Tài liệu Tích hợp kiến thức môn vật lý, hóa học, sinh học, toán học giảng dạy về “sấm sét” trong bài “sự phóng điện trong chất khí” vật lý 11 nâng cao

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT YÊN ĐỊNH 2 BÀI DỰ THI DẠY HỌC THEO CHỦ ĐỀ TÍCH HỢP Tên dự án dạy học Tích hợp kiến thức môn: Vật lý, Hóa học, Sinh học, Toán học giảng dạy về “Sấm sét” trong bài “sự phóng điện trong chất khí” vật lý 11 nâng cao Nhóm thực hiện 1. Họ và tên: 2. Họ và tên: 3. Họ và tên: Nguyễn Văn Tường. (Trưởng nhóm) Ngày sinh: ...................Môn Vật Lý Điệnthoại:0984.843.771; 0936.73.32.73 Email:[email protected] Nguyễn Văn Thúy Ngày sinh: ................... Môn Vật Lý Điện thoại: 0987630206 Email: [email protected] Hồ Thị Minh Ngày sinh: .................. Môn Vật Lý Điện thoại: 0915592500 Email: [email protected] 1 1. Tên hồ sơ dạy học. Tích hợp kiến thức môn: Vật lý, Hóa học, Sinh học, Toán học giảng dạy về “Sấm sét” trong bài “sự phóng điện trong chất khí” vật lý 11 nâng cao. Bài “dòng điện trong chất khí- Tiết 32,33-sách giáo khoa vật lý 11 nâng cao”, giáo viên tổ chức cho học sinh sử dụng kiến thức liên môn để tìm hiểu về sấm sét và lợi ích của sấm sét. 2. Mục tiêu dạy học. a) Về kiến thức. * Môn vật lý: - Học sinh hiểu được các kiến thức về sự hình thành tia lửa điện. - Học sinh hiểu được quá trình hình thành sấm, sét. * Môn hóa học: - Học sinh biết được các phản ứng hóa học xảy ra trong không khí khi có tia lửa điện. * Môn sinh học: - Học sinh biết được tác dụng của khí Ôzôn với môi trường không khí. - Học sinh biết được tác dụng của các gốc NO -3 , NH +4 được tạo ra với sự phát triển của thực vật trên trái đất. b) Về kỹ năng. * Môn vật lý: - Biết cách phòng chống và tuyên truyền các biện pháp phòng chống Sét. - Vận dụng kiến thức đã học để giải thích các hiện tượng phóng điện trong không khí. * Môn hóa học: - Vận dụng được các phản ứng hóa học xảy ra trong không khí khi có tia lửa điện trong sản xuất nông nghiệp. * Môn sinh học: - Có kỹ năng xác định thời điểm gieo cấy để tận dụng nguồn đạm trong bầu khí quyển nhằm tiết kiệm chi phí, nâng cao hiệu quả trong sản xuất nông nghiệp. * Môn toán: - Tính toán được một cách tương đối lượng đạm trời cung cấp * Kĩ năng sống: - Rèn luyện kỹ năng giao tiếp, kỹ năng làm việc theo nhóm. 2 c) Về tư duy, thái độ. - Có tinh thần học tập tích cực, nghiêm túc. - Yêu thích bộ môn, say mê trong nghiên cứu khoa học. - Thường xuyên ứng dụng kiến thức vào thực tiễn đời sống nâng cao năng suất lao động. Thông qua dự án sẽ giúp cho học sinh biết vận dụng kiến thức liên môn Toán, Vật lý, Hóa học, Sinh học, vào giải thích được một vài hiện tượng trong thực tế liên quan đến sấm sét, tính toán được một vài thông số liên quan để áp dụng vào trong thực tiễn đời sống và sản xuất. 3. Đối tượng dạy học của bài học. - Số lượng : 40-48 học sinh/lớp. - Số lớp thực hiện: 3 - Khối lớp 11- nâng cao trường THPT Yên Định 2. - Học sinh học đến tiết 32-33. Dòng điện trong chất khí (chương trình nâng cao) 4. Ý nghĩa của bài học. Dự án góp phần giáo dục tính tổ chức, tinh thần làm chủ và hợp tác trên những hoạt động thực tế. Dự án làm cho quá trình dạy học bộ môn thêm phong phú, đa dạng làm cho việc học của học sinh thêm hứng thú, sinh động tạo cho học sinh lòng hăng say, yêu công việc đó là điều kiện để phát triển khả năng, năng lực sẵn có của học sinh. Dự án góp phần củng cố, bổ sung kiến thức cho học sinh. Thông qua đó kiến thức học sinh thu nhận được sâu sắc hơn. Học sinh được mở rộng kiến thức và được thu nhận kiến thức dưới nhiều hình thức và có liên hệ với thực tiễn. Việc kết hợp các kiến thức liên môn như Toán học, Hóa học, Sinh học vào môn Vật lý rất quan trọng, giúp cho kiến thức học sinh được bao quát, đầy đủ ý hơn. Như vậy, kiến thức liên môn tạo điều kiện cho học sinh chủ động, tích cực, sáng tạo; giáo dục thêm ý thức hơn việc học phải đi đôi với hành; rèn luyện các kĩ năng giải quyết tình huống trong cuộc sống và ứng dụng vào thực tế đời sống. Qua thực tế quá trình dạy học, chúng tôi thấy rằng việc kết hợp kiến thức liên môn học vào để giải quyết một vấn đề nào đó trong một môn học là việc làm hết sức cần thiết. Điều đó đòi hỏi người giáo viên bộ môn không chỉ nắm chắc môn mình dạy mà còn phải không ngừng trau dồi kiến thức các môn học khác để 3 tổ chức, hướng dẫn các em giải quyết các tình huống, các vấn đề đặt ra trong môn học một cách nhanh nhất, hiệu quả nhất. 5. Thiết bị dạy học, học liệu. - Máy chiếu đa năng, trình chiếu powerpoint. - Máy vi tính. - Sách giáo khoa vật lý 11. - Các nguồn thông tin, tài liệu về sét. - Hình vẽ minh họa về cột thu lôi chống sét. 6. Hoạt động dạy học và tiến trình dạy học a) Mục tiêu về kiến thức: - Học sinh hiểu được các kiến thức về điều kiện và sự hình thành tia lửa điện. - Biết được các phản ứng hóa học xảy ra trong không khí khi có Sấm sét. - Hiểu được tác dụng của Ôzôn với môi trường, tác dụng của các gốc NO + 3 , NH 4 được tạo ra với sự phát triển của thực vật trên trái đất. b) Phương pháp: thuyết trình, giảng giải nêu vấn đề, kết hợp thảo luận nhóm. c) Nội dung tích hợp liên môn: GV Đưa ra một số câu hỏi tình huống để tích hợp kiến thức liên môn: Câu hỏi 1. Tại sao về mùa hè thường hay có mưa dông, sấm sét và sau những cơn mưa này thường thấy không khí rất là trong lành? Câu hỏi 2. Giải thích câu ca dao: “Lúa chiêm lấp ló đầu bờ Hễ nghe tiếng sấm phất cờ mà lên” Để trả lời các câu hỏi này thì học sinh phải sử dụng kiến thức liên môn: *Theo kiến thức môn Vật lý: Quá trình tạo ra Sấm sét có thể tóm gọn lại như sau: - Khởi đầu bằng chu trình nước. Nước sẽ bốc hơi khi nhận được nhiệt từ ánh sáng Mặt trời, bay lên cao, gặp lạnh, ngưng tụ lại thành hàng triệu giọt nước nhỏ, lúc đó ta sẽ nhìn thấy mây trên bầy trời. - Quá trình bay hơi và ngưng tụ xảy ra liên tục, hơi nước và những giọt nước nhỏ ở các đám mây sẽ tương tác với nhau, cộng thêm hiện tượng đông lạnh, sẽ làm 4 hình thành sự chênh lệch điện tích: điện tích dương ở phần trên đám mây, còn điện tích âm ở phần dưới. - Sự hình thành hai khu vực điện tích trái dấu cũng đồng thời sinh ra điện trường. Sự chênh lệch điện tích càng lớn, điện trường càng mạnh. Điện trường mạnh, đến một mức nào đó, sẽ làm không khí xung quanh bị ion hoá, cho phép dòng điện có thể truyền qua khu vực không khí bị ion hoá này tạo thành Sấm. - Đồng thời trong lúc đó, bề mặt Trái đất sẽ chịu ảnh hưởng của điện trường âm phía dưới các đám mây, và các vật thể trên Trái đất (bao gồm cả con người) sẽ mất electron và tích điện dương mạnh. Không khí xung quanh tia sét sẽ bị đốt nóng mạnh, giãn ra đột ngột và kéo theo đó là tiếng sét nổ ngay sau đó. - Khi gần có sét, cường độ điện trường lớn ở gần mặt đất, quanh khu vực này bị ion hóa. Các ion cùng đấu với điện tích với mũi nhọn thí bị đẩy ra xa nó, các ion trái dấu thì đi về mũi nhọn, bị mụi nhọn “hút” vào. Do đó, điện tích trên mũi nhọn mất dần. Dựa vào đây người ta chế tạo cột thu lôi chống sét. *Tích hợp kiến thức môn Hóa học: Sấm sét tạo ôzôn cho tầng khí quyển Chúng ta được biết ôzôn giúp Trái đất trong lành hơn, nhờ nó hấp thụ bức xạ cực tím từ Mặt trời chiếu xuống Trái đất. Vậy nguồn ôzôn từ đâu mà có? Phản ứng hóa học: 2O2 (tia lửa điện)—> O3 + [O] Đây là phàn ứng thuận nghịch. [O] là oxi nguyên tử, các [O] tự’ kết hợp với nhau tạo ngược thành O2, tham gia ngược lại phản ứng. Có thể viết gọn : 3 O 2 —> 2O3 Ozon có tính oxi hỏa rất mạnh, mạnh hơn O 2 rất nhiều, Ozon tồn tại chủ yếu ở tầng bình lưu của khí quyển. Trong không khí, nito tồn tại dạng nito phân tử có liên kết 3 bền vững, nên rễ cây không hấp thụ được. Tuy nhiên, nhờ vào sấm sét, một lượng N 2 trong không khí chuyển hóa theo sơ đồ của phản ứng: N2 + O2 = 2NO 2NO + O2 = 2NO2 + H2O 4NO2 + O2 + 2H2O = 4HNO3 HNO3  H+ + NO3*Tích hợp kiến thức môn Sinh học: Sấm sét giúp tăng khả năng sinh trưởng cho cây 5 Theo kinh nghiệm của ông bà xưa, vào những vụ lúa chiêm xuân, những cơn mưa rào mang theo dưỡng chất thiên nhiên, rất tốt cho cây cối, hoa màu, đặc biệt là cây lúa nước. Nhờ có đạm tự nhiên, lúa bén rễ và phát triển nhanh, tốt tươi. Vì vậy, mà ông cha ta có câu: “Lúa chiêm lấp ló đầu bờ hễ nghe tiếng sấm phất cờ mà lên”. Nếu không có sấm sét thì trong vòng vài giờ, trái đất sẽ mất vào các lớp trên của khí quyên toàn bộ điện tích âm mình, lượng điện tích cần cho sự tồn tại cùa Nitơ ở dạng thực vật dễ hấp thụ. Rễ cây chỉ hấp thụ được nito dạng nitrat (NO3-) và amôn (NH4+) cho quá trình phát triển. *Tích hợp kiến thức môn Toán: Theo các nhà khoa học, mỗi năm ở nước ta trung bình một ha đất nhận được trên 50kg Nitơrat và gần 20kg Amôniắc từ mưa dông – các chất đạm này được hình thành từ Nitơ trong quá trình phóng điện. Diện tích nông nghiệp nước ta lớn nên lượng Amôniắc nhận từ thiên nhiên và số tiền tiết kiệm không phải mua phân bón là rất lớn. d) Cách tổ chức dạy học: Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh Nội dung chính IV. Các dạng GV: Dẫn dắt HS tìm hiểu Hs: Thảo luận nhóm để phóng điện trong bằng một số câu hỏi định trả lời các câu hỏi của không khí ở áp hướng: giáo viên: suất thường. CH: Khi điện trường trong không khí rất mạnh (cỡ hàng triệu V/m) có hiện tượng gì xảy ra? Tại sao? - Khi điện trường lớn có thể xuất hiện sự phóng điện hình tia gọi là tia lửa điện. 1. Tia lửa điện.. Tia lửa điện là CH: Tia lửa điện có dạng - Tia lửa điện không có quá trình phóng điện hình gì? Tạo sao? dạng nhất định thường là tự lực xảy ra trong một chùm tia ngoằn chất khí khi có tác ngoèo. dụng của điện trường đủ mạnh để CH: Nguyên nhân chủ yếu - Nguyên nhân tạo ra các làm ion hóa khí, của sự phóng điện hình tia? hạt tải điện trong tia lửa biến phân tử khí điện là do ion hóa va trung hòa thành ion chạm. dương và electron tự do. 6 Hoạt động của giáo viên CH: Ngoài nguyên nhân trên còn có những nguyên nhân gì? Hoạt động của học sinh Nội dung chính - Ngoài ra còn có sự ion hóa do tác dụng của bức xạ phát ra trong tia lửa 2. Sét. điện. Sét là tia lửa điện khổng lồ phát sinh do sự phóng CH: Hiện tượng Sấm sét - Khi về mùa hè thường điện giữa các đám trong thực tế xảy ra lúc hay có mưa dông. Sét là mây tích điện trái nào? Nguyên nhân gây ra tia lửa điện khổng lồ phát dấu hoặc giữa đám Sấm sét? sinh do sự phóng điện mây tích điện và mặt giữa các đám mây tích đất. điện trái dấu hoặc giữa - Mặt đất tích điện là đám mây tích điện trên do hưởng ứng tỉnh mặt đất. điện. CH: Tại sao trong Sấm sét thường kèm theo tiếng nổ lớn? Khi nào gọi là Sấm? Khi nào gọi là Sét ? - Do áp suất tăng đột ngột gây ra tiếng nổ gọi là sấm (giữa các đám mây), gọi là Sét (giữa đám mây và mặt đất) GV: Yêu cầu HS trả lời C3 Hs: Thảo luận nhóm trả Tại sao lức có Sét, mặt đất lời câu hỏi C3. lại tích điện để có thể xảy ra - Do đám mây tích điện sự phóng điện giữa đám lớn nên xảy ra hiện tượng mây tích điện và mặt đất? nhiễm điện do hưởng hứng ở mặt đất. CH: Con người có cách nào để chống Sét? GV: Yêu cầu HS trả lời C4 Giải thích rõ hơn tác dụng của cột chống Sét? GV: Yêu cầu học sinh về nhà tìm hiểu về cột thu lôi và viết bài báo cáo. Cột thu lôi làm bằng những cột nhọn bằng kim loại, đặt lên chỗ cao của nhà, hoặc các công trình xây dựng và được nối đất cẩn thận - Để chống sét người ta bằng dây dẫn với làm cột thu lôi. một thanh kim loại chon sâu xuống đất. Hs: Thảo luận nhóm trả Khi có cơn dông, lời câu hỏi C4. điện tích từ đám mây sẽ qua cột chống sét xuống đất một cách từ từ, không gây ra hiện tượng sét. Tích hợp kiến thức liên môn: Hs: Thảo luận nhóm để trả lời các câu hỏi của GV 7 Hoạt động của giáo viên GV: Hãy giải thích sự hình thành khí Ôzôn khi có Sấm sét? Hoạt động của học sinh Nội dung chính Sử dụng kiến thức hóa Trình chiếu bảng học: phụ Hs: Oxy trong không khí gặp điều kiện tia lửa điện: 2O2 (tia lửa điện)—> O3 + [O]. Các [O] tự kết hợp với nhau tạo ngược thành O2, tham gia ngược lại phản ứng. Có thể viết gọn : 3 O2 —> 2O3 GV: vì sao sau những cơn Hs: Ôzôn có tính oxi hóa mưa thì không khí rất là rất mạnh, mạnh hơn O2 trong lành? rất nhiều, có tính khử độc. Ôzôn tồn tại chủ yếu ở tầng bình lưu của khí quyển. Ôzôn giúp Trái đất trong lành hơn, nhờ nó hấp thụ bức xạ cực tím từ Mặt trời chiếu xuống Trái đất. Do đó sau những trận mưa giông, sấm sét thì không khí thường rất trong lành. GV: Yêu cầu Hs thảo luận nhóm giải thích câu ca dao: “Lúa chiêm lấp ló đầu bờ Hễ nghe tiếng sấm phất cờ mà lên” GV: cây hấp thụ dạng nitơ nào ? Do trong không khí có khoảng 80% Nitơ và 20 % oxi. Khi có sấm chớp ( tia lửa điện) thì N2 và O2 trong không khí tác dụng với nhau tạo Hs: Rễ cây không hấp thành khí NO2. hòa thụ ni tơ phân tử vì ni tơ tan trong nước mưa trong không khí là dạng tạo ra HNO3 rơi ni tơ phân tử có liên kết 3 xuống đất tác dụng bền vững ,dạng khí trơ. với các chất kiềm có trong đất tạo ra muối Hs: dạng nitrát (NO3- ) nitrat giúp cây hấp và amôn (NH4+) thụ để phát triển. GV: Khi có sấm sét thì Nitơ tham gia chuỗi phản Sử dụng kiến thức hóa học: GV: Ở điều kiện bình thường rễ cây có hấp thụ được nitơ không? Sử dụng kiến thức sinh học: Hs: thảo luận nhóm cử đại diện lên trình bày. 8 Hoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh ứng hóa học nào để tạo ra Hs: Trong cơn giông có các gốc nitrát (NO3- ) và sấm sét và mưa, 1 lượng amôn (NH4+)? nhỏ N2 trong không khí bị ôxy hóa ở nhiệt độ và áp suất cao tạo ra NO-3 . Phản ứng như sau: N2 + O2 = 2NO 2NO + O2 = 2NO2 + H2O 4NO2+O2+2H2O=4HNO3 HNO3 = H+ + NO-3 GV:Trong phân bón cây thường có những thành phần nào? GV: gốc nitrát (NO3- ) và amôn (NH4+) có tác dụng gì đối với cây trồng? Nhờ có đạm tự nhiên, lúa bén rễ và phát triển nhanh, tốt tươi. Nội dung chính Sử dụng kiến thức Sinh học: Hs: Chất đạm (N), lân (P), kali (K). Hs: Amôn (NH4+) và quá trình amôn hóa gốc nitrát (NO3-) để hình thành NH4+ tạo hành axit amin giúp cây phát triển. GV: Yêu cầu học sinh tính Sử dụng kiến thức toán toán lượng Amôniắc nhận học: từ thiên nhiên và số tiền tiết kiệm không phải mua Hs: thảo luận nhóm trả lời phân bón? Theo các nhà khoa học, mỗi năm ở nước ta trung bình một ha đất nhận được trên 50kg Nitơrat và gần 20kg Amôniắc từ mưa dông. Người ta ước tính lượng điện năng tích được một lần sét đánh có thê kéo một đoàn tàu 14 toa chạy 200km. Hay một tia sáng thông thường có thể thắp sáng bóng đèn 100W trong 3 tháng. 7. Kiểm tra đánh giá kết quả học tập. *Cách thức đánh giá kết quả học tập theo dạy học tích hợp: - Phỏng vấn trực tiếp một số học sinh sau bài học. - Kiểm tra, lập bảng điểm, bằng những câu hỏi sau: 9 Câu 1: Khi đang ở ngoài trời cũng như trong nhà, ta phải phòng chống sét như thế nào? Câu 2: Để bảo vệ các thiết bị điện tử trong gia đình khi ngoài trời có mưa dông, bạn phải làm gì? Câu 3: Bạn có thể đề xuất những biện pháp tuyên truyền kiến thức về Sét cũng như những phương án phòng chống Sét hiệu quả trong cộng đồng dân cư nơi mình đang sinh sống? *Tiêu chí đánh giá theo dạy học tích hợp: + Học sinh không vận dụng được kiến thức môn vật lý: đạt < 5 điểm. + Học sinh chỉ vận dụng được kiến thức môn vật lý: đạt 5- 6 điểm. + Học sinh vận dụng được kiến thức 2 môn: đạt 7- 8 điểm. + Học sinh vận dụng được kiến thức 3-4 môn: đạt 9-10 điểm. 8. Các sản phẩm của học sinh - Học sinh hiểu được quá trình hình thành Sấm sét. - Học sinh biết được lợi ích của Sấm sét đối với môi trường tự nhiên và đời sống của thực vật trên trái đất. - Học sinh biết được tác hại của Sấm sét và có kỹ năng phòng tránh sét. - Học sinh biết cách làm cột thu lôi để chống sét: Một cái que bằng kim loại được gắn lên trên mái nhà, đường kính khoảng 2cm. Nó được nối với rất nhiều sợi dây làm bằng đồng hoặc nhôm, đường kính tương tự, được nối trực tiếp xuống dưới đất. Các vật liệu làm cột thu lôi và dây dẫn đòi hỏi dẫn điện thật tốt, nếu không, với năng lượng của tia sét, chúng sẽ bị nóng lên rất nhanh và bị hỏng ngay tức khắc. *Kết quả bài kiểm tra khi dạy sử dụng tích hợp kiến thức liên môn: TT 2 1 3 Lớp Sĩ số 11A1 48 11A2 46 11A3 40 9-10 7-8 5-6 3- 4 TB trở lên 26 21 18 54% 19 40% 3 6% 0 0 48 100% 46% 20 43% 5 11% 0 0 46 100% 45% 16 40% 6 15% 0 0 40 100% KẾT LUẬN Từ kết quả học tập của các em chúng tôi nhận thấy khi tích hợp chương trình giảng dạy, giáo viên sẽ phải bổ sung rất nhiều kiến thức để bổ trợ cho bài giảng thêm sinh động, học sinh dễ hiểu, dễ nhớ. Điều đó càng đòi hỏi người giáo viên phải không ngừng nâng cao trình độ chuyên môn, nghiệp vụ, cập nhật kiến thức nhanh, đầy đủ. Chương trình này đã khuyến khích giáo viên sáng tạo, thực 10 hiện dạy học theo chủ đề, chủ điểm có nội dung liên quan đến nhiều môn học và gắn liền với thực tiễn. Ngoài ra còn góp phần đổi mới hình thức tổ chức dạy học, đổi mới phương pháp dạy học, đổi mới phương pháp kiểm tra đánh giá kết quả học tập, tăng cường hiệu quả sử dụng thiết bị dạy học, tạo cơ hội giao lưu, trao đổi kinh nghiệm giữa các giáo viên. Việc học theo chủ đề tích hợp và vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống của thực tiễn đã làm cho buổi học thêm thoải mái, không khô cứng, bớt căng thẳng. Ai cũng có quan điểm, cái nhìn riêng của mình về một vấn đề, tạo ra nhiều ý kiến rất tốt cho buổi học. Học sinh nào giỏi môn Vật lý thì trả lời theo góc độ vật lý, học sinh nào giỏi môn Hóa học thì trả lời theo góc độ hóa học, học sinh nào giỏi môn Sinh học thì trả lời theo góc độ sinh học. Như vậy, mọi người sẽ được học hỏi thế mạnh của nhau, bổ sung cho nhau, giúp học sinh tăng cường khả năng vận dụng kiến thức tổng hợp, khả năng tự học, tự nghiên cứu của học sinh. Như vậy sẽ thúc đẩy việc gắn kết giữa lý thuyết và thực hành trong nhà trường với thực tiễn đời sống, đẩy mạnh việc thực hiện dạy học theo phương châm “học đi đôi với hành”; đổi mới hình thức, phương pháp học, phương pháp kiểm tra, đánh giá kết quả học tập của học sinh. Trên đây là mô tả dạy học tích hợp liên môn của nhóm giáo viên chúng tôi, tuy đã hết sức cố gắng nhưng do khả năng lực và thời gian thực hiện còn nhiều hạn chế nên không thể tránh khỏi những thiếu sót rất mong được sự ủng hộ đóng góp của các quý đồng nghiệp để chúng tôi hoàn thiện hơn dự án này. Xin trân trọng cảm ơn! ` ` XÁC NHẬN CỦA NHÀ TRƯỜNG Yên Định, ngày 20 tháng 01 năm 2014 NHÓM TRƯỞNG NGUYỄN VĂN TƯỜNG 11