Giáo án STEM Lớp 11 - Chủ đề 15: Thiết kế đền ngủ tự động tắt

CHỦ ĐỀ: THIẾT KẾ ĐỀN NGỦ TỰ ĐỘNG TẮT
1. Tên chủ đề: THIẾT KẾ ĐỀN NGỦ TỰ ĐỘNG TẮT
(Số tiết: 03 tiết – lớp 11)
2. Mô tả chủ đề:
	Hiện nay, pin điện hóa đang đực sử dụng rất phổ biến trong cuộc sống. tuy nhiên, rác thải in điện hóa lại là một trong những nguyên nhân gây ô nhiễm trong môi trường.
	Trong chủ đề này, HS sẽ thực hiện dự án thiết kế và chế tạo được Đèn ngủ tự động tắt sử dụng (hệ)pin điện hóa từ các vật liệu thân thiện với môi trường như các loại củ quả. Theo, HS phải nghiên cứu và vận dụng các kiến thức liên quan như:
	- Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của pin điện hóa(Bài 7 – vật lí 11);
	- Biểu thức của định luật ôm với toàn mạch; công thức tính hiệu suất và công suất của pin điện hóa, suất điện động của bộ nguồn trong các cách ghép nguồn điện thành bộ(bài 8,9,10 – vật lí 11)
	- Sự điện li (Bài 1 – hóa học lớp 11)
	- Quá trình oxi hóa khử (Bài 17 – hóa học lớp 10)
	- Thiết kế bản vẽ kĩ thuật (bài 8 – công nghệ lớp 11)
	- Thống kê (Tần số, trung bình cộng – chương 5 – toán học lớp 10)
3. Mục tiêu:
Sau khi hoàn thành chủ đề này, học sinh có khả năng:
a. Kiến thức:
- Mô tả được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của oin điện hóa, nguyên nhân gây ô nhiễm ôi trường của rác thải pin điện hóa;
- Nêu được biểu thức tính và tính được công thức của định luật ôm với toàn mạch, hiệu suất và công suất của pin điện hóa, suất điện động của bộ nguồn trong các cách gép nguồn điện thành bộ;
- Áp dụng kiến thức toán thống kê, ghi chép xác ddihj hiệu điện thế trong quá trình làm thí nghiệm nghiên cứu;
- Vận dụng được các kiến thức trong chủ đề và kiến thức đã biết, thiết kế và chế tạo được đèn pin ngủ tự động tắt sử dụng (hệ) pin điện hóa từ các vật liệu thân thiện với môi trường như các loại củ quả,,,
b, Kĩ năng:
- tiến hahf được thí ngiệm nghiên cứu và tìm ra điều kiện phù hợp để thiết kế đèn nghủ(đèn led) có hiệu điện thế định mức 3v;
- Đo suất điện động để kiểm tra hoạt động của pin đã chế tạo
- Vẽ được bản thiết kế đèn ngủ sử dụng pin điện hóa thân thiện với môi trường.
- Chế tạo được đèn ngủ tự động tắt theo bản thiết kế;
- Trình bày, bảo vệ được ý kiến của mình và phản biện ý kiến của người khác;
- hợp tác trong nhóm để cùng thực hiện nhiệm vụ học tập.
c, Phát triển phẩm chất:
- Có thái độ tích cực, hợp tác trong làm việc nhóm;
- Yêu thích say mê nghiên cứu khoa học
- Có ý thức bả vệ môi trường.
d, Định uowgs phát triện năng lực;
- Năng lực thực nghiệm, ghiên cứu kiến thức về pin điện hóa;
- Năng lực giải quyết vấn đề chế tạo nguồn điện thân thiện với môi tường một cách sáng tạo;
- Năng lực giao tiếp và hợp tác nhóm để thống nhất bản thiết kế và phân công thực hiện từng nhiệm vụ cụ thể.
4. Thiết bị:
GV hướng dẫn HS sử dụng một số thiết bị sau khi học chủ đề:
- Đồng hồ đo điện;
- Một số nguyên vật liệu như: quả cà chua, quả chanh, củ khoai tây; các tấm điện cực bằng thiếc, nhôm đồng, dây dẫn điện , đèn led
5. Tiến trình dạy học:
Hoạt động 1: XÁC ĐỊNH YÊU CẦU THIẾT KẾ ĐÈN NGỦ TỰ ĐỘNG TẮT
(Tiết 1 – 45 phút)
A. Mục đích:
Học sinh trình bày được kiến thức về ưu nhược điểm của pin và ắc quy; nhận ra được khả năng tạo ra dòng điện từ các loại củ quả; Tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế đèn ngủ và iểu rỗ các tiêu chí đánh giá sản phẩm.
B. Nội dung:
- HS trình bày về ưu nhược điểm của pin, ắc quy(đã được giao tìm hiểu trước ở nhà).
- GV tổ chức HS làm thí nghiệm khám phá kiến thức để xác định khả năng tạo ra dòng điện từ các loại củ quả. Các nhóm được giao các nguyên vật liệu như táo, củ khoai tâyvà các tấm điện cực để đấu với các đoạn dây và đo hiệu điện thế.
- Từ thí nghiệm khám phá kiến thức, GV giao nhiệm vụ cho HS thực hiện dự án dựa trên kiến thức về cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của pin điện hóa; suất điện động của bộ nguồn trong các cách gép nguồn điện thành bộ.
- GV thống nhất với HS về kế hoạch triển khai dự án và tiêu chí đánh giá sản phẩm của dự án.
C. Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh;
Kết thúc hoạt động, HS cần đạt được các sản phẩm sau:
- Bản ghi chép kiến thức mới về khả năng tạo ra dòng điện từ các loại rau củ quả.
- Bảng mô tả nhiệm vụ của dự án và niệm vụ các thành viên; thời gian thực hiện dự án và các tiêu chí đánh giá sản phẩm của dự án.
D. Cách thức tổ chức hoạt động:
Bước 1. Đặt vấn đề, chuyển giao nhiệm vụ.
Trên cơ sở GV đã giao nhiệm vụ cho HS về nhà tìm hiểu thông tin về ưu nhược điểm của pin, ắc quy phổ biến hiện nay, GV đặt câu hỏi để HS trả lời:
Nêu một vài ưu nhược điểm của pin và ắc quy hiện nay.
GV tổng kết bổ sung, chỉ ra được: pin và ắc quy hện nay được dùng rất phổ biến, nhưn rác thải từ pin và ắc quy là một tròng nững nguyên nhân góp phần gây ô nhiễm môi trường.
Bước 2. HS làm thí nghiệm khám phá kiến thức.
GV đặt vấn đề giới thiệu thí nghiệm: Có cách nào có thể tạo ra dòng điện từ những chất an toàn hơn với môi trường hay không? Để tìm các nguồn điện an toàn với môi trường, các em hãy làm việc theo nhóm để tiến hành thí nghiệm xác định khả năng tạo ra nguồn điện từ các loại củ quả
- GV chia HS thành nhóm từ 6-8 HS 
- GV nêu mục đích và hướng dẫn tiến hành thí nghiệm.
Mục đích: Tiến hành thí nghiệm để nghiên cứu các nguyện liệu có thể dùng để tạo ra nguồn điện. Các nguyên liệu tìm hiểu là quả chanh, củ koai tây, quả cà chua, quả táo.
GV phát nguyên liệu và phiếu hướng dẫn làm thí nghiệm cho các nhóm để các nhóm tự tiến hành thí nghiệm:
Nguyên vật liệu: các nhóm nhận nguyên vật liệu .
- HS làm thí nghiệm theo nhóm, GV quan sát hỗ trợ nếu cần.
- Đại diện học sinh các nhóm trình bày kết quả thí nghiệm và kết luận.
- GV nhận xét, chốt kiến thức: các nguyên liệu sử dụng trong thí nghiệm đều có thể sử dụng làm nguồn điện thân thiện với môi trường
Bước 3. Giao nhiệm vụ cho HS và xác lập tiêu chí đánh giá sản phẩm
GV nêu nhiệm vụ: căn cứ vào kết quả thí nghiệm vừa tiến hành, các nhóm sẽ thực hiện dự án “thiết kế đèn ngủ.”
Sản phẩm đèn ngủ cần đạt được các tiêu chí về nguồn điện, công suất của đèn, thời gian chiếu sáng, hình thức, chi phí và được đánh giá cụ thể như sau:
Phiếu đánh giá tiêu chí sản phẩm đèn pin điện hóa
Tiêu chí
Điểm tối đa
Đèn sử dụng nguồn điện từ củ quả
1đ
Nguồn thắp sáng được bóng led HĐT định mức 3v
3đ
Đèn có thời gian sáng tối thiểu 5 p’
3đ
Đèn có hình thức đẹp
1đ
Chi phí làm đèn tiết kiệm
2đ
Tổng
10đ
Bước 4. GV thống nhất kế hoạch triển khai
Hoạt động chính
Thời lượng
Hoạt động 1: Giao nhiệm vụ dự án
Tiết 1
Hoạt động 2: nghiên cứu kiến thức nền và chuẩn bị bài thiết kế sản phẩm để báo cáo.
1 tuần(HS làm ở nhà thao nhóm)
Hoạt động 3: báo cáo phương án thiết kế.
Tiết 2(HS làm ở nhà thao nhóm)
Hoạt động 4: chế tạo, thử nghiểm sản phẩm
1 tuần 
Hoạt động 5: triển lãm, giới thiệu sản phẩm.
Tiết 3
Trong đó, GV nêu rõ nhiệm vụ ở nhà của hoạt động 2:
- Nghiên cứu kiến thức liên quan: cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của pin điện hóa;biểu thức định luật ôm toàn mạch; công thức tính hiệu suất và công suất pin điện háo, suất điện động của bộ nguồn trong các cách gép nguồn điện thành bộ; quá trình oxi hóa khử trên các điện cực.
- Tiến hành thí nghiệm xác định phương án ghép nguồn để đạt các tiêu chí của sản phẩm.
- Vẽ bản vẽ mạch điện và bản thiết kế sản phẩm để báo cáo trong buổi học tuần tiếp.
- Các tiêu chí đánh giá bài này, bản vẽ mạch điện và bản thiết kế sản phẩm được sử dụng theo phiếu đánh giá số 2.
Phiếu đánh giá số 2: đánh giá bài báo cáo và thiết kế sản phẩm 
Tiêu chí
Điểm tối đa
Điểm đạt được
Bản vẽ mạch điện của đèn được vẽ rõ ràng, đúng nguyên lí;
2đ
Bản thiết kế kiểu dáng của đèn được vẽ rõ ràng, đẹp, sáng tạo, khả thi;
2đ
Giải thích rõ nguyên lí hoạt động của đèn;
4đ
Trình bày rõ ràng, logic, sinh động;
2 đ
Tổng điểm
10đ
Hoạt động 2: NGHIÊN CỨU VỀ PIN ĐIỆN HÓA VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP THIẾT KẾ ĐÈN NGỦ TỰ ĐỘNG TẮT
(HS làm việc ở nhà – 1 tuần)
a, Mục đích:
học sinh tự học được kiến thức liên quan thông qua việc nghiên cứu tài liệu và làm các thí nghiệm để hiểu về nguồn điện, công suất, định luật ôm với toàn mạch, ghép các nguồn điện thành bộ, thiết kế và bản vẽ kĩ thuật từ đó thiết kế được mạch điện và bản vẽ kĩ thuật cho đèn.
b, Nội dung:
học sinh tự học và làm việc nhóm thảo luận thống nhất các kiến thức liên quan, làm thí nghiệm, vẽ bản thiết kế mạch điện và sản phẩm.
GV đôn đốc, hỗ trợ tài liệu, giải đáp thắc mawcscho các nhóm khi cần thiết.
c, Dự kiến sản phẩm của học sinh:
Kết thúc hoạt động, HS cần đạt được sản phẩm sau:
- Bài ghi của cá nhân về kiến thức liên quan;
- Bản vẽ mạch điện và bản thiết kế sản phẩm
- Bài thuyết trình về bản vẽ và bản thiết kế
d, Cách thức tổ chức hoạt động:
- Các thành viên trong nhóm đọc bài 7,8,9,10 trong sgk vật lí 11, bài 8 trong sgk công nghệ 11
- Hs làm việc nhóm
+ Chia sẻ các thành viên trong nhóm về kiến thức đã tìm hiểu được
+ Tiến hành thí nghiệm xác định phương án ghép nguồn để đạt các tiêu chí của sản phẩm(tiến hành lại thí nghiệm như ở hoạt động 1vowis nguyên liệu củ quảđể đo HĐT của một nguồn, xác định cách gép và só nguồn cần ghép)
+ Vẽ các bản vẽ mạch điện của đèn, thiết kế sản phẩm, kiểu đèn. Trình bày bản thiết kế trên giấy A0 hoạc bài trình chiếu
+Chuẩn bị bài trình bày 2 bản thiết kế, giải thích nguyên lí hoạt động của đèn.
GV đôn đốc các nhốm thực hiện niệm vụ và hỗ trợ nếu cần.
Hoạt động 3 TRÌNH BÀY BẢO VỆ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ CỦA NHÓM
(tiết 2- 45 phút)
a, Mục đích:
Học sinh trình bày được phương án thiết kế đèn ngủ(Bản vẽ mạch điện và bản vẽ thiết kế sản phẩm) và sử dụng các kiến thức nền để giải thích nguyên lí hoạt động của đèn và phương án thiết kế mà nhóm đã lựa chọn.
b, Nội dung: 
- GV tổ chức HS từng nhóm trình bày phương án thiết kế đèn .
- GV tổ chức hoạt động thảo luận cho từng thiết kế: các nhóm khác giáo viên nêu câu hỏi làm rõ, phản biện góp ý cho bản thiết kế, nhóm trình bày lập luận bảo vệ ý kiến của nhóm mình
- GV cuẩn hóa các kiến thức liên quan cho học sinh; yêu cầu HS ghi lại các kiến thức, chỉnh sửa phương án thiết kế nếu có
c, Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS:
kết thúc hoạt động, Hs cần đạt được sản phẩm là bản tiết kế hoàn chỉnh cho việc chế tạo đèn 
d, Cách thức tổ chức hoạt động:
Bước 1: Lần lượt từng nhóm trình bày phương án thiết kế trong vòng 5p, các nhóm còn lại chú ý lắng nghe
Bước 2: GV tổ chức cho các nhóm còn lại nêu câu hỏi, nhận xét về phương án thiết kế của nhóm bạn, sửa chữa phù hợp
Bước 3; GV nhận xét , tổng kết chuẩn hóa kiến thức liên quan, chốt lại các vấn đề cần chú ý, chỉnh sửa của các nhóm.
Bước 4: GV giao nhiệm vụ cho các nhóm về nhà triển khai chế tạo sản phẩm theo bản thiết kế.
Hoạt động 4; CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM ĐÈN NGỦ TỰ ĐỘNG TẮT
(HS làm việc ở nhà hoặc trên phòng thí nghiệm – 1 tuần)
a, Mục đích:
Các nhóm HS thực hành, chế tạo được đèn ngủ căn cứ trên bản thiết kế đã chỉnh sửa.
b. Nội dung: 
HS làm việc theo nhóm trong thời gian 1 tuần để chế tạo đèn ngủ, trao đổi với giáo viên khi gặp khó khăn.
c. Dự kiến sản phẩm hoạt động của HS:
Kết thúc hoạt động, HS cần đạt được sản phẩm là một đèn ngủ đáp ứng được các tiêu chí trong phiếu đánh giá số 1.
d. Cách thức tổ chức hoạt động:
Bước 1. HS tìm kiếm chuẩn bị các vật liệu dự kiến;
Bước 2. HS lắp đặt các thành pần của đèn theo thiết kế;
Bước 3. HS thử nghiệm hoạt động của đèn, so sánh với các tiêu chí đánh giá sản phẩm
(phiếu 1) HS điều chỉnh lại thiết kế, ghi lại nội dung điều chỉnh và giải thích lí do (nếu cần phải điều chỉnh)
Bước 4. HS hoàn thiện bảng ghi danh mục các vật liệu và tính giá thành chế tạo sản phẩm;
Bước 5. HS hoàn thiện sản phẩm; chuẩn bị bài giới thiệu sản phẩm.
GV đôn đốc , hỗ trợ các nhóm trong quá trình hoàn thiện sản phẩm.
 Hoạt động 5: TRÌNH BÀY SẢN PHẨM “ĐÈN NGỦ TỰ ĐỘNG TẮT” VÀ THẢO LUẬN
(Tiết 3 – 45 phút)
a, Mục đích:
HS biết giới thiệu về sản phẩm đèn ngủ tự động tắt đáp ứng được các tiêu chí đánh giá sản phẩm đã đặt ra; biết thuyết trình, giới thiệu sản phẩm, đưa ra được ý kiến nhận xét, phản biện, giải thích được bằng các kiến thức liên quan; có ý thức về cải tiến, phát triển sản phẩm.
b. Nội dung:
- Các nhóm trưng bày sản phẩm trước lớp;
- Các nhóm lần lượt báo cáo sản phẩm và trả lời các câu hỏi của GV và các nhóm bạn.
- Đề xuất phương án cải tiến sản phẩm
c. Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh:
Kết thúc hoạt động, HS cần đạt được sản phẩm là một chiếc đèn ngủ tự động tắt sử dụng nguồn điện là từ củ, quả và bài thuyết trình giới thiệu sản phẩm.
d. Cách thức tổ chức hoạt động:
- Tổ chức cho HS chuẩn bị và trưng bày sản phẩm cùng lúc. Khi các nhóm sẵn sàng, GV yêu cầu các nhóm đồng thời bật đèn để quan sát độ sáng, đo HĐT, xác định thời gian chiếu sáng.
- Yêu cầu HS của từng nhóm trình bày, phân tích về hoạt động, giá thành và kiểu giáng của đèn.
- GV và hội đồng GV tham gia sẽ bình chọn kiểu dáng đèn đẹp. song song với quá trình trên là theo dõi thời gian sáng tối thiểu đến khi các đèn tự tắt, để ghi nhận thời gian sáng và tự tắt của các nhóm.
- GV nhận xét và công bố kết quả chấm sản phẩm theo tiêu chí(phiếu 1)
- GV đặt câu hỏi cho bài báo cáo để làm rõ cơ chế hoạt động của đèn, giải thích các hiện tượng xảy ra khi thiết kế và bật đèn sáng, khắc sâu kiến thức mới của chủ đề và các kiến thức liên quan.
- Khuyến khích các nóm nêu câu hỏi cho các nhóm khác.
- GV tổng kết chung về hoạt động của các nhóm; Hướng dẫn các nhóm cập nhật điểm học tập của nhóm. GV có thể nêu câu hỏi lấy thông tin phản hồi.
+ Các em đã học được những kiến thức và kỹ năng nào trong quá trình triển khai dự án này?
+ Điều gì làm em ấn tượng nhất/nhớ nhất khi triển khai dự án này?//