Tài liệu Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề stem trong bài động lượng. định luật bảo toàn động lượng vật lí 10 thpt

Mục lục BÁO CÁO KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG SÁNG KIẾN 1. Lời giới thiệu ..................................................................................................... 1 2. Tên sáng kiến ..................................................................................................... 1 3. Tác giả sáng kiến.............................................................................................. 2 4. Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến .............................................................................. 2 5. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến .............................................................................. 2 6. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu .............................................................. 2 7. Mô tả bản chất của sáng kiến: .......................................................................... 2 7.1. LÝ THUYẾT VỀ GIÁO DỤC STEM TRONG TRƯỜNG TRUNG HỌC ... 2 7.1.2. Mục tiêu giáo dục STEM ......................................................................... 3 7.1.3. Chủ đề STEM .......................................................................................... 4 7.1.4. Xây dựng chủ đề/ bài học STEM ............................................................. 6 7.2. Chủ đề STEM trong bài “Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng”..... 9 7.2.1. Bài “Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng” .............................. 9 7.2.2 Chủ đề STEM xe bong bóng sáng tạo .................................................... 15 7.2.3. Tiến trình dạy học .................................................................................. 16 8. Những thông tin cần được bảo mật................................................................. 22 9. Các điều kiện cần thiết để áp dụng sáng kiến ................................................. 22 10. Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng kiến theo ý kiến của tác giả và theo ý kiến của tổ chức, cá nhân đã tham gia áp dụng sáng kiến lần đầu, kể cả áp dụng thử (nếu có) theo các nội dung sau: ..... 23 10.1. Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng kiến theo ý kiến của tác giả: ............................................................................ 23 10.2. Đánh giá lợi ích thu được hoặc dự kiến có thể thu được do áp dụng sáng kiến theo ý kiến của tổ chức, cá nhân: ............................................................ 24 11. Danh sách những tổ chức/cá nhân đã tham gia áp dụng thử hoặc áp dụng sáng kiến lần đầu................................................................................................. 24 TÀI LIỆU THAM KHẢO ..................................................................................... 25 1. Lời giới thiệu Giáo dục phổ thông nước ta đang thực hiện bước chuyển từ chương trình giáo dục tiếp cận nội dung sang tiếp cận năng lực của người học, nghĩa là từ chỗ quan tâm đến việc HS học được cái gì đến chỗ quan tâm HS vận dụng được cái gì qua việc học. Để đảm bảo được điều đó, nhất định phải thực hiện thành công việc chuyển từ phương pháp dạy học theo lối "truyền thụ một chiều" sang dạy cách học, cách vận dụng kiến thức, rèn luyện kỹ năng, hình thành năng lực và phẩm chất; đồng thời phải chuyển cách đánh giá kết quả giáo dục từ nặng về kiểm tra trí nhớ sang kiểm tra, đánh giá năng lực vận dụng kiến thức giải quyết vấn đề, coi trọng cả kiểm tra đánh giá kết quả học tập với kiểm tra đánh giá trong quá trình học tập để có thể tác động kịp thời nhằm nâng cao chất lượng của các hoạt động dạy học và giáo dục. Trước bối cảnh đó, ngày 18/6/2018 Thủ Tướng chính phủ ra chỉ thị 16/CT-TTg về việc đẩy mạnh thực hiện đổi mới chương trình, sách giáo khoa giáo dục phổ thông (GDPT). Bộ giáo dục ban hành Thông tư 32/TTBGDĐT ngày 26/12/2018 về việc ban hành Chương trình giáo dục phổ thông mới. Giáo viên là căn cứ chính xác để tiếp tục thực hiện đổi mới đồng bộ phương pháp dạy học và kiểm tra đánh giá kết quả giáo dục. Một trong những đổi mới phương pháp dạy học và kiểm tra đánh giá đang được Bộ giáo dục và đào tạo, Sở GD&ĐT Vĩnh Phúc tập huấn tới giáo viên trong hai năm 2018 và 2019 là dạy học chủ đề STEM trong trường THCS và THPT. Hiện nay, việc dạy học trong tất cả các trường THPT theo một phân phối chương trình thống nhất. Bộ giáo dục và đào tạo, Sở GD&ĐT Vĩnh Phúc đã ban hành một số văn bản hướng dẫn các tổ nhóm chuyên môn thực hiện dạy học theo chuyên đề (chủ đề) và yêu cầu đưa giáo dục STEM vào các trường học. Qua tập huấn cũng như giảng dạy thực tế, tôi đã tiến hành thiết kế và dạy học chủ đề STEM trong bài "Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng" Vật lí 10 THPT và tiến hành dạy thử nghiệm. 2. Tên sáng kiến Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề STEM trong bài "Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng" Vật lí 10 THPT. 1 3. Tác giả sáng kiến: Họ và tên: Cao Văn Tuấn. - Địa chỉ tác giả sáng kiến: Trường THPT Lê Xoay - Khu 2 - Thị Trấn Vĩnh Tường - Vĩnh Phúc - Số điện thoại:0978074428 E_mail: [email protected] 4. Chủ đầu tư tạo ra sáng kiến : Giáo viên Cao Văn Tuấn 5. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến : + Một số chủ đề STEM trong bài học Vật lí lớp 10 cấp THPT. + Thiết kế và dạy học chủ đề STEM trong bài "Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng" Vật lí 10 THPT. + Bài học: Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng. + Chủ đề STEM : Xe bong bóng sáng tạo. + Giảng dạy bài động lượng, định luật bảo toàn động lượng theo hướng phát triển năng lực học sinh. + Thiết kế và tổ chức dạy học chủ đề STEM phù hợp với học sinh nhà trường và cơ sở vật chất hiện tại. + Điều kiện và sự phù hợp của chủ đề STEM và câu lạc bộ STEM trong trường THPT Lê Xoay. 6. Ngày sáng kiến được áp dụng lần đầu: - Tháng 1/2020. 7. Mô tả bản chất của sáng kiến 7.1. LÝ THUYẾT VỀ GIÁO DỤC STEM TRONG TRƯỜNG TRUNG HỌC 7.1.1. Khái niệm về giáo dục STEM Giáo dục STEM trong trường trung học là quan điểm dạy dọc là quan điểm dạy học định hướng phát triển năng lực học sinh thuộc các lính vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Các kiến thức và kỹ năng về khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán được tổ chức dạy học tích hợp theo chủ đề nhằm giúp học sinh vận dụng kiến thức để giải quyết vẫn đề thực tiễn mang lại và có giá trị. 2 STEM là cách viết lấy chữ cái đầu tiên trong tiếng Anh của các từ: Science, Technology, Engineering, Maths. Science (Khoa học): gồm các kiến thức về vật lý, Hóa học, Sinh học và khoa học trái đất nhằm giúp học sinh hiểu về thế giới tự nhiên và vận dụng kiến thức đó để giải quyết vấn đề khoa học trong cuộc sống hàng ngày. Technology (Công nghệ): phát triển khả năng sử dụng, quản lý, hiểu và đánh giá công nghệ của học sinh, tạo ra cơ hội để học sinh hiểu hiểu về công nghệ được phát triển như thế nào, ảnh hưởng của công nghệ mới tới cuộc sống. Engineering (Kỹ thuật): phát triển sử hiểu biết của học sinh về cách công nghệ đang phát triển thông qua thiết kế kỹ thuật, tạo cơ hội để tích hợp kiến thức của nhiều môn học, giúp cho các khái niệm liên quan trở nên dễ hiểu. Kỹ thuật cũng cung cấp cho học sinh những kỹ năng để vận dụng sáng tạo cơ sở Khoa học và Toán học trong quá trình thiết kế các đối tượng, các hệ thống hay xây dựng quy trình sản xuất. Maths (Toán học): phát triển ở học sinh khả năng phân tích, biện luận và truyền đạt ý tưởng một cách hiệu quả thông qua việc tính toán, giải thích, các giải pháp giải quyết toán học trong các tình huống đặt ra. Thuật ngữ STEM được dùng trong hai ngữ cảnh khác nhau đó là ngữ cảnh giáo dục và ngữ cảnh nghề nghiệp. Đối với ngữ cảnh giáo dục, STEM nhấn mạnh đến sự tâm của nền giáo dục đối với các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. Quan tâm đến việc tích hợp các môn học trên gắn với thực tiễn để nâng cao năng lực cho người học. Giáo dục STEM có thể được hiểu và diễn giải ở nhiều cấp độ như: chính sách STEM, chương trình STEM, nhà trường STEM, môn học STEM, bài học STEM, hoạt động STEM. Đối với ngữ cảnh nghề nghiệp, STEM được hiểu là nghề nghiệp các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học. 7.1.2. Mục tiêu giáo dục STEM - Phát triển các năng lực đặc thù của môn học thuộc về STEM cho học sinh Đó là những kiến thức, kỹ năng liên quan đến các môn học Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán. Trong đó học sinh biết liên kết các kiến thức Khoa học và Toán học để giải quyết các vấn đề thực tiễn. Học sinh biết sử dụng, 3 quản lý và truy cập Công nghệ. Học sinh biết quy trình thiết kế và chế tạo sản phẩm. - Phát triển năng lực cốt lõi cho học sinh Giáo dục STEM nhằm chuẩn bị cho học sinh những có hội cũng như thách thức trong nền kinh tế cạnh tranh toàn cầu của thế kỷ 21. Bên cạnh những hiểu biết về các lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học, học sinh sẽ được phát triển tư duy phê phán, và khả năng hợp tác để thành công. - Định hướng nghề nghiệp cho học sinh Giáo dục STEM sẽ tạo cho học sinh có những kiến thức, kỹ năng mang tính nền tảng cho việc học ở bậc học cao hơn cũng như cho nghề nghiệp trong tương lai của học sinh. Từ đó, góp phần xây dựng lực lượng lao động có năng lực, phẩm chất tốt, đặc biệt là lao động trong lĩnh vực STEM nhằm đáp ứng với nguồn nhân lực cho cuộc cách mạng 4.0 để xây dựng và phát triển quê hương đất nước. 7.1.3. Chủ đề STEM Tiêu chí xây dựng chủ đề/ bài học STEM Tiêu chí 1: Chủ đề bài học STEM tập trung vào các vấn đề của thực tiễn Tiêu chí 2: Cấu trúc bài học STEM kết hợp tiến trình khoa học và quy trìnhthiết kế kĩ thuật Tiến trình bài học STEM cung cấp một cách thức linh hoạt đưa học sinh từ việc xác định một vấn đề – hoặc một yêu cầu thiết kế – đến sáng tạo và phát triển một giải pháp. Theo quy trình này, học sinh thực hiện các hoạt động: (1) Xác định vấn đề – (2) Nghiên cứu kiến thức nền – (3) Đề xuất các giải pháp/thiết kế – (4) Lựa chọn giải pháp/thiết kế – (5) Chế tạo mô hình (nguyên mẫu) – (6) Thử nghiệm và đánh giá – (7) Chia sẻ và thảo luận – (8) Điều chỉnh thiết kế. Trong thực tiễn dạy học, quy trình 8 bước này được thể hiện qua 5 hoạt động chính: HĐ1: Xác định vấn đề (yêu cầu thiết kế, chế tạo) ––> HĐ2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất các giải pháp thiết kế ––> HĐ3: Trình bày và thảo luận phương án thiết kế ––> HĐ4: Chế tạo mô hình/thiết bị... theo phương án thiết kế (đã được cải tiến theo góp ý); thử nghiệm và đánh giá ––> HĐ5: Trình bày và thảo luận về sản phẩm được chế tạo; điều chỉnh thiết kế ban đầu. Tiêu chí 3: Phương pháp dạy học bài học STEM đưa học sinh vào hoạt động tìm tòi và khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm và tạo ra sản phẩm. 4 Quá trình tìm tòi khám phá được thể hiện trong tất cả các hoạt động của chủ đề STEM, tuy nhiên trong hoạt động 2 và hoạt động 4 quá trình này cần được khai thác triệt để. Trong hoạt động 2 học sinh sẽ thực hiện các quan sát, tìm tòi, khám phá để xây dựng, kiểm chứng các quy luật. Qua đó, học được kiến thức nền đồng thời rèn luyện các kĩ năng tiến trình như: Quan sát, đưa ra dự đoán, tiến hành thí nghiệm, đo đạc, thu thập số liệu, phân tích số liệu…Trong hoạt động 4, quá trình tìm tòi khám phá được thể hiện giúp học sinh kiểm chứng các giải pháp khác nhau để tối ưu hoá sản phẩm. Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn học sinh vào hoạt động nhóm kiến tạo. Giúp học sinh làm việc trong một nhóm kiến tạo là một việc khó khăn, đòi hỏi tất cả giáo viên STEM ở trường làm việc cùng nhau để áp dụng phương thức dạy học theo nhóm, sử dụng cùng một ngôn ngữ, tiến trình và yêu cầu về sản phẩm học tập mà học sinh phải hoàn thành. Làm việc nhóm trong thực hiện các hoạt động của bài học STEM là cơ sở phát triển năng lực giao tiếp và hợp tác cho học sinh. Tiêu chí 5: Nội dung bài học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học và toán mà học sinh đã và đang học. Trong các bài học STEM, giáo viên cần kết nối và tích hợp một cách có mục đích nội dung từ các chương trình khoa học, công nghệ, tin học và toán. Lập kế hoạch để hợp tác với các giáo viên toán, công nghệ, tin học và khoa học khác để hiểu rõ nội hàm của việc làm thế nào để các mục tiêu khoa học có thể tích hợp trong một bài học đã cho. Từ đó, học sinh dần thấy rằng khoa học, công nghệ, tin học và toán không phải là các môn học độc lập, mà chúng liên kết với nhau để giải quyết các vấn đề. Điều đó có liên quan đến việc học toán, công nghệ, tin học và khoa học của học sinh. Tiêu chí 6: Tiến trình bài học STEM tính đến có nhiều đáp án đúng và coi sự thất bại như là một phần cần thiết trong học tập. Một câu hỏi nghiên cứu đặt ra, có thể đề xuất nhiều giả thuyết khoa học; một vấn đề cần giải quyết, có thể đề xuất nhiều phương án và lựa chọn phương án tối ưu. Trong các giả thuyết khoa học, chỉ có một giả thuyết đúng. Ngược lại, các phương án giải quyết vấn đề đều khả thi, chỉ khác nhau ở mức độ tối ưu khi giải quyết vấn đề. Tiêu chí này cho thấy vai trò quan trọng của năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo trong dạy học STEM. 5 7.1.4. Xây dựng chủ đề/ bài học STEM Các bước xây dựng chủ đề/ bài học STEM Bước 1: Lựa chọn chủ đề bài học Căn cứ vào nội dung kiến thức trong chương trình môn học và các hiện tượng, quá trình gắn với các kiến thức đó trong tự nhiên; quy trình hoặc thiết bị công nghệ có sử dụng của kiến thức đó trong thực tiễn để lựa chọn chủ đề của bài học. Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết Sau khi chọn chủ đề của bài học, cần xác định vấn đề cần giải quyết để giao cho học sinh thực hiện sao cho khi giải quyết vấn đề đó, học sinh phải học được những kiến thức, kĩ năng cần dạy trong chương trình môn học đã được lựa chọn (đối với STEM kiến tạo) hoặc vận dụng những kiến thức, kĩ năng đã biết (đối với STEM vận dụng) để xây dựng bài học. Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị/giải pháp giải quyết vấn đề Sau khi đã xác định vấn đề cần giải quyết/sản phẩm cần chế tạo, cần xác định rõ tiêu chí của giải pháp/sản phẩm. Những tiêu chí này là căn cứ quan trọng để đề xuất giả thuyết khoa học/giải pháp giải quyết vấn đề/thiết kế mẫu sản phẩm. Các tiêu chí cũng phải hướng tới việc định hướng quá trình học tập và vận dụng kiến thức nền của học sinh chứ không nên chỉ tập trung đánh giá sản phẩm vật chất. Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học. Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học được thiết kế theo các phương pháp và kĩ thuật dạy học tích cực với 5 loại hoạt động học đã nêu ở trên. Mỗi hoạt động học được thiết kế rõ ràng về mục đích, nội dung và sản phẩm học tập mà học sinh phải hoàn thành. Các hoạt động học đó có thể được tổ chức cả ở trong và ngoài lớp học (ở trường, ở nhà và cộng đồng). 7.1.5. Quy trình thiết kế chủ đề STEM Dựa trên mục tiêu giáo dục STEM và các tiêu chí của chủ đề STEM, quy trình thiết kế chủ đề dạy học STEM cho học sinh trung học được thực hiện như hình sau: Vẫn đề thực tiễn (1) Ý tưởng chủ đề STEM (2) Xác định kiến thức STEM cần giải quyết (3) Xác định mục tiêu chủ đề STEM (4) Xây dựng bộ câu hỏi định hướng STEM (5) 6 Vấn đề thực tiễn: được hiểu là các tình huống xây ra có vấn đề đối với học sinh, có tính chất kỹ thuật. Nó có thể là các ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày, con người cần giải quyết một công việc nào đó, kích thích học sinh tìm hiểu và thực hiện để đáp ứng nhu cầu. Nó có thể là yêu cầu của định hướng nghề nghiệp, đòi hỏi học sinh giải quyết nhằm trải nghiệm một số nhiệm vụ của nghề nghiệp náo đó trong thực tế. Ý tưởng chủ đề STEM: là ý tưởng mở được hình thành có tính chất kỹ thuật nhằm giải quyết vấn đề thực tiễn học sinh gặp phải. Xác định kiến thức STEM cần giải quyết: là các kiến thức trong chủ đề có liên quan đến Vật lí, Hóa học, Sinh học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học… Xác định mục tiêu chủ đề STEM: là kiến thức kỹ năng, thái độ và có thể là sản phẩm mà học sinh sẽ đạt được sau khi thực hiện chủ đề. Xây dựng bộ câu hỏi định hướng STEM: là câu hỏi được đặt ra cho học sinh nhằm gợi ý để giúp học sinh đề xuất giải pháp, nhiệm vụ nhằm đạt được mục tiêu của chủ đề. 7.1.6. Dạy học mở mang tính thiết kế chủ đề STEM phát triển năng lực sáng tạo a) Khái niệm dạy học mở mang tính thiết kế Dạy học mở mang tính thiết kế là hình thức dạy học phát hiện và giải quyết những tình huống có vấn đề của cuộc sống nghề nghiệp liên quan đến nội dung chuyên môn Tính mở của hình thức dạy học này được thể hiện bởi các đặc trưng sau: - Tính đa lời giải. - Khuyến khích học sinh tham gia vào giải quyết vấn đề - Giảm bớt sự căng thẳng của học sinh. Dạy học mở mang tính thiết kế được thực hiện dựa trên phương pháp nghiên cứu khoa học, khuyến khích học sinh tìm kiếm tích cực và có niềm vui trong hoạt động đó. b) Đặc trưng của dạy học mở mang tính thiết kế Dạy học mở mang tính thiết kế có những đặc trưng sau: - Sự nhận thức kỹ thuật của học sinh là dựa trên những kinh nghiệm của học sinh và cùng với nó phát huy nhận thức kỹ thuật. - Vai trò của người giáo viên là người tư vấn tổ chức cho học sinh nhận thức. - Khởi dậy sự tò mò tìm kiếm của học sinh. 7 Dạy học mở mang tính thiết kế, tạo cơ hội cho học sinh hoạt động và phát triển năng lực thông qua hoạt động. Để thực hiện được dạy học mở mang tính thiết kế thì cần phải có những những tình huống có vấn đề (hay nhiệm vụ học tập) mang tính tổng thể, có không gian quyết định, có độ tự do trong việc đưa ra lời giải. Những lời giải của học sinh được tổng hợp thông qua đàm thoại trong quá trình làm việc nhóm. Hoạt động chủ yếu chính là hoạt động của người học tìm ra và quyết định lời giải tối ưu cho vấn đề. c) Tiến trình dạy học mở mang tính thiết kế chủ đề STEM phát triển năng lực sáng tạo Dạy học mở mang tính thiết kế phù hợp cho những nội dung mang tính thiết kế hệ thống kỹ thuật và phát triển năng lực sáng tạo của học sinh. - Giáo viên khuyến khích học sinh tìm kiếm các lời giải và chấp nhận các lời giải. - Giáo viên cùng với học sinh nhận xét để thấy được các lời giải đúng. - Học sinh được tổ chức học theo nhóm, thảo luận, hợp tác với nhau và học lẫn nhau. Tiến trình dạy học mở mang tính thiết kế chủ đề STEM phát triển năng lực sáng tạo của học sinh được thực hiện theo sơ đồ sau: Vấn đề mở (1) Đề xuất các giải pháp (2) Đánh giá giải pháp (3) Lựa chọn giải pháp tối ưu (4) Thực hiện giải pháp lựa chọn (5) Sản phẩm vật chất (6) Vận hành thử nghiệm (7) Sản phẩm vật chất hoàn thiện (8) (1) Vấn đề mở: là bài toán xuất hiện trong thực tiễn nhưng có nhiều lời giải, thông thường nó là bài toán liên quan đến kỹ thuật. (2) Đề xuất giải pháp thiết kế: từ bài toán mở, học sinh sẽ đưa ra nhiều giải pháp khác nhau để giải quyết vấn đề. (3) Đánh giá giải pháp: Trên cơ sở các giải pháp được đề suất, học sinh tiến hành phân tích, đánh giá ưu nhược điểm của từng giải pháp. (4) Lựu chọn giải pháp tối ưu: sau khi đánh giá từng giải pháp, học sinh thống nhất lựa chọn một giải pháp. (5) Thực hiện giải pháp lựa chọn: sau khi chọn được giải pháp tối ưu, học sinh tiến hành tổ chức thực hiện giải pháp: lên kế hoạch, thiết kế bản vẽ, tìm kiếm vật liệu nắp ráp… 8 (6) Sản phẩm vật chất: sau khi thực hiện giải pháp, học sinh sẽ thu được sản phẩm có thể là mô hình vật chất - chức nang hoặc sản phẩm thật. (7) Vận hành thử nghiệm: học sinh cho vận hành thử sản phẩm để đánh giá xem có đạt được yêu cầu như dự tính ban đầu hay không, nếu không vận hành được hoặc vận hành lỗi thì học sinh tiếp tục khắc phục để cho ra sản phẩm đạt yêu cầu (8) Sản phẩm vật chất hoàn thiện: là sản phẩm cuối cùng sau khi học sinh cải tiến, khắc phục lỗi và vận hành đạt yêu cầu. Trong thực tế, học sinh có thể không thực hiện được đúng thứ tự các giai đoạn từ (1) đến (8) như trình bày ở trên. Học sinh có thể thực hiện theo tiến trình sau đây: (1)→(2) →(5)→(6)→(7)→(2)→(5)→(6)→(7)→(2)→(5)→(6)→(7)→(8) và hiệu quả dạy học cũng đạt kết quả. 7.2. Chủ đề STEM trong bài “Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng” 7.2.1. Bài “Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng” 1. Xác định vấn đề cần giải quyết của bài học có chủ đề STEM + Xây dựng khái niệm động lượng và định luật bảo toàn động lượng xuất phát từ những hiện tượng tự nhiên đơn giản và vận dụng kiến thức đã biết về định luật II và III Niu Tơn. Vận dụng định luật bảo toàn động lượng giải quyết một số vấn đề thực tiến: va chạm mềm, chuyển động bằng phản lực… + Thiết kế và chế tạo được xe đồ chơi chuyển động được từ những vật liệu đơn giản. 2. Nội dung kiến thức cần xây dựng trong bài có chủ đề STEM Nội dung 1 (45 phút): Khái niệm động lượng của vật. Xây dựng nội dung định luật bảo toàn động lượng. + Động lượng p của vật chuyển động là đại lượng vectơ được đo bằng tích của khối lượng m và vectơ vận tốc v của vật. p  mv Trong hệ SI, đơn vị của động lượng là kilôgam mét trên giây (kg.m/s). + Động lượng của hệ vật bẳng tổng các véc tơ động lượng của các vật trong hệ: p  p1  p2  ... - Hệ cô lập + Định luật bảo toàn động lượng : Vectơ tổng động lượng của hệ kín được bảo toàn. p  p' 9 Trong đó: p là động lượng ban đầu, p ' là động lượng lúc sau. + Đối với hệ hai vật : p1  p2  p1'  p'2 Trong đó, p1, p2 tương ứng là động lượng của hai vật lúc trước tương tác, p'1, p'2 tương ứng là động lượng của hai vật lúc sau tương tác. Nội dung 2 (45 phút): Vận dụng kiến thức định luật bảo toàn động lượng vào giải quyết một vấn đề thực tiễn - Chuyển động bằng phản lực. - Thiết kế chế tạo xe đồ chơi chuyển động được từ những vật liệu đơn giản. 3. Chuẩn kiến thức, kĩ năng và một số năng lực có thể được phát triển 3.1. Kiến thức + Viết được công thức tính động lượng và nêu được đơn vị đo động lượng + Phát biểu và viết được hệ thức của định luật bảo toàn động lượng đối với hệ hai vật. + Nêu được một số ví dụ trong thực tế về chuyển động bằng phản lực. + Vận dụng được kiến thức về định luật bảo toàn động lượng để giải thích một số hiện tượng trong thực tế. 3.2. Kĩ năng + Vận dụng định luật bảo toàn động lượng để giải được các bài tập đối với hai vật va chạm mềm. Chế tạo được một số thí nghiệm đơn giản để minh họa cho chuyển động bẳng phản lực. + Thiết kế vào chế tạo được thiết bị chuyển động được từ vật dụng đơn giản. 3.3. Thái độ + Chủ động trao đổi, thảo luận với học sinh khác và giáo viên. + Hợp tác chặt chẽ với các bạn khi thực hiện các nhiệm vụ học tập. + Tự tin đưa ra ý kiến cá nhân khi thực hiện nhiệm vụ học tập. 10 3.4. Năng lực có thể phát triển Các năng lực chung + Năng lực tự học, phát hiện và giải quyết vấn đề, sáng tạo. Năng lực giao tiếp và hợp tác. Năng lực toán học, khoa học, kỹ thuật, công nghệ. - Bảng mô tả các năng lực có thể phát triển trong chủ đề Nhóm năng lực Nhóm NLTP liên quan đến sử dụng kiến thức vật lí Năng lực thành phần K1: Trình bày được kiến thức về các hiện tượng, đại lượng, định luật, nguyên lí vật lí cơ bản, các phép đo, các hằng số vật lí Mô tả mức độ thực hiện trong chủ đề - Phát biểu được khái niệm xung lượng của lực, khái niệm động lượng, nội dung định luật bảo toàn động lượng K2: Trình bày được mối -Liên hệ giữa biến thiên động lượng quan hệ giữa các kiến thức và xung lượng của lực vật lí - Viết đúng biểu thức của định luật bảo toàn động lượng. K3: Sử dụng được kiến thức - Sử dụng định luật II và III Niu Tơn vật lí để thực hiện các đề hình thành khái niệm xung lượng nhiệm vụ học tập của lực, khái niệm động lượng, định luật bảo toàn động lượng. K4: Vận dụng (giải thích, dự đoán, tính toán, đề ra giải pháp, đánh giá giải pháp … ) kiến thức vật lí vào các tình huống thực tiễn - Chỉ ra những chuyển động bằng phản lực trong thực tiễn. - Vận dụng định luật bảo toàn động lượng để giải thích được một số hiện tượng tự nhiên và giải các bài tập liên quan. Nhóm P1: Đặt ra những câu hỏi về - Đặt ra được câu hỏi liên quan đến NLTP về một sự kiện vật lí tác dụng lực đáng kể trong thời gian 11 phương pháp (tập trung vào năng lực thực nghiệm và năng lực mô hình hóa) có thể làm biến đổi trạng thái chuyển động. P2: mô tả được các hiện - Mô tả được hiện tượng về sự thay tượng tự nhiên bằng ngôn đổi trạng thái chuyển động và tác ngữ vật lí và chỉ ra các quy dụng lực luật vật lí trong hiện tượng đó P3: Thu thập, đánh giá, lựa - Nghiên cứu SGK để tìm hiểu về chọn và xử lí thông tin từ mối quan hệ giữa xung lượng của các nguồn khác nhau để giải lực và biến thiên động lượng. quyết vấn đề trong học tập vật lí P4: Vận dụng sự tương tự + Vận định luật II và III Niu Tơn và các mô hình để xây dựng kiến thức vật lí P5: Lựa chọn và sử dụng + Lựa chọn kiến thức về tích của các công cụ toán học phù một số với một véc tơ để có khái hợp trong học tập vật lí. niệm động lượng, định luật bảo toàn động lượng, suy ra nguyên tắc chuyển động bằng phản lực. P6: chỉ ra được điều kiện lí - Định luật bảo toàn động lượng chỉ tưởng của hiện tượng vật lí đúng với hệ cô lập P7: đề xuất được giả thuyết; Đề xuất được mối liên hệ giữa suy ra các hệ quả có thể khối lượng, vận tốc của vật trước và kiểm tra được. sau va chạm. P8: xác định mục đích, đề Đề xuất phương án thí nghiệm xuất phương án, lắp ráp, kiểm nghiệm định luật bảo toàn tiến hành xử lí kết quả thí động lượng. nghiệm và rút ra nhận xét. P9: Biện luận tính đúng đắn 12 của kết quả thí nghiệm và tính đúng đắn các kết luận được khái quát hóa từ kết quả thí nghiệm này. Nhóm NLTP trao đổi thông tin X1: trao đổi kiến thức và ứng dụng vật lí bằng ngôn ngữ vật lí và các cách diễn tả đặc thù của vật lí - Trao đổi những kiến thức để mô tả sự thay đổi trang thái chuyển động bằng ngôn ngữ vật lí: lực, xung lượng của lực, động lượng. X2: phân biệt được những mô tả các hiện tượng tự nhiên bằng ngôn ngữ đời sống và ngôn ngữ vật lí (chuyên ngành ) Sử dụng được đại lượng vật lí như xung lượng của lực, động lượng để mô tả sự thay đổi trạng thái chuyển động của vật. X3: lựa chọn, đánh giá được các nguồn thông tin khác nhau, X4: mô tả được cấu tạo và Mô tả nguyên tắc hoạt động của nguyên tắc hoạt động của thiết bị chuyển động bẳng phản lực. các thiết bị kĩ thuật, công Như là tên lửa, máy bay phản lực… nghệ X5: Ghi lại được các kết + Vận dụng mô hình lí thuyết, biến quả từ các hoạt động học đổi toán học về tích của một số với tập vật lí của mình (nghe một véc tơ. giảng, tìm kiếm thông tin, thí nghiệm, làm việc nhóm… ) X6: trình bày các kết quả từ Trình bày kết quả thu được từ việc các hoạt động học tập vật lí sử dụng kiến thức các định luật Niu của mình (nghe giảng, tìm Tơn. kiếm thông tin, thí nghiệm, làm việc nhóm… ) một 13 cách phù hợp X7: thảo luận được kết quả + Thảo luận để hướng đến vận dụng công việc của mình và định luật II và III Niu Tơn để giải những vấn đề liên quan quyết nhiệm vụ học tập. dưới góc nhìn vật lí X8: tham gia hoạt động nhóm trong học tập vật lí Nhóm NLTP liên quan đến cá nhân C1: Xác định được trình độ Xác định được trình độ hiện có về hiện có về kiến thức, kĩ định luật II và III Niu Tơn. năng , thái độ của cá nhân Đánh giá được kĩ năng, thái độ trong học tập vật lí trong những công việc được phân công về nhà. C2: Lập kế hoạch và thực hiện được kế hoạch, điều chỉnh kế hoạch học tập vật lí nhằm nâng cao trình độ bản thân. + Lập kế hoạch, có sự cố gắng thực hiện kế hoạch về bài tìm hiểu và thí nghiệm vui về chuyển động bằng phản lực. C3: chỉ ra được vai trò (cơ hội) và hạn chế của các quan điểm vật lí đối trong các trường hợp cụ thể trong môn Vật lí và ngoài môn Vật lí + Nhờ việc biết được kiến thức về định luật bảo toàn động lượng có thể áp dụng vào những tình huống cụ thể trong thực tiến (súng giật khi bắn, chuyển động trong các con tàu vũ trụ ngoài trái đất…) C4: so sánh và đánh giá So sánh và đánh giá được khía được - dưới khía cạnh vật cạnh của định luật bảo toàn động lí- các giải pháp kĩ thuật lượng giải pháp bắn súng ít giật… khác nhau về mặt kinh tế, xã hội và môi trường C5: sử dụng được kiến thức + Sử dụng được kiến thức về chuyển vật lí để đánh giá và cảnh động bằng phản lực đề cảnh bao 14 báo mức độ an toàn của thí nghiệm, của các vấn đề trong cuộc sống và của các công nghệ hiện đại mực độ nguy hiểm của súng giật khi bắn… + Cảnh báo những phương tiện tham gia giao thông chuyển động nhanh khi va chạm với nhau thì gây nguy hiểm. C6: nhận ra được ảnh + Nhận ra được vai trò của định luật hưởng vật lí lên các mối bảo toàn động lượng và chuyển động quan hệ xã hội và lịch sử. bằng phản lực trong sự phát của khoa học kĩ thuật và đời sống con người. 7.2.2 Chủ đề STEM xe bong bóng sáng tạo a) Vấn đề thực tiễn Xe bong bóng là đồ chơi thú vị, hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển động bằng phản lực, được làm hầu hết từ vật liệu tái chế. Đồ chơi này không chỉ gia công đơn giản, vật liệu dễ tìm mà còn được sử dụng tổ chức nhiều trò chơi thú vị liên quan đến chúng. Tự làm xe bong bóng không những tạo điều kiện để học sinh lĩnh hội kiến thức về chuyển động bằng phản lực mà còn tạo sân chơi thú vị, giúp học sinh giải trí sau giờ học căng thẳng. b) Hình thành ý tưởng chủ đề c) Kiến thức STEM trong chủ đề Tên sản phẩm Khoa học (S) Xe bong bóng Định luật III Newton, định luật bảo toàn động lượng, chuyển động bằng phản lực, cân bằng Công nghệ Kỹ thuật Toán học (T) (E) (M) Máy bắn keo, kéo gắn, vật liệu: nắp chai, đũa tre, vỏi chai nhựa, bong bóng... Bản vẽ và quy trình lắp ráp xe bong bóng, phương án điều khiển xe bong bóng di chuyển về Đo kích thước các bộ phận để tạo ra, để cắt khung… 15 áp suất. mục tiêu. d) Mục tiêu của chủ đề: ◊ Kiến thức - Nêu được nguyên lí chuyển động bằng phản lực. - Vận dụng kiến thức định luật III Niu Tơn, chuyển động bằng phản lực, áp suất để chế tạo xe bong bóng. ◊ Kỹ năng - Thiết kế bản vẽ mô hình xe bong bóng. - Chế tạo, lắp ráp được đồ chơi xe bong bóng theo phương án thiết kế. - Vận hành, thử nghiệm, cải tiến xe bong bóng. - Làm việc nhóm, thuyết trình, lắng nghe, phản biện, bảo vệ chính kiến. ◊ Thái độ - Hòa nhã, có tinh thần trách nhiệm đối với nhiệm vụ chung của nhóm. - Nhiệt tình, năng động trong quá trình gia công, lắp ráp xe bong bóng. - Tích cực tham gia và tuân thủ luật chơi với các trò chơi. e) Bộ câu hỏi định hướng ◊ Câu hỏi khái quát - Tự làm đồ chơi thú vị từ vật liệu tái chế, hoạt động dựa trên nguyên lý chuyển động bằng phản lực? ◊ Câu hỏi bài học - Nguyên lí cấu tạo và hoạt động của xe đồ chơi chuyển động bằng phản lực là gì? - Có các loại mô hình đồ chơi nào chuyển động bằng phản lực? - Chế tạo xe bong bóng như thế nào? 7.2.3. Tiến trình dạy học * Phần 1 (45 phút trên lớp): Động lượng. Định luật bảo toàn động lượng Ghi chú: - Mỗi nội dung có thể gồm các hoạt động khác nhau 16 - Mỗi hoạt động gồm 4 bước: Chuyển giao nhiệm vụ; Thực hiện nhiệm vụ; Báo cáo, thảo luận; Kết luận hoặc Nhận định hoặc Hợp thức hóa kiến thức. - Trường hợp sử dụng phương pháp phát hiện và giải quyết vấn đề bao gồm các hoạt động: TT Hoạt động Nội dung Năng lực được hình thành Tình huống xuất phát - đề xuất vấn đề Khái niệm động lượng 1 Chuyển nhiệm vụ giao Giáo viên cho quan sát sự va chạm của hai vật (Hai hòn bi trên mặt phẳng ngang, hai xe trên đệm không khi, hoặc video va chạm của của hai vật) GV đặt câu hỏi, trong quá trình va chạm của hai vật trên có đại lượng vật lí nào được bảo toàn ? hiện + Học sinh làm việc cá nhân hoặc nhóm K1; đưa ra ý về đại lượng bảo toàn trong vị dụ X1. va chạm hai vật 2 Thực nhiệm vụ 3 Báo cáo, thảo Giáo viên tổ chức cho học sinh trình luận bày và thảo luận về dự đoán đại lượng bảo toàn trong va chạm hai vật. K2; - Hs có thể phát biểu về đại lượng bảo toàn: vận tốc, tích khối lượng và vận tốc… 4 Phát biểu vấn đề Tích giữa khối lượng và vận tốc của hệ vật có là đại lượng bảo toàn. 17 Đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề 1 Chuyển nhiệm vụ giao Hãy đề xuất cách để chứng minh giải thuyết trên 2 Thực nhiệm vụ hiện 3 HS làm việc cá nhân và nhóm Nghiên cứu SGK và tài liệu tham khảo Báo cáo, thảo + Mỗi nhóm cử đại diện báo cáo trước luận lớp. - Các lớp lắng nghe, đưa ra các ý kiến thảo luận. - Giáo viên xác nhận ý kiến đúng từng trường hợp 4 Lựa chọn giải Sử dụng mô hình lí thuyết pháp Sử dụng phương pháp thực nghiệm. Thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề (Lí thuyết) 1 Chuyển nhiệm vụ giao Sử dụng kiến thức vật lí đã học để 2 Thực nhiệm vụ hiện Vận dụng định luật II và III Niu Tơn 3 Báo cáo, thảo F21  F12 luận m1 a1  m2 a 2 m1 v1 v2  m 2 t t ' ' m1 (v1  v1 ) m 2 (v 2  v 2 )  t t ' ' m1 v1  m2 v2  m1 v1  m2 v2 18 tr4 Kết luận, nhận Đại lương bằng tích khối lượng và định vận tốc là động lượng. + Tổng động lượng của hệ hai vật tương tác là đại lượng bảo toàn. Chú ý với một vật khối lượng m chịu tác dụng lực F trong khoảng thời gian t thì đại lượng F.t gọi là xung lượng của lực. Thực hiện giải pháp giải quyết vấn đề (Thực hành) 1 Chuyển nhiệm vụ giao Giáo viên giới thiệu bộ thí nghiệm hai vật va chạm trên đệm không khí. Các em hãy thiết kế phương án thí nghiệm kiểm nghiệm kết luận trên? 2 Thực nhiệm vụ hiện HS thiết kết phương án đo - Quãng đường và thời gian để tìm vận tốc của mỗi vật trước và sau va chạm. - Ghi kết quả vận tốc xác định được 3 Báo cáo, thảo Các nhóm HS báo cáo kết quả thí luận nghiệm và thảo luận 4 Kết luận, nhận + Kết luận về sự phù hợp giữa kết quả định, hợp thức thu được từ thực nghiệm và suy luận lí hóa kiến thức thuyết ở trên. + Kết luận về định luật bảo toàn động lượng cho hệ kín. * Phần 2: (45 phút trên lớp) Tổ chức dạy và học chủ đề STEM xe chuyển động nhờ bong bóng sáng tạo Dụng cụ và vật liệu cần thiết để học sinh tự làm xe bong bóng Tên sản phẩm Vật liệu chuẩn bị Hình minh họa vật 19