ động nhất. Quy trình dạy học 6E 1.2.1. Giới thiệu Quy trình dạy học (hay mô hình học tập) 6E của DESIGNTM - ITEEA được xây dựng dựa trên nền tảng của mô hình 5E của Biological Sciences Curriculum Study (BSCS). 5E là chữ viết tắt của 5 từ bắt đầu bằng chữ E trong tiếng Anh: Engage - gắn kết, Explore - khảo sát, Explain - giải thích, Enrich - mở rộng và Evaluate - đánh giá. Được phát triển bởi BSCS, mô hình 5E là một quy trình học dựa trên quan điểm học tập qua thực hành. Mô hình 5E cung cấp một trình tự hướng dẫn GV sao cho đặt HS ở trung tâm của việ học, khuyến khích HS khám phá, tự xây dựng sự hiểu biết về các khái niệm khoa học và liên hệ những hiểu biết này tới những khái niệm khác . Các tiêu chuẩn mới về khoa học Next Generation Science Standards – NGSS [5] được công bố vào tháng 4 năm 2013 đã hiện thực hóa việc tiếp cận tích hợp STEM bằng cách thừa nhận rằng công nghệ - kỹ thuật đem đến cho HS cơ hội để phát triển những hiểu biết sâu hơn về khoa học. Do đó, dựa trên mô hình học tập 5E của BSCS, ITEEA đề xuất sửa đổi và đưa ra mô hình học tập 6E, bổ sung 1 chữ E đó là Engineer – thực hành kĩ thuật. Đây là mô hình học tập lấy HS làm trung tâm, thúc đẩy hai phần T và E của STEM bởi vì nó có thể xâu chuỗi, dẫn dắt các nội dung kiến thức theo một trình tự logic để đạt được một mục tiêu cụ thể. Trong mô hình này, đầu tiên HS 6
  14. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp được tạo hứng thú với một khái niệm hoặc một vấn đề và sau đó làm việc trong suốt năm giai đoạn (hay pha) còn lại đó là Engage – kết nối, tạo hứng thú, Explore – tìm tòi, khám phá, Explain – giải thích, Enrich – Mở rộng và Evaluate – Đánh giá. 1.2.2. Các giai đoạn theo quy trình dạy học 6E [1] Engage – Kết nối, tạo hứng thú Mục đích của giai đoạn Engage là để khơi gợi sự quan tâm của HS, dẫn dắt HS tham gia vào bài học, đồng thời đánh giá trước những hiểu biết đã có của HS về chủ đề. Trong giai đoạn này, HS lần đầu tiên tiếp cận và xác định nhiệm vụ/vấn đề cần giải quyết. Trong suốt giai đoạn Engage, HS tạo sự kết nối giữa kiến thức cũ và kiến thức mới, xây dựng kiến thức nền cho những hoạt động sắp tới. Mục đích là để khơi gợi sự tò mò của học sinh và khuyến khích các em tự đặt câu câu hỏi cho chính mình. ❖ Hoạt động của HS: • Làm quen với các khái niệm. • Kiểm tra sự hiểu biết của bản thân. • Làm rõ các ý tưởng lớn và kết nối với những hiểu biết lâu dài. • Xác định những gì đã biết, cần biết và muốn biết. • Góp phần xác định và xây dựng mục tiêu bài học. • Nghiên cứu. • Tương tác với các vật liệu và thiết bị, • Xác định những giá trị con người có liên quan đến ý tưởng lớn và những hiểu biết lâu dài. • Làm hồ sơ thiết kế. ❖ Hoạt động của GV: • Đặt câu hỏi. • Thu thập tài liệu. • Nghiên cứu và trình bày những khái niệm chính. • Liên hệ việc học với những kiến thức và hoạt động trước đó của HS. • Mô tả quy trình thiết kế cho HS. • Giới thiệu các giá trị con người quan trọng như thế nào. • Giám sát để đảm bảo an toàn cho HS. • Khuyến khích và bước đầu hướng dẫn HS làm hồ sơ thiết kế. • Đánh giá sự hiểu biết của HS đối với cách triển khai chủ đề. Explore – Tìm tòi, khám phá 7
  15. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Mục đích của giai đoạn Explore là mang đến cho HS cơ hội tìm hiểu để xây dựng sự hiểu biết của bản thân về chủ đề đang hướng đến. Trong giai đoạn này, HS trực tiếp tìm hiểu các hiện tượng cũng như nghiên cứu tài liệu. Bên cạnh đó, quá trình làm việc nhóm giúp HS rèn luyện kĩ năng chia sẻ và giao tiếp. ❖ Hoạt động của HS: • Hình thành khái quát về các khái niệm chính. • Tham gia thảo luận nhóm và lớp. • Tham gia vào các hoạt động mẫu (phân tích dự đoán). • So sánh dữ liệu nhóm với các tiêu chí và ràng buộc. • Tạo các mục và phát triển các câu hỏi bổ sung trong hồ sơ thiết kế. ❖ Hoạt động của GV: • Giới thiệu các khái niệm mẫu (phân tích dự đoán). • Nhắc lại quy trình thiết kế. • Khuyến khích HS tham gia thảo luận. • Sử dụng câu hỏi Socratic - tìm cách hiểu của HS, sau đó tìm hiểu thêm thông qua việc đặt câu hỏi bổ sung. • Tạo điều kiện cho quá trình làm việc nhóm của HS. • Khuyến khích HS thực hiện hồ sơ thiết kế. Explain – Giải thích Mục đích của giai đoạn Explain là mang đến cho HS cơ hội để giải thích và chắt lọc những gì đã học được cho đến nay và xác định ý nghĩa của chúng. Đây là giai đoạn mà người học bắt đầu truyền đạt những gì mà họ đã học được. HS trao đổi với nhau và trao đổi với GV. Thông qua giai đoạn này, HS rèn luyện khả năng diễn đạt và ngôn ngữ của mình. ❖ Hoạt động của HS: • Áp dụng các khái niệm, nguyên tắc và lý thuyết liên quan đến chủ đề. • Sử dụng mô hình hóa để đưa ra giải pháp cho vấn đề. • Sử dụng quy trình thiết kế để hình thành các giải thích. • Tạo các mục và giải thích các khái niệm trong hồ sơ thiết kế. ❖ Hoạt động của GV: • Giới thiệu khái niệm của chủ đề và mối liên hệ giữa chúng. • Nhắc lại quy trình thiết kế. 8
  16. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp • Sử dụng câu hỏi Socratic - tìm cách hiểu của HS, sau đó tìm hiểu thêm thông qua việc đặt câu hỏi bổ sung. • Dẫn dắt các cuộc thảo luận trên lớp. • Chỉnh sửa những quan niệm sai lầm của HS. • Cung cấp các nguồn tài liệu thích hợp. • Đặt các câu hỏi để mở rộng chủ đề. • Khuyến khích HS thực hiện hồ sơ thiết kế. Engineer – Thực hành kĩ thuật Mục đích của giai đoạn Engineer là mang đến cho HS cơ hội để phát triển những hiểu biết sâu hơn về chủ đề bằng cách áp dụng những kiến thức, kĩ năng và thái độ của mình. Đây là giai đoạn mà HS vận dụng những gì đã tìm hiểu được để đưa ra các giải pháp của mình. HS đưa ra những giải pháp sáng tạo nhờ sử dụng bảng thiết kế, hệ thống thông tin, mô hình, các nguồn tài nguyên và các giá trị con người để làm cơ sở cho việc phát triển, xây dựng, cải tiến, đánh giá và thiết kế lại. ❖ Hoạt động của HS: • Áp dụng các khái niệm, nguyên tắc và lý thuyết liên quan để đưa ra giải pháp của mình. • Phát triển những giải pháp khả thi để giải quyết vấn đề. • Sáng tạo trong việc thiết kế và xây dựng các giải pháp. • Sử dụng Quy trình thiết kế để kiểm tra và thiết kế lại các giải pháp theo các tiêu chí và ràng buộc. • Xác định các vấn đề và sử dụng mô hình hóa để dự đoán các giải pháp. • Đặt câu hỏi “sẽ như thế nào nếu” cho các nội dung khác nhau. • Đảm bảo chất lượng của các giải pháp thiết kế. • Tạo các mục và giải thích các thiết kế trong hồ sơ thiết kế. ❖ Hoạt động của GV: • Giới thiệu các khái niệm về việc thiết kế và tài liệu mô tả. • Nhắc lại quy trình thiết kế • Tạo điều kiện cho HS thiết kế. • Chỉ ra kiến thức liên quan đến các lỗi thiết kế. • Cung cấp cho sinh viên các nguồn tài liệu để áp dụng các giải pháp kỹ thuật. 9
  17. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp • Hướng dẫn học sinh áp dụng các phương pháp kiểm tra đánh giá chất lượng. • Khuyến khích HS ghi chép hồ sơ thiết kế. Enrich – Mở rộng Mục đích của giai đoạn Enrich là tạo cơ hội cho HS khám phá sâu hơn về những gì mà họ đã được học và chuyển từ khái niệm sang những vấn đề phức tạp hơn. Đây là giai đoạn định hướng người học tới những tình huống mới và ứng dụng mới. ❖ Hoạt động của HS: • Hiểu quy trình thiết kế và áp dụng cho các tình huống mới. • Mở rộng các khái niệm đã biết cho các bối cảnh và ứng dụng khác nhau. • Tiến hành nghiên cứu thích hợp. • Ghi nhận dữ liệu vào sổ ghi chép. ❖ Hoạt động của GV: • Cung cấp cho HS các tài liệu để xác định các ứng dụng mới của các khái niệm đã biết. • Đặt câu hỏi để mở rộng vấn đề cho HS. • Hướng dẫn HS thảo luận hiệu quả thông qua các mục của hồ sơ thiết kế. Evaluate – Đánh giá Mục đích của giai đoạn Evaluate là để cho HS và GV xác định việc học và dạy đã diễn ra như thế nào. Evaluate, chữ “E” cuối cùng, là một quá trình đánh giá không ngừng, liên tục trong suốt quá trình hướng dẫn. Một số công cụ hỗ trợ trong quá trình đánh giá là các phiếu tự đánh giá, sự quan sát của GV, các cuộc phỏng vấn HS, hồ sơ học tập và các sản phẩm học tập theo chủ đề hay theo dự án. ❖ Hoạt động của HS: • Thể hiện sự hiểu biết về các khái niệm và áp dụng chúng. • Tự đánh giá xem bản thân đã học được những gì cần học và muốn học mà mình đã đề ra trong giai đoạn Engage hay chưa. • Hoàn thành các bảng đánh giá đã được thiết lập (rubrics). • Sử dụng hồ sơ thiết kế minh chứng cho tiến trình hướng tới các mục tiêu học tập được xác định ngay từ đầu. ❖ Hoạt động của GV: 10
  18. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp • Sử dụng các công cụ đánh giá trước để xác định nhu cầu, mong muốn và thiếu sót của học sinh. • Tạo điều kiện và thu hút học sinh hiểu về các khái niệm trong suốt quá trình học tập. • Đảm bảo rằng việc học của học sinh dựa trên các chuẩn. • Sử dụng nhiều công cụ đánh giá quá trình trong mỗi giai đoạn. • Giải thích phiếu tự đánh giá và các công cụ đánh giá khác. • Cung cấp thông tin phản hồi về việc đánh giá HS. • Đánh giá sự hiệu quả của chương trình dạy. Quy trình thiết kế kỹ thuật (Engineering design process) 1.3.1. Giới thiệu Quy trình thiết kế kỹ thuật là một loạt các bước mà các kỹ sư tuân theo để đưa ra giải pháp cho một vấn đề. Nhiều giải pháp liên quan đến việc thiết kế một sản phẩm đáp ứng các tiêu chí nhất định và/hoặc hoàn thành một nhiệm vụ nhất định. Quy trình này khác với các bước của Phương pháp khoa học quen thuộc. Phương pháp khoa học phù hợp với những dự án liên quan đến việc quan sát và thực hiện các thí nghiệm. Quy trình thiết kế kỹ thuật phù hợp với các dự án liên quan đến thiết kế, xây dựng và thử nghiệm một cái gì đó. Trong thực tế, các kỹ sư không phải lúc nào cũng tuân theo các bước quy trình thiết kế kỹ thuật theo thứ tự, từng bước một nhưng nhìn chung, họ thường thiết kế một cái gì đó, kiểm tra nó, tìm ra một vấn đề và sau đó quay lại bước trước đó để thực hiện sửa đổi hoặc thay đổi thiết kế. Quá trình này gọi là vòng lặp. Các bước cụ thể của quy trình thiết kế kĩ thuật được trình bày trong phần dưới đây. 1.3.2. Các bước trong quy trình thiết kế kĩ thuật Xác định vấn đề cần giải quyết Đây là bước đầu tiên để bắt đầu một quá trình thiết kế kĩ thuật. Ở bước này, các kĩ sư tiến hành “điều tra” thực tế để đưa ra một số dẫn chứng và kết luận, thường sử dụng các câu hỏi sau: ✓ Vấn đề hay nhu cầu là gì? ✓ Ai có vấn đề hoặc cần? ✓ Tại sao nó cần được giải quyết? Tóm lại, các kĩ sư đưa ra kết luận dạng [Ai] cần [cái gì] bởi vì [tại sao]. Nghiên cứu kiến thức nền 11
  19. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Ở bước này, các kỹ sư sẽ nghiên cứu cơ bản về vấn đề mà họ đang giải quyết. Việc học hỏi kinh nghiệm của những người khác giúp họ tìm hiểu về các giải pháp hiện có cho các vấn đề tương tự và tránh những sai lầm đã xảy ra trong quá khứ. Vì vậy, đối với một dự án thiết kế kỹ thuật, các kĩ sư thường nghiên cứu nền tảng trong hai lĩnh vực chính: o Người dùng hoặc khách hàng o Giải pháp hiện có Xác định các tiêu chí và ràng buộc Một thiết kế thành công phải đáp ứng được các yêu cầu hoặc ràng buộc thiết kế, là những đặc điểm quan trọng của thiết kế, bao gồm cả yêu cầu về kinh phí và vật liệu. Một trong những cách tốt nhất để xác định các yêu cầu thiết kế đó là phân tích ví dụ cụ thể về một sản phẩm tương tự, hiện có, lưu ý từng tính năng chính của nó. Để hoàn thành bước yêu cầu của quy trình thiết kế, các kĩ sư sẽ viết tóm tắt thiết kế; một tài liệu chứa tất cả các thông tin chính để giải quyết vấn đề của họ. Công não để tìm giải pháp khả thi Luôn có nhiều giải pháp tốt để giải quyết các vấn đề thiết kế. Tập trung vào từng giải pháp trước khi xem xét các lựa chọn thay thế, gần như chắc chắn rằng bạn đang xem xét một giải pháp tốt hơn. Các nhà thiết kế giỏi cố gắng tạo ra càng nhiều giải pháp càng tốt. Lựa chọn giải pháp tốt nhất Ở bước này, các kĩ sư đánh giá mức độ đáp ứng yêu cầu và ràng buộc thiết kế của từng giải pháp. Một số giải pháp có thể đáp ứng nhiều yêu cầu hơn những giải pháp khác. Loại bỏ các giải pháp không đáp ứng yêu cầu. Phát triển giải pháp Phát triển liên quan đến việc tinh chỉnh và cải tiến một giải pháp, và nó tiếp tục trong suốt quá trình thiết kế, thường là ngay cả sau khi hoàn thành sản phẩm và giao nó cho người sử dụng. Xây dựng nguyên mẫu Nguyên mẫu là một phiên bản hoạt động của một giải pháp. Thường các nguyên mẫu được làm bằng các vật liệu khác với phiên bản cuối cùng. Nguyên mẫu là một bước quan trọng trong việc phát triển một giải pháp cuối cùng, cho phép người thiết kế kiểm tra cách giải pháp sẽ hoạt động. Thử nghiệm và thiết kế lại 12
  20. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Quá trình thiết kế bao gồm nhiều lần lặp lại và thiết kế lại giải pháp cuối cùng. Các kĩ sư có thể sẽ kiểm tra giải pháp của mình, tìm ra các vấn đề mới, thay đổi và thử nghiệm các giải pháp mới trước khi đưa ra một thiết kế cuối cùng. Trao đổi kết quả Để hoàn thành dự án, các kĩ sư sẽ truyền đạt kết quả của họ cho người khác trong báo cáo cuối cùng và/hoặc bảng hiển thị. Các kĩ sư chuyên nghiệp luôn làm như vậy, ghi chép kỹ lưỡng các giải pháp của họ để có thể sản xuất và hỗ trợ về sau. 13
  21. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 STEM không phải là một thuật ngữ mới nhưng nó đang thu hút được nhiều sự chú ý trong những năm gần đây khi các nhà giáo dục tìm kiếm những cách hiệu quả và có ý nghĩa hơn để kết nối và tạo hứng thú cho HS. HS khi tham gia các chương trình học theo định hướng giáo dục STEM sẽ có cơ hội rèn luyện các kĩ năng cần thiết của thế kỉ 21 như làm việc nhóm, đặt câu hỏi, tư duy phản biện và năng lực giải quyết vấn đề. Việc học của HS từ đây cũng trở nên thú vị và thiết thực hơn, giải quyết tình trạng học tập một cách gượng ép và bị động của HS. Thay vào đó, HS chủ động tìm tòi và phát triển bản thân. Quy trình dạy học 6E là một trong rất nhiều phương pháp, cách thức hỗ trợ GV tổ chức các bài học theo định hướng giáo dục STEM. Với quy trình này, GV khơi gợi được sự hứng thú của HS và lôi cuốn HS tham gia vào bài học, đồng thời giúp các em hình thành được các kĩ năng cần thiết như mục đích của giáo dục STEM đã đề ra. Bên cạnh đó, quy trình 6E nhấn mạnh vai trò của T và E trong STEM theo đúng như định hướng giáo dục ngày nay. Quy trình thiết kế kỹ thuật cũng góp phần đáp ứng những tiêu chí nêu trên. Như vậy, để làm tăng hiệu quả của quá trình dạy và học, cũng như đáp ứng các yêu cầu và bắt nhịp với thời đại, GV có thể vận dụng quy trình 6E để xây dựng tiến trình bài dạy theo định hướng giáo dục STEM, cũng như hướng dẫn HS thực hiện theo quy trình thiết kế kĩ thuật. 14
  22. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp CHƯƠNG 2 - PHÂN TÍCH NỘI DUNG VÀ THIẾT KẾ TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM LIÊN QUAN ĐẾN NĂNG LƯỢNG GIÓ Các chủ đề STEM liên quan đến năng lượng gió Bảng dưới đây trình bày 03 chủ đề STEM liên quan đến năng lượng gió có thể triển khai cho HS ở các khối lớp khác nhau. Với từng đối tượng HS cụ thể, GV cân nhắc để đưa ra các nhiệm vụ phù hợp dựa trên các hoạt động được đề xuất trong phần mô tả. Chủ đề Tài liệu STT Mô tả STEM tham khảo/hỗ trợ 1 Thiết kế và HS sử dụng quy trình thiết kế kỹ thuật - Quy trình thiết kế khảo sát để thiết kế hệ thống cánh quạt và chọn kỹ thuật. công suất được hệ thống cánh quạt hiệu quả - Kiến thức liên quan: của hệ nhất. + Lập trình Arduino thống cánh - HS xác định vấn đề cần giải quyết: + Khí động lực học quạt sử Thiết kế hệ thống cánh quạt gồm 3 hoặc + Công cơ học dụng năng 4 cánh, đảm bảo các tiêu chí theo yêu + Công suất lượng gió. cầu và đạt công suất lớn nhất. + Hiệu điện thế - HS nghiên cứu kiến thức về cách thức + Động cơ điện một hoạt động của máy phát điện gió (cối xay chiều gió), các thiết kế cánh quạt cho tuabin + Hiện tượng cảm gió, sự ảnh hưởng của cánh quạt đến ứng điện từ công suất của máy phát điện gió. + Công suất điện - HS công não và phác thảo một số giải + Cơ năng pháp khả thi (với tỷ lệ 1:2) + Sự chuyển hóa - HS sử dụng ma trận đánh giá để đánh năng lượng. giá mức độ khả thi của từng ý tưởng. + Bản vẽ kĩ thuật. - HS lựa chọn ý tưởng tốt nhất dựa trên + Tiêu chuẩn trình sự đánh giá. Thiết kế có số điểm cao nhất bày bản vẽ kĩ thuật sẽ được tạo nguyên mẫu. + Hình chiếu vuông - HS vẽ bản vẽ chi tiết của thiết kế được góc chọn (với kích thước đầy đủ). - HS tiến hành xây dựng hệ thống cánh quạt. - HS đề xuất phương án đánh giá công suất của hệ thống cánh quạt thông qua việc nâng vật nặng hoặc tạo ra điện năng từ năng lượng gió. - HS tiến hành đánh giá công suất của hệ thống cánh quạt. 15
  23. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp - HS đánh giá và nhận xét dựa trên dữ liệu đã ghi nhận được để hoàn thiện hoặc cải tiến sản phẩm của mình. 2 Thiết kế hệ - HS tìm hiểu cấu tạo và nguyên lí hoạt - Cách tạo bánh răng thống bánh động của máy phát điện gió thông qua đơn giản: răng để động cơ điện một chiều (chuyển hóa tăng tốc độ giữa cơ năng và điện năng). ables.com/id/How- quay của - HS khảo sát mối liên hệ giữa tốc độ to-make-gears- rôto so với quay của rôto và suất điện động tạo ra easily/. tốc độ quay của máy phát điện gió. - Kiến thức liên quan: của cánh - HS thiết kế hệ thống bánh răng (bao + Khí áp và gió trên quạt, từ đó gồm cả giá đỡ/hộp đựng) nhằm làm tăng Trái Đất nâng cao tốc độ quay của rôto so với tốc độ quay + Hiệu điện thế công suất của cánh quạt nhiều nhất, và đảm bảo + An toàn khi sử điện của hệ các tiêu chí sản phẩm theo yêu cầu. dụng điện thống cối - HS xác định tỉ số truyền giữa tốc độ + Bản vẽ kỹ thuật xay gió quay của cánh quạt và tốc độ quay của + Động cơ điện một rôto. chiều - HS lắp ráp một mô hình cối xay gió + Hiện tượng cảm hoàn chỉnh từ những bộ phận được cung ứng điện từ cấp (mẫu cánh quạt, động cơ điện một + Điều kiện xuất hiện chiều, dây dẫn, ) và hệ thống bánh dòng điện cảm ứng răng của mình. + Định luật Ohm - HS trình bày và giải thích nhiệm vụ của + Năng lượng và sự từng bộ phận trong sản phẩm. chuyển hóa năng - HS sử dụng vôn kế để đo suất điện lượng động tạo ra bởi cối xay gió. + Định luật bảo toàn - Sản phẩm có thể được đánh giá thông năng lượng qua hệ thống thắp sáng bóng đèn được + Điện gió, truyền mắc nối tiếp với các điện trở có giá trị chuyển động. khác nhau. 3 Thiết kế - HS thiết kế mô hình thuyền buồm để - Kiến thức liên quan: thuyền giúp đỡ một gia đình di dân vượt đại + Khối lượng riêng buồm từ dương an toàn cùng với hành lí của họ. + Lực đẩy vật dụng + Tiêu chí: Archimedes hàng ngày • Chiếc thuyền phải băng qua đại dương và đến được bờ bên kia. • Không được chạm tay khi chiếc thuyền đang chở hành khách. • Chỉ sử dụng các dụng cụ GV cung cấp. 16
  24. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp • Chiếc thuyền phải chở được ít nhất 4 hành khách (tương đương 500g). • Tất cả hành khách và hành lí phải đến nơi an toàn và khô ráo. + Dụng cụ: • 1 tấm mút xốp • 1 tấm giấy bạc • 1 cái ống hút • 3 tấm giấy ghi chú • 10 cm keo dán • 4 que kem - HS hiểu rõ các yêu cầu thiết kế. - HS tìm hiểu cách thuyền buồm di chuyển trên mặt nước và điều kiện vật nổi, vật chìm, lực đẩy Archimedes. - HS phác thảo ý tưởng thiết kế. - HS xây dựng mô hình thuyền buồm từ các vật dụng được GV cung cấp. - HS đề xuất phương án xác định khối lượng riêng ban đầu của thuyền buồm. - HS dự đoán khối lượng tải tối đa mà thuyền có thể chở được. - GV chuẩn bị trạm kiểm tra gồm có quạt máy (hoặc thiết bị tạo gió mạnh tương tự), cân, thước đo và “đại dương thu nhỏ”. - HS thử nghiệm sản phẩm bằng cách lần lượt đặt các tải đã được chuẩn bị sẵn lên thuyền và ghi nhận khối lượng tải lớn nhất được đặt lên thuyền mà thuyền không chìm và di chuyển an toàn đến bờ bên kia. - HS so sánh kết quả dự đoán và kết quả thực tế. - HS so sánh các mô hình thuyền khác nhau của các nhóm. Rút ra nhận xét về mô hình thuyền hiệu quả nhất. - HS đề xuất phương án cải tiến sản phẩm của mình. 17
  25. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Kiến thức liên quan đến chủ đề Năng lượng gió trong chương trình phổ thông hiện hành Bảng dưới đây tổng hợp tất cả các kiến thức trong chương trình Vật lí, Công nghệ, Tin học, Địa lí từ lớp 6 đến lớp 12 có liên quan đến chủ đề năng lượng gió và được trình bày trong các sách giáo khoa. Lớp Môn Bài Nội dung 6 Địa lí Bài 19: - Khí áp là sức ép của khí quyển lên bề mặt Trái Khí áp và gió Đất. Khí áp được phân bố trên bề mặt Trái Đất thành trên Trái Đất các đai khí áp thấp và khí áp cao từ Xích đạo đến cực. - Gió là sự chuyển động của không khí từ các khu khí áp cao về các khu khí áp thấp. Công Bài 26: Để cân nhắc được thu, chi: nghệ Chi tiêu trong - Phải cân nhắc kĩ trước khi quyết định chi tiêu. gia đình - Chỉ chi tiêu khi thực sự cần thiết. 7 Vật lí Bài 25: - Nguồn điện tạo ra giữa hai cực của nó một hiệu Hiệu điện thế điện thế: U (V). - Vôn kế là dụng cụ dùng để đo HĐT. - Đo HĐT giữa 2 cực của nguồn điện khi mạch hở: Số vôn ghi trên mỗi nguồn điện là giá trị của HĐT giữa 2 cực của nó khi chưa mắc vào mạch. Lưu ý về giới hạn đo của vôn kế, việc nối cực dương, âm của pin với vôn kế. Bài 26: - Thí nghiệm đo HĐT giữa 2 đầu bóng đèn khi HĐT giữa hai chưa được mắc vào mạch điện và khi được mắc vào đầu dụng cụ mạch điện: dùng điện + Trong mạch điện kín, HĐT giữa 2 đầu bóng đèn tạo ra dòng điện chạy qua bóng đèn đó. + Đối với một bóng đèn nhất định, HĐT giữa 2 đầu bóng đèn càng lớn thì dòng điện chạy qua bóng 18
  26. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp đèn có cường độ càng lớn. + Số vôn ghi trên mỗi dụng cụ điện cho biết hiệu điện thế định mức để dụng cụ đó hoạt động bình thường. Lưu ý về việc mắc chốt dương, âm của ampe kế và vôn kế với cực dương, âm của nguồn điện. Bài 27: - Đo cường độ dòng điện bằng ampe kế TH: Đo cường + Đơn vị của cường độ dòng điện là ampe, kí độ dòng điện hiệu là A. đối với đoạn + Mắc nối tiếp ampe kế vào đoạn mạch sao cho mạch nối tiếp chốt (+) của ampe kế được mắc về phía cực dương của nguồn điện. - Đo hiệu điện thế bằng vôn kế + Đơn vị của HĐT là vôn, kí hiệu là V. + Mắc 2 chốt của vôn kế song song vào hai điểm của mạch để đo HĐT giữa hai điểm đó, sao cho chốt dương của nó được nối về phía cực dương của nguồn điện. Nhận xét: - Trong đoạn mạch mắc nối tiếp, dòng điện có cường độ bằng nhau tại các vị trí khác nhau của mạch. - Đối với đoạn mạch gồm hai đèn mắc nối tiếp, HĐT giữa hai đầu đoạn mạch bằng tổng các hiệu điện thế trên mỗi đèn. Lưu ý về vị trí mắc ampe kế và vôn kế để đo cường độ dòng diện và HĐT của các bộ phận khác nhau trong mạch điện. Bài 28: - Vôn kế được dùng để đo hiệu điện thế giữa hai TH: Đo HĐT điểm. và cường độ - Chốt (+) của vôn kế được mắc về phía cực dòng điện đối dương của nguồn điện. 19
  27. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp với đoạn mạch - Ampe kế dùng để đo cường độ dòng điện. song song - Mắc nối tiếp ampe kế vào đoạn mạch để sao cho chốt (+) của nó được mắc về phía cực dương của nguồn điện. - Nhận xét: + HĐT giữa hai đầu các đèn mắc song song là bằng nhau và bằng hiệu điện thế giữa hai điểm nối chung. + Cường độ dòng điện mạch chính bằng tổng các cường độ dòng điện mạch rẽ. Bài 29: - Cơ thể người là một vật dẫn điện. Dòng điện An toàn khi sử với cường độ 70mA trở lên đi qua cơ thể người hoặc dụng điện làm việc với HĐT 40V trở lên là nguy hiểm với cơ thể người. - Cầu chì tự động ngắt mạch khi dòng điện có cường độ tăng quá mức, đặc biệt khi đoản mạch. - Phải thực hiện các quy tắc an toàn khi sử dụng điện: + Chỉ làm thí nghiệm với các nguồn điện có HĐT dưới 40V. + Phải sử dụng các dây dẫn có vỏ bọc cách điện. 8 Vật lí Bài 9: Có thể em chưa biết: Áp suất khí Càng lên cao không khí càng loãng nên áp suất quyển khí quyển càng giảm. Bài 13: Công - Công cơ học phụ thuộc vào hai yếu tố: lực tác cơ học dụng vào vật và quãng đường vật dịch chuyển. - Công thức tính công cơ học khi lực F làm vật dịch chuyển một đoạn đường s theo hướng của lực: A=F.s Đơn vị công là jun, kí hiệu là J. 1J=1N.1m=1N.m 20
  28. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Bài 14: Lực nâng F dùng để nâng một vật có độ lớn bằng Định luật về trọng lượng P của vật đó. công Bài 15: - Trong Vật lí, để biết máy nào hay người nào Công suất thực hiện công nhanh hơn (hay làm việc khỏe hơn), người ta dùng khái niệm công suất Bài 16: - Khi vật có khả năng sinh công, ta nói vật có cơ Cơ năng năng. - Cơ năng của vật phụ thuộc vào độ cao của vật so với mặt đất, hoặc so với vị trí khác được chọn làm mốc để tính độ cao, gọi là thế năng trọng trường. Vật có khối lượng càng lớn và ở càng cao thì thế năng trọng trường của vật càng lớn. - Cơ năng của vật do chuyển động mà có gọi là động năng. Vật có khối lượng càng lớn và chuyển động càng nhanh thì động năng càng lớn. Bài 17: - Động năng có thể chuyển hóa thành thế năng, Sự chuyển hóa ngược lại thế năng có thể chuyến hóa thành động và bảo toàn cơ năng. năng - Trong quá trình cơ học, động năng và thế năng có thể chuyến hóa lẫn nhau, nhưng cơ năng được bảo toàn. - Có thể em chưa biết: Các nguồn nước ở trên cao có thế năng rất lớn. Thế năng này có thể chuyến hóa thành động năng làm quay các máy phát điện. Hiện nay, người ta mới sử dụng được chưa tới 10% nguồn năng lượng dự trữ khổng lồ này. Gió có động năng rất lớn, là nguồn năng lượng sạch và rẻ tiền. Nếu con người tận dụng được hết động năng của gió thì gió có thể cung cấp cho con người năng lượng còn lớn hơn năng lượng 21
  29. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp do nước cung cấp. Từ xưa, người ta đã biết sử dụng động năng của gió để chạy các cối xay, gọi là cối xay gió. Công Chương II: Bài 8: Khái niệm về bản vẽ kĩ thuật - Hình cắt nghệ Bản vẽ kĩ thuật - Bản vẽ kĩ thuật (bản vẽ) trình bày các thông tin kĩ thuật dưới dạng các hình vẽ và các kí hiệu theo các quy tắc thống nhất và thường vẽ theo tỉ lệ. - Trên bản vẽ kĩ thuật thường dùng hình cắt để biểu diễn hình dạng bên trong của vật thể. Bài 9: Bản vẽ chi tiết - Bản vẽ chi tiết bao gồm các hình biểu diễn, các kích thước và các thông tin cần thiết để xác định chi tiết đó. - Để nâng cao kĩ năng đọc bản vẽ chi tiết, cần luyện tập nhiều. Bài 29: - Máy hay thiết bị cần có cơ cấu truyền chuyển Truyền chuyển động vì các cơ cấu thường đặt xa nhau và có tốc độ động không giống nhau, song đều được dẫn động từ một chuyển động ban đầu. - Thông số đặc trưng cho các bộ phận truyền chuyển động quay là tỉ số truyền i: 푛 푛 푍 𝑖 = = 2 = 1 = 1 푛 푛1 2 푍2 Trong đó: + 푛 (푛2): tốc độ quay của bánh bị dẫn + 푛 (푛1): tốc độ quay của bánh dẫn + D1: đường kính của bánh đai dẫn + D2: đường kính của bánh đai bị dẫn + Z1: số răng của bánh dẫn (bánh 1) + Z2: số răng của bánh bị dẫn (bánh 2) NX: Bánh răng (hoặc đĩa xích) nào có số răng ít hơn thì sẽ quay nhanh hơn. 22
  30. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Bài 30: - Từ một dạng chuyển động ban đầu, muốn biến Biến đổi thành các dạng chuyển động khác cần phải có cơ chuyển động cấu biến đổi chuyển động, chúng gồm: + Cơ cấu biến đổi chuyển động quay thành chuyển động tịnh tiến hoặc ngược lại. + Cơ cấu biến chuyển động quay thành chuyển động lắc hoặc ngược lại. - Một số cơ cấu biến đổi chuyển động + Cơ cấu tay quay - con trượt (ứng dụng trong máy khâu đạp chân, máy cưa gỗ, ô tô, máy hơi nước, ) + Cơ cấu bánh răng, thanh răng; cơ cấu vít - đai ốc + Cơ cấu tay quay - thanh lắc (ứng dụng trong máy dệt, máy khâu đạp chân, xe tự đẩy, ) Tin Bài 1: - Con người chỉ dẫn cho máy tính thực hiện công học Máy tính và việc thông qua các lệnh. - Viết chương trình là hướng dẫn máy tính thực chương trình hiện các công việc hay giải một bài toán cụ thể. máy tính - Ngôn ngữ dùng để viết các chương trình máy tính được gọi là ngôn ngữ lập trình, Bài 2: - Ngôn ngữ lập trình là tập hợp các kí hiệu và quy Làm quen với tắc viết các lệnh tạo thành một chương trình hoàn chỉnh và thực hiện được trên máy tính. chương trình và - Nhiều ngôn ngữ lập trình có tập hợp các từ khoá ngôn ngữ lập dành riêng cho những mục đích sử dụng nhất định. trình - Một chương trình thường có hai phần: Phần khai báo và phần thân chương trình. - Tên được dùng để phân biệt các đại lượng trong chương trình và do người lập trình đặt. 9 Vật lí Bài 2: - Định luật Ôm: Cường độ dòng điện chạy qua dây Điện trở của dẫn tỉ lệ thuận với hiệu điện thể đặt vào hai đầu dây và tỉ lệ nghịch với điện trở của dây. dây dẫn – Định 23
  31. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp luật Ôm 푈 = 푅 - Điện trở của một dây dẫn được xác định bằng công 푈 thức : 푅 = Bài 12: Công Công suất tiêu thụ của một dụng cụ điện (hoặc suất điện của một đoạn mạch) bằng tích của hiệu điện thế giữa hai đầu dụng cụ đó (hoặc đoạn mạch đó) và cường độ dòng điện chạy qua nó: 풫 = 푈 . Bài 28: - Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên tác Động cơ điện dụng của từ trường lên khung dây dẫn có dòng điện một chiều chạy qua đặt trong từ trường. - Động cơ điện một chiều có hai bộ phận chính là nam châm tạo ra từ trường và khung dây dẫn có dòng điện chạy qua. - Khi động cơ điện một chiều hoạt động, điện năng được chuyển hóa thành cơ năng. Bài 31: - Có nhiều cách dùng nam châm để tạo ra dòng Hiện tượng điện trong một cuộn dây dẫn kín. Dòng điện được cảm ứng điện từ tạo ra theo cách đó gọi là dòng điện cảm ứng. - Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm ứng gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ. Bài 32: Điều kiện để xuất hiện dòng điện cảm ứng trong Điều kiện xuất cuộn dây dẫn kín là số đường sức từ xuyên qua tiết hiện dòng điện diện S của cuộn dây đó biến thiên. cảm ứng Bài 59: - Ta nhận biết được một vật có năng lượng khi Năng lượng và vật đó có khả năng thực hiện công (cơ năng) hay sự chuyển hóa làm nóng vật khác (nhiệt năng). năng lượng - Ta nhận biết được hóa năng, điện năng, quang năng khi chúng chuyển hóa thành cơ năng hay nhiệt 24
  32. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp năng. - Nói chung, mọi quá trình biến đổi đều kèm theo sự chuyển hóa năng lượng từ dạng này sang dạng khác. Bài 60: Năng lượng không tự nhiên sinh ra hoặc tự mất Định luật bảo đi mà chỉ chuyển từ dạng này sang dạng khác, hoặc toàn năng truyền từ vật này sang vật khác. lượng Bài 62: - Máy phát điện gió và pin Mặt trời gọn nhẹ có Điện gió - Điện thể cung cấp năng lượng điện cho những vùng núi, Mặt trời - Điện hải đảo xa xôi. hạt nhân - Nhà máy điện hạt nhân biến đổi năng lượng hạt nhân thành năng lượng điện, có thể cho công suất rất lớn nhưng phải có thiết bị bảo vệ rất cẩn thận để ngăn các tia phóng xạ có thể gây nguy hiểm chết người. 10 Vật lí Bài 6 : - Quỹ đạo và vận tốc của cùng một vật chuyển Tính tương đối động đối với các hệ quy chiếu khác nhau thì khác của chuyển nhau. động. Công - Công thức cộng vận tốc : Vecto vận tốc tuyệt thức cộng vận đối bằng tổng vecto của vận tốc tương đối và vận tốc tốc kéo theo : 푣⃗1,3 = 푣⃗1,2 + 푣⃗2,3 - Vận tốc tuyệt đối là vận tốc của vật đối với hệ quy chiếu đứng yên ; vận tốc tương đối là vận tốc của vật đối với hệ quy chiếu chuyển động ; vận tốc kéo theo là vận tốc của hệ quy chiếu chuyển động đối với hệ quy chiếu đứng yên. 25
  33. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Bài 7: - Phép đo một đại lượng vật lí là phép so sánh nó Sai số phép đo với đại lượng cùng loại được quy ước làm đơn vị. các đại lượng - Phép so sánh trực tiếp nhờ dụng cụ đo gọi là vật lí phép đo trực tiếp. - Phép xác định một đại lượng vật lí thông qua một công thức liên hệ với các đại lượng đo trực tiếp, gọi là phép đo gián tiếp. - Giá trị trung bình khi đo nhiều lần một đại + +⋯+ lượng A: ̅ = 1 2 푛, là giá trị gần đúng nhất 푛 với giá trị thực của đại lượng A. - Sai số tuyệt đối ứng với mỗi lần đo: ∆ 1 = | ̅ − 1|; ∆ 2 = | ̅ − 2|; Bài 18: - Momen lực đối với một trục quay là đại lượng Cân bằng của đặc trưng cho tác dụng làm quay của lực và được một vật có trục đo bằng tích của lực với cánh tay đòn của nó. quay cố định = 퐹 Momen lực. - Đơn vị của momen lực là niuton mét, kí hiệu là Nm. - Quy tắc momen lực : Muốn cho một vật có trục quay cố định ở trạng thái cân bằng, thì tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay theo chiều kim đồng hồ phải bằng tổng các momen lực có xu hướng làm vật quay ngược chiều kim đồng hồ. Bài 20 : - Điều kiện cân bằng của một vật có mặt chân đế Cân bằng của là giá của trọng lực phải xuyên qua mặt chân đế (hay một vật có mặt trọng tâm « rơi » trên mặt chân đế. chân đế - Muốn tăng mức vững vàng của mặt chân đế thì hạ thấp trọng tâm và tăng diện tích mặt chân đế của vật. 26
  34. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Bài 24 : - Nếu lực không đổi 퐹⃗ có điểm đặt chuyển dời Công và công một đoạn s theo hướng hợp với hướng của lực góc suất alpha thì công của lực F được tính theo công thức : = 퐹푠 표푠훼 - Công suất đo bằng công sinh ra trong một đơn vị thời gian. 푃 = 푡 Bài 32. Hiệu ứng nhà kính Nội năng và sự Hằng ngày Mặt Trời truyền xuống Trái Đất qua biến thiên nội hình thức bức xạ nhiệt một lượng năng lượng khổng năng (Phần Em lồ, bằng 20 000 lần tổng năng lượng mà con người có biết?) tiêu thụ. Nhờ có bầu khí quyển, Trái Đất không hấp thụ toàn bộ bức xạ này của Mặt Trời mà phản xạ trở lại khoảng một phần ba. Cũng nhờ có bầu khí quyển mà một phần bức xạ nhiệt do Trái Đất phát ra lại được phản xạ trở lại Trái Đất. Do đó, bầu khí quyển có tác dụng như một “nhà kính” bảo vệ Trái Đất, giữ cho Trái Đất Có nhiệt độ ổn định, thích hợp với sự sống của con người và các sinh vật khác trên Trái Đất. Trong khí quyển, khí cacbonic (CO2) có vai trò quan trọng. Nó vừa cho phép các bức xạ Mặt Trời đi qua khí quyển tới sưởi ấm Trái Đất, vừa ngăn không cho các bức xạ nhiệt của Trái Đất thoát ra ngoài khí quyển, góp phần vào việc ổn định nhiệt độ của khí quyển và Trái Đất. Tuy nhiên, trong thế kỉ vừa qua con người đã làm tăng hàm lượng khí CO2 trong không khí lên rất nhiều do việc đốt rừng, đốt nhiên liệu, giảm diện tích trồng cây xanh Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, lượng nhiên liệu được đốt cháy để dùng trong các nhà máy cũng như trong đời sống hàng ngày của con người ngày càng tăng nhanh làm 27
  35. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp cho lượng khí CO2 trong khí quyển cũng không ngừng tăng nhanh. Việc hàm lượng khí CO2 trong khí quyển tăng dẫn đến việc làm tăng “hiệu ứng nhà kính”, làm cho lượng bức xạ nhiệt của Trái Đất được thoát ra ngoài khí quyển giảm đi, còn lượng bức xạ nhiệt của Trái Đất bị phản xạ trở lại khí quyển lại tăng lên. Kết quả là khí quyển và Trái Đất không ngừng nóng lên. Nhiệt độ trung bình của khí quyển trong mấy năm qua tăng nhanh hơn hẳn so với những thập kỉ đầu của thế kỉ trước. Nhiệt độ trung bình của khí quyển tăng kéo theo sự thay đổi về khí hậu, gây ra bão lụt, hạn hán, tan băng trên các địa cực đe dọa sự sống của con người và các sinh vật khác trên Trái Đất. Bài 33: Động Cơ nhiệt và vấn đề ô nhiễm môi trường Các nguyên lí Sử dụng động cơ nhiệt luôn gắn liền với việc khai của nhiệt động thác các nhiên liệu như than đá, dầu lửa, | khí đốt lực học (Phần Việc các nguồn nhiên liệu trên đang cạn kiệt dần là Em có biết?) một nguy Cơ đối với cuộc sống của con người. Tuy nhiên, còn một nguy cơ nữa mà con người đang phải đối mặt. Đó là việc các nhiên liệu bị đốt cháy trong động cơ nhiệt đang làm ô nhiễm môi trường sống của con người và các sinh vật khác trên Trái Đất. Mọi động cơ nhiệt, kể cả những động cơ hiện đại nhất mà con người hi vọng có thể chế tạo ra được trong tương lai, cũng không thể chuyển hoá hoàn toàn nhiệt lượng do nhiên liệu bị đốt cháy toả ra thành Công Cơ học mà phải toả một phần nhiệt lượng này vào khí quyển. - Nhiệt lượng do các động cơ nhiệt thải vào khí quyển làm cho nhiệt độ của khí quyển tăng cao hơn mức bình thường. Hầu hết các 28
  36. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp sinh vật trên Trái Đất đều quen sống ở môi trường có nhiệt độ trong khoảng từ 0°C đến 50°C (trừ một số vi rút đặc biệt và rất nhạy cảm với sự thay đổi nhiệt độ bất thường. Do đó, sự tăng nhiệt độ bất thường do các động cơ nhiệt gây ra sẽ ảnh hưởng xấu đến sự sinh sản và tăng trưởng của các sinh vật trên Trái Đất. Ngoài ra việc tăng nhiệt độ bất thường của khí quyển còn là nguyên nhân gây ra các thiên tai, đe doạ cuộc sống của con người và các sinh vật khác. Mặt khác, để làm nguội các động cơ nhiệt Công suất lớn dùng trong các nhà máy, người ta thường dùng nước. Dòng nước, sau khi làm nguội động cơnhiệt, có nhiệt độ rất cao được thải vào các sông, hồ làm cho nhiệt độ của nước sông, hồ cao hơn mức bình thường. Việc thay đổi nhiệt độ bất thường của nước sông, hồ ảnh hưởng đến quá trình sinh sản cũng như tăng trướng của các loài thuỷ sản. Người ta đã phải lên tiếng cảnh báo nhiều lần về sự huỷ diệt của nhiều loài thuỷ sản sống ở sông, hồ gần những nhà máy sử dụng động cơ nhiệt. Bài 42 (sách Định luật Béc-nu-li cho ống dòng nằm ngang giáo khoa nâng 1 + 휌푣2 = ℎằ푛𝑔 푠ố cao): 2 Định luật Béc- Trong một ống dòng nằm ngang, tổng áp suất nu-li tĩnh và áp suất động tại một điểm bất kì là một hằng số. Bài 43 (sách Một vài ứng dụng của định luật Béc-nu-li giáo khoa nâng - Lực nâng cánh máy bay cao): Ứng dụng của định luật Béc- 29
  37. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp nu-li Cánh máy bay có tiết diện dạng như hình bên. Để nghiên cứu tác dụng của không khí lên cánh máy bay, ta coi máy bay đứng yên và không khí chuyển động thành dòng theo chiều ngược lại với cùng vận tốc. Ta nhận thấy ở phía trên, các đường dòng xít vào nhau hơn so với ở phía dưới cánh. Vận tốc dòng không khí ở phía trên lớn hơn vận tốc ở phía dưới cánh. Do vậy, áp suất tĩnh ở phía trên nhỏ hơn áp suất tĩnh ở phía dưới tạo nên một lực nâng máy bay. Trong thực tế cánh máy bay còn được đặt chếch lên trên tạo nên lực nâng lớn hơn. 11 Vật lí Bài 7: - Dòng điện là dòng các điện tích (các hạt tải Dòng điện điện) dịch chuyển có hướng. Chiều quy ước của không đổi dòng điện là chiều dịch chuyển có hướng của các điện tích dương. - Cường độ dòng điện được xác định bằng thương số của điện lượng ∆푞 dịch chuyển qua tiết diện thắng của vật dẫn trong khoảng thời gian ∆푡 và ∆푞 khoảng thời gian đó. = ∆푡 - Dòng điện không đổi là dòng điện có chiều và cường độ không thay đổi theo thời gian. - Cường độ của dòng điện không đổi được tính 푞 bằng công thức: = 푡 Bài 8: - Công suất toả nhiệt ở vật dẫn khi có dòng điện Điện năng. chạy qua được xác định bằng nhiệt lượng toả ra ở Công suất điện. vật dẫn đó trong một đơn vị thời gian. 30
  38. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp 푃 = 푅 2 = 푈2/푅 - Công của nguồn điện bằng điện năng tiêu thụ trong toàn mạch. 푛 = ℇ 푡 - Công suất của nguồn điện bằng công suất tiêu thụ điện năng của toàn mạch. 푃푛 = ℇ Bài 23: - Từ thông qua một diện tích S đặt trong một từ Từ thông. Cảm trường đều : ứng điện từ 휙 = 푆 표푠훼 - Khi từ thông qua một mạch kín (C) biến thiên thì trong (C) xuất hiện dòng điện cảm ứng. - Dòng điện cảm ứng có chiều sao cho từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại sự biến thiên của từ thông ban đầu qua (C). Nói riêng, khi từ thông qua (C) biến thiên do một chuyển động nào đó gây ra thì từ trường cảm ứng có tác dụng chống lại chuyển động đó. Bài 24: - Khi từ thông qua một mạch kín (C) biến thiên Suất điện động thì trong mạch kín đó xuất hiện suất điện. động cảm cảm ứng ứng và do đó tạo ra dòng điện cảm ứng. - Suất điện động cảm ứng có giá trị cho bởi: ℇ = −∆휙/∆푡 Công Bài 1: - Tỉ lệ là tỉ số giữa kích thước đo được trên hình nghệ Tiêu chuẩn biểu diễn của vật thể và kích thước thực tương ứng trình bày bản vẽ trên vật thể đó. kĩ thuật - TCVN 7286 : 2003 (ISO 5455 : 1971) quy định tỉ lệ dùng trên các bản vẽ | kĩ thuật như sau: + Tỉ lệ thu nhỏ : 1:2 1:5 1:10 1:20 1:50 1:100 + Tỉ lệ nguyên hình : 1:1 + Tỉ lệ phóng to :2:1 5:1 10:1 20:1 50:1 100: 1 - Tuỳ theo kích thước của vật thể được biểu diễn và khổ giấy vẽ mà chọn tỉ lệ thích hợp. 31
  39. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Bài 2: Trên bản vẽ kĩ thuật thường dùng hình chiếu Hình chiếu vuông góc để biểu diễn hình dạng của vật thể, chúng vuông góc được vẽ theo phương pháp chiếc góc thứ nhất hoặc phương pháp chiếu góc thứ ba. I. Phương pháp chiếu góc thứ nhất (PPCGI) Trong phương pháp chiếu góc thứ nhất, vật thể được đặt trong một góc tạo thành bởi các mặt phẳng hình chiếu đứng, mặt phẳng hình chiếu bằng và mặt phẳng hình chiếu cạnh vuông góc với nhau từng đôi một. Mặt phẳng hình chiếu đứng ở sau, mặt phẳng hình chiếu bằng ở dưới và mặt phẳng hình chiếu cạnh ở bên phải vật thể. Các hướng chiếu (hướng nhìn) từ trước, từ trên và từ trái theo thứ tự, vuông góc với mặt phẳng hình chiếu đứng, bằng và cạnh. Nước ta và nhiều nước châu âu thường dùng phương pháp chiếu góc thứ nhất. II. Phương pháp chiếu góc thứ ba (PPCG3) Trong phương pháp chiếu góc thứ ba, vật thể được đặt trong một góc tạo thành bởi các mặt phăng hình chiếu đúng, mặt phẳng hình chiếu bằng và mặt phẳng hình chiếu cạnh vuông góc với nhau từng đôi một. Mặt phẳng hình chiếu đứng ở trước, mặt phẳng hình chiếu bằng ở trên và mặt phẳng hình chiếu cạnh ở bên trái vật thể. Các hướng chiếu (hướng nhìn) từ trước, từ trên và từ trái theo thứ tự, vuông góc với các mặt phẳng hình chiếu đứng, bằng và cạnh. Nhiều nước châu Mĩ và một số nước khác thường dùng phương pháp chiếu góc thứ ba. Bài 8. Thiết kế Các giai đoạn thiết kế và bản vẽ kĩ Nói chung quy trình thiết kế thường trải qua các thuật giai đoạn chính như sau : 32
  40. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp a) Điều tra, nghiên cứu yêu cầu của thị trường và nguyện vọng của người tiêu dùng, hình thành ý tưởng và xác định để tài thiết kế. b) Căn cứ vào mục đích và yêu cầu của đề tài thiết kế, thu thập thông tin, để ra phương án thiết kế và tiến hành tính toán lập bản vẽ nhằm xác định hình dạng, kích thước, kết cấu, chức năng của sản phẩm. c) Làm mô hình, tiến hành thử nghiệm hoặc chế tạo thử. d) Thẩm định, phân tích, đánh giá phương án thiết kế, nếu cần sửa đổi, cải tiến để được phương án thiết kế tốt nhất. e) Căn cứ vào phương án thiết kế tốt nhất, tiến hành lập hồ sơ kĩ thuật. Hồ sơ gồm có các bản vẽ tổng thể và chi tiết của sản phẩm, các bản thuyết minh tính toán, các chỉ dẫn về vận hành sử dụng sản phẩm. Ngày nay, máy tính đã được sử dụng rộng rãi trong thiết kế và chế tạo. Thiết kế trợ giúp bằng máy tính (Computer Aided Design, viết tắt là CAD) đã mang lại hiệu quả rất to lớn. Tin Bài 3: 1. Cấu trúc chung học Cấu trúc Nói chung, chương trình được viết bằng một chương trình ngôn ngữ lập trình bậc cao thường gồm phần khai báo và phần thân. Phần thân chương trình nhất thiết phải có. Phần khai báo có thể có hoặc không tuỳ theo từng chương trình cụ thể. Khi diễn giải củ pháp của ngôn ngữ lập trình người ta thường sử dụng ngôn ngữ tự nhiên, các diễn giải bằng ngôn ngữ tự nhiên được đặt giữa cặp 33
  41. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp dấu Các thành phần của chương trình có thể có hoặc không được đặt trong cặp dấu [ và ]. Với quy ước trên, cấu trúc của một chương trình có thể được mô tả như sau: [ ] 2. Các thành phần của chương trình a) Phần khai báo Có thể có các khai báo cho: tên chương trình, thư viện, hằng, biến và chương trình con. Khai báo tên chương trình Phần này có thể có hoặc không. Với Pascal, nếu có, phải khai bảo tênchương trình bắt đầu bằng từ khoá Program, tiếp đến là tên chương trình: program. trong đó, tên chương trình là tên do người lập trình đặt theo đúng quy định về tên. Khai báo thư viện Mỗi ngôn ngữ lập trình thường có sẵn một số thư viện cung cấp một số chương trình thông dụng đã được lập sẵn. Để sử dụng các chương trình đó cần khai báo thư viện chứa nó. Khai báo hằng Khai báo hằng thường được sử dụng cho những giá trị xuất hiện nhiều lần trong chương trình Khai báo biến Tất cả các biến dùng trong chương trình đều phải được đặt tên và khai báo cho chương trình dịch biết để lưu trữ và xử lí. Biển chỉ nhận một giá trị tại mỗi thời điểm thực hiện chương trình được gọi là biểu đơn. b) Phần thân chương trình 34
  42. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Dãy lệnh trong phạm vi được xác định bởi cặp dấu hiệu mở đầu và kết thúc tạo thành thân chương trình. 12 Công Bài 3: Quy ước về màu để ghi và đọc trị số điện trở nghệ Thực hành Các vòng màu trên điện trở tương ứng với các Điện trở - Tụ chữ số như sau: điện – Cuộn Đen Nâu Đỏ Cam Vàng cảm 0 1 2 3 4 Lục Lam Tím Xám Trắng 5 6 7 8 9 Theo quy ước các vòng màu thì: - Vòng thứ nhất chỉ chữ số thứ nhất. - Vòng thứ hai chỉ chữ số thứ hai. - Vòng thứ ba chỉ những "số không” đặt tiếp sau hai chữ số trên. - Vòng thứ tư chỉ mức sai số với các màu tương ứng như sau : + Không ghi vòng màu : sai số + 20% + Ngân nhũ (nhũ bạc): sai số: 10% + Kim nhũ (nhũ vàng): sai số 15% + Nâu : sai số +1% + Đỏ: sai số + 2% + Xanh lục : sai số +0,5% Phân tích kiến thức trong các nhiệm vụ học tập thuộc chủ đề Năng lượng gió của HS Bảng dưới đây phân tích các kiến thức nêu trên được vận dụng trong các nhiệm vụ học tập cụ thể như thế nào. 35
  43. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Kiến thức Các nhiệm vụ học tập • Công cơ học Khảo sát công suất cơ học của hệ thống cánh quạt cối xay • Công suất gió dựa vào công nâng vật nặng sử dụng năng lượng gió. - HS thiết kế hệ thống cánh quạt sử dụng năng lượng gió làm quay trục và từ đó nâng vật nặng từ thấp lên cao. + HS khảo sát công của lực căng dây làm di chuyển vật. HS có thể sử dụng quạt hoặc máy sấy tóc trong một căn phòng tĩnh lặng để tạo gió làm quay cánh quạt. Nếu tốc độ gió ổn định, vật di chuyển đều thì công của lực căng dây di chuyển vật bằng với công của trọng lực, từ đó xác định được công sinh ra từ hệ thống cánh quạt cối xay gió. + HS sử dụng cân có thang đo phù hợp với vật nặng (cân có độ chia nhỏ nhất càng nhỏ thì độ chính xác càng cao) để xác định khối lượng của vật năng được nâng lên. + HS sử dụng thước đo xentimet để đo độ cao vật được nâng lên. + HS sử dụng đồng hồ đo thời gian vật nặng được nâng từ đó xác định được công suất của hệ thống cánh quạt cối xay gió và khảo sát được cấu trúc cánh quạt sinh công cơ học lớn nhất. Công = Khối lượng * Gia tốc trọng trường * Độ cao Công suất = Công / thời gian tính bằng giây Lần thứ m g h t 푃 # và góc Khối Gia tốc Độ Thời = 𝑔ℎ = /푡 gắn cánh lượng trọng cao gian quạt nâng trường ( ) (푠) tối đa ( /푠2) ( 𝑔) 1 - 15 độ 9.8 2 9.8 3 9.8 36
  44. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Trung 9.8 bình Tham khảo: • Hiệu điện thế Khảo sát hiệu điện thế tạo ra bởi máy phát điện gió. • Vôn kế - HS thiết kế hệ thống cối xay gió sử dụng năng lượng gió để làm quay rôto của động cơ điện một chiều, từ đó tạo ra giữa hai cực của động cơ điện một hiệu điện thế U. Với tốc độ gió ổn định (có thể được tạo ra bởi quạt máy hoặc máy sấy tóc trong một căn phòng tĩnh lặng) thì tốc độ quay của rôto là ổn định, hiệu điện thế tạo ra xem như không đổi. - HS sử dụng vôn kế để đo hiệu điện thế trung bình: + Đơn vị của hiệu điện thế là vôn, kí hiệu là V. + Mắc 2 chốt của vôn kế vào hai cực của động cơ điện một chiều để đo hiệu điện thế giữa hai cực đó, sao cho chốt dương của vôn kế được nối với cực dương của động cơ điện một chiều. + HS lựa chọn thang đo phù hợp để đo hiệu điện thế. • Công suất điện Khảo sát công suất điện của máy phát điện gió sử dụng • Định luật Ohm Arduino để ghi nhận dữ liệu trực tiếp. • Đọc giá trị điện - HS thiết kế hệ thống cối xay gió sử dụng năng lượng gió để trở làm quay rôto của động cơ điện một chiều, từ đó tạo ra giữa hai • Máy tính và cực của động cơ điện một hiệu điện thế U (V). chương trình + Nếu nối hai cực của động cơ điện một chiều với các chân máy tính tương ứng của Arduino (A0 – A5 và GND) và sử dụng • Làm quen với hàm analogRead để đọc dữ liệu trực tiếp từ các chân thì chương trình và có thể xác định được hiệu điện thế tức thời giữa hai cực ngôn ngữ lập của động cơ điện một chiều. trình + HS ghi nhận dữ liệu trực tiếp được xuất ra trên màn hình máy tính. - Đồng thời, cường độ dòng điện tức thời ứng với hiệu điện thế tức thời nêu trên cũng có thể được xác định một cách tương 37
  45. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp tự bằng cách sử dụng tải ngoài có điện trở R. Áp dụng định luật Ohm cho đoạn mạch: I = U/R vào lập trình Arduino để đọc và xử lý dữ liệu trực tiếp. Dữ liệu được xuất ra trên màn hình máy tính nhờ Data Streamer. - Công suất điện tức thời được xác định bằng biểu thức: 푃 = 푈 , đơn vị của công suất điện là Watts, kí hiệu là W. • Năng lượng và HS khám phá các hình thức sản xuất điện năng. sự chuyển hóa - HS tìm hiểu về năng lượng và một số hình thức truyền năng năng lượng lượng. • Khí áp và gió + Một số dạng năng lượng: cơ năng, điện năng, nhiệt năng, trên Trái Đất quang năng, hóa năng, phong năng, thủy năng, năng • Áp suất khí lượng Mặt Trời, năng lượng hạt nhân, quyển + Mọi quá trình biến đổi đều kèm theo sự chuyển hóa năng • Cơ năng lượng từ dạng này sang dạng khác. Trong cuộc sống có • Định luật bảo rất nhiều thiết bị trong đó thực hiện sự biến đổi năng toàn năng lượng lượng từ dạng ban đầu sang dạng cuối cùng cần dùng cho • Các hình thức con người. HS phân tích sự chuyển hóa năng lượng trong sản xuất điện một số thiết bị và rút ra nhận xét về cách nhận biết các năng dạng năng lượng ấy. • Các ảnh hưởng + HS phân tích các hiện tượng chứng tỏ gió trong tự nhiên của nhà máy có năng lượng. Trước tiên, HS cần hiểu rằng gió là sự thủy điện và chuyển động của không khí từ nơi có áp suất cao (khí áp nhiệt điện đến cao) về nơi có áp suất thấp (khí áp thấp). môi trường - HS tìm hiểu định luật bảo toàn năng lượng và giải thích nguyên nhân không thể chế tạo động cơ vĩnh cửu. - Điện năng được sử dụng rộng rãi và thuận tiện trong các hoạt động của con người nhưng nguồn điện năng lại không có sẵn trong tự nhiên như các nguồn năng lượng khác (than đá, dầu khí, ). Vậy làm thế nào để biến đổi những dạng năng lượng khác thành điện năng? HS tìm hiểu về các hình thức sản xuất điện năng để trả lời câu hỏi này và trình bày trước lớp (vẽ sơ đồ mô tả và trình bày). 38
  46. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp + Thủy điện: Các nguồn nước ở trên cao có thế năng rất lớn. Thế năng này có thể chuyến hóa thành động năng làm quay các máy phát điện, từ đó tạo ra điện năng. + Nhiệt điện: Trong nhà máy nhiệt điện, các nhiên liệu được đốt nóng để tạo ra nhiệt năng, nhiệt năng được biến thành cơ năng (làm quay các tuabin của máy phát điện), rồi thành điện năng. + Điện gió: năng lượng gió (động năng của các phân tử khí) chuyển hóa thành cơ năng của cánh quạt (làm quay cánh quạt), cánh quạt được kết nối với trục quay của rôto làm rôto quay theo, rôto quay tạo ra điện năng. Càng lên cao áp suất khí càng giảm, các luồng gió về đây cũng mạnh hơn. Do đó, người ta thiết kế các trục cối xay gió rất cao, gần 100 mét. + Điện Mặt Trời: Pin mặt trời là những tấm phẳng làm bằng chất silic. Nếu chiếu ánh sáng mặt trời vào tấm đó thì năng lượng của ánh sáng mặt trời sẽ trực tiếp chuyển hóa thành điện năng (hiện tượng quang điện trong). + Điện hạt nhân: Trong nhà máy có một lò phản ứng, ở đó năng lượng hạt nhân được biến đổi trực tiếp thành nhiệt năng làm nóng chảy một chất lỏng lên đến 3150C. Chất lỏng này lại được dùng để đun sôi nước trong nồi hơi. Hơi nước sôi dùng để chạy tuabin của máy phát điện. [Vật lý 9 – Chương IV: Sự bảo toàn và chuyển hóa năng lượng] - HS phân tích những nhược điểm, tác hại của nhà máy nhiệt điện và thủy điện. + Nhiệt điện: Quá trình đốt nhiên liệu để sản xuất điện sẽ sản sinh ra nhiều chất khí ô nhiễm, đồng thời sản sinh ra tro bụi, có thể gây ra dị ứng và tắc nghẽn ở các đường dẫn khí của phổi ở những người hít phải chúng, dẫn đến các bệnh hen suyễn và viêm phế quản mãn tính. Đồng 39
  47. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp thời việc đốt nhiên liệu góp phần gây nên hiệu ứng nhà kính. [ ]. Mặt khác, để làm nguội các động cơ nhiệt công suất lớn dùng trong các nhà máy, người ta thường dùng nước. Dòng nước, sau khi làm nguội động cơ nhiệt, có nhiệt độ rất cao được thải vào các sông, hồ làm cho nhiệt độ của nước sông, hồ cao hơn mức bình thường. Việc thay đổi nhiệt độ bất thường của nước sông, hồ ảnh hưởng đến quá trình sinh sản cũng như tăng trưởng của các loài thủy sản. [Vật lí 10 – Các nguyên lí của nhiệt động lực học] + Hiệu ứng nhà kính Trong khí quyển, khí cacbonic (CO2) có vai trò quan trọng. Nó vừa cho phép các bức xạ Mặt Trời đi qua khí quyển tới sưởi ấm Trái Đất, vừa ngăn không cho các bức xạ nhiệt của Trái Đất thoát ra ngoài khí quyển, góp phần vào việc ổn định nhiệt độ của khí quyển và Trái Đất. Tuy nhiên, trong thế kỉ vừa qua con người đã làm tăng hàm lượng khí CO2 trong không khí lên rất nhiều do việc đốt rừng, đốt nhiên liệu, giảm diện tích trồng cây xanh Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, lượng nhiên liệu được đốt cháy để dùng trong các nhà máy cũng như trong đời sống hàng ngày của con người ngày càng tăng nhanh làm cho lượng khí CO2 trong khí quyển cũng không ngừng tăng nhanh. Việc hàm lượng khí CO2 trong khí quyển tăng dẫn đến việc làm tăng “hiệu ứng nhà kính”, làm cho lượng bức xạ nhiệt của Trái Đất được thoát ra ngoài khí quyển giảm đi, còn lượng bức xạ nhiệt của Trái Đất bị phản xạ trở lại khí quyển lại tăng lên. Kết quả là khí quyển và Trái Đất không ngừng nóng lên. Nhiệt độ trung bình của khí quyển trong mấy năm qua tăng nhanh hơn hẳn so với những thập kỉ đầu của thế kỉ trước. Nhiệt độ trung bình của khí quyển tăng kéo theo sự thay đổi về khí hậu, gây ra bão lụt, hạn hán, tan băng trên các địa cực đe dọa sự sống của con người và các sinh vật khác trên Trái Đất. [Vật lí 10 – Nội năng. Sự biến thiên nội 40
  48. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp năng] + Thủy điện: Hơn 90% số nhà máy thủy điện xây dựng từ năm 1930 gây tốn kém hơn so với dự tính. Chúng phá hủy hệ sinh thái các dòng sông, chiếm đất thổ cư của hàng triệu người, góp phần làm thay đổi khí hậu, thải ra các khí nóng từ suy thoái đất và rừng ngập mặn. [ ] • Truyền chuyển HS thiết kế hệ thống bánh răng truyền động của cối xay động bằng bánh gió để tối ưu hóa công suất điện của nó. răng Trong thực tế, nếu gió thổi làm quay cánh quạt, chúng ta sẽ • Chu vi hình tròn nhận được điện năng từ máy phát điện được kết nối với cánh • Bản vẽ kĩ thuật quạt đó. Tuy nhiên, cánh quạt không được kết nối trực tiếp với máy phát điện mà thông qua một hộp bánh răng truyền động. Bởi vì với tốc độ quay nhỏ của cánh quạt thì lượng điện năng sản suất ra sẽ không đáng kể. Do đó, tốc độ quay của rôto được làm tăng lên nhờ hệ thống truyền động bằng bánh răng. Thông số đặc trưng cho các bộ phận truyền chuyển động quay là tỉ số truyền i: 푛 푛 푍 𝑖 = = 2 = 1 푛 푛1 푍2 Trong đó: • 푛 (푛2): tốc độ quay của bánh bị dẫn • 푛 (푛1): tốc độ quay của bánh dẫn • 푍1: số răng của bánh dẫn (bánh 1) • 푍2: số răng của bánh bị dẫn (bánh 2) Bánh răng nào có số răng ít hơn thì sẽ quay nhanh hơn. HS thiết kế hệ thống bánh răng để truyền động từ cánh quạt đến động cơ điện một chiều, nhằm tối ưu hóa công suất điện của hệ thống cối xay gió. Công suất điện của hệ thống cối xay gió có thể được ghi nhận trực tiếp bằng cách sử dụng Arduino kết hợp với Data Streamer for Excel hoặc đánh giá thông qua việc thắp sáng bóng đèn được mắc nối tiếp với các điện trở có giá trị khác 41
  49. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp nhau. - Để tạo hình các bánh răng đơn giản (răng cưa có dạng nửa hình tròn) có thể ăn khớp với nhau, HS cần nắm rõ một số lưu ý và một số kiến thức toán học: + Kích thước bánh răng càng nhỏ thì răng cưa càng nhỏ. + Tất cả răng cưa phải khớp nhau, nên chúng phải có kích thước giống nhau, do đó ta cần tính toán bánh răng nhỏ nhất trước. + Xác định tỉ số truyền để xác định kích thước của các bánh răng. + Ví dụ: Với răng cưa có đường kính 10 mm: ● Bánh răng cần 5 răng, do đó chu vi hình tròn lớn sẽ là 10 10 = 100 ● Để vẽ hình tròn, ta cần tìm đường kính: = 푃/3.142 = 31.8 ● Vẽ hình tròn lớn có = 31.8 , sau đó vẽ 10 hình tròn nhỏ có đường kính 10mm vừa khít nhau, dọc theo chu vi hình tròn lớn. ● Tạo hình dạng răng cưa: xóa nửa trên của 1 hình tròn nhỏ và nửa dưới của hình tròn nhỏ bên cạnh. Để làm được điều này thì số răng phải chẵn. ● Lặp lại các bước trên và giữ nguyên kích thước của răng cưa (kích thước hình tròn nhỏ). • Động cơ điện HS vận hành động cơ điện một chiều để khảo sát sự một chiều chuyển hóa từ điện năng sang cơ năng và ngược lại. • Hiện tượng cảm - Khảo sát sự chuyển hóa từ điện năng sang cơ năng: ứng điện từ Động cơ điện một chiều hoạt động dựa trên tác dụng của từ • Điều kiện xuất trường lên khung dây dẫn có dòng điện chạy qua đặt trong từ hiện dòng điện trường. Động cơ điện một chiều có hai bộ phận chính là nam cảm ứng châm tạo ra từ trường và khung dây dẫn có dòng điện chạy qua. • Suất điện động Có nhiều cách dùng nam châm để tạo ra dòng điện trong một cảm ứng cuộn dây dẫn kín. Dòng điện được tạo ra theo cách đó gọi là 42
  50. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp • Sai số của các dòng điện cảm ứng. Điều kiện để xuất hiện dòng điện cảm ứng phép đo đại trong cuộn dây dẫn kín là số đường sức từ xuyên qua tiết diện S lượng vật lí của cuộn dây đó biến thiên. Hiện tượng xuất hiện dòng điện cảm • An toàn khi sử ứng gọi là hiện tượng cảm ứng điện từ. [Vật lý 9 – Bài 32, 33, dụng điện 34] + HS dùng các nguồn pin 3V, 4.5V, 6V, 9V để làm quay rôto của động cơ điện một chiều, khi đó động cơ điện một chiều có khả năng thực hiện công (nâng vật từ dưới lên cao). Nếu dòng điện ổn định thì tốc độ quay của motor ổn định, vật di chuyển đều thì công của lực căng dây di chuyển vật bằng với công của trọng lực, từ đó xác định được công sinh ra từ động cơ điện một chiều. HS cần hiểu được rằng ở đây ta chỉ sử dụng các nguồn pin nhỏ hơn 9V để đảm bảo an toàn điện. + HS dùng đồng hồ bấm giờ đo thời gian nâng vật nặng lên độ cao 1 mét trong các trường hợp (phép đo trực tiếp). Từ đó xác định được công suất cơ học của động cơ điện một chiều (phép đo gián tiếp). + HS tiến hành thí nghiệm nhiều lần để tính giá trị trung bình của công suất cơ học và sai số tuyệt đối của phép đo. + HS vận dụng kiến thức về động cơ điện một chiều và hiện tượng cảm ứng điện từ để giải thích kết quả khảo sát. - Khảo sát sự chuyển hóa từ cơ năng sang điện năng: + HS sử dụng vôn kế để đo hiệu điện thế giữa 2 cực của động cơ điện một chiều khi làm quay rôto của động cơ bằng tay với các tốc độ quay khác nhau. + HS khảo sát mối liên hệ giữa tốc độ quay của rôto và suất điện động tạo ra. Suất điện động cảm ứng phụ thuộc vào độ biến thiên từ thông, hay phụ thuộc vào tốc độ quét của thanh dẫn (cuộn dây), tức phụ thuộc vào tốc độ quay của rôto. Khi ta dùng tay làm quay rôto với tốc độ càng lớn 43
  51. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp thì suất điện động cảm ứng càng lớn. + HS kết nối động cơ điện một chiều với bóng đèn dây tóc và nhận xét về độ sáng của bóng đèn ứng với các hiệu điện thế tạo ra khác nhau. + Ngoài ra, công suất điện tạo ra còn có thể đánh giá thông qua việc thắp sáng bóng đèn được mắc nối tiếp với các điện trở có giá trị khác nhau. + HS vận dụng lý thuyết về động cơ điện một chiều và hiện tượng cảm ứng điện từ, suất điện động cảm ứng để giải thích kết quả khảo sát. • Lập bản vẽ kĩ - HS sử dụng phần mềm Tinkercad để phác thảo các bộ phận thuật bằng máy của cối xay gió đảm bảo các tiêu chí và yêu cầu đã đặt ra. tính - Các bộ phận có thể phác thảo bằng Tinkercad: + Hệ thống cánh quạt + Cấu trúc trục gắn cánh quạt sao cho thuận tiện cho việc khảo sát các hệ thống cánh quạt khác nhau (về hình dạng cánh quạt, về số lượng cánh quạt, về góc nghiêng của cánh quạt). + Bánh răng truyền động - HS xuất các bản phác thảo các bộ phận để tiến hành in 3D. • Tính toán chi HS vào vai các nhà kỹ sư để thiết kế và xây dựng cối xay gió tiêu của riêng mình từ những vật dụng hàng ngày sao cho đem lại • Cân bằng của hiệu quả cao nhất với mức chi phí thấp nhất. Cối xay gió phải một vật có trục có khả năng đứng vững (cánh quạt quay một cách cân bằng) quay cố định. trước gió thổi từ quạt máy (hoặc một thiết bị tạo gió mạnh tương Momen lực tự) trong vòng 01 phút, trong khi cuốn sợi dây để nhấc một vật • Cân bằng của nhỏ như túi trà hay đồng xu, long đền, một vật có mặt - HS được cung cấp một số “vốn” nhỏ để “mua” các vật liệu chân đế từ GV của mình. Các nhóm phải tính toán để không vượt quá mức “vốn” được cung cấp. Các nhóm có thể trao đổi vật liệu với nhau theo sự thỏa thuận. - GV trong vai “nhà đầu tư”. Nhà đầu tư có thể cân nhắc “đầu 44
  52. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp tư” thêm cho các thiết kế có sức thuyết phục. - Muốn cối xay gió đứng vững trước gió trong vòng 1 phút, HS phải tìm cách hạ thấp trọng tâm của hệ hoặc tăng diện tích mặt chân đế của vật. - Muốn các cánh quạt quay một cách cân bằng thì HS phải tính toán trong quá trình thiết kế và xây dựng để độ dài của các cánh quạt bằng nhau. Khi các cánh quạt có độ dài bằng nhau thì cánh tay đòn của các lực (có độ lớn bằng nhau) tác dụng lên các cánh quạt bằng nhau, tổng các momen lực có xu hướng làm cối xay gió quay theo chiều kim đồng hồ bằng tổng các momen lực có xu hướng làm cối xay gió quay ngược chiều kim đồng hồ, do đó cối xay gió ở trạng thái cân bằng. - HS thử nghiệm cối xay gió của mình, đánh giá hiệu quả và trình bày nhận xét trước lớp. • Định luật Béc- Khi hệ thống cánh quạt được đặt trực diện (vuông góc) với nu-li luồng gió, theo định luật Béc-nu- • Tính tương đối li, sự chênh lệch áp suất giữa các của chuyển bên của cánh quạt tạo nên một lực động nâng làm quay cánh quạt. Vận tốc • Công thức cộng gió tương đối được xác định như vận tốc hình bên. Do đó, cánh quạt thường được đặt nghiêng góc để phù hợp với hướng của vận tốc gió tương đối. HS khảo sát công suất của cối xay gió với cánh quạt được đặt ở các góc nghiêng khác nhau. • Khối lượng riêng HS tìm hiểu về cách thuyền buồm di chuyển trên mặt nước thông qua việc thiết kế và xây dựng một mô hình thuyền buồm cho riêng mình từ những vật dụng hàng ngày (không thấm nước). Một vật nổi trên mặt nước khi khối lượng riêng của nó nhỏ hơn khối lượng riêng của nước. Thiết kế của HS được đánh giá thông qua việc chở vật nặng. HS sử dụng cân để xác định khối lượng của thuyền buồm, đồng thời xác định thể tích của thuyền bằng cách nhấn chìm 45
  53. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp thuyền vào một thau nước đầy và đo thể tích lượng nước tràn ra (thuyền phải được làm từ các vật liệu không thấm nước). Từ đó xác định được khối lượng riêng ban đầu của thuyền buồm. HS dự đoán khối lượng vật nặng tối đa mà thuyền có thể chở được. • Các giai đoạn HS sử dụng quy trình thiết kế kĩ thuật để thiết kế và xây thiết kế kĩ thuật dựng hệ thống cánh quạt cối xay gió/thuyền buồm đảm bảo • Tiêu chuẩn trình các tiêu chí theo yêu cầu. bày bản vẽ kĩ + HS xác định rõ các yêu cầu thiết kế. thuật + HS nghiên cứu các kiến thức nền để hình thành ý tưởng • Hình chiếu thiết kế. vuông góc + HS phác thảo bản vẽ của một số ý tưởng khả thi với tỷ lệ theo yêu cầu. + HS làm mô hình thử nghiệm + HS thẩm định, đánh giá phương án thiết kế. Nếu thiết kế không đạt, HS quay lại nghiên cứu kiến thức nền để cải tiến hoặc hình thành ý tưởng thiết kế khác. + HS lập hồ sơ thiết kế. Kế hoạch dạy học chủ đề “Thiết kế và khảo sát công suất của hệ thống cánh quạt gió” 2.4.1. Mô tả chủ đề Một trong những năng lượng tái tạo đang được quan tâm hiện nay là năng lượng gió. Chủ đề định hướng học sinh tìm hiểu về nguồn năng lượng gió, nguyên lý hoạt động của máy phát điện gió và thiết kế hệ thống cánh quạt từ những vật dụng quen thuộc nhằm chuyển hóa năng lượng gió thành năng lượng điện và tối ưu hóa công suất điện của hệ thống. Kết quả được đánh giá thông qua việc ghi nhận dữ liệu trực tiếp nhờ Arduino. Bài học được xây dựng theo mô hình học tập 6E: Engage - gắn kết, Explore - khảo sát, Explain - giải thích , Engineer - kỹ thuật hóa, Enrich - mở rộng, Evaluate - đánh giá. Mô hình 6E hướng đến việc lấy người học làm trung tâm, đẩy mạnh T và E trong STEM với nội dung được hợp nhất theo một cách có chủ đích và hợp lí. Bên cạnh 46
  54. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp việc tìm hiểu lý thuyết, học sinh còn được thực hành nhằm bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. 2.4.2. Tài liệu hỗ trợ Hình 2.1. Bộ sản phẩm hệ thống cánh quạt gió 2.4.2.2. Máy phát điện một chiều Giới thiệu Năng lượng gió được tận dụng trong chủ đề này theo nguyên tắc chuyển hóa năng lượng từ cơ năng thành điện năng. HS thiết kế cấu trúc cánh quạt và gắn vào động cơ điện một chiều để tạo nên mô hình máy phát điện gió. Khi gió làm quay cánh quạt, đầu ra của động cơ điện sẽ xuất hiện một điện áp. Cấu tạo Máy phát điện một chiều là thiết bị hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Cấu tạo của máy phát điện một chiều đơn giản được ứng dụng trên mô hình động cơ điện một chiều bao gồm stato với nam châm vĩnh cửu, roto, cổ góp, chổi than. • Phần tĩnh (Stato) gọi là phần cảm gồm lõi thép bằng thép đúc, trên có gắn các nam châm vĩnh cửu. 47
  55. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Hình 2. 1. Stato của máy phát điện một chiều Nguồn: parts-of-an-iron-core-permanent-magnet-dc-brush-motor/ • Phần động (Rôto) gọi là phần ứng bao gồm lõi thép, dây quấn phần ứng, cổ góp, chổi than như hình vẽ. Hình 2. 2. Roto của máy phát điện một chiều [Nguồn: ] Trên hình là lõi thép và dây quấn, lõi thép hình trụ làm bằng các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau. Các lá thép kỹ thuật điện có lỗ thông gió và rãnh để đặt dây quấn phần ứng. Mỗi phần tử của dây quấn phần ứng có nhiều vòng dây, hai đầu nối với phiến góp. Các phiến góp này được đặt trên cổ góp. Chổi than làm bằng than graphit, được tỳ chặt trên cổ góp nhờ các lò xo. Nguyên lý làm việc Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều được mô tả như trong hình bên dưới. 48
  56. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Hình 2.2. Nguyên lý làm việc của máy phát điện một chiều Dây quấn phần ứng chỉ có một khung dây abcd; hai đầu được nối với hai phiến góp; hai chổi than A, B. Khi khung dây quay, các thanh dẫn ab, cd sẽ cắt các đường sức của từ trường. Theo hiện tượng cảm ứng điện từ, trong các thanh dẫn sẽ xuất hiện suất điện động cảm ứng với trị số tức thời được tính theo biểu thức: 휀 = 푙푣 Trong đó: • B là cảm ứng từ nơi thanh dẫn quét qua • l là chiều dài thanh dẫn nằm trong từ trường • v là vận tốc quét của thanh dẫn Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí của hai thanh dẫn và hai phiến góp thay đổi cho nhau. Suất điện động trong thanh dẫn đổi chiều nhưng điện áp đầu ra của hai dây ở mạch ngoài sẽ có chiều được giữ không đổi. Cổ góp và chổi than đóng vai trò bộ chỉnh lưu dòng điện I ra tải có chiều không đổi. 49
  57. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp 2.4.2.3. Đồng hồ đo điện đa năng (VOM) Giới thiệu Hình 2.3. Đồng hồ đo điện đa năng (VOM) VOM là từ viết tắt của Volt-Ohm-Miliammeter, là thiết bị đo đa năng cầm tay chuyên nghiệp với các thang đo và kết quả của phép đo hiển thị lên màn hình tinh thể lỏng, hạn chế sai số do phép đọc của người đo so với các thiết bị đo thông thường. Trong chủ đề này, ta dùng đồng hồ đo điện đa năng để đo điện áp đầu ra của máy phát điện gió (sử dụng động cơ điện một chiều), từ đó khảo sát mối liên hệ giữa tốc độ quay của roto và suất điện động tạo ra bởi máy phát điện một chiều; đồng thời xác định cực âm, dương của máy phát điện một chiều ứng với chiều quay của cánh quạt trước gió và tính công suất điện của máy phát điện gió. Một số thông tin cơ bản cũng như các lưu ý khi sử dụng đồng hồ đo điện đa năng được trình bày sơ lược trong phần bên dưới đây. Các kí hiệu và thang đo trên đồng hồ • V~: Các thang đo điện áp xoay chiều • V-: Các thang đo điện áp một chiều • A-: Các thang đo dòng điện một chiều • Ω: Các thang đo điện trở • hFE: Các thang đo hệ số khuếch đại dòng tĩnh Các đầu cắm que đo của đồng hồ • 10ADC: Đầu cắm que đo màu đỏ đối với cường độ dòng điện từ 0 ~ 10A. • COM: Đầu chung, nối với que đo màu đen. 50
  58. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp • /Ω/ : Đầu cắm que đo màu đỏ, dùng để đo điện áp, điện trở và cường độ dòng điện nhỏ. Một số lưu ý khi sử dụng • Trước khi dùng, ta phải chọn đúng đầu cắm, chức năng và giới hạn đo. • Tuyệt đối không vượt quá giá trị giới hạn bảo vệ được chỉ ra trong đặc điểm kĩ thuật của từng phạm vi đo. • Khi chưa biết trước giá trị giới hạn của đại lượng cần đo, ta chọn thang đo lớn nhất. • Trước khi xoay bộ chuyển đổi để thay đổi thang đo, ngắt các kết nối từ mạch đang được thử nghiệm. 2.4.2.4. Khảo sát sự chuyển hóa cơ năng thành điện năng của động cơ điện một chiều và mối liên hệ giữa tốc độ quay của roto và điện áp tạo ra Giới thiệu Ở hoạt động này, HS dùng tay quay làm quay roto của máy phát điện, từ đó tạo ra điện áp giữa hai đầu máy phát điện một chiều (cơ năng chuyển hóa thành điện năng). Theo nguyên lý hoạt động của máy phát điện một chiều, khi roto quay thì trong các thanh dẫn sẽ xuất hiện suất điện động cảm ứng với trị số tức thời được tính theo biểu thức: 휀 = 푙푣 Trong đó: • B là cảm ứng từ nơi thanh dẫn quét qua • l là chiều dài thanh dẫn nằm trong từ trường • v là vận tốc quét của thanh dẫn Với vận tốc quét của thanh dẫn càng lớn (tốc độ quay của roto càng lớn) thì suất điện động tạo ra càng lớn. Dùng đồng hồ đo điện đa năng để đo điện áp tạo ra giữa hai đầu máy phát điện một chiều với tốc độ quay của tay khác nhau (từ chậm đến nhanh), HS sẽ nhận xét được mối liên hệ này. 51
  59. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Danh sách dụng cụ Dụng cụ cần có ✓ 01 đồng hồ đo điện đa năng (VOM) ✓ 01 động cơ điện một chiều 6V ✓ 02 dây kẹp cá sấu ✓ 01 tay quay (hướng dẫn chế tạo ở mục 4.3.6.2 ) Hình 2.4. Dụng cụ cần có để khảo sát sự chuyển hóa cơ năng thành điện năng của động cơ điện một chiều Quy trình thao tác STT Thao tác Hình ảnh minh họa - Để đo điện áp, ta cắm que đo màu đỏ vào đầu Ω , cắm que đo màu 1 đen vào đầu COM. - Chọn thang đo điện áp một chiều 2V. Dùng kẹp cá sấu nối que đỏ với cực dương và nối que đen với cực âm của động cơ điện một chiều (02 cực của 2 động cơ điện một chiều ứng với chiều quay của rotor thuận chiều kim đồng hồ). 52
  60. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Quay tay quay theo chiều kim đồng hồ với các tốc độ khác nhau (từ chậm đến nhanh) để khảo sát mối liên hệ 3 giữa tốc độ quay của roto và điện áp tạo ra giữa hai cực của động cơ điện một chiều. 2.4.2.5. Cách xác định cực dương, cực âm của động cơ điện một chiều ứng với chiều quay của cánh quạt cối xay gió Danh sách dụng cụ Tên dụng cụ Số lượng Hình ảnh minh họa Cánh quạt cần khảo sát 01 cái Động cơ điện một chiều 6V 01 cái Quạt máy/máy sấy tóc hoặc thiết bị tạo gió mạnh tương 01 cái tự. Đồng hồ đo điện đa năng 01 cái (VOM) 53
  61. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Kẹp cá sấu 02 ái Quy trình thao tác STT Thao tác Hình minh họa - Cắm que đo màu đen vào COM. - Cắm que đo màu đỏ vào Ω . - Mở VOM ở thang đo điện áp một 1 chiều V-, ở đây ta chọn thang đo 20V. - Dùng 02 kẹp cá sấu nối hai que đo của VOM với 02 cực của máy phát điện gió (như hình) một cách ngẫu 2 nhiên. - Gắn cánh quạt vào động cơ điện một chiều. - Đặt máy phát điện gió trước quạt. Khi cánh quạt gió quay sẽ tạo ra điện áp giữa 02 cực của máy phát điện một chiều. Giá trị hiển thị trên màn hình của VOM là hiệu điện thế giữa 3 que đỏ và que đen. - Nếu VOM hiển thị giá trị điện áp âm thì tức là que đỏ đang được nối với cực âm và que đen đang được nối với cực dương của máy phát điện một chiều. 54
  62. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp - Nếu VOM hiển thị giá trị điện áp dương thì tức là que đỏ đang được nối với cực dương và que đen đang được nối với cực âm của máy phát điện một chiều. Giữ nguyên cánh quạt được gắn vào động cơ điện một chiều và dùng bút đánh dấu 02 cực của động cơ điện 4 một chiều vừa xác định được. 2.4.2.6. Cách tính công suất tiêu thụ của đoạn mạch có máy phát điện gió Tài liệu hướng dẫn này đề xuất 02 cách tính công suất tiêu thụ của đoạn mạch có máy phát điện gió: sử dụng đồng hồ đo điện đa năng (VOM) và sử dụng vi điều khiển Arduino. GV có thể lựa chọn 1 trong 2 phương pháp tùy thuộc điều kiện thực tế của lớp học. Sử dụng đồng hồ đo điện đa năng (VOM) Để tính công suất tiêu thụ của đoạn mạch có máy phát điện gió, ta sử dụng tải ngoài (ở đây dùng tải có giá trị 푅 = 100Ω) và sử dụng đồng hồ đo điện đa năng để đo điện áp U tạo ra bởi máy phát điện gió, từ đó tính được công suất tiêu thụ P của đoạn mạch: 푈2 푃 = 푅 Dụng cụ cần có: ✓ 01 mô hình cối xay gió hoàn chỉnh (hướng dẫn chế tạo ở mục 4.3.6.2) ✓ 01 đồng hồ đo điện đa năng (VOM) ✓ 01 breadboard ✓ 01 điện trở 100Ω ✓ 04 dây kẹp cá sấu nối đuôi đực 55
  63. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp ✓ Thước xentimet ✓ Quạt máy/máy sấy tóc hoặc thiết bị tạo gió mạnh tương tự. Hình 2.5. Dụng cụ cần có để tính công suất tiêu thụ của đoạn mạch Cách đọc giá trị điện trở 4 vòng màu Hình 2.6. Hình minh họa điện trở 4 vòng màu - Vòng số 4: vòng ở cuối, thường có màu nhũ vàng hoặc nhũ bạc cho ta biết sai số của điện trở: nhũ bạc sai số 10%, nhũ vàng sai số 5%. - Vòng số 1: vòng đầu tiên ở phía đối diện với vòng số 4. Số tương ứng của màu vòng số 1 là chữ số hàng chục của giá trị điện trở. - Vòng số 2: vòng tiếp theo vòng số 1. Số tương ứng của màu vòng số 2 là chữ số hàng đơn vị của giá trị điện trở. - Vòng số 3: vòng tiếp theo vòng số 2. Số tương ứng của màu vòng số 3 là bội số của cơ số 10, hay số chữ số 0 thêm vào sau chữ số hàng đơn vị nêu trên. Bảng 2.1. Bảng quy ước màu quốc tế Màu sắc Giá trị Màu sắc Giá trị Màu sắc Giá trị Đen 0 Vàng 4 Xám 8 Nâu 1 Lục 5 Trắng 9 Đỏ 2 Lam 6 Nhũ vàng -1 Cam 3 Tím 7 Nhũ bạc -2 - Ví dụ: 56
  64. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Hình 2.7. Ví dụ cách đọc giá trị điện trở 4 vòng màu Quy trình thao tác - Mắc mạch điện như sơ đồ bên dưới. Trong đó dây đỏ nối với cực dương của động cơ điện một chiều và chốt Ω của VOM; dây đen nối với cực âm của động cơ điện một chiều và chốt COM của VOM. Hình 2.8. Sơ đồ mạch điện sử dụng VOM để tính công suất tiêu thụ của đoạn mạch - Gắn cánh quạt cần khảo sát vào động cơ điện một chiều (sao cho chiều quay của cánh quạt trước gió ứng với cực âm, dương của động cơ điện một chiều đã xác định). - Đặt máy phát điện gió lên tháp. - Cố định tháp ở một vị trí nhất định trước quạt (GV khảo sát trước vị trí đặt tháp tùy theo thiết bị tạo gió của mình). - Mở VOM ở thang đo điện áp một chiều 20V. - Mở quạt máy để làm quay cánh quạt gió. Khi điện áp ổn định, ghi nhận giá trị điện áp hiển thị trên màn hình LCD. - Lặp lại thao tác trên 3 lần để tính giá trị công suất trung bình. 57
  65. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Bảng 2.2. Công suất tiêu thụ của đoạn mạch Công suất P (W) Lần đo Điện áp U (V) 푼 푷 = 푹 1 2 3 Trung bình 푃̅ = Sử dụng vi điều khiển Arduino Dụng cụ cần có: • 01 mô hình cối xay gió hoàn chỉnh (hướng dẫn chế tạo ở mục 4.3.6.2) • 01 sợi dây cáp nối Arduino với cổng USB của máy tính • 02 dây kẹp cá sấu nối đuôi đực • 02 dây nối đuôi đực • 01 điện trở 100Ω • 01 Arduino Nano • 02 breadboard mini (hoặc 01 breadboard lớn) • Thước đo xentimet • Quạt máy/máy sấy tóc hoặc thiết bị tạo gió mạnh tương tự Hình 2.9. Dụng cụ cần có để kết nối với Arduino Nano Để tính được công suất tức thời ta sử dụng vi điều khiển Arduino Nano. Việc sử dụng vi điều khiển giúp cho quá trình đo đạc, xuất dữ liệu ra màn hình một cách 58
  66. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp nhanh chóng, hiệu quả, cập nhật giá trị liên tục. Để tính được công suất tức thời, ta phải biết được cường độ dòng điện tức thời và điện áp tức thời, vì vậy ta mắc mạch điện theo sơ đồ sau: Hình 2.10. Sơ đồ mạch điện kết nối với Arduino Khi gió thổi đến, cánh quạt quay dẫn đến hai đầu động cơ xuất hiện điện áp một chiều. Dây dương V+ điện áp được kí hiệu màu đỏ, dây âm V- được kí hiệu màu đen. Dây V+ nối vào chân analog A0, dựa vào tín hiệu chuyển đổi từ chân A0, ta sẽ tính được điện áp giữa động cơ. Dây V+ được nối với một điện trở 100Ω và nối với chân analog A1. Để tính được dòng điện đi qua tải, ta sẽ tính hiệu điện thế trên chân A0 và A1, từ đó chia cho điện trở mang giá trị 100Ω và tính được cường độ dòng điện. Tích số giữa cường độ dòng điện và điện thế trên V+ sẽ là công suất tức thời mà máy phát điện gió sinh ra. Nội dung lập trình để xuất ra màn hình công suất tức thời 59
  67. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Hình 2.11. Đoạn chương trình trên phần mềm Arduino Hình 2.12. Đoạn chương trình trên phần mềm Arduino (tiếp theo) Quy trình thao tác STT Thao tác Hình minh họa Cài đặt Arduino IDE vào máy tính: Tải phần mềm tại 1 /Software và làm theo hướng dẫn để hoàn tất cài đặt. 60
  68. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Nhập nội dung lập trình như 2 trên hoặc tải nội dung lập trình tại 3 Nối mạch điện như sơ đồ hình - Kết nối Arduino với cổng USB của máy tính. 4 - Vào Tools > Port > Chọn COM4. Cổng của bạn có thể khác COM4. - Vào Tools > Board > Chọn 5 Arduino Nano Click mũi tên để nạp code cho 6 Arduino 61
  69. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Chọn Serial Monitor ở góc 7 phải màn hình để xuất dữ liệu. Khi máy phát điện gió chưa 8 hoạt động, các giá trị xuất ra màn hình đều là 0.0000 Đặt hệ thống cối xay gió cố định trước quạt. Bật quạt và ghi nhận các giá trị P đo được. - Cột 1: Điện áp (mV) - Cột 2: Cường độ dòng điện 9 (mA) - Cột 3: Công suất tức thời (휇푊) - Cột 4: Giá trị công suất tức thời lớn nhất tính từ đầu đến hiện tại (휇푊) 62
  70. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp 2.4.2.7. Hướng dẫn chế tạo hệ thống cối xay gió Danh sách dụng cụ Hình 2.13. Dụng cụ cần có để chế tạo hệ thống cối xay gió ✓ 01 tấm bìa carton lớn ✓ 01 tấm giấy roki khổ A4 ✓ 01 tấm giấy foam: 20x20 cm2 ✓ 01 đoạn ống giấy hoặc nút chai gỗ ✓ 04 que gỗ ✓ 01 đũa gỗ ✓ 01 đoạn ống hút (đường kính to hơn đũa gỗ một chút) ✓ 01 motor DC 6V ✓ Keo dán sắt (keo 502) ✓ Kéo ✓ Bút ✓ Thước xentimet ✓ Compa ✓ Đồ dũa ✓ Dao rọc giấy ✓ Máy khoan Trong đó, các dụng cụ in đậm là những dụng cụ HS cần có (do GV cung cấp hoặc HS tự chuẩn bị) để chế tạo cánh quạt gió của riêng mình. Quy trình thao tác STT Thao tác Hình ảnh minh họa CHẾ TẠO TAY QUAY 63
  71. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Cắt bìa carton thành 4 miếng hình 1 chữ nhật rộng 1cm, dài 3cm để làm thân của tay quay. Dùng keo dán sắt cố định các miếng 2 bìa carton lại với nhau. Đánh dấu vị trí khoan lỗ: - Lỗ nhỏ cách mép 0,5cm và có đường kình bằng với đường kính của trục quay của động cơ điện một 3 chiều. - Lỗ lớn cách mép 0,5cm và có đường kính bằng với đường kính của đũa gỗ. Dùng khoan cầm tay mini khoan các 4 lỗ ở các vị trí đã đánh dấu với kích thước tương ứng. - Cắt một đoạn đũa dài 5,5cm. - Cắt một đoạn ống hút dài 5cm. - Gắn trục của động cơ điện một 5 chiều vào lỗ nhỏ và gắn đũa vào lỗ lớn. - Luồn ống hút vào đũa gỗ để hoàn thiện tay quay. CHẾ TẠO GIÁ ĐỠ 64
  72. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Cắt 6 – 8 miếng bìa carton (tùy 1 thuộc độ dày của bìa và kích thước của motor) có kích thước 3x15 cm2. Dùng keo dán sắt cố định các miếng 2 bìa lại với nhau để làm trục giá đỡ. Vẽ hình dạng của motor lên miếng 3 bìa để khoét lỗ, lỗ cách mép khoảng 1 cm. Dùng máy khoan kết hợp với đồ dũa để khoét lỗ. Sau khi khoét lỗ xong, 4 ta có thể gắn motor vào giá đỡ như hình. Dùng dao rọc giấy cắt một hình chữ nhật có kích thước bằng với đáy của 5 giá đỡ trên giấy foam, cách một cạnh của giấy foam 15 cm. 65
  73. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Vạch các khoảng chia xentimet lên 6 giấy foam Gắn giá đỡ và motor lên đế. Tùy vào 7 hoạt động, HS sẽ gắn tay quay hoặc cánh quạt vào motor. CHẾ TẠO CÁNH QUẠT MẪU Cắt 4 tấm giấy roki có kích thước 1 6x8 cm2. - Gấp đôi tấm giấy. 2 - Dùng keo dán sắt dán hai mép của tấm giấy lại với nhau. Tạo hình phần thân cánh rồi tra keo 3 dán sắt vào để cố định hình dạng cánh. 66
  74. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp Đánh dấu lên que gỗ ở 2 vị trí: 1,5cm 4 và 3cm. Dùng keo dán sắt cố định que gỗ vào 5 cánh quạt ở vạch 3cm. CHẾ TẠO CHỐT GẮN CÁNH QUẠT Phương án 1: Sử dụng nút chai gỗ (nếu có). HS tự đục lỗ để gắn cánh quạt như hướng dẫn ở bước 3. Phương án 2: GV chế tạo sẵn chốt gắn cánh quạt từ bìa carton và keo dán sắt theo hướng dẫn dưới đây (trong trường hợp HS không có nhiều thời gian chế tạo hay không tìm được nút chai gỗ) - Cắt ống giấy thành 1 đoạn cao 1cm. - Cắt 4 miếng bìa carton hình tròn có 1 đường kính 3cm ((bằng đường kính trong của ống giấy). Ghi chú: Số lượng bìa hình tròn tùy thuộc vào độ dày của bìa. Đặt các miếng bìa hình tròn vào trong mẩu ống giấy. Sau đó cố định bằng keo dán sắt. Ghi chú: GV có thể thay thế ống 2 giấy bằng một dải bìa carton có chu vi tương ứng để quấn xung quanh các hình tròn. 67
  75. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp - Khoan một lỗ nhỏ ở chính giữa hình tròn, kích thước lỗ bằng kích thước của trục motor. 1 - Vẽ ra giấy các góc 90 độ và 120 độ như hình. - Đặt mẫu lên giấy và đánh dấu các 3 vị trí khoan lỗ gắn cánh quạt: + 4 vị trí ứng với các góc 0표, 900, 180표, 270표 tương ứng với thiết kế 4 cánh quạt. + 3 vị trí ứng với các góc 0표, 120표, 240표 tương ứng với thiết kế 3 cánh quạt. Khoan các lỗ ở các vị trí đã đánh dấu. Lưu ý: - Khoanh tròn lỗ ở vị trí số 1. - Cần đặt khoan vuông góc với mẫu để các lỗ khoan đều nhau. - Khoan lỗ sâu 1,5cm. Gắn cánh quạt vào các chốt tương ứng. Lưu ý: Chỉ gắn cánh quạt đến vạch 1,5cm đã được đánh dấu trên que gỗ. 2.4.3. Kế hoạch bài dạy 2.4.3.1. Định hướng thiết kế bài dạy Thời lượng triển khai của chủ đề là 03 tiết. Tùy thuộc vào điều kiện cụ thể của lớp học, GV có thể tiến hành theo một trong hai phương án: ✓ Phương án 1: Thực hiện chủ đề xuyên suốt trong một buổi học kéo dài 2,5 - 3 tiếng. 68
  76. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp ✓ Phương án 2: Thực hiện chủ đề trong 03 buổi học liên tiếp, mỗi buổi học kéo dài 45 phút. Cách triển khai giáo án dưới đây theo phương án 2. 2.4.3.2. Kế hoạch tổng thể Chủ đề THIẾT KẾ VÀ KHẢO SÁT CÔNG SUẤT CỦA HỆ THỐNG CÁNH QUẠT GIÓ Đối tượng HS Lớp 9 4 HS/nhóm Số lượng HS (khoảng 40 HS chia 10 nhóm) GV hướng dẫn Thời lượng 03 tiết (135 phút) hoặc 1 buổi học 2,5-3 tiếng (150-180 phút) 1. Bộ thiết bị chế tạo hệ thống cánh quạt gió (Tài liệu hướng dẫn 2.4.2) Học liệu 2. Bộ thiết bị khảo sát công suất tiêu thụ của đoạn mạch (Tài liệu hướng dẫn 2.4.2) 3. Dụng cụ hỗ trợ khác: Máy tính - Vật lý lớp 7: + Bài 25: Hiệu điện thế + Bài 26: Hiệu điện thế giữa hai đầu dụng cụ dùng điện + Bài 27: Thực hành: Đo cường độ dòng điện đối với đoạn mạch nối tiếp - Công nghệ lớp 8: + Bài 8: Khái niệm về bản vẽ kĩ thuật – Hình cắt Các nội dung + Bài 9: Bản vẽ chi tiết liên quan - Tin học lớp 8: + Bài 1: Máy tính và chương trình máy tính - Vật lý lớp 9: + Bài 28: Động cơ điện một chiều + Bài 31: Hiện tượng cảm ứng điện từ + Bài 32: Điều kiện xuất hiện dòng điện cảm ứng + Bài 59: Năng lượng và sự chuyển hóa năng lượng 69
  77. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp + Bài 60: Định luật bảo toàn năng lượng + Bài 62: Điện gió - Điện Mặt trời - Điện hạt nhân Sau khi hoàn thành chủ đề, HS có thể: 1. Về kiến thức - Liệt kê được các hình thức sản xuất điện năng - Kể tên được các bộ phận cơ bản của máy phát điện gió. - Giải thích được nguyên lí hoạt động của động cơ điện một chiều. - Giải thích được nguyên lí hoạt động cơ bản của máy phát điện gió. - Trình bày được cách tính công suất điện tức thời của hệ thống cánh quạt gió nhờ sử dụng Arduino. - So sánh được công suất điện tạo ra bởi các hệ thống cối xay gió với hình dạng cánh quạt khác nhau và góc nghiêng của cánh quạt khác nhau. 2. Về kĩ năng Mục tiêu chung - Khảo sát được mối liên hệ giữa tốc độ quay của motor của chủ đề và suất điện động cảm ứng tạo ra. - Xác định được cực âm, cực dương của động cơ điện một chiều ứng với chiều quay của cánh quạt gió. - Xây dựng được một hệ thống cánh quạt gió của riêng mình. - Đánh giá được hiệu quả của thiết kế cánh quạt gió thông qua việc tính công suất tiêu thụ của đoạn mạch. - Lựa chọn được thiết kế cánh quạt có hiệu quả cao nhất. 3. Về thái độ - Thảo luận nhóm sôi nổi, hòa đồng. - Chủ động nghiên cứu kiến thức nền để đề xuất các giải pháp thiết kế. - Tuân thủ các nguyên tắc của lớp học. Quan tâm đến các vấn đề toàn cầu. Hoạt động của − HS xác định vấn đề cần giải quyết: Thiết kế hệ thống cánh quạt HS gồm 3 hoặc 4 cánh, đảm bảo các tiêu chí đã đặt ra và có công 70
  78. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp suất lớn nhất. − HS nghiên cứu các kiến thức về nguyên lí hoạt động của máy phát điện gió (cối xay gió), các thiết kế cánh quạt cho tuabin gió, sự ảnh hưởng của cánh quạt đến công suất của máy phát điện gió. − HS công não và phác thảo một số giải pháp khả thi (với tỷ lệ 1:2) − HS sử dụng ma trận đánh giá để đánh giá mức độ khả thi của từng ý tưởng. − HS lựa chọn ý tưởng tốt nhất dựa trên sự đánh giá. Thiết kế có số điểm cao nhất sẽ được tạo nguyên mẫu. − HS vẽ bản vẽ chi tiết của thiết kế được chọn (với kích thước đầy đủ). − HS tiến hành xây dựng hệ thống cánh quạt. − HS tiến hành đánh giá công suất điện của hệ thống cánh quạt cối xay gió thông qua việc ghi nhận dữ liệu trực tiếp nhờ Arduino. − HS đánh giá và nhận xét dựa trên dữ liệu đã ghi nhận được để hoàn thiện hoặc cải tiến sản phẩm của mình. Tài liệu Bản phân tích kiến thức, bản hướng dẫn, video, hình ảnh, bộ hỗ trợ GV thiết bị thực hành Kết nối, tạo hứng thú [Engaging] 1. HS nêu tên được một số nguồn năng lượng tái tạo có thể dùng để sản xuất điện năng (trong đó có năng lượng gió). 2. HS trình bày được những hiện tượng chứng tỏ gió trong tự Mục tiêu hoạt nhiên có năng lượng. động theo quy 3. HS mô tả được hình dạng của các máy phát điện gió trong trình 6E cuộc sống mà các em đã thấy. 4. HS làm rõ được yêu cầu thiết kế hệ thống cánh quạt cối xay gió và khảo sát công suất điện của hệ thống. Tìm tòi, khám phá [Exploring] 71
  79. Tạ Thị Mỹ Hạnh Khóa luận tốt nghiệp 1. HS trình bày được nguyên lý hoạt động cơ bản của động cơ điện một chiều (chuyển hóa giữa cơ năng và điện năng). 2. HS trình bày được các bộ phận của máy phát điện gió. 3. HS trình bày được mối liên hệ giữa tốc độ quay của rôto và hiệu điện thế tạo ra bởi cối xay gió. 4. HS xác định được cực dương, cực âm của động cơ điện một chiều ứng với chiều quay của cánh quạt. 5. HS nhận xét được ảnh hưởng của hình dạng và số lượng cánh quạt đến hiệu điện thế tạo ra bởi cối xay gió. Giải thích [Explaining] 1. HS làm rõ được nguyên lý hoạt động cơ bản của động cơ điện một chiều. 2. HS làm rõ được nguyên lý hoạt động cơ bản của máy phát điện gió. Thực hành kĩ thuật [Engineering] 1. HS sử dụng được vôn kế để đo hiệu điện thế tạo ra khi làm quay rotor của động cơ điện một chiều bằng tay. 2. HS xác định được mối liên hệ định tính giữa tốc độ quay của rôto và hiệu điện thế tạo ra. 3. HS thiết kế được cấu trúc cánh quạt cho máy phát điện gió. 4. HS đánh giá được công suất điện của hệ thống cối xay gió bằng cách sử dụng Arduino. Mở rộng [Enriching] 1. HS thiết kế hệ thống truyền động bằng bánh răng nhằm tăng công suất điện của cối xay gió. 2. HS thiết kế bộ phận điều hướng theo hướng gió cho cối xay gió. 3. HS thiết kế cơ cấu gắn cánh quạt (trục cánh quạt) của máy phát điện gió sao cho dễ dàng thử nghiệm các cấu trúc cánh quạt khác nhau. Đánh giá [Evaluating] 72