Tài liệu Vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các tình huống thực tiễn tình huống sử dụng kiến thức liên môn để tạo ra điện từ sức gió

VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN SỞ GIÁO DỤC – ĐÀO TẠO THÀNH PHỐ HÀ NỘI PHÒNG GIÁO DỤC – ĐÀO TẠO QUẬN HOÀN KIẾM -----˜ ™ ----- BÀI DỰ THI CUỘC THI VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN ĐỂ GIẢI QUYẾT CÁC TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC TRƯỜNG TRUNG HỌC CƠ SỞ TRƯNG VƯƠNG ĐỊA CHỈ: 26 HÀNG BÀI – HOÀN KIẾM – HÀ NỘI SĐT: 043.825 4182 – 043.826 2837 EMAIL: [email protected] Tên tình huống: SỬ DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN ĐỂ TẠO RA ĐIỆN TỪ SỨC GIÓ Môn học chính được vận dụng: Vật lí Các môn tích hợp : Công nghệ, Địa lí, Toán, GDCD, Tin học Thông tin học sinh (nhóm 2 người) 1. Họ và tên : Trần Minh Quang Ngày sinh: 5/2/2000 Lớp : 9H1 2. Họ và tên : Trần Danh Huy Ngày sinh: 17/11/2000 Lớp : 9H1 Hà Nội, tháng 12/2014 1 VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN PHIẾU THÔNG TIN HỌC SINH BÀI DỰ THI CUỘC THI VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN ĐỂ GIẢI QUYẾT CÁC TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC - Sở Giáo dục & Đào tạo Thành phố Hà Nội - Phòng Giáo dục & Đào tạo Quận Hoàn Kiếm - Trường THCS Trưng Vương - Địa chỉ: 26 Hàng Bài - Hoàn Kiếm - Hà Nội - Điện thoại: 043.825 4182 – 043.826 2837 - Giáo viên hướng dẫn: Nguyễn Kiêm Tuấn (Giáo viên môn Vật lí) - Nhóm học sinh: + Trần Minh Quang Ngày sinh: 5/2/2000 Lớp: 9H1 + Trần Danh Huy Ngày sinh: 17/11/2000 Lớp: 9H1 2 VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN CUỘC THI VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN ĐỂ GIẢI QUYẾT CÁC TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN DÀNH CHO HỌC SINH TRUNG HỌC 1. Tên tình huống: SỬ DỤNG SỨC GIÓ ĐỂ TẠO RA ĐIỆN * Tình huống như sau: Hàng ngày, ngoài những thiết bị điện sử dụng thường xuyên như: bàn là, tivi, tủ lạnh, máy tính, đèn, bếp điện… thì vào mùa nóng, nhà em gần như sử dụng thường xuyên điều hòa và quạt điện, còn mùa lạnh thì nhu cầu sử dụng bình nóng lạnh, lò sưởi, đệm sưởi… tăng cao. Lúc nào nhìn hóa đơn tiền điện mẹ em cũng kêu ca: “Nhà mình cần phải tiết kiệm điện!”. Chính điều này đã làm nảy sinh ý tưởng trong em, phải chế tạo ra cái gì đó phát ra điện. Qua thực tế và những điều đã được học, em muốn thử sức chế tạo một máy phát điện từ sức gió. 3 VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN 2. Mục tiêu giải quyết tình huống - Vận dụng các kiến thức đã học để tạo ra máy phát điện từ gió với mong muốn giảm chi phí sử dụng điện cho gia đình em. - Qua quá trình tìm hiểu và nghiên cứu, em củng cố được những kiến thức đã học và hiện thức hóa ý tưởng. 3. Tổng quan về các nghiên cứu liên quan đến việc giải quyết tình huống - Xuất phát từ nhu cầu chế tạo ra máy phát điện tận dụng sức gió, kết hợp những kiến thức đã học (xem lại các kiến thức các môn học liên quan), đánh dấu những kiến thức có thể áp dụng để giải quyết tình huống: môn Vật lý, môn Công nghệ, môn Địa lý, môn Toán học, môn Giáo dục công dân, môn Tin học, môn Họa. - Hỏi ý kiến của giáo viên hướng dẫn và lập kế hoạch thực hiện đề tài. - Thực hiện chế tạo máy phát điện và thử nghiệm. - Viết báo cáo tổng hợp. 4. Giải pháp giải quyết tình huống - Trong tình huống mà chúng em đã đưa ra thì chúng em đã vận dụng kiến thức liên môn sau để giải quyết tình huống, cụ thể như sau:  Môn Vật lý + môn Công nghệ: - Công nghệ 6: Thu, chi trong gia đình (Bài 25  Bài 27) - Công nghệ 9: Lắp đạt mạng điện trong nhà. - Vật lí 8: Năng suất tỏa nhiệt của nhiên liệu (Bài 26) - Vật lí 7: Điện học ( Chương 3: Bài 19 – Bài 30) - Vật lí 9: Điện học (Chương 1), sản xuất điện năng (Bài 61, 62) - Kiến thức tìm hiểu thêm: + Nguyên lý chung của máy phát điện + Các dạng năng lượng + Các lưu ý khi sử dụng điện 4 VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN  Môn Địa lí: - Các điều kiện tự nhiên và tiềm năng phát triển phong điện của nước ta. + Khoáng sản (Bài 15 – Địa lí 6) + Khí áp, gió (Bài 19 – Địa lí 6) + Đặc điểm tài nguyên, khoáng sản, địa hình, khí hậu và sông ngòi Việt Nam (Bài 26  Bài 35 – Địa lí 8) - Ảnh hưởng của việc sử dụng các nguồn năng lượng (có khả năng tái tạo, không có khả năng tái tạo) đối với con người và môi trường. + Dân số và sức ép của dân số tới tài nguyên và môi trường ở đới nóng (Bài 10 – Địa lí 7) + Ô nhiễm môi trường ở đới ôn hòa (Bài 17 – Địa lí 7) + Con người và môi trường địa lí (Bài 21 – Địa lí 8) + Địa lí công nghiệp Việt Nam (Bài 11, 12 – Địa lí 9)  Môn Toán học: - Tính tỉ số vòng dây trong máy phát điện. - Tính toán và hiệu chỉnh các số liệu trong quá trình chế tạo. - Dùng kiến thức hình học để vẽ các mô hình.  Môn giáo dục công dân: - Phẩm chất đạo đức, nghĩa vụ, trách nhiệm của bản thân với gia đình, xã hội. - Một số vấn đề cấp thiết: ô nhiễm môi trường, cạn kiệt tài nguyên,...  Môn Tin học: - Sử dụng Internet, tìm kiếm thông tin, sắp xếp và chỉnh sửa tài liệu  Môn Sinh học: - Con người, dân số và môi trường (Chương III – Sinh học 9) - Bảo vệ môi trường (Chương IV – Sinh học 9) 5 VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN  Môn Lịch sử: - Cách mạng khoa học – kĩ thuật từ 1945 đến nay (Bài 12 – Lịch sử 9)  Môn Họa: - Vẽ phác thảo mô hình. 5. Thuyết minh tiến trình giải quyết tình huống Tình huống cần giải quyết: Làm thế nào để chế tạo ra một thiết bị chuyển đổi sức gió thành điện năng góp phần giảm thiểu chi phí tiền điện a. Phương án giải quyết tình huống: Ngày nay, điện năng được sử dụng rộng rãi và thuận tiện trong các hoạt động của con người. Từ những kiến thức đã học, em thấy có thể tạo ra điện từ rất nhiều nguồn như: đốt các nhiên liệu hóa thạch trong các nhà máy nhiệt điện, sử dụng sức nước chạy tua-bin trong các nhà máy thủy điện, sử dụng năng lượng nguyên tử, từ năng lượng mặt trời, từ sức gió… Hiện nay, công nghiệp điện ở nước ta bao gồm nhiệt điện và thủy điện. Hiện nay, hàng năm đã sản xuất trên 40 tỉ kWh và sản lượng điện ngày càng tăng để đáp ứng nhu cầu phát triển kinh tế. (Địa lí 9, trang 44). Như sơ đồ bên ta thấy, việc sản xuất điện trong nhà máy nhiệt điện là biến nhiệt năng thành cơ năng và sau đó chuyển thành điện năng. Tuy nhiên, quá trình này vừa tiêu tốn tài nguyên, lại gây ô nhiễm môi trường (khí thải nhà máy dẫn qua ống khói và thải ra ngoài Sơ đồ các bộ phận chính của một nhà máy nhiệt bầu không khí). điện (Vật lí 9 – Trang 160) 6 VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN Điển hình như, sự phát triển của các ngành công nghiệp và các phương tiện giao thông ở đới ôn hòa đòi hỏi phải sử dụng ngày càng nhiều nhiên liệu, làm bầu khí quyển bị ô nhiễm nặng nề. Hình ảnh một nhà máy nhiệt điện chạy bằng than ở Đức 7 VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN Các mỏ khoáng sản như than đá, dầu khí,... là các tài nguyên khoáng sản được hình thành hằng triệu năm trước và khi đã sử dụng thì không thể phục hồi. Do đó, dù nước ta có nguồn than đá và dầu mỏ phong phú song giàu có đến đâu, chúng ta cũng phải khai thác hợp lí, sử dụng tiết kiệm và có hiệu quả nguồn tài nguyên này. Việc khai thác, vận chuyển và chế biến khoáng sản ở một số vùng nước ta đã làm ô nhiễm môi trường sinh thái. Do đó, cần thực hiện nghiêm chỉnh Luật khoáng sản của Nhà nước ta. Do vậy, song hành với phát triển các nhà máy nhiệt điện, nước ta còn đầu tư phát triển nhà máy thủy điện. 8 VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN Việc sản xuất điện từ nhà máy nhiệt điện thì tiêu tốn tài nguyên, ô nhiễm môi trường; Từ thủy điện làm biến đổi tầng địa hình và môi trường xung quanh; Trong tự nhiên có rất nhiều nguồn năng lượng rất lớn như năng lượng gió, năng lượng mặt trời, năng lượng hạt nhân, nhưng có cách nào chuyển đổi các dạng năng lượng đó thành năng lượng điện không? Với những thành tựu của cuộc cách mạng khoa học – kĩ thuật từ năm 1945 đến nay, con người không chỉ tìm ra các nguồn năng lượng mới mà còn sáng chế những vật lệu mới trong tình hình các vật liệu tự nhiên đang cạn dần trong thiên nhiên. Cùng với những thành tựu thì cuộc cách mạng này cũng để lại những hậu quả tiêu cực (chủ yếu do chính con người tạo ra). Trong đó đáng đề cập nhất là năng lượng hạt nhân. Năng lượng hạt nhân có trữ lượng rất lớn, có thể thay thế cho than đá, dầu mỏ, khí đốt. Nhưng năng lượng hạt nhân dùng trong vũ khí hạt nhân có tác dụng hủy diệt rất lớn (hai quả bom nguyên tử do Mĩ ném xuống hai thành phố Hi-rô-si-ma và Na-ga-xa-ki của Nhật Bản đã sát hại trên 300 000 người), việc 9 VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN bất cẩn trong khi sử dụng nguồn năng lượng này đặc biệt khi có sự cố thiên tai (thảm họa Fukushima 2011). Do đó, sản xuất điện nguyên tử dần dần hạn chế ở các nước phát triển. Nhìn vào biểu đồ trên, ta có thể thấy nhu cầu sử dụng năng lượng trong tương lai ngày càng gia tăng. Việc tìm kiếm các nguồn năng lượng sạch và hiệu quả kinh tế ngày càng cấp thiết. Việt Nam nằm trong khu vực cận nhiệt đới gió mùa với bờ biển dài hơn 3260km, nước ta có một thuận lợi cơ bản để phát triển năng lượng gió. So sánh tốc độ gió trung bình trong vùng biển Đông Việt Nam và các vùng biển lân cận cho thấy gió tại biển Đông khá mạnh và thay đổi nhiều theo mùa.Trong chương trình đánh giá về năng lượng cho châu Á, Ngân hàng Thế giới đã có một khảo sát chi tiết về năng lượng gió khu vực Đông Nam Á, trong đó Việt Nam có tiềm năng gió lớn nhất với tổng tiềm năng điện gió của Việt Nam ước đạt 513.360 MW tức là bằng hơn 200 lần công suất của thủy điện Sơn La, và hơn 10 lần tổng công suất dự báo của ngành điện vào năm 2020. Tất nhiên, để chuyển từ tiềm năng lý thuyết thành tiềm năng có thể khai thác, đến tiềm năng kỹ thuật, và cuối cùng, thành tiềm 10 VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN năng kinh tế là cả một câu chuyện dài; nhưng điều đó không ngăn cản việc chúng ta xem xét một cách thấu đáo tiềm năng to lớn về năng lượng gió ở Việt Nam. Chính những điều đấy đã thôi thúc em, với những kiến thức đã học trong nhà trường cũng như ước mơ theo đuổi học chuyên môn vật lý, em thấy mình có thể chế tạo ra một thiết bị biến đổi sức gió thành điện. Thứ nhất, sử dụng kiến thức tin học, em tìm kiếm thông tin trên internet về: cách chế tạo máy phát điện từ gió, ưu – nhược điểm của các máy đó, các nguyên – vật liệu cần cho việc sản xuất một máy phát điện, các mẫu máy phát điện đã từng được thực hiện. Thứ hai, đối chiếu với kiến thức được học trong môn vật lý – công nghệ về nguyên lý của máy phát điện, rồi kết hợp cùng môn toán học và môn họa để lập bản phác thảo máy phát điện từ gió, dùng kiến thức toán học để tính số vòng dây máy phát điện thỏa mãn mục đích và nhu cầu của mình, xin ý kiến hỗ trợ của giáo viên và thu thập nguyên vật liệu cần dùng. Thứ ba, sau khi đã đủ nguyên vật liệu, em hoàn thiện sản phẩm đầu tay nhưng máy chưa phát ra điện. Lúc đó, em đối chiếu lý thuyết nguyên lý máy với sản phẩm đã làm và cải tiến thì tới máy thứ 2, máy có phát ra điện nhưng công suất quá nhỏ, thử bằng đèn led chưa sáng. Khi đó, em tưởng rằng mình đã thất bại, nhưng dùng đồng hồ đa năng thì em nhận thấy có tạo ra dòng điện. Em thật sự vui vì điều đó và nghỉ cách cải tiến tiếp. Cứ thế, sau 6 lần cải tiến, em đã đưa ra một mô hình máy phát có thể phát ra 6V dưới sức gió của quạt điện thông thường nhưng em chưa thỏa mãn và vẫn muốn cải tiến tiếp. 11 VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN Sản phẩm đầu tay Sản phẩm bước đầu hoàn thiện 12 VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN Trong quá trình nghiên cứu chế tạo máy, em hiểu hơn lý thuyết và có thể hoàn chỉnh sản phẩm hơn nữa. Một câu hỏi đặt ra với em: “Sản phẩm của mình liệu có thể ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống hay không?”. Qua kiến thức đã học về môn địa lý, nước ta với điều kiện địa lý thuận lợi, có bờ biển dài, lượng gió nhiều và phân bổ khá đều quanh năm. Tại thời điểm cuối thập kỉ đầu tiên của thế kỉ XXI này, thủy điện đã đóng góp đến 1/3 nhu cầu sử dụng điện của cả nước, nhưng điện gió hầu như chỉ mới ở mức xuất phát. Vì vậy, sự xuất hiện trong năm 2012 này với các nhà máy điện gió, một ở tỉnh Bình Thuận (thuộc Nam Trung Bộ), một ở tỉnh Bạc Liêu (miền Tây Nam Bộ) có thể xem là những điểm sáng hay các điểm đột phá ấn tượng mở đường xây dựng nền công nghiệp phong điện nước ta. Như vậy, tiềm năng điện gió của nước ta là rất lớn. b. Các tư liệu được sử dụng, các ứng dụng Công nghệ thông tin - Bộ sách giáo khoa các môn học Công nghệ, Vật lý, Địa lý, Giáo dục công dân, Tin học. - Các tư liệu trên internet - Các thiết bị đo: đồng hồ vạn năng, đồng hồ đo tốc độ gió, quạt và một số vật dụng khác (dây điện, bóng đèn, mỏ hàn, cưa, kìm, vỏ thùng nhựa đựng nước bán sẵn…). 6. Ý nghĩa của việc giải quyết tình huống - Giúp em hiểu hơn về lý thuyết, vận dụng linh hoạt kiến thức của các môn đã học vào giải quyết các tình huống thực tiễn. - Quan trọng hơn, qua việc chế tạo thiết bị em thấy mình yêu thích nghiên cứu khoa học, nhất là việc tạo ra các sản phẩm có tính ứng dụng cao trong cuộc sống. - Sản phẩm khi hoàn thiện hoàn toàn có thể ứng dụng rộng rãi trong thực tế đời sống nước ta, giải quyết vấn đề cấp thiết về thiếu hụt năng lượng và đặc biệt, đây có thể là biện pháp góp phần thực hiện chính sách tài nguyên, bảo vệ môi trường, phát triển khoa học công nghệ của đất nước ta (trong môn Giáo dục công dân). 13 VẬN DỤNG KIẾN THỨC LIÊN MÔN GIẢI QUYẾT TÌNH HUỐNG THỰC TIỄN - Điều cuối cùng, năng lượng điện có đặc điểm là khi đã sản xuất ra thì phải sử dụng hết, không thể dự trữ được (trừ trường hợp dự trữ nhỏ trong các acquy). Các máy phát điện quy mô lớn (nhà máy) đã mở là phải chạy đều, không thể khi cần nhiều thì cho chạy nhanh, khi cần ít thì cho chạy chậm. Máy phát điện do chúng em chế tạo góp phần giảm chi phí tiền điện cho gia đình song cần có kế hoạch sử dụng tiết kiệm, sử dụng hạn chế điện vào giờ cao điểm. Và thay cho lời kết của chúng em: “Tiết kiệm điện là tiết kiệm năng lượng, tiết kiệm năng lượng là bảo vệ tương lai”./. Nhóm học sinh viết Trần Minh Quang – Trần Danh Huy 14