Tài liệu Định hướng giáo dục STEM trong trường trung học

Nội dung text: Tài liệu Định hướng giáo dục STEM trong trường trung học

1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VỤ CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC TRUNG HỌC PHÁT TRIỂN GDTrH GIAI ĐOẠN 2 TÀI LIỆU HỘI THẢO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM TRONG TRƯỜNG TRUNG HỌC (Lưu hành nội bộ) - NĂM 2018 -
2. CHỦ ĐỀ 1: THIẾT KẾ GIÁ XẾP ĐỒ Các tác giả: 1. TS. Trần Cường, Trường ĐHSP Hà Nội 2. TS. Phạm Thị Diệu Thùy, Trường ĐHSP Hà Nội 2 3. ThS. Cai Việt Long, Trường THCS Ngô Sĩ Liên I. PHẦN 1: MỤC ĐÍCH, YÊU CẦU 1. Mục đích: - HS sẽ được trải nghiệm việc vận dụng các kiến thức về các môn học như vẽ kĩ thuật, vẽ mĩ thuật, thiết kế kiến trúc, lí thuyết tối ưu, toán học, vật lí, hóa học, để giải quyết một tình huống thực tiễn thiết kế giá đựng đồ trong hốc cầu thang. -HS thấy được ý nghĩa và sự gắn kết các kiến thức của các môn học trong nhà trường trong khi giải quyết các vấn đề của thực tiễn. 2. Yêu cầu: -Đảm bảo tính trải nghiệm của người học trong các giai đoạn: +tìm hiểu các kiến thức cần thiết để thiết kế giá để đồ +thiết kế bản kế hoạch để tạo ra giá để đồ +thực hiện bản kế hoạch để tạo ra sản phẩm giá để đồ -Đảm bảo tính tự học, hợp tác trong quá trình giải quyết vấn đề của người học 3. Giới thiệu chủ đề Lứa tuổi học sinh Lớp 8, lớp 9 – 15 tuổi Mức độ tiếp thu Khá – Giỏi Trong chủ đề này, học sinh vận dụng kiến thức về mô hình Vấn đề cần tập hóa bài toán thực tiễn thành ngôn ngữ toán học thông qua trung việc xác lập các mối quan hệ giữa kiến thức về các hình khối khối hình học với một số nội dung thuộc phân môn đại số như 2
3. 6. Diện tích hình tròn, hình quạt tròn (Bài 10, chương III, chương trình toán lớp 9). 7. Diện tích toàn phần, thể tích hình trụ (Bài 1, chương IV, chương trình toán lớp 9). 8. Hằng đẳng thức (Bài 3, chương I, chương trình toán lớp 8). Và các bài toán tìm GTLN - GTNN 9. Giải toán bằng cách lập phương trình. (Bài 6, chương III, chương trình toán lớp 8). 10. Đại lượng tỉ lệ thuận, đại lượng tỉ lệ nghịch. (Bài 1, Bài 3 chương II, chương trình toán lớp 7). 11. Hình hộp chữ nhật (Bài 1, Chương IV, chương trình toán lớp 8). 12. Thể tích hình hộp chữ nhật (Bài 3, Chương IV, chương trình toán lớp 8). 13. Số vô tỉ, khái niệm căn bậc hai (Bài 11, Chương I, chương trình toán 7). 14. Làm tròn số (Bài 10, Chương I, chương trình toán 7). II. PHẦN 2: TIẾN TRÌNH DẠY HỌC 1. Hoạt động 1: Xác định vấn đề hoặc nhu cầu thực tiễn a. Mục đích của hoạt động - Học sinh phát hiện ra vấn đề cần giải quyết trong thực tiễn là: trong hốc cầu thang có dạng 1/4 hình trụ với bán kính là R (m) và chiều sâu là h (m), phải thiết kế một giá đựng đồ dạng hình hộp chữ nhật sao cho giá này có thể tích lớn nhất. - Học sinh có hứng thú tìm cách giải quyết vấn đề trên b. Nội dung hoạt động 4
4. b. Nội dung hoạt động - Để tạo ra được bản thiết kế giá để đồ, HS cần phải có kiến thức về các nội dung: 1. Định lý Pitago (Bài 7, chương 2, chương trình toán lớp 7). 2. Hình chữ nhật (Bài 9, chương 1, chương trình toán lớp 8). 3. Đường thẳng song song với một đường thẳng cho trước (Bài 10, chương 1, chương trình toán lớp 8) nội dung: Khoảng cách giữa hai đường thẳng song song. 4. Hình vuông (Bài 12, chương 1, chương trình toán lớp 8). 5. Diện tích hình chữ nhật (Bài 2, chương II, chương trình toán lớp 8). 6. Diện tích hình tròn, hình quạt tròn (Bài 10, chương III, chương trình toán lớp 9). 7. Diện tích toàn phần, thể tích hình trụ (Bài 1, chương IV, chương trình toán lớp 9). 8. Hằng đẳng thức (Bài 3, chương I, chương trình toán lớp 8). Và các bài toán tìm GTLN GTNN 9. Giải toán bằng cách lập phương trình. (Bài 6, chương III, chương trình toán lớp 8). 10. Đại lượng tỉ lệ thuận, đại lượng tỉ lệ nghịch. (Bài 1, Bài 3 chương II, chương trình toán lớp 7). 11. Hình hộp chữ nhật (Bài 1, Chương IV, chương trình toán lớp 8). 12. Thể tích hình hộp chữ nhật (Bài 3, Chương IV, chương trình toán lớp 8). 13. Số vô tỉ, khái niệm căn bậc hai (Bài 11, Chương I, chương trình toán 7). 14. Làm tròn số (Bài 10, Chương I, chương trình toán 7). Và học sinh có thể thực hiện việc tìm hiểu kiến thức bằng cách giải các bài tập định hướng của giáo viên như sau: Bài toán 1. Cho hình chữ nhật ABCD biết hai kích thước của hình chữ nhật là 5 cm và 12 cm. a) Tính chu vi và diện tích của hình chữ nhật đó. b) Tính đường chéo của hình chữ nhật đó. 6
5. Bài toán 3. Một hốc cầu thang có dạng hình trụ như hình vẽ bên, bán kính là R , chiều sâu là h , hãy dựng một khối hình hộp chữ nhật để đựng đồ bên (có dạng như hình vẽ) trong hốc này sao cho thể tích của hình hộp chữ nhật này đạt giá trị lớn nhất, tính giá trị lớn nhất đó theo R và h . Gợi ý: ➢ Học sinh vận dụng Bài toán 2 trong hoạt động 2. Để giải quyết bài toán trên GV có thể gợi ý và hướng dẫn học sinh làm vì chiều sâu là không đổi nên để thể tích hình hộp chữ nhật lớn nhất thì diện tích của hình chữ nhật có mặt cắt phía trước phải lớn nhất từ đó tính toán tương tự bài toán 2 trong hoạt động 2. 1 Bài toán 4. Một hốc cầu thang có dạng hình trụ như hình vẽ bên, bán kính 4 1,8m và chiều sâu 0,4m . a) Nếu tận dụng hốc cầu thang đó để đựng đồ, ta sẽ tận dụng được một khoảng không gian có thể tích bao nhiêu? b) Người ta muốn sơn toàn bộ phần bên trong của hốc đựng đồ có dạng hình trụ đó. Tính toàn bộ diện tích phần cần phải sơn. c) Trong ý b) mỗi kg sơn có giá tiền là 2000 VNĐ/ cm 2. Tính giá tiền mua sơn để sơn hết hốc cầu thang nói trên. 8
6. c. Biết một cây sắt dài 12 m giá 100 000VNĐ, 1 tấm Alu 1, 2m 2, 4m giá 200 000VNĐ. Để thiết kế hết các giá đỡ như trên cần bao nhiêu tiền. c. Dự kiến sản phẩm - HS liệt kê được các kiến thức cần sử dụng để thiết kế được giá xếp đồ theo yêu cầu bài toán -HS có thể trình bày lời giải của các bài tập định hướng của giáo viên (nếu cần thiết) d. Cách thức tổ chức hoạt động - HĐ 1: HS làm việc nhóm để thảo luận các kiến thức liên quan tới việc thiết kế giá đồ - HĐ 2: HS tự đọc và nghiên cứu tài liệu, thảo luận nhóm với các bạn về các nội dung kiến thức liên quan -HĐ 3: HS có thể làm các bài tập định hướng của giáo viên -HĐ 4: Giáo viên chốt lại các kiến thức cơ bản, quan trọng (đã học, hoặc kiến thức mới vừa tìm hiểu) cho học sinh 3. 3. Hoạt động 3: Đề xuất các giải pháp khả dĩ a) Mục đích của hoạt động HS đưa ra được ít nhất một giải pháp giải quyết bài toán thiết kế giá đựng đồ hình hộp chữ nhật có thể tích lớn nhất b) Nội dung hoạt động 10
7. - HĐ 1: Các nhóm thảo luận về ưu nhược điểm của các giải pháp đã được đề xuất theo tiêu chí của giáo viên hoặc do nhóm tự đề xuất - HĐ 2: Các nhóm cử đại diện thuyết minh về một phương án tối ưu nhất do nhóm lựa chọn - HĐ 3: GV xác nhận các phần thảo luận của học sinh và động viên các em triển khai các giải pháp 5. Hoạt động 5: Chế tạo mô hình hoặc mẫu thử nghiệm a) Mục đích của hoạt động - Học sinh trải nghiệm hoạt động thiết kế giá đựng đồ theo giải pháp đã lựa chọn b) Nội dung hoạt động Các nhóm thực hiện kế hoạch thiết kế sản phẩm của nhóm theo giải pháp đã lựa chọn c) Dự kiến sản phẩm - Các sản phẩm giá đựng đồ d) Cách thức tổ chức hoạt động HĐ 1: HS thảo luận nhóm để dự kiến các nguyên vật liệu để thiết kế giá, và phân chia nhiệm vụ cho các thành viên HĐ 2: HS thực hiện các nhiệm vụ được giao HĐ 3: Các nhóm HS học sinh thiết kế hoàn chỉnh mô hình về giá xếp đồ HĐ 4: GV quan sát hỗ trợ và tư vấn cho học sinh cách thức thiết kế thành công sản phẩm 6. Hoạt động 6: Thử nghiệm và đánh giá a) Mục đích của hoạt động - HS tiến hành kiểm tra khả năng sử dụng vào thực tiễn của sản phẩm vừa thiết kế. b) Nội dung hoạt động Kiểm tra tính thực tiễn của sản phẩm thiết kế c) Dự kiến sản phẩm 12
8. -các nhóm hoàn thiện sản phẩm của nhóm c) Dự kiến sản phẩm -sản phẩm hoàn chỉnh của các nhóm d) Cách thức tổ chức hoạt động HĐ 1: Các nhóm học sinh dựa trên các góp ý của các bạn và cô giáo để đưa ra kế hoạch hoàn thiện sản phẩm của nhóm mình HĐ 2: Các nhóm thực hiện kế hoạch hoàn thiện sản phẩm HĐ 3: GV động viên và hỗ trợ các nhóm hoàn thiện sản phẩm 14
9. Bối cảnh thực tế Tuy nhiên, trong dạy học, HS không có cơ hội được tiếp xúc trực tiếp với máy bắn đá vì chúng khá phức tạp, kích thước khổng lồ. Do đó, phương án chúng tôi lựa chọn là: tìm hiểu máy bắn đá thông qua phim ảnh và nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình máy bắn đá mini. Tổ chức bài học Tên chủ đề Thiết bị mô phỏng máy bắn đá Tổ chức nhóm 5 học sinh/nhóm Vật liệu cần thiết Hai mươi chiếc dây chun cho mỗi nhóm Một chiếc nắp chai Mười một chiếc que dài 40-45cm ( hoặc đũa tre) Một viên bi, Lưu ý an toàn Không gian, cơ sở Sân trường hoặc phòng đa năng tập thể dục. vật chất cần thiết Kế hoạch bài học Mục tiêu bài học - Vận dụng kiến thức về xác định quỹ đạo chuyển động của vật bị ném và động lực học chất điểm. - Xác định vấn đề, thiết kế và tìm giải pháp - Đánh giá hiệu quả của giải pháp thiết kế - Nhận diện các hạn chế thiết kế - Kĩ năng hợp tác nhóm - Kĩ năng thuyết trình và giao tiếp hiệu quả Các nội dung kiến Toán học: Quỹ đạo chuyển động của vật: đường parabol, thức liên quan liên quan đến đồ thị của hàm số bậc hai. Khoa học: Động lực học chất điểm. + Lực: Tổng hợp và phân tích lực: Phân tích được lực đàn hồi của đòn bẩy. + Định luật III Newton: khi ta tác dụng vào đòn bẩy một lực 16
10. của bóng. Khó khăn ở đây là thiết bị gần như là cố định, chỉ cần lợi dụng sức bật của đòn bẩy để bật được bóng, ta khó điều chỉnh được hướng, và tầm bay cao, bay xa của bóng. ▪ Học sinh tìm hiểu máy bắn đá thông qua phim ảnh và nghiên cứu thiết kế, chế tạo mô hình máy bắn đá mini. c. Dự kiến sản phẩm Các bài báo cáo nghiên cứu tình huống của HS: mỗi HS ghi câu trả lời của mình vào vở. HS thảo luận nhóm để thống nhất trả lời. d. Cách thức tổ chức hoạt động +Đại diện các nhóm báo cáo thảo luận. + GV gợi ý và hướng dẫn HS thảo luận để thống nhất. + Một số nội dung có thể thảo luận ở đây: • Tại sao thiết bị lại bật được bóng. • Khi làm thiết bị thì cần đề ra các nguyên vật liệu gì để bật được bóng. 2. Hoạt động 2: Nghiên cứu lý thuyết a. Mục đích của hoạt động Nghiên cứu các kiến thức liên quan để chế tạo ra được thiết bị. Giải thích tại sao với thiết bị như thế thì lại bắn được bóng. b. Nội dung hoạt động Học sinh phải nắm được một số kiến thức nền sau: Toán học: Quỹ đạo chuyển động của vật: đường parabol, liên quan đến đồ thị của hàm số bậc hai. Khoa học: Động lực học chất điểm. + Lực: Tổng hợp và phân tích lực: Phân tích được lực đàn hồi của đòn bẩy. + Định luật III Newton: khi ta tác dụng vào đòn bẩy một lực thì đòn bẩy cũng tác dụng trở lại một lực để đẩy quả bóng. + Chuyển động của vật bị ném: Quỹ đạo của vật bị ném xiên, tầm bay cao và tầm bay xa. Kĩ thuật: Quy trình thiết kế kĩ thuật - Bản vẽ kĩ thuật 18