Giáo án STEM môn KHTN Lớp 7 - Bài 20: Chế tạo nam châm điện đơn giản (3 tiết)

Nội dung tài liệu: Giáo án STEM môn KHTN Lớp 7 - Bài 20: Chế tạo nam châm điện đơn giản (3 tiết)

1. b. Nội dung hoạt động - Nhóm 1: Học sinh quan sát một số thiết bị xử lí phế liệu sắt/thép tại một số gia đình nhận xét ứng dụng của nam châm. Qua đó học sinh liên hệ nhu cầu cần một thiết bị hút đinh đơn giản để thu gom các đinh sắt thép gây nguy hiểm, chẳng hạn, ở những đoạn đường hay bị rải đinh khiến phương tiện giao thông bị thủng lốp, gây ra tai nạn giao thông. - Học sinh ghi nhận nhiệm vụ chế tạo thiết bị thu gom đinh sắt/thép đáp ứng yêu cầu. + Thiết bị có thể hút và thả đinh dễ dàng, thuận lợi và an toàn khi sử dụng. + Thiết bị nhỏ gọn, dễ sử dụng, có thể sử dụng được nhiều lần. - Nhóm 2: Học sinh quan sát chuông điện tại một số gia đình tìm hiểu cấu tạo, tiện ích của việc lắp chuông điện tại một số gia đình. - Học sinh ghi nhận nhiệm vụ chế tạo chuông điện với yêu cầu: Nhỏ gọn, dễ dàng sử dụng, âm thanh phát ra đủ lớn. c. Sản phẩm học tập - Phát biểu lợi ích của nam châm trong việc thu gom, di chuyển các vật liệu bằng sắt thép: Nam châm có tính chất hút được các vật bằng sắt/thép, có thể sử dụng để di chuyển các vật làm bằng sắt/thép. - Ghi nhận về cách sử dụng nam châm vĩnh cửu để hút và tách các kim kẹp sách, vì kẹp sách làm bằng thép, đồng thời nhận ra sự bất tiện của nam châm vĩnh cửu khi cần lấy các kẹp sách ra. Từ đó đặt ra câu hỏi: Sau khi nam châm đã hút các vật bằng sắt/thép (cụ thể trong tình huống là kim kẹp sách) thì làm thế nào để tách các vật liệu này ra khỏi nam châm mà không cần dùng tay? - Bài ghi về nhiệm vụ cần thực hiện: Chế tạo thiết bị thu gom đinh sắt/thép và chuông điện. d. Tổ chức thực hiện Nhóm 1 - Giáo viên yêu cầu học sinh quan sát một số hình ảnh cần cẩu phế liệu sắt thép để nhận thấy các cần cẩu này không cần cánh tay gắp vẫn có thể thu gom được phế thải ở dưới lên. Học sinh suy nghĩ trả lời các câu hỏi: + Các cần cẩu này chỉ thu gom được phế liệu bằng chất liệu gì? + Bộ phận quan trọng nhất của các loại cần cẩu này là gì? - Giáo viên yêu cầu học sinh thực hiện thử thách giải quyết tình huống: Di chuyển các ghim kẹp sách lẫn trong đĩa chứa các mảnh kim loại khác nhau đến một chiếc hộp khác mà không trực tiếp dùng tay. - Học sinh nêu các ý tưởng, trong đó học sinh có đề xuất sử dụng nam châm vì nam châm có tính chất từ nên có thể hút các kẹp sách (nếu học sinh không đề xuất
2. được dùng nam châm thì giáo viên có thể gợi ý ghim kẹp sách được làm bằng thép). - Học sinh sử dụng nam châm để thực hiện hút và di chuyển các kẹp sách trong đống vật liệu. Học sinh nhận ra vấn đề là có thể dễ dàng dùng nam châm hút và di chuyển kẹp sách nhưng để thả kẹp sách xuống thì phải dùng tay. - Giáo viên giao nhiệm vụ cho học sinh: Thiết kế và chế tạo thiết bị thu gom đinh sắt/thép sao cho thuận tiện sử dụng, không cần dùng tay để gỡ đinh và có thể hút được nhiều đinh sắt nhất trong khoảng thời gian nhất định. Nhóm 2: Giải quyết tình huống: Khi đến nhà bạn để cùng học nhóm, bạn ở trong nhà nhưng gọi bạn không thể nghe. Sử dụng kiến thức đã học để chế tạo thiết bị tạo ra âm thanh. - Học sinh nêu các ý tưởng sử dụng nam châm điện để tạo ra chuông điện gắn tại cổng mỗi gia đình. Giáo viên giao nhiệm vụ cho học sinh chế tạo chuông điện với yêu cầu nhỏ gọn, âm thanh phát ra đủ lớn, dễ dàng sử dụng. 2. Hoạt động 2. Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp a. Mục tiêu - Trình bày được cấu tạo và tính chất của nam châm điện. - Nhận ra nam châm điện có thể được sử dụng để làm thiết bị thu gom đinh sắt/thép., chuông điện - Hiểu được có thể thay đổi từ trường của nam châm điện bằng cách thay đổi dòng điện qua cuộn dây của nam châm điện. - Đề xuất được giải pháp thiết kế thiết bị thu gom đinh sắt/thép, chuông điện. - Tích cực trao đổi và làm việc với các thành viên khác trong quá trình nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp. b. Nội dung hoạt động - Học sinh đọc tài liệu về nam châm điện (chương VI - bài 20- SGK KHTN lớp 7 và tham khảo chương II - bài 25- SGK lớp 9 - chương trình 2006) để trả lời các câu hỏi, ghi nhận các câu trả lời vào vở. Nội dung câu hỏi: + Nam châm điện có cấu tạo như thế nào? + Nguyên tắc hoạt động của nam châm điện ra sao? - Học sinh thực hiện thí nghiệm khảo sát từ trường của nam châm điện phụ thuộc vào dòng điện (với dụng cụ do giáo viên cung cấp); từ đó nhận ra có thể thay đổi độ mạnh yếu từ trường của nam châm điện bằng cách thay đổi dòng điện chạy qua ống dây của nam châm. Học sinh cũng đồng thời nhận ra nếu dòng điện lớn qua nam châm điện thì sẽ khiến nam châm điện bị nóng, từ đó dễ bị cháy.
3. Nội dung thí nghiệm khảo sát từ trường nam châm điện: Nối 2 đầu nam châm điện lần lượt vào 2 cực của nguồn 3V và 9V. Trong mỗi trường hợp, sử dụng nam châm điện hút các đinh ốc nhỏ hoặc kẹp giấy. Đếm số lượng mà mỗi nam châm điện hút được và điền vào bảng. Lần đo Số lượng đinh Với nguồn 3V Với nguồn 9V *Câu hỏi gợi ý: + Giữa 2 loại nguồn điện, nguồn nào tạo ra dòng điện có cường độ lớn hơn? + Như vậy, khi tăng dòng điện qua cuộn dây trong nam châm điện thì từ trường của nam châm điện thay đổi như thế nào? + Khi dòng điện lớn, nếu chạm tay nào nam châm thì thấy như thế nào? - Học sinh dựa vào những kiến thức đã tìm hiểu được và kết quả của thí nghiệm đã thực hiện để cùng thảo luận xác định loại đinh ốc kích thước phù hợp, đường kính dây đồng (sao cho dễ quấn và đảm bảo an toàn khi dùng), số vòng dây, đề xuất cách chế tạo nam châm điện - bộ phận chính của thiết bị thu gom đinh sắt, chuông điện. c. Sản phẩm học tập - Bài ghi về cấu tạo và nguyên lí hoạt động của nam châm điện: + Nam châm điện có cấu tạo gồm một ống dây dẫn trong có lõi sắt non. + Nguyên tắc hoạt động như hình bên dưới. Khi đóng công tắc, dòng điện đi qua các vòng dây, lõi sắt non bị từ hoá và nam châm điện hoạt động. Ngoài lõi sắt non thì các vật liệu như sắt, thép cũng có thể sử dụng, tuy nhiên sau khi ngắt dòng điện thì lõi sắt non sẽ mất ngay từ tính, còn lõi sắt/thép thông thường thì vẫn còn giữ từ tính một lúc nữa. - Bản ghi chú kết quả về sự phụ thuộc từ trường của nam châm vào dòng điện. * Kết luận: + Khi tăng hoặc giảm cường độ dòng điện qua cuộn dây trong nam châm điện thì từ trường của nam châm điện cũng sẽ tăng hoặc giảm theo. + Khi dòng điện càng lớn thì nam châm càng nóng d. Tổ chức thực hiện - Giáo viên yêu cầu học sinh thực hiện 2 nhiệm vụ:
4. (1) Đọc tài liệu tìm hiểu về nam châm điện để trả lời câu hỏi về cấu tạo và nguyên lí hoạt động của nam châm điện. (2) Thực hành thí nghiệm khảo sát từ trường của nam châm sử dụng bộ dụng cụ được cung cấp. - Học sinh tiến hành lần lượt các nhiệm vụ và ghi nhận vào vở: khám phá kiến thức sử dụng tài liệu đọc và dụng cụ thực hành; vận dụng kiến thức về cách chế tạo nam châm điện, sự phụ thuộc của từ trường nam châm điện vào dòng điện và sự nóng lên (không an toàn nếu số vòng ít mà dòng điện lớn) để đề xuất bản thiết kế thiết bị hút đinh, chuông điện. - Giáo viên di chuyển để quan sát hoạt động, nhắc nhở và hỗ trợ học sinh. 3. Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp a. Mục tiêu - Trình bày được phương án thiết kế, chế tạo thiết bị thu gom đinh sắt/thép, chuông điện. - Hoàn thiện được bản thiết kế thiết bị thu gom đinh sắt/thép, chuông điện. - Trao đổi, bình luận, góp ý được cho bản thiết kế thiết bị thu gom đinh sắt/thép, chuông điện của nhóm mình và các nhóm khác. - Có tư duy độc lập, đặt được câu hỏi, biết lập luận, bảo vệ ý kiến của cá nhân, nhóm. b. Nội dung hoạt động - Nhóm thống nhất chọn ra những ưu điểm trong ý tưởng thiết kế của từng cá nhân: các thông số kích thước, tiêu cực; cách thức để chế tạo; cách bố trí. Từ đó, nhóm cùng nhau hoàn thiện bản thiết kế chung vào giấy A4 - Học sinh trình bày, giải thích và bảo vệ thiết kế của nhóm mình đáp ứng được các yêu cầu đối với thiết bị. Học sinh tiếp tục toàn thiện bản thiết kế của nhóm. c. Sản phẩm học tập - Bản thiết kế xe hút đinh và chuông điện của nhóm được trình bày trên giấy. d. Tổ chức thực hiện - Giáo viên giao nhiệm vụ học tập: Các nhóm thảo luận để lựa chọn phương án phù hợp, thể hiện bản thiết kế hoàn chỉnh của nhóm bao gồm nguyên liệu sử dụng (dây đồng, lõi ), số vòng dây quấn, cấu trúc của thiết bị, cách tiến hành chế tạo thiết bị. Lưu ý: học sinh có thể chưa học về mạch điện, hay điện trở của dây dẫn, do đó lập luận này có thể dựa trên kinh nghiệm được trải nghiệm bởi thí nghiệm khảo sát trước đó. - Học sinh thực hiện nhiệm vụ học tập trao đổi nhóm để hoàn thiện bản thiết kế.
5. - Giáo viên nhận xét kết quả thiết kế của học sinh, liên hệ với một số kiến thức đã tìm hiểu và giới thiệu một số nguyên vật liệu sẽ hỗ trợ cung cấp cho nhóm học sinh để thực hiện sản phẩm. Từ đó giáo viên giao nhiệm vụ chế tạo và thử nghiệm thiết bị thu dọn đinh sắt/thép và chuông điện theo bản thiết kế của nhóm đã thống nhất. 4. Hoạt động 4: Chế tạo, thử nghiệm và đánh giá a. Mục tiêu - Chế tạo được thiết bị thu gom đinh sắt/thép, chuông điện theo phương án thiết kế đã được lựa chọn, điều chỉnh và hoàn thiện. - Thử nghiệm và đánh giá được hiệu quả hoạt động, kích thước và tính thẩm mĩ của thiết bị. b. Nội dung hoạt động - Học sinh sử dụng các vật liệu được giáo viên cung cấp hoặc tự tìm kiếm thêm vật liệu cần thiết nếu có thể, tạo thiết bị. - Học sinh tiến hành thử nghiệm sản phẩm. Bảng ghi nhận kết quả thử nghiệm sản phẩm: STT Tiêu chí Kết quả Đề xuất điều chỉnh/cải tiến 1 Cấu tạo 2 Hiệu quả hoạt động 3 Hình thức c. Sản phẩm học tập - Thiết bị thu gom đinh sắt/thép và chuông điện được hoàn thiện theo thiết kế chung của nhóm d. Tổ chức thực hiện - Giáo viên cung cấp các dụng cụ, một vài nguyên vật liệu cơ bản, giao nhiệm vụ yêu cầu học sinh tiến hành làm thiết bị hút đinh theo bản thiết kế. Một số nguyên vật liệu không thể có sẵn, học sinh sẽ tự tìm sao cho phù hợp với thiết kế của nhóm (có thể nhờ thêm sự hỗ trợ của giáo viên, phụ huynh). - Học sinh các nhóm tiến hành làm thiết bị thu gom đinh sắt và chuông điện; ghi chú lại quá trình thực hiện ở nhà để báo cáo với giáo viên. Giáo viên theo dõi và hỗ trợ học sinh khi cần thiết thông qua báo cáo từ email hoặc là một giờ hẹn gặp cụ thể trong trường. - Giáo viên tổ chức cho học sinh báo cáo, thử nghiệm trực tiếp trên lớp - Giáo viên tổng hợp lại kết quả, nhận xét và đánh giá chung; giao cho học sinh nhiệm vụ tiếp theo: Trưng bày sản phẩm, quan sát sản phẩm của các nhóm và ghi nhận kết quả đạt được để trao đổi. 5. Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận và điều chỉnh
6. a. Mục tiêu - Trình bày, biểu diễn được về thiết bị thu gom đinh sắt/thép, chuông điện đã chế tạo về cấu tạo, cơ sở khoa học, mức độ đáp ứng các tiêu chí đặt ra. - Lập luận, đặt câu hỏi, bình luận, đánh giá sản phẩm của nhóm mình và các nhóm. b. Nội dung hoạt động - Các nhóm học sinh giới thiệu về thiết bị đã chế tạo về cấu tạo, hiệu quả hoạt động, hình thức và cách chế tạo. - Học sinh quan sát, nhận xét về sản phẩm của các nhóm, chia sẻ, thảo luận, ghi nhận ý kiến góp ý để tiếp tục điều chỉnh, hoàn thiện. - Học sinh viết vào vở những phát hiện không đúng hoặc không hợp lí, ghi lại những bình luận hoặc câu hỏi cho sản phẩm mà mình quan tâm. c. Sản phẩm học tập - Bản ghi chép các góp ý, bình luận, câu hỏi về sản phẩm và kết quả của các nhóm. d. Tổ chức thực hiện - Giáo viên yêu cầu các nhóm học sinh giới thiệu và chia sẻ về thiết bị của nhóm mình cũng như những kết quả đã ghi nhận được trong quá trình thực hiện. - Học sinh thực hiện nhiệm vụ: xem sản phẩm của bất kì nhóm nào mà mình quan tâm; ghi chép các kết quả, góp ý, bình luận, câu hỏi về sản phẩm và kết quả thử nghiệm. - Giáo viên tổ chức cho học sinh thảo luận về các sản phẩm của nhau, trao đổi các ý kiến nhận xét về sản phẩm đồng thời nêu các đề xuất điều chỉnh (nếu có). - Giáo viên tóm lược vấn đề, bình luận nhấn mạnh thiết bị có hiệu quả cao và những đặc điểm của thiết bị được thiết kế trên cơ sở các thông tin về chế tạo nam châm điện và mạch điện đơn giản; gợi ý về sự chỉnh sửa và liên hệ với những ứng dụng trong đời sống (cần cẩu phế liệu sắt thép, ) để tổng kết bài học. PHỤ LỤC BẢNG TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ SẢN PHẨM 1. Chuông điện (40 điểm) a. Cấu tạo (20 điểm) * Các tiêu chí được đánh giá theo thang điểm sau: Tốt: 4-5 điểm Chưa tốt: 2-3 điểm Không tốt: 0-1 điểm Tiêu chí Điểm Hoạt động đúng nguyên tắc Chất liệu sử dụng an toàn, dễ kiếm trong cuộc sống hàng ngày Dễ thực hiện An toàn khi sử dụng b. Khả năng sử dụng (20 điểm)
7. * Các tiêu chí được đánh giá theo thang điểm sau: Thực hiện tốt tiêu chí, có sáng tạo, cải tiến 4-5 điểm Có thực hiện tiêu chí nhưng chưa đầy đủ, còn sai sót 2-3 điểm Không thực hiện tiêu chí, có quá nhiều sai sót 0-1 điểm Tiêu chí Điểm Chất lượng hình ảnh của sản phẩm Hình thức của sản phẩm Tính ứng dụng của sản phẩm Độ bền của sản phẩm Tổng điểm phầm chuông điện: ./40 2. Bài trình diễn (60 điểm) a. Nội dung (30 điểm) * Các tiêu chí được đánh giá theo thang điểm sau: Thực hiện tốt tiêu chí, có sáng tạo, cải tiến 5-6 điểm Có thực hiện tiêu chí nhưng chưa đầy đủ, còn sai sót 2-4 điểm Không thực hiện tiêu chí, có quá nhiều sai sót 0-1 điểm Tiêu chí Điểm Trình bày và nêu rõ được cơ sở lý thuyết của sàn phẩm Trình bày, giải thích được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của sản phẩm Trình bày cách làm của sản phẩm Tính ứng dụng của sản phẩm b. Hình thức (20 điểm) Các tiêu chí được đánh giá theo thang điểm sau: Thực hiện tốt tiêu chí, có sáng tạo, cải tiến 4-5 điểm Có thực hiện tiêu chí nhưng chưa đầy đủ, còn sai sót 2-3 điểm Không thực hiện tiêu chí, có quá nhiều sai sót 0-1 điểm Tiêu chí Điểm Thuyết trình rõ ràng, lôi cuốn, sinh động, hấp dẫn Bài trình diễn rõ ràng, thu hút, không có lỗi chính tả Có sử dụng nhiều hình ảnh, video minh họa Đúng thời gian quy định c. Phản biện (10 điểm) * Các tiêu chí được đánh giá theo thang điểm sau: Trả lời tốt các câu hỏi, tình huống phát sinh 9-10 điểm Trả lời được các câu hỏi, tình huống phát sinh 6-8 điểm Trả lời được một phần câu hỏi hoặc trả lời chưa chính xác 0-5 điểm Điểm đạt được: ./10
8. Tổng điểm phầm trình diễn: /60 TỔNG CỘNG: ./100 2. Xe hút đinh (40 điểm) a. Cấu tạo (20 điểm) * Các tiêu chí được đánh giá theo thang điểm sau: Tốt: 4-5 điểm Chưa tốt: 2-3 điểm Không tốt: 0-1 điểm Tiêu chí Điểm Hoạt động đúng nguyên tắc Chất liệu sử dụng an toàn, dễ kiếm trong cuộc sống hàng ngày Dễ thực hiện An toàn khi sử dụng b. Khả năng sử dụng (20 điểm) * Các tiêu chí được đánh giá theo thang điểm sau: Thực hiện tốt tiêu chí, có sáng tạo, cải tiến 4-5 điểm Có thực hiện tiêu chí nhưng chưa đầy đủ, còn sai sót 2-3 điểm Không thực hiện tiêu chí, có quá nhiều sai sót 0-1 điểm Tiêu chí Điểm Chất lượng hình ảnh của sản phẩm Hình thức của sản phẩm Tính ứng dụng của sản phẩm Độ bền của sản phẩm Tổng điểm phầm chuông điện: ./40 2. Bài trình diễn (60 điểm) a. Nội dung (30 điểm) * Các tiêu chí được đánh giá theo thang điểm sau: Thực hiện tốt tiêu chí, có sáng tạo, cải tiến 5-6 điểm Có thực hiện tiêu chí nhưng chưa đầy đủ, còn sai sót 2-4 điểm Không thực hiện tiêu chí, có quá nhiều sai sót 0-1 điểm Tiêu chí Điểm Trình bày và nêu rõ được cơ sở lý thuyết của sàn phẩm Trình bày, giải thích được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của sản phẩm Trình bày cách làm của sản phẩm Tính ứng dụng của sản phẩm b. Hình thức (20 điểm)
9. Các tiêu chí được đánh giá theo thang điểm sau: Thực hiện tốt tiêu chí, có sáng tạo, cải tiến 4-5 điểm Có thực hiện tiêu chí nhưng chưa đầy đủ, còn sai sót 2-3 điểm Không thực hiện tiêu chí, có quá nhiều sai sót 0-1 điểm Tiêu chí Điểm Thuyết trình rõ ràng, lôi cuốn, sinh động, hấp dẫn Bài trình diễn rõ ràng, thu hút, không có lỗi chính tả Có sử dụng nhiều hình ảnh, video minh họa Đúng thời gian quy định c. Phản biện (10 điểm) * Các tiêu chí được đánh giá theo thang điểm sau: Trả lời tốt các câu hỏi, tình huống phát sinh 9-10 điểm Trả lời được các câu hỏi, tình huống phát sinh 6-8 điểm Trả lời được một phần câu hỏi hoặc trả lời chưa chính xác 0-5 điểm