Chế tạo xe chạy bằng khinh khí cầu là một trong những mẫu giáo án STEM các giáo viên nên áp dụng xen kẽ với những hoạt động trong lớp học của mình. Đây là hoạt động có thể áp dụng trong các lớp học khoa học, vật lý và toán học, phù hợp với các bài giảng về áp suất không khí, thế năng, động năng và phản lực
Với chi phí vô cũng thấp và cách làm đơn giản, OhStem Education tin rằng chế tạo xe chạy bằng khinh khí cầu sẽ là hoạt động giúp nâng cao hứng thú trong học tập của các em học sinh
Ngoài ra, trước khi tìm hiểu về giáo án này, bạn cần xem qua bài viết về STEM là gì? để hiểu hơn về phương pháp dạy học này
Mục lục
Làm nóng lớp học bằng cách đưa ra những câu hỏi kích thích trí tò mò
Khi bắt đầu vào một bài học hoặc một hoạt động nào đó, việc đầu tiên bạn cần làm là giới thiệu hoạt động nó đến với học sinh, và làm cách nào để có thể thu hút được sự chú ý của các em
Bạn có thể bắt đầu bằng việc đặt ra các câu hỏi cho lớp học của mình. Sau đây mẫu giáo án STEM sẽ gợi ý một số cách bắt đầu dẫn vào bài học một cách hiệu quả, thu hút mà bạn có thể tham khảo:
- Liệu rằng chúng ta có thể chế tạo một chiếc ô tô chạy bằng không khí không? Gợi ý: Một chiếc ô tô chạy bằng khinh khí cầu được đẩy về phía trước nhờ không khí thoát ra từ khinh khí cầu. Các em có thấy phương pháp này khả thi không?
- Nếu có, các em có thể tưởng tượng ra chiếc ô tô chạy bằng khinh khí cầu của riêng mình trông như thế nào không?
- Làm sao để chiếc xe có thể đi xa nhất có thể? Và làm sao để đo được quãng đường của xe?
- Khi lớp học của bạn đã bắt đầu nóng dần lên với những màn tranh cãi và đưa ra ý kiến, đây là lúc giáo viên nên bắt đầu ngay vào bài học.
Giới thiệu về dự án xe chạy bằng khinh khí cầu
Những chiếc ô tô chạy bằng khí cầu rất thú vị khi chế tạo và thậm chí còn thú vị hơn khi các em chơi cùng chúng
Trong dự án này, bạn sẽ được thử thách chế tạo và thử nghiệm chiếc ô tô chạy bằng khí cầu của riêng mình. Một chiếc ô tô chạy bằng khí cầu bao gồm ba bộ phận chính:
- Thân xe (mảnh bìa cứng hoặc chai nhựa)
- Bánh xe ô tô (đĩa CD hoặc các nắp chai nhựa)
- Các trục, kết nối các bánh xe với thân xe và cho phép các bánh xe quay (xiên gỗ)
Hãy đưa ra câu hỏi và cho các em thử nghiệm nếu có thể:
- Các em đã bao giờ làm nổ một quả bóng bay rồi thả nó ra mà không cần buộc chặt lại chưa? Lúc này, không khí nhanh chóng thoát ra khỏi quả bóng bay, khiến nó bay khắp phòng!
Giải thích bằng kiến thức khoa học:
Khi bạn làm nổ một quả bóng bay, bạn đã làm tăng áp suất không khí bên trong quả bóng. Áp suất không khí này làm căng bóng bay lên, giống như kéo căng một sợi dây cao su
Cả áp suất không khí và cao su bị kéo căng đều lưu trữ năng lượng tiềm tàng, hoặc năng lượng đang “chờ đợi” để làm một điều gì đó
Khi bạn thả bóng bay, cao su co lại và không khí nhanh chóng bị ép ra khỏi lỗ của quả bóng. Thế năng bên trong khí cầu được chuyển đổi thành động năng (hay còn gọi là năng lượng của chuyển động), và đẩy không khí chuyển động nhanh qua lỗ
Do không khí bị đẩy ra nhanh về phía sau nên có một phản lực đẩy quả bóng bay về phía trước, như trong hình minh họa.
Nguyên tắc này xuất phát từ định luật của Newton, trong đó phát biểu rằng: “Đối với mọi lực, đều có một phản lực ngang bằng và ngược chiều”
Khi bạn chỉ để một quả bóng bay tự bay, nó có xu hướng ngẫu nhiên bay quanh phòng và hầu như không thể điều hướng
Tuy nhiên, khi bạn gắn quả bóng bay vào một chiếc ô tô, giống những gì được hiển thị trong hình, bạn có thể khai thác năng lượng của quả bóng bay để đẩy chiếc xe về phía trước!
Mục tiêu kỹ thuật trong dự án này sẽ là thiết kế, chế tạo và thử nghiệm một chiếc ô tô không chạy bằng gì ngoài khinh khí cầu
Học sinh cần phải thiết kế chiếc xe của mình để nó có thể di chuyển xa nhất có thể
>> Tham khảo thêm sản phẩm giáo dục STEM về lập trình: xBuild Creator Kit
Thuật ngữ và khái niệm sẽ được học trong bài
Trong hoạt động này, học sinh sẽ được làm quen với một số từ và khái niệm vô cùng mới, bạn có thể giải thích các thuật ngữ này trước khi tiến hành bài học để các em học sinh có thể dễ dàng hiểu bài học hơn.
- Thân xe
- Bánh xe
- Trục
- Áp suất không khí
- Động năng
- Thế năng
- Phản lực
- Định luật III Newton
Mẫu giáo án STEM – Gợi ý một số câu hỏi về bài học
- Thế năng là gì?
- Một số cách khác nhau để lưu trữ năng lượng tiềm năng là gì?
- Động năng là gì?
- Nêu định luật III Newton?
- Một số vật liệu phổ biến được sử dụng để chế tạo xe khinh khí cầu là gì?
Vật liệu
- Đĩa CD hoặc nắp chai nhựa (4)
- Bóng bay cao su, 9 inch (2)
- Ống hút jumbo, đường kính khoảng 1/2 inch và dài 9 inch (2). Lưu ý rằng chúng còn được gọi là “ống hút nhựa” hoặc “ống hút sinh tố”
- Bút chì gỗ, dài 7 3/8 inch (2)
- Tờ giấy, 8.5 x 11 inch (10)
- Kẹp giấy jumbo, dài 1 3/4 inch (6)
- Băng Scotch (1 cuộn)
- Kéo (chỉ được phép làm công cụ, không phải vật liệu xây dựng)
- Máy ảnh kỹ thuật số hoặc điện thoại thông minh để ghi lại quá trình thiết kế của bạn
Các thầy cô có thể thay đổi số lượng của từng vật liệu trên để phù hợp với quy mô và số lượng học sinh trong lớp học của bản thân nhé!
Quy trình thí nghiệm mẫu giáo án STEM
Tổng quan về Thử thách
Mục tiêu của dự án này là thiết kế và chế tạo một chiếc ô tô chạy bằng khí cầu
Chạy bằng khí cầu có nghĩa là chiếc xe được đẩy về phía trước bởi không khí thoát ra từ khinh khí cầu. Vì đây là một dự án kỹ thuật nên bạn cần xác định rõ các yêu cầu thiết kế của mình
Bạn có thể đưa ra các yêu cầu thiết kế của riêng mình, nhưng sau đây là một số gợi ý:
- Xe phải chắc chắn và không bị rơi vỡ khi sử dụng.
- Xe nên đi thẳng.
- Chiếc xe nên đi càng xa càng tốt.
- Có một số tùy chọn khác nhau cho dự án:
- Bạn có thể chế tạo một chiếc xe khinh khí cầu bằng bất kỳ vật liệu nào bạn muốn.
- Bạn có thể đo vận tốc của ô tô bằng điện thoại di động được trang bị ứng dụng cảm biến. Xem phần này của thủ tục để biết thêm chi tiết.
Thiết kế ô tô của bạn
Khi bạn đã xác định các yêu cầu thiết kế của mình, bạn cần hướng dẫn và gợi ý cho học sinh bắt đầu thiết kế chiếc xe của mình. Giai đoạn thiết kế là một phần quan trọng của quá trình thiết kế kỹ thuật
Không có quy trình cố định cho phần này, bạn có thể đưa ra thiết kế của riêng bạn!
Suy nghĩ về những vật liệu bạn muốn sử dụng cho chiếc xe của mình và cách bạn sẽ kết nối các phần khác nhau với nhau. Ví dụ: Bạn muốn sử dụng những gì để bánh xe? Hãy phác thảo thiết kế của bạn trên giấy trước khi bạn bắt đầu xây dựng
Bạn có thể tham khảo cách làm chi tiết cách làm tại bài viết sau: Thí nghiệm STEM: Chế tạo xe khinh khí cầu
Các lưu ý khi chế tạo ô tô khinh khí cầu
- Nhiều ô tô chạy bằng khí cầu được thiết kế theo cách gắn cổ bóng bay vào ống hút đã được uốn cong (bằng cách sử dụng dây chun), như trong hình. Điều này giúp bạn dễ dàng gắn quả bóng vào ô tô, làm phồng quả bóng và nhằm mục đích căn chuẩn hướng của không khí thoát ra khỏi khí cầu.
- Một quả bóng bay xì hơi dán vào một tấm bìa cứng hình chữ nhật Một ống hút được buộc chặt vào lỗ mở của quả bóng bay và được dán vào một tấm bìa cứng
- Nếu quả bóng bay được gắn trực tiếp vào thùng xe bằng băng dính, thì quả bóng bay sẽ rất khó bị thổi phồng và giúp không khí thoát ra ngoài theo đúng hướng chúng ta muốn. Nếu bạn gắn quả bóng bay vào ống hút trước như bước trên, bạn sẽ dễ dàng làm việc với nó hơn.
- Hầu hết các xe khinh khí cầu hoạt động tốt hơn nếu các trục có thể quay tự do.
- Một xiên gỗ được dán trên chiều rộng của một tấm bìa cứng hình chữ nhật như bên dưới.
- Nếu xiên trực tiếp vào thùng các-tông của ô tô, các trục sẽ không thể quay, do đó, nó không tạo ra một chuyển động tốt. Nếu các que xiên được cắm qua các mẩu rơm được dán vào bìa cứng, thì xiên có thể quay tự do.
- Bánh xe thường hoạt động tốt hơn nếu chúng tập trung vào các trục và chúng không bị lắc lư. Tùy thuộc vào những gì bạn sử dụng cho bánh xe và trục xe, bạn sẽ cần tìm ra cách để gắn chúng vào một cách an toàn.
- Một chiếc bút chì được đưa qua lỗ chính giữa của đĩa CD
- Như hình trên, lỗ ở giữa đĩa CD quá lớn so với bút chì, vì vậy đĩa CD sẽ lắc lư trên trục và không tạo ra bánh xe tốt. Nếu lỗ được lấp đầy bằng một chút đất nặn hoặc miếng bọt biển, đĩa CD sẽ cố định đúng vị trí.
>> Tài liệu mẫu giáo án STEM miễn phí, bạn có thể tham khảo tại đây
Mở rộng vấn đề
Khi các bé đã thiết kế và thử nghiệm mô hình của mình. Các giáo viên có thể giới thiệu cho các em tính vận tốc, quãng đường của xe bằng những công thức sau đây
Bạn có thể làm được điều này vì bạn biết rằng ô tô đã chuyển động một quãng đường bằng chiều dài của chính nó (d) trong khoảng thời gian mà nó chắn ánh sáng (t).
Công thức 1:
V = d/t
v là vận tốc tính bằng mét trên giây (m / s)
d là khoảng cách tính bằng mét (m)
t là thời gian tính bằng giây
Công thức 2
Điểm số = Trọng lượng x Khoảng cách
Trong đó “trọng lượng” được đo bằng đơn vị của bất cứ thứ gì mà ô tô của bạn đang chở (ví dụ: “số xu”) và khoảng cách là quãng đường ô tô đi được từ điểm xuất phát đến điểm dừng, được đo bằng cm hoặc mét (hãy nhớ rằng các nhà khoa học sử dụng hệ mét)
Nếu học sinh gặp nhiều khó khăn trong việc chế tạo ô tô, các giáo viên có thể đưa ra 1 mô hình ô tô có sẵn để minh họa và lấy ví dụ bài tập cho các bé
>> Gợi ý: 10+ bộ giáo án STEM mẫu cho các môn
Lời kết
Trên đây là mẫu giáo án STEM dành cho các bé ở độ tuổi tiểu học. Mẫu giáo án này có thể được kết hợp với các môn học như Toán học, Kỹ thuật, chắc chắn sẽ đem lại niềm vui và hứng thú khi học tập cho trẻ
Ngoài ra, nếu bạn muốn tham khảo thêm nhiều giáo án STEM khác, hãy truy cập vào website của chúng tôi thường xuyên nhé!
Để tìm hiểu thêm về các đồ chơi, giáo cụ STEAM cho bé, vui lòng liên hệ OhStem qua:
- Fanpage: https://www.facebook.com/ohstem.aitt
- Hotline: 08.6666.8168
- Youtube: https://www.youtube.com/c/ohstem
OhStem Education – Đơn vị cung cấp công cụ và giải pháp giáo dục STEAM cho mọi lứa tuổi tại Việt Nam
