Giáo án STEM Lớp 8 - Chủ đề 44: Thiết kế xe đua mô hình

CHỦ ĐỀ 8: THIẾT KẾ XE ĐUA MÔ HÌNH
Tác giả: Lê Hồng Vân
PHẦN 1: MỤC ĐÍCH YÊU CẦU
Mục đích
Thông qua hoạt động, giúp học sinh củng cố lại các kiến thức liên quan về bản vẽ kĩ thuật, vật liệu cơ khí. Kiến thức của các môn học khác như: tính toán vận tốc, ma sát, Đồng thời học kiến thức mới về bản vẽ chi tiết, truyền và biến đổi chuyển động nhằm giải quyết yêu cầu thực tiễn đặt ra.
Yêu cầu
Đối tượng: Học sinh lớp 8 sau khi đã học xong nội dung về vẽ kỹ thuật, bản vẽ kĩ thuật, chương III và hết nội dung bài 27 (Mối ghép động) của chương IV.
Kiến thức cần vận dụng và giải quyết.
STT
STEM
Nội dung kiến thức
1
S
Vận tốc (Vật lý 8, bài 2)
Lực ma sát (Vật lý 8, bài 6)
Cơ năng, thế năng và động năng (Vât, lý 8 bài 16,17)
2
T
Sử dụng dụng cụ gia công cơ khí
Công nghệ cắt gọt kim loại
3
E
Bản vẽ kĩ thuật và đọc bản vẽ kĩ thuật
Quy trình thiết kế kĩ thuật
4
M
Chu vi hình tròn
Tính toán xác định vận tốc, quãng đường, 
PHẦN 2: TIẾN TRÌNH DẠY HỌC
Hoạt động 1: Xác định vấn đề hoặc nhu cầu thực tiễn
Mục đích của hoạt động
Nhằm tăng hứng thú trong việc tiếp nhận kiến thức về cơ khí, vẽ kỹ thuật, kỹ thuật điện, chuyển động cơ, vận tốc của chuyển động, lực ma sát. Tăng tính ứng dụng trong thực tiễn từ các kiến thức cơ bản.
Nội dung hoạt động
Yêu cầu:
Bạn cần thiết kế một chiếc xe mô hình. Tổ chức cuộc đua giữa các nhóm dựa theo vận tốc các xe di chuyển trên 2 đường đua: Đường bằng phẳng và đường gồ ghề (bìa carton) chiều dài 5m. So sánh vận tốc của mỗi xe trên mỗi đường đua. Hãy sử dụng các dụng cụ đơn giản thiết kế chiếc xe di chuyển theo đường đua, đến đích nhanh nhất.
Các nguyên vật liệu bạn có thể sử dụng:
Động cơ Bánh xe Tấm fomex Bìa carton
Dây điện
Pin 9V Dây nguồn Keo nến
Súng bắn keo
Thước đo
Hãy thảo luận và quyết định nhân sự vào các vị trí:
Vị trí
Nhiệm vụ
Thành viên
Kế toán
quản lí các khoản tài chính của hoạt động
Chuyên	gia nguyên vật liệu
hiểu rõ sự phù hợp của các nguyên vật liệu cho từng công việc, có thể lựa chọn và đánh giá hiệu quả sử dụng nguyên vật liệu cho những nhiệm vụ cụ thể
Nhà thiết kế
người lập kế hoạch thực hiện giải pháp và vẽ các bản thiết kế cho giải pháp của nhóm
Nhà	khoa	học truyền thông
nắm chắc các kiến thức khoa học liên quan, thông tin và truyền đạt hiệu quả những hoạt động của nhóm tới công chúng.
Hãy bắt đầu các bước trong quy trình thiết kế kĩ thuật!
- Các	vấn	đề	thiết	kế	của	bạn	cần	giải	quyết	là gì? 	
Dự kiến sản phẩm
Học sinh thảo luận và phân công nhiệm vụ theo mẫu:
Hãy thảo luận và quyết định nhân sự vào các vị trí:
Các vấn đề thiết kế của bạn cần giải quyết là gì?
Cách thức tổ chức hoạt động
Giáo viên chia lớp thành 5 nhóm.
Phát phiếu hoạt động cho HS, yêu cầu HS đọc đoạn tình huống.
Nhắc lại với HS nhiệm vụ của dự án là thiết kế một chiếc xe đua, tính toán vận tốc, ma sát bánh xe trên 2 đường đua.
Chiếu video về cách thiết kế, nối dây để giúp học sinh định hình rõ hơn về yêu cầu thiết kế.
Phổ biến tiêu chí đánh giá dự án cho học sinh
Hoạt động 2: Nghiên cứu lí thuyết nền (học kiến thức mới)
Mục đích của hoạt động
Rèn luyện cho học sinh:
Năng lực giải quyết vấn đề Năng lực làm việc nhóm. Năng lực tính toán
Năng lực tìm kiếm thông tin
Nội dung hoạt động
Kiến thức liên quan:
Khoa học: Tính toán vận tốc trung bình trên 2 đường đua, độ ma sát của bánh xe khi sử dụng đường đua bằng các chất liệu khác nhau.
Toán học: tính số đo các hình khối làm thùng xe – tính toán chi phí. Xác định trọng tâm xe.
Kĩ thuật: Quy trình thiết kế kĩ thuật - Bản vẽ kĩ thuật thiết kế mẫu xe, truyền và biến đổi chuyển động, vật liệu cơ khí, các mối ghép nối.
Một số vật liệu cơ khí sử dụng thiết kế xe mô hình (sắt, thép, nhôm, nhựa, composite...)
Một số phương pháp truyền và biến đổi chuyển động
Một số yêu cầu về tính toán xe mô hình (vận tốc, trọng tâm, ma sát...)
Mạch điện một công tắc nối tiếp động cơ.
Công nghệ: Sử dụng phần mềm vẽ kĩ thuật (Autocad)
Mỹ Thuật: Hình thức mẫu mã, màu sắc, kiểu dáng.
Học sinh vận dụng kiến thức được gợi ý, trao đổi thảo luận các phương án phù hợp. trả lời các câu hỏi:
Quan sát các nguyên vật liệu do thầy cô cung cấp. Tìm hiểu tài liệu và viết ra các kiến thức liên quan:
Một số vật liệu cơ khí sử dụng thiết kế xe mô hình (Sắt, thép, nhôm, nhựa, composite,...): 	
Nhóm em chọn loại nào? tại sao, dựa vào đặc điểm gì? 	
Bánh	xe	làm	từ	vật	liệu	gì? 	Cách	điện	hay	dẫn điên: 	
Tại sao bánh xe phải khía ở trên bề mặt: 	
Một số phương pháp truyền và biến đổi chuyển động
Cơ cấu truyền và biến đổi chuyển động (từ chuyển động nào sang chuyển động nào):
Kể	tên	các	mối	ghép	động	và	cố định: 	
Một số yêu cầu về tính toán xe mô hình
Các	biện	pháp	làm	giảm	lực	ma	sát	có hại: 	
Tính	vận	tốc	trung	bình	của xe: 	
Mạch điện một công tắc nối tiếp động cơ
Kiểm tra các tài nguyên đang có. Nghĩ về việc mỗi nguyên vật liệu có hoặc không hữu ích cho việc định hướng ma sát. Để lại các nguyên vật liệu vào lại vị trí.
Kiểm tra các tài nguyên đang có. Nghĩ về việc mỗi nguyên vật liệu có hoặc không hữu ích cho việc định hướng ma sát. Để lại các nguyên vật liệu vào lại vị trí.
Chi tiết nào có thể giúp tăng vận tốc?
Vật liệu nào làm giảm ma sát? 	
Những thứ hạn chế thiết kế của bạn là gì? 	
c. Dự kiến sản phẩm
Học sinh vận dụng kiến thức được gợi ý, trao đổi thảo luận các phương án phù hợp. trả lời các câu hỏi:
Quan sát các nguyên vật liệu do thầy cô cung cấp. Tìm hiểu tài liệu và viết ra các kiến thức liên quan:
Quan sát các nguyên vật liệu do thầy cô cung cấp. Tìm hiểu tài liệu và viết ra các kiến thức liên quan:
Một số vật liệu cơ khí sử dụng thiết kế xe mô hình (Sắt, thép, nhôm, nhựa, composite,...): 	
Nhóm em chọn loại nào? tại sao, dựa vào đặc điểm gì? 	
Bánh	xe	làm	từ	vật	liệu	gì? 	Cách	điện	hay	dẫn điên: 	
Tại sao bánh xe phải khía ở trên bề mặt: 	
Một số phương pháp truyền và biến đổi chuyển động
Cơ cấu truyền và biến đổi chuyển động (từ chuyển động nào sang chuyển động nào):
Kể	tên	các	mối	ghép	động	và	cố định: 	
Một số yêu cầu về tính toán xe mô hình
Các	biện	pháp	làm	giảm	lực	ma	sát	có hại: 	
Tính	vận	tốc	trung	bình	của xe: 	
Mạch điện một công tắc nối tiếp động cơ
Kiểm tra các tài nguyên đang có. Nghĩ về việc mỗi nguyên vật liệu có hoặc không hữu ích cho việc định hướng ma sát. Để lại các nguyên vật liệu vào lại vị trí.
Chi tiết nào có thể giúp tăng vận tốc?
Vật	liệu	nào	làm	giảm	ma sát? 	
Những	thứ	hạn	chế	thiết	kế	của	bạn	là gì? 	
d. Cách thức tổ chức hoạt động
Học sinh
Giáo viên
Quan sát các nguyên vật liệu được cung cấp, tìm hiểu tài liệu và viết ra các khái niệm liên quan:
Vật liệu cơ khí
Truyền và biến đổi chuyển động Vẽ kỹ thuật
Ma sát
Vận tốc, gia tốc Quán tính
Trả lời các câu hỏi trong phần bước 2: Nghiên cứu .
Trao đổi với GV nếu cần hỗ trợ
GV cung cấp tài liệu, hỗ trợ học sinh tìm hiểu và trả lời các câu hỏi trong phần bước 2.
Hoạt động 3: Đề xuất các giải pháp khả dĩ
Mục đích của hoạt động
Rèn cho HS: Kỹ năng hoạt động nhóm, kỹ năng động não, kỹ năng lựa chọn các giải pháp khả thi
Kỹ năng chọn lọc, phân tích, phản biện.
Nội dung hoạt động
Chuẩn bị đường đua. Hoạt động nhóm: động não, tìm ra các giải pháp khả thi Mô tả các giải pháp vào phiếu hoạt động của nhóm
Lựa chọn giải pháp. Gửi GV duyệt trước thiết kế đã lựa chọn
Chuẩn bị đường đua và đích đến khoảng cách 5m, đồng hồ bấm giờ.
Mô tả các cách bạn sử dụng các nguyên vật liệu để thiết kế xe
Dự kiến sản phẩm
Chuẩn bị đường đua và đích đến khoảng cách 5m, đồng hồ bấm giờ.
Mô tả các cách bạn sử dụng các nguyên vật liệu để thiết kế xe
Cách thức tổ chức hoạt động
Học sinh
Giáo viên
Chuẩn bị đường đua.
Hoạt động nhóm: động não, tìm ra các giải pháp khả thi
Mô tả các giải pháp vào phiếu hoạt động của nhóm
Nhận nhiệm vụ về nhà
Bao quát lớp
Hỗ trợ các nhóm khi cần thiết
Khuyến khích các nhóm hình dung ra nhiều các giải pháp nhất có thể, sáng tạo và thoát ra khỏi lối mòn
Giao nhiệm vụ về nhà: Hoàn thành bước 4: Lựa chọn giải pháp
Gửi GV duyệt trước thiết kế đã lựa chọn.
Hoạt động 4: Chọn giải pháp tốt nhất
Mục đích của hoạt động
Học sinh dựa vào bảng chi phí tính toán cho các vật liệu để lựa chọn phương án phù hợp nhất.
Từ các giải pháp khả dĩ lựa chọn phương án tối ưu nhất.
Nội dung hoạt động
Các nhóm: Lựa chọn một giải pháp: Tính toán chi phí cho sản phẩm
Liệt kê các nguyên vật liệu cần dùng để xây dựng mẫu thử vào bảng dưới
Nguyên vật liệu
Giá tiền
(đồng)
Số lượng
Tổng tiền
Động cơ giảm tốc 9V
25.000/chiếc
Bánh xe
22.000/chiếc
Công tắc
23.000/chiếc
Tấm fomex
12.000/tấm
Dây điện
10.000/túi
Pin 9V
10.000/quả
Keo nến
5.000/chiếc
Dây nguồn
6.000/Chiếc
Bánh xe đa hướng
18.000/chiếc
Tổng chi phí
Vẽ thiết kế của bạn ra giấy và gắn nó với sơ đồ mặt sàn lớp học. Nhớ kí hiệu rõ các phần trong hệ thống.
Mô tả mẫu thử của bạn sẽ hoạt động như thế nào.
Dự kiến sản phẩm
Bản tổng chi phí.
Phương án thống nhất lựa chọn. Bản vẽ thiết kế sản phẩm.
Dự đoán về hoạt động của sản phẩm
Cách thức tổ chức hoạt động
Học sinh
giáo viên
Học sinh nhắc lại vấn đề và tiến trình giải quyết
Gọi một học sinh nhắc lại vấn đề cần giải quyết trong bối cảnh cụ thể
Hoạt động 5: Chế tạo mô hình hoặc mẫu thử nghiệm
Mục đích của hoạt động
Học sinh tiến hành hoạt động lắp đặt, hoàn thiện sản phẩm.
Nội dung hoạt động
Gửi thầy cô duyệt trước các thiết kế của bạn
Tập hợp các nguyên vật liệu cần thiết. Xây dựng và lắp đặt mẫu thử. Lập hồ sơ quá trình làm việc của nhóm bằng hình ảnh hoặc video.
Xác định quãng đường di chuyển, thời gian di chuyển, vận tốc trung bình.
Dự kiến sản phẩm
Mô hình xe hoàn thiện.
Cách thức tổ chức hoạt động
Học sinh
Giáo viên
Tập hợp các nguyên vật liệu cần thiết. Xây dựng và lắp đặt mẫu thử. Lưu lại quá trình làm việc bằng ghi chép, hình ảnh hoặc video.
Sử dụng thước đo quãng đường xe chuyển.
Đồng hò bấm giờ thời gian di chuyển.
Quản lí và điều phối các nhóm lắp đặt mẫu thử
Hoạt động 6: Thử nghiệm và đánh giá
Mục đích của hoạt động
So sánh, phân tích, tổng hợp.
Nội dung hoạt động
Kiểm tra mẫu thử
Khi đã sẵn sàng để kiểm tra mẫu thử, hãy thông báo cho thầy cô biết.
Cho xe chạy thử. Mô tả quãng đường di chuyển tới đích
Điều chỉnh lại vị trí các phần trong mẫu thử. Mô tả ảnh hưởng của những điều chỉnh này đến hiện tượng xảy ra trên đường đua.
Dự kiến sản phẩm
Kết quả hoạt động của sản phẩm:
Tốc độ di chuyển thời gian di chuyển
So sánh với 2 đoạn đường khác nhau. Rút ra kết luận về ma sát.
Cách thức tổ chức hoạt động
Học sinh
Giáo viên
Tiến hành thử mẫu theo điều phối của giáo viên.
Kiểm tra lần cuối sau khi các nhóm đã hoàn thành lắp đặt mẫu thử
Ghi chép các thông tin cần thiết
vào phiếu hoạt động nhóm
Thông báo thứ tự kiểm tra mẫu thử của
từng nhóm.
Hỗ trợ các nhóm tiến hành thử mẫu.
Hoạt động 7: Chia sẻ và thảo luận
Mục đích của hoạt động
Học sinh rèn kỹ năng: Thuyết trình, Thảo luận nhóm, phản biện.
Nội dung hoạt động
Thảo luận kết quả
Thu thập và lập hồ sơ bao gồm các ghi chép, sơ đồ, tranh ảnh hay video về quá trình thiết kế, xây dựng và kiểm tra mẫu thử của bạn
Trưng bày hồ sơ này và mẫu thử của bạn với cả lớp
Chuẩn bị cho phần thuyết trình giải pháp của nhóm bạn trước lớp. Bạn có 3 phút trình bày. Hãy tập trung vào các điểm sau:
Mẫu thử có đáp ứng được yêu cầu đặt ra
Các nguyên vật liệu chính được dùng - mục đích
Tổng chi phí của thiết kế
Thiết kế có dễ dàng điều chỉnh các bộ phận để xe di chuyển theo đường thẳng
Hiệu quả làm việc nhóm
Dự kiến sản phẩm
Hoàn thành các thông tin
Thu thập và lập hồ sơ bao gồm các ghi chép, sơ đồ, tranh ảnh hay video về quá trình thiết kế, xây dựng và kiểm tra mẫu thử của bạn
Trưng bày hồ sơ này và mẫu thử của bạn với cả lớp
Chuẩn bị cho phần thuyết trình giải pháp của nhóm bạn trước lớp. Bạn có 3 phút trình bày. Hãy tập trung vào các điểm sau:
Mẫu thử có đáp ứng được yêu cầu đặt ra
Các nguyên vật liệu chính được dùng - mục đích
Tổng chi phí của thiết kế
Thiết kế có dễ dàng điều chỉnh các bộ phận để xe di chuyển theo đường thẳng
Hiệu quả làm việc nhóm
Cách thức tổ chức hoạt động
Học sinh
Giáo viên
Các nhóm thuyết trình giải pháp và trả lời phản biện từ các nhóm khác
Điều phối thảo luận:
Mỗi nhóm có 3’ để thuyết trình giải pháp trước lớp và 2’ để trả lời phản biện từ các nhóm khác
Hoạt động 8: Điều chỉnh thiết kế
Mục đích của hoạt động
Bổ sung, Điều chỉnh để hoàn thiện sản phẩm.
Nội dung hoạt động
So sánh kết quả của bạn với các nhóm khác trong lớp. Các mẫu thử có giải quyết vấn đề theo cách tương tự nhau? Các nguyên vật liệu được sử dụng có tương tự
Đánh giá mẫu thử của bạn theo rubric dưới đây
Mẫu thử
Tốt
Trung bình
Chưa đạt
Có các bộ phận có thể điều chỉnh dễ dàng để xe di chuyển theo đường thẳng tới đích.
Di chuyển trên đường bằng phẳng
Di chuyển trên đường gồ ghề
Bạn có thể điều chỉnh gì ở mẫu thử để làm nó có khả năng chạy nhanh hơn tới đích
ĐÁNH GIÁ SAU DỰ ÁN
Tiêu chí
Đánh giá bằng cách khoanh tròn mức độ phù hợp
1 – Chưa đạt	5 – Tuyệt vời
Tự quản lí
Bạn và cả nhóm quản lí tốt thời gian
Bạn tham gia tích cực vào dự án
1	2	3	4	5
1	2	3	4	5
Làm việc nhóm
Mỗi thành viên đều có vị trí không thể thiếu trong nhóm
Bạn lắng nghe và tôn trọng ý kiến của các thành viên khác trong nhóm
1	2	3	4	5
1	2	3	4	5
Giải quyết vấn đề
Nhóm bạn hoàn thành mọi yêu cầu đặt ra
Việc tuân theo đúng quy trình thiết kế kĩ thuật giúp tìm ra giải pháp nhanh và tối ưu hơn
1	2	3	4	5
1	2	3	4	5
Kiến thức
Bạn hiểu biết hơn về chủ đề so
1	2	3	4	5
với khi bắt đầu dự án
Bạn sử dụng những kiến thức mới này để hỗ trợ nhóm vượt qua thử thách
1
2
3
4
5
Giao tiếp
Bài thuyết trình của nhóm bạn hấp dẫn và cung cấp nhiều thông tin hữu ích cho người
nghe
1
2
3
4
5
Bạn tiếp nhận tích cực các góp ý của nhóm khác và phản hồi hiệu quả
1
2
3
4
5
Tổng điểm
/50
Bạn có thích dự án này không
Không thích
Thích
Rất
Đóng góp lớn nhất của bạn trong hoạt động nhóm?
Bạn đã hỗ trợ các thành viên trong nhóm khác như thế nào?
Thách thức lớn nhất đối với cá nhân bạn khi thực hiện dự án?
Điều thú vị và bất ngờ nhất bạn học được sau dự án?
Dự kiến sản phẩm
ĐÁNH GIÁ SAU DỰ ÁN
Tiêu chí
Đánh giá bằng cách khoanh tròn mức độ phù hợp
1 – Chưa đạt	5 – Tuyệt vời
Tự quản lí
Bạn và cả nhóm quản lí tốt thời gian
Bạn tham gia tích cực vào dự án
1	2	3	4	5
1	2	3	4	5
Làm việc nhóm
Mỗi thành viên đều có vị trí không thể thiếu trong nhóm
Bạn lắng nghe và tôn trọng ý kiến của các thành viên khác trong nhóm
1	2	3	4	5
1	2	3	4	5
Giải quyết vấn đề
Nhóm bạn hoàn thành mọi yêu cầu đặt ra
Việc tuân theo đúng quy trình thiết kế kĩ thuật giúp tìm ra giải pháp nhanh và tối ưu hơn
1	2	3	4	5
1	2	3	4	5
Kiến thức
Bạn hiểu biết hơn về chủ đề so với khi bắt đầu dự án
Bạn sử dụng những kiến thức mới này để hỗ trợ nhóm vượt qua thử thách
1	2	3	4	5
1	2	3	4	5
Giao tiếp
Bài thuyết trình của nhóm bạn
1	2	3	4	5
hấp dẫn và cung cấp nhiều
thông tin hữu ích cho người nghe
Bạn tiếp nhận tích cực các góp ý của nhóm khác và phản hồi hiệu quả
1
2
3
4
5
Tổng điểm
/50
Bạn có thích dự án này không
Không thích
Thích
Rất
Đóng góp lớn nhất của bạn trong hoạt động nhóm?
Bạn đã hỗ trợ các thành viên trong nhóm khác như thế nào?
Thách thức lớn nhất đối với cá nhân bạn khi thực hiện dự án?
Điều thú vị và bất ngờ nhất bạn học được sau dự án?
Cách thức tổ chức hoạt động
Học sinh
Giáo viên
Nhận nhiệm vụ về nhà
Tổng kết thảo luận. Đánh giá sơ bộ kết quả của các nhóm
So sánh kết quả về thời gian xe về tới đích giữa các nhóm. So sánh vận tốc xe giữa 2 đường đua: Tấm fomex, bìa caton.
Giao nhiệm vụ hoàn thành bước 8: Đánh giá và thiết kế lại cho các nhóm về nhà
Nhắc HS: Nộp lại toàn bộ phiếu hoạt động và bản thiết kế sau khi đã điều chỉnh vào
HS làm phiếu đánh giá dự án cá nhân
buổi sau
Phát phiếu đánh giá dự án cho HS làm cá nhân và thu lại phiếu cuối giờ