Tổ chức dạy học chủ đề “Phương trình trạng thái” – Vật lí lớp 12 (CT GDPT 2018) theo định hướng giáo dục STEM
Sự tồn tại và phát triển xã hội trong thế kỉ 21 sẽ dựa trên nền tảng và sự gắn kết của tri thức và công nghệ. Điều này đặt ra cho ngành giáo dục nhiệm vụ cần chuẩn bị nguồn nhân lực có chất lượng về khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học, làm tiền đề cho sự phát triển khoa học công nghệ, nâng cao sức cạnh tranh của nền kinh tế, đáp ứng với nhu cầu hội nhập ngày càng cao của mỗi quốc gia, dân tộc. Cho đến nay đã có rất nhiều quốc gia trên thế giới quan tâm thúc đẩy giáo dục STEM ở mọi cấp độ trong đó có Việt Nam.
Việt Nam là quốc gia đang trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa và hội nhập quốc tế. Không nằm ngoài xu thế chung, Việt Nam cũng đã ban hành các chính sách thúc đẩy giáo dục STEM trong hệ thống giáo dục. Đó là Chỉ thị số 16/CT-TTg, ngày 04/05/2017 của Thủ tướng Chính phủ về tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4; là Quyết định số 522/QĐ-TTg ngày 14/5/2018 của Thủ tướng Chính phủ ban hành Đề án giáo dục hướng nghiệp và định hướng phân luồng học sinh (HS) trong giáo dục phổ thông giai đoạn 2018 – 2025. Các chính sách trên đều hướng tới thúc đẩy giáo dục STEM, chuẩn bị điều kiện đào tạo nhân lực đáp ứng yêu cầu của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4”.
Trong giai đoạn vừa qua, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã triển khai nhiều hoạt động giáo dục có ý nghĩa đúng với bản chất của giáo dục phát triển năng lực, phẩm chất người học, gắn với giáo dục STEM như dạy học tích hợp liên môn, vận dụng kiến thức liên môn giải quyết vấn đề thực tiễn, dạy học gắn với di sản, dạy học gắn với sản xuất kinh doanh tại địa phương, cuộc thi khoa học kĩ thuật dành cho HS trung học,…Đó là những tiền đề tốt để triển khai chương trình giáo dục phổ thông 2018 nói chung, thúc đẩy giáo dục STEM trong trường phổ thông nói riêng.
Có nhiều quan điểm tiếp cận, nhiều phương pháp, kĩ thuật dạy học được triển khai áp dụng nhằm đáp ứng mục tiêu giáo dục. Giáo dục STEM là một trong những quan điểm tiếp cận để thực hiện tốt những mục tiêu đó. Thông qua giáo dục STEM, HS hoạt động thực hành, trải nghiệm, vận dụng các kiến thức liên môn giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bố cảnh cụ thể, từ đó phát triển nên phẩm chất và năng lực của người học.
Trong dạy học, môn Vật lí có nhiều cơ hội để tổ chức dạy học theo phương thức STEM ở nhiều mức độ khác nhau, từ việc bước đầu trải qua các công việc nghiên cứu đền mức độ nghiên cứu các đề tài khoa học có ý nghĩa.
Chủ đề “Phương trình trạng thái” có các kiến thức liên quan đến sự biến đổi trạng thái chất khí, có nhiều ứng dụng trong thực tiễn. Các nội dung của chủ đề được đề cập ở lớp 10 chương trình hiện hành và ở lớp 12 chương trình GDPT 2018. Nội dung của chủ đề tạo nhiều cơ hội để xây dựng các bài học STEM ở nhiều mức độ khác nhau.
Với những lý do trên chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu là: Tổ chức dạy học chủ đề “Phương trình trạng thái” – Vật lí lớp 12 (CT GDPT 2018) theo định hướng giáo dục STEM.
2. Tổng quan vấn đề nghiên cứu
Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề “Phương trình trạng thái” – Vật lí lớp 12 (CT GDPT 2018) theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS.
4. Giả thuyết khoa học của đề tài
Nếu thiết kế tiến trình dạy học và tổ chức được một số bài dạy và hoạt động trải nghiệm STEM trong dạy học chủ đề “Phương trình trạng thái”, trong đó đòi hỏi HS thực hiện các nhiệm vụ đa dạng khi giải quyết các vấn đề thực tiễn dựa trên kiến thức khoa học, để sử dụng trong dạy học Vật lí lớp 12 (CT GDPT 2018) thì có thể góp phần phát triển được năng lực giải quyết vấn đề của HS.
5. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài
– Đối tượng nghiên cứu: Việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS thông qua thực hiện các bài học và hoạt động trải nghiệm STEM chủ đề “Phương trình trạng thái”.
– Phạm vi nghiên cứu: Hoạt động dạy – học tại Trung tâm GDTX tỉnh Quảng Ngãi trong dạy học chủ đề “Phương trình trạng thái”- Vật lí lớp 10 theo định hướng giáo dục STEM.
– Nghiên cứu cơ sở lý luận về dạy học phát triển năng lực; về năng lực GQVĐ.
– Nghiên cứu về giáo dục STEM và việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong giáo dục STEM ở trường phổ thông.
– Nghiên cứu cơ sở thực tiễn: Điều tra thực trạng việc tổ chức giáo dục STEM ở trường phổ thông.
– Nghiên cứu mục tiêu dạy học môn khoa học tự nhiên; Chương trình và SGK hiện hành, chương trình GDPT mới và các tài liệu tham khảo có liên quan đến nội dung kiến thức “Phương trình trạng thái” chương trình GDPT 2018, để xây dựng các bài học và hoạt động trải nghiệm.
– Xây dựng sơ đồ cấu trúc logic nội dung chủ đề “ Phương trình trạng thái”
– Xây dựng tiến trình dạy học một số bài học và hoạt động trải nghiệm STEM trong chủ đề “Phương trình trạng thái”.
– Tiến hành thực nghiệm sư phạm.
7.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận
7.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
7.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm
7.4. Phương pháp thống kê toán học
- Xác định cơ sở lý luận của việc tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS trong dạy học Vật lí lớp 12 – CT GDPT 2018.
- Thiết kế một số bài học và hoạt động trải nghiệm STEM gắn với chủ đề “ Phương trình trạng thái”.
- Đóng góp vào xu thế triển khai giáo dục STEM vào thực tế.
- Có thể làm tài liệu tham khảo cho GV các trường THPT và sinh viên các trường sư phạm.
Luận văn gồm 3 chương:
+ Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS trong dạy học theo định hướng giáo dục STEM.
+ Chương 2: Xây dựng bài học và hoạt động trải nghiệm STEM trong dạy học chủ đề “Phương trình trạng thái” – Vật lí lớp 12 (CT GDPT 2018) theo định hướng giáo dục STEM.
+ Chương 3: Thực nghiệm sư phạm.
CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HS
1.1. Dạy học phát triển năng lực GQVĐ
Năng lực là khả năng cá nhân trong việc tổng hợp kiến thức, kĩ năng, thái độ để thực hiện thành công một nhiệm vụ nào đó trong một bối cảnh xác định.
1.1.2. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề
Năng lực giải quyết vấn đề của HS được hiểu là sự huy động tổng hợp kiến thức, kĩ năng, thái độ, xúc cảm, động cơ của HS đó để giải quyết các tình huống thực tiễn trong bối cảnh cụ thể mà các giải pháp không có sẵn ngay lập tức.
1.1.3. Cấu trúc và các biểu hiện hành vi của năng lực giải quyết vấn đề
1.2. Giáo dục STEM trong dạy học
STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học), thường được sử dụng khi bàn đến các chính sách phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học của mỗi quốc gia. Sự phát triển về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học được mô tả bởi chu trình STEM (Hình 1.1), trong đó Science là quy trình sáng tạo ra kiến thức khoa học; Engineering là quy trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các vấn đề; Toán là công cụ được sử dụng để thu nhận kết quả và chia sẻ kết quả đó với những người khác.
1.2.2. Khái niệm về giáo dục STEM
Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp HS áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể
Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học thuộc lĩnh vực STEM cho HS
Phát triển các năng lực chung cho HS
Định hướng nghề nghiệp cho HS
Chủ đề dạy học STEM là chủ đề dạy học được thiết kế dựa trên vấn đề thực tiễn kết hợp với chuẩn kiến thức, kĩ năng của các môn khoa học trong chương trình phổ thông. Trong quá trình dạy học, giáo viên tổ chức cho học sinh làm việc nhóm, sử dụng công nghệ truyền thống và hiện đại, công cụ toán học để tạo ra sản phẩm có tính ứng dụng thực tế, phát triển kĩ năng và tư duy của học sinh.
1.2.6. Các hình thức tổ chức giáo dục STEM
– Dạy học các môn khoa học theo bài học STEM
– Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM
– Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật
1.3. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học vật lí theo định hướng giáo dục STEM
Việc đi theo tiến trình dạy học PH & GQVĐ là cách dễ tiếp cận để phát triển năng lực GQVĐ cho học sinh. Trong tiến trình đó có một số biện pháp phát triển năng lực GQVĐ cho học sinh cụ thể là:
– Thiết kế được hệ thống câu hỏi để đề xuất định hướng tư duy trong các tình huống vấn đề theo tiến trình khoa học xây dựng kiến thức.
– Xây dựng và sử dụng các câu hỏi, bài tập, tình huống có nội dung thực tiển trong các hoạt động hác nhau.
– Rèn luyện cho học sinh khả năng phát hiện, nhận biết vấn đề từ các tình huống trong học tập và trong cuộc sống.
– Rèn luyện cho học sinh đề xuất các phương án GQVĐ.
– Rèn luyện cho học sinh cách phát hiện sai lầm trong cách thức GQVĐ và đề xuất cách khắc phục.
– Sử dụng các hình thức, phương pháp dạy học nhằm lôi cuốn học sinh vào hoạt động học, tạo ra các hoạt động học tập có ý nghĩa, kết nối được vốn hiểu biết và kinh nghiệm của học sinh, tăng cường sự tham gia hiệu quả của học sinh trong GQVĐ, tạo điều kiện cho HS phát triển ý tưởng.
Vật lí chứa đựng nhiều tiềm năng để bồi dưỡng và phát triển năng lực GQVĐ khi dạy các khái niệm, định luật, định lí,…Mỗi nhiệm vụ học tập đó có những đặc trưng riêng góp phần quan trọng trong việc bồi dưỡng năng lực GQVĐ cho HS. Thông qua các tình huống thực tế có liên quan đến các nội dung kiến thức cần truyền đạt, GV đưa vào phần “làm nảy sinh vấn đề cần giải quyết” sẽ làm cho nhiệm vụ học tập trở nên kích thích, hứng thú hơn. Trong quá trình phát hiện và giải quyết vấn đề, HS sẽ chiếm lĩnh được kiến thức một cách sâu sắc hơn và phát triển được năng lực giải quyết vấn đề cho HS.
1.4. Quy trình xây dựng và tổ chức dạy học theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh
Bước 1: Lựa chọn nội dung dạy học
Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết
Bước 3: Xây dựng tiêu chí của sản phẩm/ giải pháp giải quyết vấn đề
Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học
1.5. Xây dựng công cụ đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh
1.6. Thực trạng dạy học môn Vật lí theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho HS
- Đối với GV
- Đối với HS
CHƯƠNG 2
XÂY DỰNG TIẾN TRÌNH DẠY HỌC CHỦ ĐỀ “PHƯƠNG TRÌNH TRẠNG THÁI” – VẬT LÍ 12 (CT GDPT 2018) THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM
2.1. Phân tích kiến thức chủ đề “Phương trình trạng thái” – Vật lí 12 (CT GDPT 2018)
2.1.1. Yêu cầu cần đạt trong dạy học chủ đề “Phương trình trạng thái”
Đối với CT GDPT 2018,
Đối với chương trình SGK hiện hành
2.1.2. Nội dung kiến thức chủ đề “Phương trình trạng thái”
a) Các quá trình đẳng nhiệt, đẳng tích, đẳng áp đối với khí lí tưởng
b) Phương trình trạng thái khí lí tưởng:
- Điểm khác về nội dung trong chương trình hiện hành và chương trình GDPT 2018
2.2. Xây dựng và tổ chức dạy học chủ đề “Phương trình trạng thái” – Vật lí 12 (CT GDPT 2018) theo định hướng STEM
Trong dạy học chủ đề “Phương trình trạng thái, chúng tôi đề xuất một số chủ đề STEM để tổ chức dạy học cho HS như sau:
| STT | Tên chủ đề STEM | Hình thức tổ chức giáo dục STEM |
| 1 | Phương trình trạng thái khí lí tưởng | Bài học STEM |
| 2 | Thiết kế phương án thí nghiệm các đẳng quá trình | Trải nghiệm STEM |
| 3 | An toàn trong điều kiện áp suất thay đổi | Trải nghiệm STEM |
2.2.1. Chủ đề “Phương trình trạng thái khí lí tưởng”
– Để thực hiện bài học này, HS cần tìm hiểu kiến thức môn Vật lí và sử dụng các kiến thức về tính toán (Toán học), lắp ráp kĩ thuật (Kĩ thuật).
– Yếu tố STEM trong chủ đề
| Tên chủ đề | Khoa học (S) | Công nghệ (T) | Kỹ thuật (E) | Toán học (M) |
| Phương trình trạng thái khí lí tưởng | Thuyết động học phân tử chất khí, Định luật Bôi-lơ-Ma-ri-ốt; Định luật Sác-lơ | Xilanh thủy tinh, xilanh nhựa, đèn, nhiệt kế, áp kế, ống nhựa, keo | Bản vẽ sơ đồ thiết kế phương án thí nghiệm các đẳng quá trình | Tính toán các số liệu thu được từ thí nghiệm, chứng minh được mối quan hệ của 3 thông số trạng thái chất khí |
I. Mục tiêu
1. Về kiến thức
Sau khi thực hiện bài dạy này, HS sẽ học được các định luật của chất khí lí tưởng, bao gồm :
– Định luật Bôi-lơ: Khi giữ nhiệt độ của một khối khí xác định không đổi, áp suất và thể tích có mối quan hệ tỉ lệ nghịch với nhau;
– Định luật Sác-lơ: Khi áp suất của một khối khí xác định không đổi, thể tích và nhiệt độ tuyệt đối có mối quan hệ tỉ lệ thuận với nhau;
– Phương trình trạng thái khí lí tưởng: .
2. Về năng lực
* Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ vật lí
– Tiến hành được các thí nghiệm với dụng cụ đã cho theo phương án đề xuất;
– Thiết lập được phương trình trạng thái của chất khí lí tưởng.
* Năng lực giao tiếp và hợp tác: Lựa chọn được hình thức làm việc nhóm với quy mô phù hợp với yêu cầu và nhiệm vụ được giao.
– Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo:
+ Phát hiện vấn đề cần nghiên cứu là tiến hành được thí nghiệm kiểm chứng các định của chất khí và thiết lập phương trình trạng thái của khí lí tưởng.
+ Đề xuất được giải pháp giải quyết vấn đề và thực hiện được giải pháp
+ Đánh giá được quá trình giải quyết vấn đề và điều chỉnh việc GQVĐ.
3. Về phẩm chất
Thông qua thực hiện chủ đề sẽ tạo các điều kiện để HS:
- Chăm chỉ: Tích cực trao đổi, chia sẻ, đưa ý kiến đóng góp cá nhân khi thực hiện nhiệm vụ.
- Trách nhiệm:
+ Quan tâm đến sự thay đổi áp suất theo độ cao hay theo độ sâu dưới nước liên quan đến các khối khí ở cơ thể để có sự điều chỉnh phù hợp;
+ Gọn gàng, ngăn nắp khi thực hiện chế tạo thiết bị và thực hiện thí nghiệm.
- Trung thực: Nghiêm túc tuân thủ các tiêu chuẩn kĩ thuật, giữ gìn thiết bị thí nghiệm chất khí, trung thực trong thu thập và xử lí số liệu.
II. Thiết bị dạy học và học liệu
III. Tiến trình dạy học
Hoạt Động 1. XÁC ĐỊNH VẤN ĐỀ TÌM MỐI QUAN HỆ giữa CÁC THÔNG SỐ TRẠNG THÁI CHẤT KHÍ p, V, T (Tiết 1 – 45 phút)
– HS phân tích và xác định rõ yêu cầu “Tìm mối quan hệ giữa các thông số trạng thái p, V và T của một lượng khí xác định.
– HS xác định rõ việc sử dụng phương pháp thực nghiệm để tìm mối quan hệ giữa từng cặp hai thông số và cố định thông số còn lại, từ đó khái quát lên mối quan hệ giữa 3 thông số.
– HS thực hiện và mô tả hiện tượng diễn ra ở hai thí nghiệm:
+ TN 1: Lấy một lượng khí cỡ một nửa xy-lanh vào bơm kim tiêm; bịt chặt đầu hở của bơm kim tiêm, dùng tay ấn pít-tông để nén khí. Mô tả cảm giác của tay khi ấn giảm thể tích khí.
+ TN 2: Lấy một lượng khí cỡ một nửa xy-lanh vào bơm kim tiêm; bịt đầu hở của bơm kim tiêm, hơ phần xy-lanh có khí lên ngọn lửa đèn cồn. Mô tả sự thay đổi thể tích khí khi hơ lửa làm tăng nhiệt độ khí.
– HS thảo luận để rút ra được nhận xét: V giảm thì p tăng, T tăng thì V tăng và nhận xét được việc có mối liên hệ giữa các thông số p, V và T của một lượng khí xác định.
– HS ghi nhận yêu cầu tìm mối quan hệ giữa các thông số trạng thái p, V và T của một lượng khí xác định.
c. Sản phẩm học tập
– Nội dung HS ghi vào vở: Lời mô tả hiện tượng xảy ra khi thay đổi trạng thái của một lượng khí xác định: khi V giảm thì p tăng, khi T tăng thì V tăng.
– Nội dung HS ghi vào vở về nhiệm vụ tìm mối quan hệ giữa các cặp thông số trạng thái của một lượng khí xác đinh:
+ Tìm mối quan hệ giữa p, V khi T được giữ không đổi;
+ Tìm mối quan hệ giữa V, T khi P được giữ không đổi;
+ Dựa vào hai mối quan hệ đó, xác định mối quan hệ của 3 thông số p, V và T.
d. Tổ chức thực hiện
Bước 1: Đặt vấn đề
– GV yêu cầu HS kể ra các khối khí xác định có trong cuộc sống; đồng thời nêu rõ các thông số đặc trưng cho lượng khí đó.
– GV xác nhận các thông số đặc trưng của một lượng khí xác định là p, V và T. Tiếp đó yêu cầu HS kể ra các cách làm thay đổi các thông số đặc trưng đó.
– Yêu cầu HS xác định vấn đề cần tìm hiểu mối quan hệ giữa các thông số trạng thái của lượng khí xác định.
Bước 2: HS tìm mối quan hệ giữa các thông số trạng thái của một lượng khí xác định.
– GV chia nhóm HS và phát cho mỗi nhóm một bơm kim tiêm thủy tinh và đèn.
– Hướng dẫn HS làm thí nghiệm:
+ Lấy một lượng khí vào bơm
+ Bịt đầu ra của bơm để cố định lượng khí
– TN 1: Ấn pit-tông nén khí.
Yêu cầu: Mô tả cảm giác của tay và dựa vào đó đưa ra nhận xét về quan hệ giữa thể tích với áp suất của khí
– TN 2: Bỏ tay ấn để khí giãn đến trạng thái cân bằng, đặt bơm nằm ngang và hơ phần xi-lanh chứa khí lên ngọn lửa đèn cồn trong khoảng từ 5 đến 10s rồi đưa ra ngoài.
Yêu cầu: Mô tả hiện tượng diễn ra và dựa vào đó đưa ra nhận xét về quan hệ giữa thể tích với nhiệt độ của lượng khí.
– HS ghi vào vở của mình về các mối quan hệ p, V và V, T ở hai thí nghiệm.
– GV yêu cầu đại diện một nhóm nêu kết quả đã ghi được về quan hệ p, V và V, T để so sánh với các nhóm khác. Các nhóm đưa ý kiến thảo luận và đi đến thống nhất ghi lại mối quan hệ: V giảm thì p tăng khi T không đổi và T tăng thì V tăng khi p không đổi.
– GV xác nhận các thông số đặc trưng của một lượng khí xác định là p, V, T và có mối quan hệ với nhau. Sau đó chốt lại vấn đề: Tìm mối quan hệ giữa 3 thông số trạng thái p, V, T của một lượng khí xác định.
– GV chốt lại là để tìm mối quan hệ giữa p, V và T thì cần phải tìm mối quan hệ giữa từng cặp hai thông số, giữ nguyên thông số còn lại. Dựa vào mối quan hệ giữa từng cặp thông số để khái quát mối quan hệ của cả 3 thông số.
Bước 3: Thống nhất tiến trình dự án
GV đặt vấn đề: Để hoàn thành hiệu quả nhiệm vụ học tập này cần thực hiện tiến trình như thế nào? GV thống nhất cùng HS kế hoạch học tập.
| TT | Nội dung | Thời gian | Ghi chú |
| 1 | Tiếp nhận nhiệm vụ tìm mối quan hệ giữa các thông số trạng thái chất khí | Tiết 1: 45 phút | Kế hoạch học tập, tiêu chí đánh giá, phân nhóm, bầu nhóm trưởng |
| 2 | Nghiên cứu về quá trình thay đổi trạng thái chất khí và thiết kế phương án thí nghiệm | HS làm việc nhóm ở nhà | |
| 3 | Lựa chọn các phương án thí nghiệm | Tiết 2: 20 phút | HS báo cáo tại lớp |
| 4 | Tiến hành thí nghiệm | Tiết 2: 25 phút | HS làm việc tại lớp |
| 5 | Chia sẻ, thảo luận và điều chỉnh | Tiết 3: 45 phút | HS báo cáo tại lớp |
Bước 4: Thống nhất tiêu chí đánh giá
| TT | Tiêu chí | Điểm |
| Bài báo cáo kiến thức (25) | ||
| 1 | Đầy đủ nội dung cơ bản, chính xác về chủ đề được báo cáo | 20 |
| 2 | Bài báo cáo có màu sắc hài hòa, bố cục hợp lí | 5 |
| Thí nghiệm (50) | ||
| 3 | Bản thiết kế chi tiết, kèm hình vẽ | 20 |
| 4 | Có chú thích đầy đủ các bộ phận của thiết bị, thông số kỹ thuật,… | 10 |
| 5 | Thí nghiệm có kết quả chính xác cao | 20 |
| Kĩ năng thuyết trình (15) | ||
| 6 | Trình bày thuyết phục | 5 |
| 7 | Trả lời được câu hỏi phản biện | 5 |
| 8 | Tham gia đóng góp ý kiến, đặt câu hỏi phản biện cho nhóm báo cáo | 5 |
| Kĩ năng làm việc nhóm (10) | ||
| 9 | Kế hoạch có tiến trình, phân công nhiệm vụ rõ ràng, hợp lí | 5 |
| 10 | Mỗi thành viên tham gia đóng góp ý tưởng, hợp tác hiệu quả | |
Bước 5: Giao nhiệm vụ tìm hiểu kiến thức
GV thông báo các kiến thức cần tìm hiểu
– Tìm mối quan hệ p, V khi T được giữ không đổi;
– Tìm mối quan hệ V, T khi p được giữ không đổi;
– Dựa vào hai mối quan hệ đó, xác định mối quan hệ của 3 thông số p, T và V
Hoạt ĐỘNG 2 : NGHIÊN cứu VỀ QUÁ TRÌNH THAY ĐỔI TRẠNG THÁI chất KHÍ VÀ thiết kế phương ÁN THÍ nghiệm (làm việc ở nhà)
– HS đưa ra các dự đoán về mối quan hệ giữa từng cặp thông số trạng thái khi giữ một thông số không đổi.
– HS thiết kế phương án thí nghiệm với các đẳng quá trình.
– HS làm việc nhóm, nghiên cứu sách giáo khoa về quá trình đẳng nhiệt để đưa ra dự đoán về mối quan hệ: p tỉ lệ nghịch với V khi T không đổi.
– HS làm việc nhóm, nghiên cứu sách giáo khoa biết được trong quá trình đẳng áp: V tỉ lệ thuận với T khi p không đổi.
– HS tìm hiểu các bộ phận của thiết bị thí nghiệm được giao và thảo luận nhóm để phác thảo phương án thí nghiệm, bao gồm:
+ Tìm hiểu cách bố trí các bộ phận: Buồng chứa khí, cách áp kế nối với bình chứa, cách đọc thể tích khí, cách làm thay đổi thể tích khí, cách đọc áp suất, cách đọc nhiệt độ, …
+ Nêu ra cách thực hiện thí nghiệm.
+ Mô tả cách thu thập, ghi chép và xử lí số liệu.
c. Sản phẩm học tập
– Các dự đoán về mối quan hệ giữa từng cặp thông số trạng thái của chât khí khi giữ một thông số không đổi.
– Các bộ phận của thiết bị thí nghiệm, bảng để ghi số liệu khi làm thí nghiệm khảo sát với quá trình đẳng nhiệt.
– Các bộ phận của thiết bị thí nghiệm, cách làm thí nghiệm minh họa với quá trình đẳng áp.
– Bảng thiết kế phương án thí nghiệm các đẳng quá trình.
d. Tổ chức thực hiện
– GV yêu cầu HS thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu quá trình đẳng nhiệt:
+ Dựa vào mô hình động học phân tử khí và dựa trên kết quả thí nghiệm đã làm lúc đầu để đưa ra các dự đoán có căn cứ (giả thuyết) về mối quan hệ giữa p và V khi T được giữ không đổi.
+ Trao đổi với các bạn trong nhóm để xác định dự đoán hợp lí.
+ Yêu cầu thiết kế phương án thí nghiệm với quá trình đẳng nhiệt.
– GV có thể gợi ý:
+ Dựa vào mô hình động học phân tử của chất khí và các kiến thức về sự chuyển động của các phân tử khí khi va chạm với thành bình để giải thích sự tồn tại của áp suất khí và sự phụ thuộc của áp suất vào sự chuyển động của phân tử khí.
+ Đề ra các dự đoán về các mối quan hệ sơ bộ và giải thích ?
+ Việc thiết kế phương án thí nghiệm cần trả lời các câu hỏi:
- Bình chứa khí của bộ dụng cụ có đặc điểm gì để có thể tiến hành thí nghiệm (về độ kín, về độ cứng thành bình, biết được giá trị thể tích khi thay đổi)?
- Cách bố trí áp kế ra sao để thực hiện thí nghiêm?
- Cách thay đổi thông số để đảm bảo lượng khí không đổi?
- Cách kiểm tra mối quan hệ thế nào để mô tả được bằng một phương trình toán học?
– GV yêu cầu HS tìm hiểu định luật với quá trình đẳng áp, sự phụ thuộc của V vào T và xây dựng phương án thí nghiệm minh họa định luật V tỉ lệ với T.
– HS xây dựng phương án thí nghiệm và chuẩn bị trình bày trước lớp.
Yêu cầu:
+ Bản mô tả phương án thí nghiệm cần chi tiết, có kèm hình vẽ;
+ Trình bày, giải thích và bảo vệ phương án thí nghiệm đã thiết kế đáp ứng cho việc tiến hành thí nghiệm với quá trình đẳng nhiệt.
– HS thực hiện nhiệm vụ theo nhóm:
+ Tự đọc và nghiên cứu sách giáo khoa tìm hiểu về mối quan hệ giữa p và V của một lượng khí xác định ở nhiệt độ không đổi.
+ Xây dựng và hoàn thiện bản mô tả phương án thí nghiệm nghiên để tìm hiểu mối quan hệ giữa p và V khi nhiệt độ T không đổi
+ Xây dựng và hoàn thiện phương án thí nghiệm minh họa V tỉ lệ với T khi p không đổi.
+ Lựa chọn hình thức và chuẩn bị nội dung báo cáo.
Hoạt Động 3: Lựa chọn CÁC phương ÁN THÍ nghiệm (tiết 2 – 20 phút)
a. Mục tiêu
– HS trình bày, trao đổi về phương án thí nghiệm đã thiết kế;
– HS hoàn thiện được phương án thí nghiệm của nhóm mình.
b. Nội dung
– HS trình bày, giải thích và bảo vệ phương án thí nghiệm đối với quá trình đẳng nhiệt, bao gồm:
+ Thiết bị gồm bình chứa khí là xy-lanh có chia độ bằng thủy tinh, một pit-tông nén khí dọc theo xy-lanh, thân pit-tông có ống dẫn thông khí với áp kế, có thể bôi trơn pit-tông; đầu xy-lanh có vòi để lấy khí sau đó được bịt kín.
+ Cách tiến hành: Đọc giá trị đầu tiên V0-p0 , ấn hoặc kéo pit-tông đến các giá trị V1, V2, V3…, đọc giá trị p1, p2, p3… tương ứng và ghi vào bảng số liệu
+ Tính các tích số p.V tương ứng hoặc vẽ đồ thị p và 1/V để kiểm tra giả thuyết p tỉ lệ nghịch với V.
– Thảo luận, đặt câu hỏi và phản biện các ý kiến về bản thiết kế; ghi lại các nhận xét, góp ý; tiếp thu và điều chỉnh bản thiết kế về quá trình đẳng nhiệt của lượng khí nếu cần.
– Trình bày và thảo luận để đề ra cách làm thí nghiệm minh họa quan hệ V, T với quá trình đẳng áp.
c. Sản phẩm học tập
Nội dung HS ghi vào vở:
– Bản thiết kế khảo sát mối quan hệ p, V với quá trình đẳng nhiệt sau khi được điều chỉnh và hoàn thiện;
– Bản thiết kế thí nghiệm minh họa quan hệ V và T với quá trình đẳng áp sau khi được điều chỉnh và hoàn thiện;
– Các ghi chép về nhiệm vụ cần thực hiện theo sự phân công.
d. Tổ chức thực hiện
Bước 1: Mở đầu – Tổ chức báo cáo
– GV thông báo tiến trình của buổi báo cáo
+ Thời gian báo cáo của mỗi nhóm: 3 phút
+ Thời gian đặt câu hỏi và trao đổi: 3-5 phút
+ Trong khi nhóm bạn báo cáo, mỗi HS ghi chú về ý kiến nhận xét và đặt câu hỏi tương ứng.
+ GV thông báo về tiêu chí đánh giá cho bản thiết kế
Nội dung cần trình bày: Giới thiệu về phương án thí nghiệm: các bộ phận, cách thức hoạt động, lí giải cơ chế hoạt động của thiết bị sao cho phù hợp với các kiến thức về chất khí, phù hợp về mặt kĩ thuật, công nghệ.
Bước 2: Báo cáo
– GV điều hành, nhận xét, góp ý và hỗ trợ HS.
Gợi ý một số câu hỏi định hướng cho HS báo cáo:
+ Câu 1: Nêu rõ cách làm để thực hiện được đẳng quá trình (đẳng nhiệt, đẳng áp)?
+ Câu 2: Vật liệu chế tạo các bộ phận là gì? tại sao lại chọn vật liệu, dụng cụ đó?
+ Câu 3: Dự định dùng các dụng cụ gia công nào để chế tạo và lắp ráp các chi tiết của thiết bị thí nghiệm?
+ Câu 4. Nên dùng nhiệt kế và áp kế nào cho việc thực hiện thí nghiệm.
– GV chốt và phê duyệt phương án thí nghiệm cho các nhóm sau khi đã thảo luận và góp ý.
Bước 3: Tổng kết và dặn dò
- GV đánh giá về phần báo cáo của các nhóm dựa trên các tiêu chí
- GV yêu cầu HS tổng hợp các góp ý của GV và các nhóm, điều chỉnh bản thiết kế và lựa chọn phương án thiết kế tối ưu.
- GV thông báo hoạt động học tập kế tiếp
HOẠT ĐỘNG 4. CHẾ TẠO THIẾT BỊ VÀ TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM (tiết 2–25 phút)
a. Mục tiêu
– HS tiến hành thí nghiệm để thu thập và xử lí số liệu theo phương án đã được phê duyệt với thiết bị cho sẵn.
– HS rút ra các nhận xét về mối quan hệ p, V của quá trình đẳng nhiệt và V, T với quá trình đẳng áp.
b. Nội dung
– HS bố trí thiết bị và tiến hành thí nghiệm theo phương án được duyệt.
– HS thu thập và xử lí số liệu.
– Trao đổi, thảo luận để rút ra các nhận xét về mối quan hệ giữa p và V, V và T.
c. Sản phẩm học tập
– Các số liệu thí nghiệm đã thu thập được với quá trình đẳng nhiệt và đẳng áp.
– Các kết quả xử lí số liệu; các nhận xét về sự đúng đắn của kết quả thí nghiệm với giả thuyết p tỉ lệ nghịch với V và sự đúng đắn của quy luật V tỉ lệ thuận với T.
d. Tổ chức thực hiện
– GV giao nhiệm vụ:
+ Tiến hành thí nghiệm theo phương án đã được phê duyệt
- Nhóm 1: Tiến hành thí nghiệm quá trình đẳng nhiệt với dụng cụ có sẵn ở phòng thực hành.
- Nhóm 2: Tiến hành thí nghiệm quá trình đẳng nhiệt với dụng cụ: Bơm kim tiêm nhựa và áp kế.
- Nhóm 3: Tiến hành thí nghiệm quá trình đẳng áp với dụng cụ: Bơm kim tiêm thủy tinh và nhiệt kế điện tử.
- Nhóm 4: Tiến hành thí nghiệm quá trình đẳng áp với dụng cụ: Bơm kim tiêm nhựa và nhiệt kế điện tử.
+ Yêu cầu ghi lại nhật kí hoạt động nhóm và cam kết đảm bảo an toàn khi thực hiện các thao tác thí nghiệm.
– HS tiến hành thí nghiệm, ghi lại kết quả và xử lí số liệu theo nhóm.
– GV theo dõi, hỗ trợ HS nếu cần.
HOẠT ĐỘNG 5. CHIA SẺ, THẢO LUẬN VÀ KẾT LUẬN (tiết 3– 45 phút)
a. Mục tiêu
– HS giới thiệu kết quả thí nghiệm của nhóm trước lớp, chia sẻ về kết quả thí nghiệm đã thu thập từ các thí nghiệm, thảo luận và điều chỉnh (nếu cần).
– HS đọc sách giáo khoa, kết hợp với các kiến thức của quá trình đẳng nhiệt và đẳng áp, tìm ra mối quan hệ giữa 3 thông số p,V và T.
b. Nội dung
– Trình bày kết quả thí nghiệm khảo sát mối quan hệ p, V và thí nghiệm minh họa mối quan hệ V, T.
– Các nhóm tự đánh giá kết quả nhóm mình và tiếp thu các góp ý, nhận xét từ GV và các nhóm khác.
– Đưa ra các định luật chất khí
– Đọc SGK để tìm hiểu cách xây dựng phương trình quan hệ giữa p, V và T.
c. Sản phẩm học tập
Nội dung HS ghi vào vở:
– Định luật Bôi-lơ – Ma-ri-ốt: Trong quá trình đẳng nhiệt của một lượng khí nhất định, áp suất tỉ lệ nghịch với thể tích.
p.V = hằng số
– Định luật Sác-lơ: Trong quá trình đẳng áp của một lượng khí nhất định, thể tích tỉ lệ thuận với nhiệt độ tuyệt đối.
– Phương trình trạng thái khí lí tưởng: .
d. Tổ chức thực hiện
– GV giao nhiệm vụ: Mỗi nhóm cử đại diện giới thiệu kết quả thí nghiệm trước lớp. Các nhóm còn lại theo dõi, đưa các câu hỏi để thảo luận, chia sẻ.
– HS giới thiệu việc thực hiện thí nghiệm và kết quả thu được của nhóm mình.
– Các nhóm chia sẻ về kết quả đạt được, các kiến thức và kinh nghiệm rút ra trong quá trình thực hiện tìm hiểu các đẳng quá trình.
– Các nhóm so sánh phương án thí nghiệm của nhóm 1 và nhóm 2 trong thí nghiệm khảo sát quá trình đẳng nhiệt.
– GV đánh giá, kết luận và tổng kết về các định luật chất khí.
– Từ các định luật chất khí, yêu cầu HS tìm ra mối quan hệ của 3 thông số trạng thái của chất khí.
2.2.2. Chủ đề “Thiết kế phương án thí nghiệm các đẳng quá trình”
2.2.3. Chủ đề “An toàn trong điều kiện áp suất thay đổi”
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2
CHƯƠNG 3
3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm
3.1.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm
3.1.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm
3.2. Đối tượng và phương pháp của thực nghiệm sư phạm
3.2.1. Đối tượng của thực nghiệm sư phạm
3.3.2. Phương pháp của thực nghiệm sư phạm
3.3. Kế hoạch thực nghiệm sư phạm
3.4. Phân tích và đánh giá kết quả TNSP.
3.4.1. Những thuận lợi và khó khăn trong quá trình thực nghiệm
3.4.2.1 Đánh giá chủ đề “Phương trình trạng thái khí lí tưởng”
3.4.2.2 Đánh giá chủ đề “Thiết kế phương án thí nghiệm các đẳng quá trình”
3.4.2.3. Biểu đồ so sánh sự phát triển năng lực của HS khi thực hiện chủ đề 1 và chủ đề 2
Hình 3.9. Biểu đồ so sánh năng lực thực hiện GPGQVĐ của HS qua 2 chủ đề
Hình 3.10. Biểu đồ so sánh năng lực đánh giá việc GQVĐ
và phát hiện VĐ mới cần GQ của HS qua 2 chủ đề
Nhận xét chung: Từ đánh giá định tính và định lượng về quá trình thực hiện 2 chủ đề, chúng tôi nhận thấy kết quả thu được rất khả quan. Đa số HS đều đạt kết quả khá và giỏi.
Mặc khác khi thực hiện phương thức dạy học STEM cần phát triển năng lực cho HS một cách có lộ trình từ dễ đến khó. Việc chúng tôi lựa chọn chủ đề và đề ra mục tiêu cũng như hướng phát triển năng lực cho HS từng bước một khiến cho việc thực hiện chủ đề đơn giản hơn, HS sẽ dễ tiếp thu hơn, tránh tâm lí thấy khó mà bỏ của các HS trung bình, yếu.
- Kết luận
Thông qua quá trình tìm hiểu, nghiên cứu về cơ sở lí luận và khảo sát thực tiễn, luận văn đã đưa ra được các kết luận như sau:
– Khảo sát thực tiễn, vận dụng cơ sở lí luận về năng lực giải quyết vấn đề và giáo dục STEM, chúng tôi đã xây dựng thành công 3 chủ đề STEM dưới hình thức dạy học: Bài học STEM “Phương trình trạng thái khí lý tưởng”, Trải nghiệm STEM “Thiết kế phương án thí nghiệm các đẳng quá trình” và “An toàn trong điều kiện áp suất thay đổi” nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề của HS.
– Chúng tôi đã tổ chức thực nghiệm, thu thập và đánh giá kết quả cho thấy các chủ đề có tính khả thi và hiệu quả cao. Chủ đề 1 “ Phương trình trạng thái khí lý tưởng” giúp HS làm quen với phương thức dạy học STEM, chủ đề 2 “Thiết kế phương án thí nghiệm các đẳng quá trình” và chủ đề 3 “An toàn trong điều kiện áp suất thay đổi” có nhiều phương án để giải quyết, giúp HS chủ động và sáng tạo trong quá trình thực hiện. Các chủ đề đã giúp HS từng bước phát triển năng lực giải quyết vấn đề, bên cạnh đó còn giúp HS phát triển một số kĩ năng và năng lực khác.
- Kiến nghị
– Mở rộng tổ chức chủ đề STEM trên diện rộng, nhiều HS được tham gia hơn để đánh giá một cách tổng quát và chính xác nhất.
– GV cần nghiên cứu, xây dựng và tổ chức thêm nhiều giờ học STEM để HS nâng cao năng lực, sự đam mê, hứng thú và tính ứng dụng thực tiễn nhiều hơn.
– Có thể lấy chủ đề dạy học STEM để tổ chức hoạt động dạy học trải nghiệm đáp ứng mục tiêu của chương trình giáo dục phổ thông mới hoặc thông qua các câu lạc bộ để kích thích hứng thú học tập cho HS.
E:\DỮ LIỆU COP CỦA CHỊ YẾN\DAI HOC DA NANG\LY LUAN VA PHUONG PHAP DẠY HOC VAT LY\LUONG THI MY LY\SAU BAO VE
