Báo cáo Giải pháp Hướng dẫn học sinh nghiên cứu khoa học hiệu quả qua dự án Hệ thống nước nóng lạnh dùng ánh nắng mặt trời

Nội dung tài liệu: Báo cáo Giải pháp Hướng dẫn học sinh nghiên cứu khoa học hiệu quả qua dự án Hệ thống nước nóng lạnh dùng ánh nắng mặt trời

1. phương pháp hướng dẫn học sinh NCKH hiệu quả hơn, giúp phong trào NCKH của trường nói chung của của tỉnh nhà nói riêng phát triển cả chất và lượng. Từ đó tôi chọn sáng kiến “Giải pháp hướng dẫn học sinh nghiên cứu khoa học hiệu quả qua dự án Hệ thống nước nóng lạnh dùng ánh nắng mặt trời” . 3. Nội dung sáng kiến 3.1 Tiến trình thực hiện. Ban đầu tôi phát động cuộc thi “ý tưởng khoa học” ở HKII năm học 2016-2017 các lớp mình day như: 11C1,2,4,5 và 12C1,3. Học sinh có 3 ý tưởng và bản thân chọn ra được một ý tưởng “hệ thống nước nóng lành dùng ánh nắng mặt trời” tham dự cuộc thi NCKH cấp trường đầu năm học 2017-2018. Hội đồng khoa học trường chọn 4 dự án trong đó có dự án “hệ thống nước nóng lành dùng ánh nắng mặt trời” . Ban giám hiệu ra quyết định phân công tôi hướng dẫn dự án “hệ thống nước nóng lành dùng ánh nắng mặt trời” của hai em Trần Văn Đón và Lê Thị Kiều Oanh. Thầy và trò lên kế hoạch mua vật tư, thiết bị, thiết kế dự án, hoàn thành dự án và các hồ sơ cần thiết đầu tháng 12 tham gửi lên trường học kết nối. Ngày 12- 14/12/2017 tham dự cuộc thi NCKH cấp tỉnh. Dự án được giải nhì cuộc thi NCKH cấp tỉnh năm học 2018-2019. Đạt được kết quả đó tôi đã thực hiện các giải pháp hướng dẫn học sinh NCKH hiệu quả. Đúc kết từ kinh nghiệm bản thân và kiến thức học tập được viết thành sáng kiến kinh nghiệm này. 3.2. Thời gian thực hiện. Bản thân thực hiện sáng kiến từ HKII năm học 2016-2017 đến HKI năm học 2017-2018. 3.3. Biện pháp thực hiện 3.3.1.Cơ sở lý luận Một dự án khoa học kĩ thuật là một nghiên cứu độc lập của một cá nhân hoặc một nhóm về một chủ đề khoa học nào đó và đem lại những kết quả nhất định trong khoa học hoặc ứng dụng trong thực tiễn. Thực hiện một dự án khoa học kĩ thuật sẽ trang bị cho học sinh những kĩ năng của một nhà khoa học thực sự và cơ hội tích lũy kiến thức khoa học của nhân loại. Các dự án kỹ thuật thường khác với hầu hết các dự án khoa học. Mục tiêu của dự án kĩ thuật là xây dựng một thiết bị hoặc thiết kế một hệ thống để giải quyết một vấn đề. Các bước thực hiện đối với dự án khoa học và dự án kĩ thuật * Đối với một dự án khoa học Bước 1: Xác định câu hỏi nghiên cứu Trang 3
2. - Lựa chọn một chủ đề. Thu hẹp chủ đề bằng cách xem xét những trường hợp đặc biệt. - Tiến hành nghiên cứu tổng quan và viết dự thảo đề cương nghiên cứu. -Nêu một giả thuyết khoa học hoặc nêu mục đích nghiên cứu. Bước 2: Kế hoạch và phương pháp nghiên cứu -Xây dựng kế hoạch nghiên cứu/thiết kế thí nghiệm. - Yêu cầu phê duyệt dự án (điền các mẫu phiếu và xin chữ ký phê duyệt). - Viết báo cáo nghiên cứu tổng quan. Bước 3: Thực hiện kế hoạch nghiên cứu - Thu thập tài liệu và thiết bị thí nghiệm; xây dựng thời gian biểu trong phòng thí nghiệm. - Tiến hành thí nghiệm. Ghi lại các dữ liệu định lượng và định tính. - Phân tích dữ liệu, áp dụng các phương pháp thống kê thích hợp. - Lặp lại thí nghiệm, khi cần thiết, nhằm triệt để khám phá những vấn đề. - Đưa ra một kết luận. - Viết báo cáo thí nghiệm. - Viết tóm tắt báo cáo. Bước 4: Trình bày kết quả nghiên cứu - Ghi lại các hình ảnh để giới thiệu dự án. - Làm bài thuyết trình về dự án trước giáo viên và/hoặc các bạn cùng lớp. - Thiết kế poster để giới thiệu dự án tại cuộc thi khoa học kĩ thuật. * Đối với một dự án kĩ thuật. Bước 1: Xác định vấn đề nghiên cứu - Xác định nhu cầu hoặc tiếp nhận yêu cầu. Bước 2: Thiết kế và phương pháp - Phát triển các tiêu chuẩn thiết kế. - Thực hiện việc tìm kiếm tài liệu và nghiên cứu tổng quan. - Chuẩn bị thiết kế sơ bộ hoặc thuật toán dưới dạng sơ đồ khối. Bước 3: Thực hiện: Xây dựng và kiểm tra - Sản xuất mẫu hoặc viết chương trình máy tính - Kiểm tra các mẫu/chương trình máy tính - Thiết kế lại, khi cần thiết. Bước 4: Trình bày kết quả nghiên cứu - Ghi lại các hình ảnh để giới thiệu dự án. - Làm bài thuyết trình về dự án trước giáo viên và/hoặc các bạn cùng lớp. - Thiết kế poster để giới thiệu dự án tại cuộc thi khoa học kĩ thuật. 3.3.2. Giải quyết vấn đề. Trong năm học 2017-2018 tôi được phân công hướng dẫn học sinh NCKH dự án “Hệ thống nước nóng lạnh dùng ánh nắng mặt trời”Bản thực hiện giải pháp sau và có hiệu quả: Trang 4
3. - Thứ nhất: Phát động cuộc thi “ý tưởng khoa học” Nếu trường chưa tổ chức được cuộc thi “ý tưởng khoa học”. Giáo viên phải biết phát động cuộc thi “ý tưởng khoa học ” ở các lớp mình dạy, bởi vì chỉ các em mới có ý tưởng phong phú. Ý tưởng phải xuất phát từ chính bản thân học sinh trong quá trình học tập, trong đời sống hàng ngày và nhu cầu vận dụng kiến thức, kỹ năng đã biết vào giải quyết các vấn đề của thực tiễn đời sống. Từ đó học sinh hiện thực hóa ý tưởng một cách tự nguyện, đam mê và nghiêm túc kiên trì thực hiện để chọn ra ý tưởng hay, có thể thực hiện được. Giáo viên không nên đưa ra ý tưởng rồi áp đặt học sinh, giáo viên có thể lâm vào tình trạng cạn kiệt ý tưởng và dự án thực hiện rất dễ bị thất bại sau này. Để học sinh có nhiều ý tưởng hay, thực tế. Giáo viên phải chia sẻ với các em về hoạt động NCKH mà các em có thể thực hiện được như sau: Giới thiệu cho HS về các sản phẩm đã tham dự cuộc thi NCKH và đạt giải cấp tỉnh trong những năm gần đây. Chia sẽ cho học sinh về các ý tưởng mà các em có thể gặp từ cuộc sống hàng ngày, những ý tưởng đơn giản từ việc cải tiến sản phẩm hiện có trong cuộc sống quanh em. Qua đó chọn các ý tưởng hay tư vấn, hỗ trợ các em thực hiện để tham dự cuộc thi NCKH cấp trường để chấm chọn các dự án gửi thi cấp tỉnh. Tốt nhất tham mưu với nhà trường tổ chức được cuộc thi “ý tưởng khoa học” cấp trường. Khi đó các ý tưởng nhiều hơn, phong phú hơn, tạo ra phong trào NCKH sôi nổi lan rộng và phát triển. Cuộc thi “ý tưởng khoa học” diễn ra đúng thời điểm khống sớm quá , cũng không trễ quá. Nên thực hiện ở HKII của năm học trước của kì thi NCKH cấp tỉnh. Ví dụ: Để dự án của học sinh tham dự cuộc khi NCKH cấp tỉnh năm 2017-2018. Do trường chưa tổ chức cuộc thi “ý tưởng khoa học”. Bản thân đã phát động cuộc thi “ý tưởng khoa học” ở HKII năm học 2016-2017 ở các lớp như 11C1,2,4,5 và 12C1,3. Chọn ra được một ý tưởng “hệ thống nước nóng lành dùng ánh nắng mặt trời” tham dự cuộc thi NCKH cấp trường đầu năm học 2017-2018. Tiếp đó tham dự cuộc thi cấp tỉnh. - Thứ hai: Xác định tính khả thi của dự án. Trang 5
4. Sau khi đã lựa chọn được chủ đề quan tâm và hình thành được ý tưởng, cần đặt ra và trả lời những câu hỏi để xác định tính khả thi của dự án: Dự án có thể được hoàn thành trong khoảng thời gian cho phép? Nếu dự án cần tiến hành các thí nghiệm nghiên cứu thì có đủ thời gian cần thiết để kiểm tra và thực hiện lại các thí nghiệm trong thời gian cho phép hay không? Việc thực hiện dự án có phụ thuộc vào điều kiện về môi trường, thời gian, thời điểm hay không? (Ví dụ: cần những thời điểm thích hợp trong năm để quan sát hay thu thập các mẫu dữ liệu). Phòng thí nghiệm hay các tài nguyên khác để thực hiện thực hiện dự án có đầy đủ, đáp ứng yêu cầu không? Chi phí hoàn thành dự án: Liệu có đủ chi phí để thực hiện? Có cần những thiết bị đặc biệt mà hiện tại mình chưa có? Liệu có thể có được thiết bị đó nếu thực hiện dự án? Dự án có phù hợp với các quy định liên quan đến nghiên cứu khoa học? Ví dụ: HKII năm học 2016 – 2017 từ cuộc thi “ý tưởng khoa học” ở các lớp 11C1,3,4,5 và 12C1,3 do bản thân phát động. Một số em ý tưởng hay và sáng tạo như: Hệ thống nước nóng lạnh dùng ánh nắng mặt trời, sạc điện thoại bằng pin vuông 9 vôn, hệ thống tưới nước làm mát ngôi nhà. Tôi chọn dự án “ Hệ thống nước nóng lạnh dùng ánh nắng mặt trời” của hai em Trần Văn Đón và Lê Thị Kiều Oanh. Hai em đưa ra ý tưởng: Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại máy nước nóng như máy nước nóng dùng điện hay máy nước nóng sử dụng năng lượng mặt trời Những loại này thường có giá thành cao,tốn nhiều điện năng, lắp đặt khó khăn, cần phải bảo trì , sữa chữa , nguy hiểm,.. Vì vậy phần lớn bà con ở nông thôn hoặc những người có hoàn cảnh khó khăn không có khả năng trang bị được. Từ những nhu cầu thực tế đó . Hai em đưa ra ý tưởng làm” HỆ THỐNG NƯỚC NÓNG – LẠNH DÙNG ÁNH NẮNG MẶT TRỜI” với nhiều tính năng ưu việt: - Vật tư dễ mua, dễ tìm, giá thành rẻ - Dễ làm , dễ lắp đặt, an toàn Trang 6
5. - Dễ bảo trì sửa chữa - Giá thành rất thấp - Phù hợp với gia đình nông thôn Theo đánh giá bản thân dự án có tính khả thi, chi phí vừa túi tiền và có nhiều điểm mới so sản phẩm trước đây, có đủ thời gian thực hiện được. - Thứ 3: Thông báo đến học sinh, giáo viên chủ nhiệm và phụ huynh học sinh về dự án mà các em thực hiện. Gia đình sẽ ảnh hưởng rất lớn và tác động rất lớn đến các em. Sự hỗ trợ về vật chất lẫn tinh thần từ phía gia đình là điểm tựa tốt nhất giúp các em thành công hơn khi làm nghiên cứu. Giáo viên hướng dẫn trình bày cho phụ huynh hiểu về việc làm NCKH, những lợi ích khi tham gia và những khó khăn có thể gặp phải khi làm nghiên cứu. Lúc đó phụ huynh sẽ đồng hành của giáo viên và học sinh trong quá trình NCKH. Ví dụ: Khi được phân công hướng dẫn học sinh về dự án “Hệ thống nước nóng lạnh dùng ánh nắng mặt trời”. Tôi thông báo đến giáo viên chủ nhiệm hai em về cuộc thi đề có sự động viên, giúp đỡ từ chủ nhiệm. Đặc biệt liên hệ phụ huynh của hai em trao đổi về lợi ích khi làm NCKH , về chi phí của dự án , về thời gian làm dự án.....để có sự hỗ trợ về vật chất lẫn tinh thần từ phía gia đình. Lúc đó gia đình em Lê Thị Kiều Oanh rất ủng hộ và thường xuyên liên hệ hỏi thăm, giúp đỡ, đặc biệt về kinh phí làm dự án. - Thứ 4: Lập sổ tay khoa học Điều đầu tiên cần làm khi bắt đầu một dự án là lập một cuốn sổ tay khoa học. Cuốn sổ sẽ ghi lại tuần tự suy nghĩ, việc làm và sự phát triển của vấn đề trong suốt quá trình thực hiện dự án. Sổ tay khoa học là một minh chứng đảm bảo rằng chúng ta là những người thực làm (không giả mạo). Cuốn sổ ghi lại nhật kí làm việc một cách khoa học trong đó các trang giấy có mối quan hệ chặt chẽ với nhau. Vì vậy, cần bảo quản thật tốt và tránh làm các trang tài liệu này bị thất lạc. - Thứ 5: Đưa ra giả thuyết khoa học hoặc đặt mục tiêu cho dự án Có thể nói một giả thuyết khoa học là một giải pháp cần được kiểm chứng cho vấn đề nghiên cứu. Các dữ liệu thu được thông qua thí nghiệm có thể được sử dụng để Trang 7
6. khẳng định hoặc bác bỏ giả thuyết. Đôi khi dữ liệu thu được cũng có thể không giúp cho việc khẳng định cũng như bác bỏ giả thuyết đã đưa ra. Một điều rất quan trọng là tóm tắt các công việc cần giải quyết của dự án như tuyên bố về mục tiêu. Đây là việc làm thường thấy đối với các dự án kỹ thuật. Không phải là sự kiểm nghiệm một giả thuyết, các dự án này thường liên quan đến sự phát triển của thiết bị mới, vật liệu mới. Ví Dụ: MỤC TIÊU, KẾT QUẢ MONG ĐỢI, GIẢ THUYẾT của dự án “Hệ thống nước nóng lạnh dùng ánh nắng mặt trời” Mục tiêu: Giúp những gia đình ở nông thôn, gia đình hoàn cảnh khó khăn có thể tự làm ra được hệ thống nóng lạnh dùng ánh nắng mặt trời. Điểm mới của dự án so với các dự án trước đây: Hạn chế của dự án trước đây: - Bể nước nóng dùng một miếng kiếng làm nắp đậy có sự thoát nhiệt nhiều. - Dùng 5 miếng kiếng làm bể chứa nước chi phí cao. - Hiệu suất hấp thụ nhiệt chưa cao. - Hệ thống nóng lạnh đi chung một ống, khi pha nước sử dụng gặp khó khăn. Hai em nghiên cứu khắc phục hạn chế đó : - Dùng 2 tấm kính, dán keo xung quanh tạo khoảng trống không khí hạn chế sự thoát nhiệt ra bên ngoài. - Dùng tấm cao su giữ nước trong bể thay 5 tấm kính giảm chi phí. - Dùng vải màu đen dán mặt đáy và 4 mặt xung quanh tăng hiệu suất hấp thụ nhiệt - Làm đường ống nước nóng và nước lạnh riêng cho vào bình pha nước dễ dàng hơn. Kết quả mong đợi: Có được “Hệ thống nước nóng lạnh dùng ánh nắng măt trời” dễ làm, dễ lắp đặt , dễ sử dụng. Giả thuyết: - Nước ta nằm trong vành đay nhiệt đới có nguồn nhiệt năng lượng mặt trời dồi giàu có thể sử dụng làm nước nóng trong sinh hoạt. - Có thể làm một bể chứa nước có nắp đậy cho ánh nắng rọi vào làm gia nhiệt nước trong bể. - Dùng những vật liệu cách nhiệt làm bể chứa nước để chống sự thoát nhiệt ra bên ngoài. - Thứ 6: Thiết kế thí nghiệm và tiến hành thí nghiệm Trang 8
7. Lập kế hoạch nghiên cứu, rà soát lại tất cả các ý tưởng thiết kế trong cuốn sổ tay khoa học và trình bày lại ý tưởng bằng các sơ đồ, dự kiến các vật tư cần thiết. Đây là những điều hết sức cần thiết trong một dự án kỹ thuật . Khi phát triển thiết kế các thí nghiệm cần xem xét các câu hỏi sau đây: Thiết kế sẽ kiểm nghiệm một giả thuyết hoặc đạt được mục tiêu đề ra? Những yếu tố ảnh hưởng đến thí nghiệm? Sự phụ thuộc và/hoặc độc lập của các yếu tố đó như thế nào? Tiến hành thí nghiệm nghiên cứu Sau khi đã hoàn thành thiết kế thí nghiệm, tiến hành lập kế hoạch và tổ chức thực hiện thí nghiệm. Việc thực hiện các thí nghiệm phải đặt trong các điều kiện kiểm soát được. Trong quá trình tiến hành thí nghiệm cần phải thường xuyên ghi chú và lưu trữ mọi diễn biến và kết quả trong quá trình thí nghiệm trong sổ tay khoa học. Tổ chức tất cả các tài liệu và trang thiết bị để sẵn sàng cho sử dụng khi cần. Phác thảo các thủ tục và tạo ra một thời gian biểu hợp lí. Cần những thiết bị gì để đo lường kết quả? Cách sử dụng chúng? Liệu các công cụ đó cho phép đo lường được kết quả chính xác? Thực hiện các phép đo định kỳ và ghi kết quả vào cuốn sổ tay khoa học. Lặp lại thí nghiệm, nếu cần thiết để kiểm tra tính chính xác của kết quả. Dựa vào kết quả đo, có thể cần phải làm rõ hoặc thậm chí làm thay đổi giả thuyết, thiết kế lại các thí nghiệm, và thực hiện lại quy trình từ đầu. Ví Dụ: Mô tả chi tiết thiết kế dự án “Hệ thống nước nóng lạnh dùng ánh nắng mặt trời” 1. Nguyên liệu chính - Ống kẽm : 4 ống kẽm vuông 6m – 1,9li - Tấm thiết: 3m 2 - Tấm mút xốp : 3 miếng 2m-1m, dầy 5 phân - 1 cái phao nổi - Ống nhựa phi 21 - Ống nhựa mềm phi 19 - Tấm bạc lót 2,25m2 2. Tiến hành thực hiện: Hệ thống nước nóng lạnh gồm hai thành phần chính: bể nước nóng, hê thống pha nước nóng lạnh . 2.1. Làm bể nước nóng: + Bước 1 : làm khung bằng ống kẽm và tấm thiết.Tùy theo nhu cầu sử dụng chúng ta làm kích thướt lớn hay nhỏ. Trang 9
8. + Bước 2: gắn mút xốp 2 lớp (dày 4li) làm mặt đáy và bốn mặt xung quanh có dán keo silicon để hạn chế thoát nhiệt và tăng khả năng chống chịu từ áp lực 2 tấm kiếng. + Bước 3: di chuyển bể lên mái nhà + Bước 4: gắn ống nước vào và ống nước ra. Hai ống làm sát mặt trên của bể nước tránh rịnh nước ra ngoài khi lót miếng cao su giữ nước. +Bước 5: lót lớp cao su giữ nước, có phủ lớp vải đen để tăng khả năng hấp thụ nhiệt. + Bước 6: gắn phao nổi vào ống nước vào , điều chỉnh mực nước dưới hai ống nước vào và ống nước ra tránh rịnh nước ra ngoài. + Bước 7: dùng những lon bia sơn đen cắt hai đầu làm tăng khả năng hấp thụ nhiệt. Trang 10
9. + Bước 8: dùng keo hai mặt dán trên mút xốp , không bắn keo được vì nhiệt độ cao keo an mòn mút xốp. + Bước 9: sử dụng 2 miếng kiếng 4li chồng lên nhau ,ở giữa dùng 4 miếng kiếng bề ngang 1dm chiều dài bằng tấm kiếng lớn đặt xung quanh, dán keo tạo khoảng trống không khí hạn chế sự thoát nhiệt ra bên ngoài. Do hệ số dẫn nhiệt của không khí thấp hơn hệ sơ dẫn nhiệt của thủy tinh (thủy tinh 1,0 W/(m.k) , không khí 0,024 W/(m.k) ) Trang 11
10. Hoàn thành bể nước nóng 2.2. Làm hệ thống pha nước nóng lạnh: +Bước 1: làm vòi nước nóng lấy từ bể nước nóng. +Bước 2: làm vòi nước lạnh +Bước 3: làm bình pha nước nóng lạnh và vòi sen. Bình pha nƣớc nóng lạnh và vòi sen Vòi nƣớc Vòi nóng nƣớc lạnh Trang 12
11. - Thứ 7: Thu thâp và phân tích số liệu thí nghiệm Tìm ra quy luật và đưa ra kết luận. Sau khi đã phân tích dữ liệu thí nghiệm là thời điểm xem xét và phân tích các kết quả thu được. Quá trình xem xét, phân tích để tìm ra quy luật và đưa ra các kết luận cần trả lời được các câu hỏi sau: Dữ liệu đã được thu thập đầy đủ chưa? Có cần phải thu thập thêm dữ liệu không? Đã xác định được các biến và kiểm soát chúng đúng cách chưa? Những biến nào là quan trọng nhất? Cần làm thế nào để kết quả nghiên cứu của dự án này có thể so sánh với kết quả trong các nghiên cứu khác?Liệu các kết quả thu được có hợp lý? Có quy luật nào trong bảng dữ liệu thu được về cả hai mặt định tính và định lượng?Giải thích những quy luật này như thế nào? Có cần làm thực nghiệm nhiều hơn nữa hay không? Ví dụ: Tiến hành thu thập số liệu của dự án “Hệ thống nước nóng lạnh dùng ánh nắng mặt trời” Thu thập số liệu - Nhiệt độ ngày 29/11 : từ 240C 310C : Hai em tiến hành đo nhiệt độ từ vòi nước nóng được số liệu như sau: 6h tối ngày 29/11: khoảng 380 C , 6h sáng ngày 30/11: khoảng 34,50 C. - Nhiệt độ ngày 30/11 : từ 250C 320C : nắng gián đoạn. Hai em tiến hành đo nhiệt độ từ vòi nước nóng được số liệu như sau 6h tối ngày 30/11: khoảng 400 C , 6h sáng ngày 1/12: khoảng 350 C - Nhiệt độ ngày 1/12 : từ 260C 320C : nắng liên tục. Hai em tiến hành đo nhiệt độ từ vòi nước nóng được số liệu như sau 6h tối ngày 1/12: khoảng 440 C , 6h sáng ngày 2/12: khoảng 350 C Tiến hành phân tích số liệu: Từ số liệu thu thập được hai em nhận thấy nhiệt độ của bể nước nóng hấp thụ được cao hơn nhiệt độ cao nhất trong ngày khoảng từ 60C 120 C đủ cung cấp nước nóng cho gia đình sinh hoạt trong ngày. Nhiệt độ bể nước nóng từ 6h tối đến 6h sáng giảm nhiệt độ khoảng 3 0C 60 C . Nhiệt độ trong bể vẫn còn cao hơn nhiệt độ môi trường khoảng 60C 120 C và còn nước nóng sử dụng được vào buổi sáng sớm. Trang 13