Tài liệu giáo dục STEM dành cho học sinh trung học cơ sở: Tìm hiểu về máy bay trên các tàu sân bay. Các tàu sân bay ngắn hơn nhiều so với một đường băng thông thường của sân bay. Làm thế nào để máy bay có thể đạt được tốc độ đủ để cất cánh trong một khoảng cách ngắn như vậy? Trong tài liệu giáo dục STEM này, học sinh sẽ thực hành thiết kế kỹ thuật khi chế tạo bệ phóng máy bay giấy của riêng mình, đồng thời tìm hiểu về động năng và thế năng.
Mục lục
Vật liệu – Tài liệu giáo dục STEM
- Giấy
- Kẹp giấy
- Băng
- Dây thun
- Thước đo cuộn
- Bấm kim
Vật liệu xây dựng để làm bệ phóng máy bay giấy. Bạn có thể sử dụng các vật liệu khác nhau tùy thuộc vào những gì bạn có sẵn, ví dụ:
- Các tông sóng và băng keo
- Gậy thủ công bằng gỗ và súng bắn keo nóng
- Đồ chơi xây dựng như lego
- Bảng gỗ và đinh hoặc vít
- Không gian mở để ném máy bay. Dự án này hoạt động tốt nhất trong nhà trừ khi bên ngoài hầu như không có gió.
>> Ngoài tài liệu giáo dục STEM, giáo viên và phụ huynh có thể tìm hiểu thêm: Chương trình giáo dục STEM IoT cho trẻ
Thông tin cơ bản cho giáo viên – Tài liệu giáo dục STEM
Phần này bao gồm phần đánh giá nhanh dành cho giáo viên về khoa học và các khái niệm được đề cập trong bài học này.
Máy bay cất cánh từ đường băng của sân bay và tăng tốc theo sức riêng của chúng. Các máy bay phải đi nhanh để tạo ra lực nâng đủ để máy bay có thể cất cánh. Vì vậy, đặc biệt là đối với các máy bay lớn, nặng, đường băng sân bay thường rất dài để đảm bảo máy bay có đủ lực để cất cánh.
Điều này đặt ra một vấn đề đối với hàng không mẫu hạm. Hàng không mẫu hạm lớn nhất chỉ dài hơn 1.000 feet, hoặc chỉ dưới một phần tư dặm. Để cất cánh từ một đường băng ngắn như vậy, máy bay cần một số trợ giúp để có đủ tốc độ cất cánh. Chúng được hỗ trợ bởi một máy phóng, cung cấp thêm năng lượng từ nguồn bên ngoài (như khí nén hoặc nam châm điện) để giúp máy bay đi nhanh hơn.
Tài liệu giáo dục STEM hôm nay chúng tôi đưa đến cho các giáo viên tham khảo sẽ là một ví dụ thực tế tuyệt vời để dạy học sinh về cả vật lý và thiết kế kỹ thuật. Trong bài học này, học sinh của bạn sẽ chế tạo bệ phóng máy bay giấy chạy bằng dây cao su. Một sợi dây cao su bị kéo căng tích trữ thế năng đàn hồi (năng lượng mà một vật tích trữ khi nó bị kéo căng hoặc nén). Khi sợi dây cao su được thả ra, thế năng tích trữ đó được chuyển thành động năng (năng lượng mà một vật có được do chuyển động của nó). Một lượng lớn năng lượng tiềm tàng được tích trữ trong dây cao su kéo căng, cho phép bạn phóng máy bay giấy trong một khoảng cách ngắn so với khoảng cách khi phóng máy bay bằng tay.
Dự án này cũng giúp học sinh rèn luyện kỹ năng thực hành với quy trình thiết kế kỹ thuật, một bệ phóng máy bay hoạt động tốt phải đủ chắc chắn để chịu được lực từ dây cao su kéo căng. Các em học sinh cũng phải đảm bảo rằng máy bay giấy không bị vướng hoặc va chạm với thiết bị phóng khi nó được phóng.
Tương tác (10 phút)
Cho học sinh xem những hình ảnh về một tàu sân bay và một đường băng thông thường của sân bay. Giải thích rằng một đường băng của sân bay thông thường dài hơn nhiều so với đường băng của tàu sân bay. Hàng không mẫu hạm lớn nhất chỉ dài hơn 1.000 feet, nhưng đường băng của sân bay thường có thể dài hơn 6.000 feet (hơn một dặm).
Làm thế nào để máy bay cất cánh từ tàu sân bay nếu chúng ngắn hơn nhiều so với đường băng thông thường?
Cho học sinh thảo luận với nhau nhưng không đưa ra câu trả lời. Giải thích rằng hôm nay chúng ta sẽ làm một thí nghiệm để tìm hiểu làm thế nào mà máy bay có thể cất cánh trong một khoảng cách ngắn như vậy.
>> Đồ chơi STEM mang tính tương tác dành cho trẻ: xBuild Creator Kit
Khám phá (100 phút)
Lưu ý an toàn: hãy chắc chắn rằng học sinh của bạn không ném máy bay giấy vào nhau, đặc biệt là khi sử dụng bệ phóng dây cao su!
Làm việc theo cặp, mỗi nhóm học sinh phải làm một chiếc máy bay bằng giấy. Bài học này không quan trọng việc tất cả học sinh sử dụng cùng một loại máy bay, vì vậy những học sinh đã có kinh nghiệm làm máy bay bằng giấy có thể tự thiết kế mô hình máy bay của riêng mình.
Học sinh nên kiểm tra để đảm bảo rằng chiếc máy bay giấy của mình bay tốt (nó bay tương đối thẳng và không bị chập chờn). Giáo viên nên cho phép những học sinh chưa từng làm máy bay giấy trước đây thử và làm lại nhiều lần cho đến khi có được sản phẩm tốt nhất.
Sau khi hoàn thành, giáo viên cho học sinh kiểm tra xem có thể ném chiếc máy bay giấy của mình bao xa khi ném bằng cả cánh tay. Mỗi học sinh nên ném máy bay 10 lần và ghi kết quả vào phiếu học tập.
Tiếp theo, học sinh phải kiểm tra xem họ có thể ném máy bay bao xa khi chỉ sử dụng cổ tay (không được di chuyển vai hoặc khuỷu tay khi ném). Một lần nữa, mỗi học sinh nên ném 10 lần và ghi kết quả vào phiếu học tập của mình.
Thảo luận – Tài liệu giáo dục STEM
Bạn quan sát thấy gì khi ném máy bay chỉ bằng cổ tay so với ném bằng cả cánh tay? Làm thế nào chúng ta có thể làm cho máy bay bay xa hơn nếu chúng ta chỉ có thể phóng chúng trong một khoảng cách ngắn, như trên một tàu sân bay?
Học sinh có thể thấy rằng thật khó để ném máy bay đi xa khi bạn chỉ có thể cử động cổ tay. Sau đó, trình bày cách để có thể tạo một bệ phóng máy bay bằng giấy đơn giản bằng dây chun và bút chì.
- Ghim một chiếc kẹp giấy vào mũi của một chiếc máy bay giấy.
- Móc kẹp giấy qua một đầu của dây chun.
- Vòng đầu kia của dây chun quanh đầu bút chì.
- Giữ bút chì theo chiều dọc bằng một đầu. Dùng tay còn lại của bạn để kéo máy bay giấy lại, kéo căng dây chun rồi thả nó ra.
Điều gì xảy ra khi chúng ta kéo lại dây chun?
Dây cao su kéo dài tích trữ năng lượng tiềm tàng
Điều gì xảy ra khi chúng ta thả dây chun?
Thế năng của sợi dây cao su được chuyển thành động năng của máy bay.
Bây giờ, hãy giải thích rằng học sinh của bạn sẽ chế tạo bệ phóng máy bay giấy của riêng mình bằng cách sử dụng các vật liệu bạn có sẵn.
Đầu tiên, học sinh nên phác thảo các ý tưởng thiết kế riêng lẻ.
Sau đó, so sánh các thiết kế với bạn học của mình. Các em nên thảo luận về những ưu và nhược điểm tiềm năng của từng thiết kế và quyết định chọn một thiết kế duy nhất để xây dựng và thử nghiệm.
Mỗi nhóm nên xây dựng một nguyên mẫu trình khởi chạy và thực hiện một số thử nghiệm ban đầu để đảm bảo máy bay hoạt động. Nó có gặp vấn đề gì lớn không, chẳng hạn như máy bay giấy bị kẹt hoặc va chạm với thiết bị phóng khi nó được khởi chạy, hoặc thiết bị phóng không đủ vững chắc để hỗ trợ dây cao su bị kéo căng?
Các kỹ sư hiếm khi có được mọi thứ hoàn hảo trong lần thử đầu tiên! Dựa trên quan sát, học sinh nên thực hiện các thay đổi hoặc cải tiến đối với trình khởi chạy của họ.
Sau khi thực hiện các cải tiến, học sinh nên kiểm tra trình khởi chạy của mình. Mỗi học sinh nên sử dụng trình khởi chạy 10 lần và ghi kết quả vào trang tính.
Sau khi hoàn thành tất cả các bài kiểm tra, học sinh nên tính toán khoảng cách trung bình cho mỗi loại phóng (bằng tay sử dụng toàn bộ cánh tay, bằng tay chỉ sử dụng cổ tay và sử dụng bộ phóng bằng dây cao su) và lập biểu đồ kết quả trong trang tính.
Suy ngẫm (10 phút)
Làm thế nào mà khoảng cách của máy bay giấy lại khác nhau giữa 3 phương pháp phóng khác nhau?
Học sinh của bạn có thể nhận thấy rằng họ có thể ném máy bay đi khá xa khi sử dụng toàn bộ cánh tay của mình, nhưng rất khó ném máy bay giấy đi xa nếu chỉ sử dụng cổ tay. Cổ tay của bạn không thể di chuyển nhiều, vì vậy rất khó để đưa máy bay đi đủ nhanh trong một khoảng cách ngắn như vậy. Sử dụng ống phóng bằng dây cao su cho phép bạn làm cho máy bay đi xa hơn nhiều bằng cách sử dụng một khoảng cách phóng rất ngắn.
Máy phóng dây cao su giống máy phóng tàu sân bay như thế nào?
Dây cao su cho phép chúng ta tích trữ rất nhiều năng lượng ngay cả khi nó chỉ bị kéo căng trong một khoảng cách tương đối ngắn. Năng lượng này được chuyển đổi thành động năng của máy bay giấy, vì vậy máy bay giấy có thể bay rất xa trong một khoảng cách rất ngắn.
Tạo kết nối nghề nghiệp
Thảo luận hoặc đọc về những nghề nghiệp này có thể giúp học sinh tạo mối liên hệ quan trọng giữa bài học trên lớp và cơ hội việc làm STEM trong thế giới thực. Nếu bạn đang quan tâm đến việc ứng dụng STEM vào lớp học cho học sinh, bạn có thể liên hệ với OhStem để được giúp đỡ. Chúng tôi chuyên cung cấp giáo cụ, tài liệu giáo dục STEM cho mọi lứa tuổi.
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
