Giáo án STEM Vật lí Lớp 8 - Chủ đề 27: Một giải pháp cho sự nổi

CHỦ ĐỀ 4: MỘT GIẢI PHÁP CHO SỰ NỔI
Tác giả: TS. Dương Xuân Quý, Trường ĐHSP Hà Nội
PHẦN 1: MỤC ĐÍCH YÊU CẦU
Trong phim về thảm họa tầu Titanic, một trong những cảnh cảm động nhất là khi Jack (Leolardo DiCaprio) nhường Rose (Kate Winslet) tấm ván gỗ để toàn thân cô không chìm trong nước lạnh, còn Jack ngâm mình trong nước biển vì khi hai người cùng ngồi lên thì tấm gỗ bị chìm và hai người cùng ngập. Rose đã sống sót còn Jack vĩnh viễn không trở về. Ta nhớ là trong bộ phim, xung quanh hai người có rất nhiều vật nổi khác nhau.
Vấn đề đặt ra: Dựa trên các kiến thức về sự nổi trong của các vật trong chất lỏng, bạn cần đề xuất một giải pháp hợp lí, với các thí nghiệm minh họa cho việc xử lí tình huống, để cả Jack và Rose cùng lên tấm ván mà cơ thể họ không bị ngập trong nước. Biết rằng bạn có thể sử dụng thêm một số các vật có thể nổi trong nước với các khả năng nổi khác nhau.
PHẦN 2: TIẾN TRÌNH DẠY HỌC
Hoạt động 1: Nghiên cứu lí thuyết nền (học kiến thức mới)
Mục đích của hoạt động
Tổ chức cho học sinh làm việc cá nhân để tìm hiểu kiến thức; hướng dẫn học sinh làm việc nhóm để xây dựng hệ thông kiến thức phù hợp về lực Ác-si-met và thiết kế phương án thí nghiệm mô tả hiện tượng của đề bài. Tổ chức cho học sinh báo cáo sản phẩm để chốt kiến thức.
Nội dung hoạt động
Để tìm hiểu các kiến thức khoa học về các vật nổi, chìm trong nước (chất lỏng), từng bạn cần nghiên cứu bài 10-SGK Vật lí 8 để trả lời các câu hỏi sau:
Gựi ý: Để phong phú, các bạn có thể tìm kiếm thêm thông tin trên Internet qua một số từ khóa: Sự nổi, định luật Ac-si-met....
Một vật rắn nhúng trong chất lỏng chịu tác dụng của những lực như thế nào?
Nêu các ví dụ về lực nâng khi vật rắn được nhúng trong chất lỏng?
Lực nâng của chất lỏng lên các vật nhúng trong nó (lực Ác-si-met) có đặc điểm gì?
Đề xuất phương án thí nghiệm để mô tả sự kiện mà Rose và Jack gặp
phải?
Tính toán để đưa ra các yêu cầu cho sản phẩm minh họa được sự kiện
đã nêu?
Thảo luận với các bạn trong nhóm để chọn ra được các kiến thức trọng tâm về Sự nổi và ghi nhận lại để báo cáo?
Dự kiến sản phẩm
Bản trình bày hệ thống kiến thức đầy đủ, hợp lí về lực Ác-si-met về sự nổi
Phương án thí nghiệm mô tả được hiện tượng lúc một gia trọng đặt trên tấm gỗ thì nó vẫn không bị ướt nhưng hai vật đặt trên thí cả hai vật bị ướt; sau đó tìm cách chọn các vật phù hợp ghép với tấm gỗ để tạo thành vật nổi khác mà khi đặt hai gia trọng lên thí không bị ướt.
Cách thức tổ chức hoạt động
Học sinh được làm việc cá nhân, sau đó làm việc nhóm để xây dựng hệ thống kiến thức về sự nổi và xây dựng phương án thí nghiệm mô tả hiện tượng
Giới thiệu trước lớp
Giáo viên chốt kiến thức và yêu cầu học sinh thực hiện nhiệm vụ.
Hoạt động 2: Đề xuất các giải pháp khả dĩ
Mục đích của hoạt động
Yêu cầu các nhóm tìm các giải pháp có thể để thiết kế phương án thí nghiệm mô tả hiện tượng phù hợp với lí thuyết về sự nổi đã học
Nội dung hoạt động
Mô tả các cách khả dĩ mà bạn lựa chọn các vật dụng thông qua thực hiện phiếu học tập được cho dưới đây:
Hoàn thiện bảng dưới đây để thiết kế phương án thí nghiệm mô tả việc xử lí tình huống
Vật thật
Vật thay thế
Kích thước
Hình vẽ bố trí
Tấm gỗ nổi một	phần
trên	mặt nước
2	người lớn, Một người	ỏ trên tấm gỗ và	một người	ở ngoài
Các vật nổi lơ lửng khác nhau xung quanh
Hai người
cùng lên tấm gỗ đã liên kết với các vật khác
Gợi ý: Các bạn có thể sử dụng các vật dụng trong phòng thí nghiệm và ở nhà...như: Gia trọng, các tấm gỗ khác nhau, các tấm xốp, các túi nilong, dây buộc, băng dính, keo dính....
Dự kiến sản phẩm
Các phương án lựa chọn vật liệu và cách bố trí
Cách thức tổ chức hoạt động
Học sinh làm việc nhóm, trao đổi và hỏi ý kiến với nhau và với giáo viên.
Hoạt động 3: Chọn giải pháp tôt nhất
Mục đích của hoạt động
Học sinh lựa chọn được giải pháp tốt nhất thỏa mãn các tiêu chí đã đề ra .
Nội dung hoạt động
Lựa chọn một phương án chế tạo được cho là tốt nhất theo các tiêu chí: Các vật dụng dễ kiếm, rẻ tiền, dễ gia công bằng các công cụ thông thường, dễ lắp ráp với nhau (để trong các tính huống khẩn cấp thì thực hiện nhanh được).
Vẽ thiết kế cách làm của bạn ra giấy và thực hiện các phép tính toán để chứng tỏ cách làm của mình là đúng. Cần xét với trường hợp khi có 01 gia trọng và khi có 02 gia trọng và để chúng không ướt.
Dự kiến sản phẩm
Phương án hợp lí, có lí giải.
Cách thức tổ chức hoạt động
Học sinh làm việc theo nhóm, trao đổi vơi nhau và với giáo viên qua điện thoại và email....
Hoạt động 4: Chế tạo mô hình thí nghiệm và xây dựng bản hướng dẫn giải pháp thực hiện cho tình huống
Mục đích của hoạt động
Dựa vào phương án tốt nhất đã lựa chọn để chế tạo thiết bị thí nghiệm minh họa cho tình huống, từ đó đưa ra giải pháp cho việc xử lí tình huống được tốt nhất, đảm bảo hai vật ở trên tấm ván mà không bị ngập nước.
Nội dung hoạt động
Trao đổi với Thầy Cô về cách làm của mình
Thu thập vật liệu đê thực hiện thí nghiệm theo thiết kế đã lựa chọn
Thực hiện các tính toán để chứng tỏ cách làm của mình là đúng (một cách tương đối)
Xây dựng bản khuyến cáo cho việc xử lí tình huống tương tự với tình huống đã nêu
Lưu ý: trong quá trình làm cần ghi chép nhật kí hoạt động (ai làm gì, vào lúc nào? kết quả ra sao? có khó khăn gì?) và có thể quay phim quá trình làm đồ dùng và tiến hành thí nghiệm để dùng khi báo cáo kết quả.
Dự kiến sản phẩm
Thí nghiệm minh họa cho tình huống và giải pháp
Bản giới thiệu giải pháp xử lí tình huống hợp lí.
Cách thức tổ chức hoạt động
Tỗ chức cho học sinh làm việc nhóm ở nhà. Giáo viên hỗ trợ khi cần thiết.
Hoạt động 5: Thử nghiệm và đánh giá
Mục đích của hoạt động
Yêu cầu học sinh thực hiện hoạt động để đánh giá lại toàn bộ sản phẩm của nhóm gồm thí nghiệm mô tả hiện tượng và tính hiệu quả của giải pháp xử lí tình huống.
Nội dung hoạt động
Các nhóm thử nghiệm theo các tiêu chí gợi ý trong bảng (các bạn có thể thêm các tiêu chí chô sản phẩm của mình):
Về giải pháp cho tình huống:
Tính hợp lí của các bước
thời gian thực hiện giải pháp
....
Sản phẩm thí nghiệm mô tả
Về hình thức
về vật liệu
Độ ổn định khi hoạt động
....
Dự kiến sản phẩm
Bản đánh giá sản phẩm nhóm theo các tiêu chí phù hợp.
Cách thức tổ chức hoạt động
Học sinh làm việc nhóm.
Hoạt động 6: Chia sẻ và thảo luận
Mục đích của hoạt động
Tổ chức để các nhóm học sinh giới thiệu sản phẩm trước lớp, trao đổi thảo luận về các nội dung như kiến thức, các thí nghiệm, về giải pháp xử lí tình huống...
Nội dung hoạt động
Xây dựng một báo cáo bằng hình thức Poster hoặc bản trình chiếu PPt để báo cáo trước lớp về sản phẩm nhóm và quá trình làm việc nhóm bao gồm
Bản trình bày giải pháp xử lí tình huống để hai người cùng ngồi được lên tấm gỗ mà không bị ướt
Thí nghiệm mô tả hiện tượng để khẳng định tính hợp lí của giải pháp
Giới thiệu quả trình làm việc của nhóm (ảnh, clip, bảng số liệu tính toán, số liệu đo đạc...
Dự kiến sản phẩm
Buổi báo cáo theo mục đích đề ra. Học sinh sối nổi thảo luận, chia sẻ
Cách thức tổ chức hoạt động
Làm việc chung tại lớp.
Hoạt động 7: Điều chỉnh giải pháp
Mục đích của hoạt động
Dựa trên việc trình bày và trao đổi, các nhóm thực hiện đánh giá chéo và tự rút ra được các điều chỉnh, sửa chữa sản phẩm của nhóm mình.
Nội dung hoạt động
Đánh giá sản phẩm nhóm
Sản	phẩm nhóm....
Tốt
trung bình
Chưa đạt
Về thí nghiệm
Về giải pháp
Đề xuất các phương án điều chỉnh sản phẩm
Chỉ ra các yếu tố sẽ thay đổi trong thiết kế thí nghiệm mô tả hiện tượng nổi và trong giải pháp đề xuất
Dự kiến sản phẩm
Các bản đánh giá.
Các bản đề xuất điều chỉnh
Cách thức tổ chức hoạt động
Thảo luận ở lớp và làm việc nhóm.
PHẦN 3: CÁC TÀI LIỆU KÈM THEO
Bài tập đánh giá kiến thức về sự nổi
1. Mức độ Biết, Hiểu
Câu 1. Lực đẩy Ac-si-met tác dụng lên một vật rắn đặt hoàn toàn trong chất lỏng có độ lớn không phụ thuộc vào
Bản chất của chất lỏng
Hình dạng của vật
Kích thước của vật
Khối lượng của vật
Câu 2. Chiều của lực đẩy Ac-si-met luôn
Hướng thẳng đứng lên
Hướng thẳng đứng xuống
Hướng vận tốc lúc đầu
Hướng ra ngoài khối lỏng
Câu 3. Một quả bóng bay được cầm ở ngoài không khí có thể tích 2 lít (1 lít
= 1dm3). Biết khối lượng riêng của không khí là 29kg/m3. Lực Ac-si-met tác
dụng lên quả bóng là:
A. 0,58 N	B. 5,8 N	C. 58 N	D. 580 N
2. Mức độ vận dụng và vận dụng cao
Câu 4. Một một khúc gỗ hình trụ có bán kính 5 cm, chiều cao 20cm nổi một nửa trong nước. Khối gỗ này có khối lượng và khối lượng riêng là bao nhiêu.
Câu 5. Trong sự kiện tầu Titanic, muốn cho Jack và Rose cùng ngồi trên tấm gỗ mà không bị ướt với giả thiết Jack có khối lượng 70kg thì cần phải buộc thêm vào tấm gỗ các tấm quả bóng chứa không khí có thể tích tối thiểu bằng bao nhiêu. Cần buộc các quả bóng này váo tấm gỗ thế nào và hai người nên ở trên tấm gỗ theo tư thế nào? ở vị trí nào? Tại sao? Vẽ hình minh họa cho phương án đề xuất