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 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 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 https://www.instruct tăng tốc độ giữa cơ năng và điện năng).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. 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 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 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 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.