Dạy học các kiến thức về sự quay đồng bộ và quay không đồng bộ Vật lí lớp 12 thông qua hoạt động trải nghiệm sáng tạo

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE
Educational Sci., 2016, Vol. 61, No. 8B, pp. 256-263
This paper is available online at

DOI: 10.18173/2354-1075.2016-0182

DẠY HỌC CÁC KIẾN THỨC VỀ
SỰ QUAY ĐỒNG BỘ VÀ QUAY KHƠNG ĐỒNG BỘ
VẬT LÍ LỚP 12 THƠNG QUA HOẠT ĐỘNG TRẢI NGHIỆM SÁNG TẠO
Nguyễn Quốc Huy1 , Bùi Văn Thiện2
1 Khoa

2 Trường

Vật lí, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
Trung học Phổ thơng Chun Hồng Văn Thụ, Hịa Bình

Tóm tắt. Sự quay đồng bộ và không đồng bộ là một ứng dụng kĩ thuật rất quan trọng trong
đời sống, tuy nhiên lại có nhiều khái niệm trừu tượng, học sinh khó nhớ, khó vận dụng nên
khả năng diễn đạt của học sinh cịn yếu và lúng túng khi trình bày kiến thức. Vì vậy, việc
tổ chức hoạt động trải nghiệm sáng tạo các kiến thức này nhằm góp phần phát huy tính tích
cực, tự lực và nâng cao chất lượng kiến thức cho học sinh có khá nhiều thuận lợi.
Từ khóa: Sự quay đồng bộ, sự quay khơng đồng bộ, dạy học các kiến thức về sự quay đồng
bộ và không đồng bộ.

1.

Mở đầu

Những năm gần đây ngành giáo dục và đào tạo đã không ngừng đổi mới, cải cách chương
trình và sách giáo khoa (SGK), sách tham khảo về cả nội dung và phương pháp nhằm bồi dưỡng tư

duy sáng tạo và nâng cao tính tích cực, tự chủ tìm tịi xây dựng và chiếm lĩnh tri thức cho học sinh
(HS). Việc dạy học bộ mơn vật lí ở trường trung học phổ thông (THPT) cũng được quan tâm đổi
mới. Giáo viên (GV) được trang bị các thiết bị thí nghiệm (TBTN), được hướng dẫn các phương án
tiến hành thí nghiệm (TN), được bồi dưỡng cách dạy học theo chương trình SGK mới. Tuy nhiên,
việc dạy học vật lí ở trường THPT vẫn chưa được như mong muốn, tình trạng phổ biến của việc
dạy và học là GV thuyết trình, thơng báo, và hầu như khơng làm TN, HS tiếp thu một cách thụ
động, dạy học vẫn theo kiểu truyền thụ một chiều, khơng tổ chức hoạt động nhóm [1], nhất là các
hoạt động trải nghiệm sáng tạo.
Theo chương trình mới thì ngồi giờ học nội khóa cịn có giờ học tự chọn, giờ ngoại khóa
nhằm bám sát chương trình nâng cao kiến thức, kĩ năng. Do vậy, ngồi việc hướng dẫn HS luyện
giải bài tập vật lí, GV có thể hướng dẫn HS thiết kế chế tạo và tiến hành một số TN để thay đổi
khơng khí học tập. Điều đó có tác dụng rất lớn trong việc gây hứng thú học tập cho HS, vì trong
dạy học vật lí, hoạt động thực nghiệm của HS đóng vai trị quan trọng trong việc phát huy tính tích
cực, tự lực, và phát triển năng lực sáng tạo [2].
Sự quay đồng bộ và quay không đồng bộ (SQĐB & QKĐB) là một ứng dụng kĩ thuật rất
quan trọng trong đời sống [3], tuy nhiên lại có nhiều khái niệm trừu tượng, HS khó hình dung về
Ngày nhận bài: 10/07/2016. Ngày nhận đăng: 08/09/2016.
Liên hệ: Nguyễn Quốc Huy, e-mail:

256


Dạy học các kiến thức về “sự quay đồng bộ và quay khơng đồng bộ”...

hiện tượng, khó vận dụng nên khả năng diễn đạt của HS còn yếu và lúng túng khi trình bày kiến
thức trong điều kiện thời gian hạn chế. Vì vậy, việc tổ chức hoạt động trải nghiệm sáng tạo các kiến
thức này nhằm góp phần phát huy tính tích cực, tự lực và nâng cao chất lượng kiến thức cho HS
là rất cần thiết. Xem xét tình hình chung về TBTN minh họa SQĐB & QKĐB để tìm hiểu những
khó khăn, nhằm đề ra cách khắc phục, chúng tơi thấy có những vấn đề như sau:
* Tình hình nghiên cứu ngồi nước: Một số hãng thiết bị dạy học của Mĩ, Đức, Trung

Quốc... đã giới thiệu trên thị trường một số TBTN minh họa SQĐB & QKĐB. Đặc điểm chung
của các thiết bị này là bền, đẹp nhưng khá cồng kềnh, đắt tiền. Chính vì vậy, các TBTN này chỉ
được dùng làm TN biểu diễn của GV, không tạo điều kiện cho HS được trực tiếp sử dụng trong
giai đoạn học tập trên lớp để chiếm lĩnh kiến thức. Vì vậy, các TBTN này chưa thực sự phù hợp với
việc dạy học các kiến thức về sự SQĐB & QKĐB theo hướng phát triển hoạt động của HS. Ngồi
ra, các TBTN này thường mang tính đơn lẻ và thực hiện được ít phương án TN [4].
* Tình hình nghiên cứu trong nước: Theo danh mục TBTN của Bộ giáo dục cấp cho các
trường THPT khơng có TBTN minh họa SQĐB & QKĐB [5]. Từ những phân tích trên, đặt ra yêu
cầu nghiên cứu xây dựng các TBTN mới dùng trong dạy học các kiến thức về SQĐB & QKĐB
nhằm đáp ứng được yêu cầu đổi mới dạy học ở nước ta.

2.
2.1.

Nội dung nghiên cứu
Hoạt động trải nghiệm sáng tạo

Hoạt động trải nghiệm sáng tạo hình thành và phát triển những phẩm chất, tư tưởng, ý chí,
tình cảm, giá trị, kĩ năng sống và những năng lực chung cần có ở con người trong xã hội hiện đại.
Nội dung tập trung chủ yếu vào: Kiến thức thực tiễn gắn bó với đời sống, địa phương, cộng đồng,
đất nước, mang tính tổng hợp nhiều lĩnh vực giáo dục, nhiều môn học; dễ vận dụng vào thực tế.
Được thiết kế thành các chủ điểm mang tính mở, khơng u cầu mối liên hệ chặt chẽ giữa các chủ
điểm. Hình thức tổ chức hoạt động trải nghiệm sáng tạo: Đa dạng, phong phú, mềm dẻo, linh hoạt,
mở về không gian, thời gian, quy mô, đối tượng và số lượng [6].

2.2.

Dạy học mơn vật lí ở trường phổ thơng

Vật lí là môn khoa học thực nghiệm, với yêu cầu quan trọng của chương trình vật lí phổ

thơng là coi trọng thực nghiệm, tăng cường các tiết học vật lí có làm TN. Học vật lí qua TN, vật
lí khơng chỉ dừng ở mức độ rèn luyện cho HS kĩ năng thực hiện các thao tác TN mà cần giúp HS
sử dụng các TN khám phá kiến thức vật lí. Vì vậy, không chỉ yêu cầu HS tiến hành TN với bộ TN
thiết kế sẵn mà cần giúp HS trải nghiệm sáng tạo để hiểu sâu sắc thiết kế của TN, ứng dụng kĩ
thuật của TN trong đời sống. Do vậy, việc GV cần có những biện pháp tổ chức học tập thông qua
hoạt động trải nghiệm là hết sức cần thiết, để tạo hứng thú học tập cho HS và từ đó HS cũng dễ
dàng tiếp thu kiến thức một cách chủ động và hình thành những năng lực cần thiết [2].

2.3.

Cơ sở lí thuyết về sự quay đồng bộ và không đồng bộ [3]

- Từ trường quay: Khi quay một nam châm quanh một trục, từ trường do nam châm gây ra
có các đường sức từ quay trong khơng gian. Đó là một từ trường quay. Để tạo ra từ trường quay có
hai cách:
+ Tạo ra từ trường quay bằng cách quay nam châm.
257


Nguyễn Quốc Huy, Bùi Văn Thiện

+ Tạo ra từ trường quay bằng dòng điện ba pha.
- Sự quay đồng bộ và quay không đồng bộ của Rôto trong động cơ điện
+ Trong động cơ đồng bộ, tốc độ quay của Rôto bằng tốc độ quay của từ trường.
+ Trong động cơ không đồng bộ, tốc độ quay của Rôto nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường.
- Cấu tạo của động cơ điện không đồng bộ
+ Stato gồm 3 cuộn dây giống hệt nhau bố trí trên một vành trịn, trục của ba cuộn dây đặt
lệch nhau góc 120◦ .
+ Rơto là một hình trụ tạo bởi nhiều là thép mỏng ghép cách điện với nhau.
- Cấu tạo của động cơ điện đồng bộ

+ Stato gồm ba cuộn dây được bố trí trên một vành trịn, sao cho trục của ba cuộn dây đặt
lệch nhau góc 120◦ . Khi hoạt động Stato được cấp nguồn điện ba pha để tạo ra từ trường quay.
+ Rôto là cuộn dây, khi hoạt động Rôto được cấp nguồn điện không đổi để tạo ra từ trường
không đổi.

2.4.

Chế tạo TBTN minh họa sự quay đồng bộ và quay không đồng bộ

2.4.1. Các bộ phận của TBTN
TBTN được chế tạo (Hình 1) gồm:
- Hai bản từ (1) được cấu tạo từ các nam châm đất hiếm.
- Rôto (2) là khối vật dẫn rỗng.
- Khung dây (3) được quấn bằng dây đồng nhỏ.
- Nam châm thử (4) được gắn trên một cốc giấy nhẹ, được đỡ bằng giá khi làm TN.
- Động cơ điện một chiều 24 V (5) gắn trên đế (6). Trục của động cơ vng góc với mặt
phẳng đế.
- Đĩa trịn (7) được gắn cố định với trục của động cơ. Trên đĩa trịn có chốt để gắn bản từ.

Hình 1. TBTN minh họa sự quay
đồng bộ và quay không đồng bộ

2.4.2. Các TN được tiến hành với TBTN
a. Thí nghiệm 1. Minh họa sự quay đồng bộ
- Mục đích TN:
258

Hình 2. Thí nghiệm sự quay đồng bộ

Dạy học các kiến thức về “sự quay đồng bộ và quay không đồng bộ”...

Minh họa sự quay đồng bộ.
- Cơ sở lí thuyết:
Khi một nam châm quay xung quanh một trục, từ trường do nam cham gây ra có các đường
sức từ quay trong khơng gian. Đó là một từ trường quay. Nếu đặt một kim nam châm trong một từ
trường quay thì kim nam châm quay theo với cùng tốc độ góc với từ trường.
- Tiến trình TN:
+ Lắp bản từ (1) lên đĩa tròn (7) sao cho hai bản từ song song nhau (Hình 2).
+ Đặt cố định nam châm thử (4) vào trong vùng từ trường của hai bản từ.
+ Quay đĩa (7) rồi quan sát nam châm thử.
b. Thí nghiệm 2. Minh họa sự quay khơng đồng bộ
- Mục đích TN:
Minh họa sự quay khơng đồng bộ.
- Cơ sở lí thuyết:
Khi một nam châm quay xung quanh một trục, từ trường do nam cham gây ra có các đường
sức từ quay trong khơng gian. Đó là một từ trường quay. Nếu đặt một khung dây trong một từ
trường quay thì khung dây sẽ quay theo với tốc độ góc nhỏ hơn tốc độ góc của từ trường.
- Tiến trình TN:
+ Lắp bản từ (1) lên đĩa tròn (7) sao cho hai bản từ song song nhau (Hình 3 hoặc 4).
+ Đặt cố định roto (2) hoặc khung dây (3) vào trong vùng từ trường của hai bản từ.
+ Quay đĩa (7) rồi quan sát roto hoặc khung dây.

Hình 3. Thí nghiệm sự quay khơng
đồng bộ của khung dây

2.5.

bộ?

Hình 4. Thí nghiệm sự quay khơng
đồng bộ của rôto

Xây dựng phương án hướng dẫn học sinh trải nghiệm sáng tạo
a. Xây dựng phiếu học tập giúp học sinh chuẩn bị bài mới thông qua việc trả lời câu hỏi
HS tìm hiểu SGK để trả lời các câu hỏi sau:
Câu hỏi 1: Từ trường quay là gì? Thế nào là sự quay đồng bộ và quay không đồng bộ?
Câu hỏi 2: Giải thích sự quay đồng bộ và quay không đồng bộ?
Câu hỏi 3: Nêu các bộ phận của thiết bị minh họa sự sự quay đồng bộ và quay không đồng
259


Nguyễn Quốc Huy, Bùi Văn Thiện

b. Soạn giáo án hướng dẫn học sinh trải nghiệm sáng tạo phần kiến thức “Sự quay đồng
bộ và quay không đồng bộ” (1 tiết)
Kiến thức
- Phát biểu được các kiến thức về
SQĐB & QKĐB
- Giải thích được SQĐB &
QKĐB

MỤC TIÊU
Kĩ năng
- Xây dựng được mơ hình thí
nghiệm minh họa SQĐB &
QKĐB
- Chế tạo được mơ hình đơn giản
minh họa SQĐB & QKĐB
- Tham gia đề xuất các phương

án TN kiểm nghiệm SQĐB &
QKĐB

CHUẨN BỊ
Giáo viên
- Mơ hình thí nghiệm minh họa SQĐB & QKĐB mà giáo viên đã
chế tạo.
- Nam châm thử, các nam châm nano bản, dây đồng, cốc giấy, chỉ,
keo 502, vỏ lon bia, các bản gỗ mền mỏng, các tấm thép mỏng có
kích thước 10 cm x 10 cm, thanh trụ (gỗ hoặc sắt) có đường kính 0,5
cm.

Thái độ
- Có ý thức chủ động, tích
cực tham gia thiết kế mơ hình
thí nghiệm minh họa SQĐB &
QKĐB

Học sinh
- Ôn lại kiến thức về SQĐB &
QKĐB.

TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG
Hoạt động 1: Nhắc lại các kiến thức về SQĐB & QKĐB (Làm việc chung cả lớp) (5 phút)
Giáo viên
Học sinh
- Yêu cầu HS nhắc lại kiến thức về SQĐB &
- Suy nghĩ và trả lời câu hỏi.
QKĐB.
- Yêu cầu HS vận dụng các kiến thức giải thích

- Suy nghĩ và trả lời câu hỏi.
SQĐB & QKĐB.
- GV tổng kết.
Hoạt động 2: Giao nhiệm vụ cho HS thiết kế mơ hình thí nghiệm về SQĐB & QKĐB
(Làm việc chung cả lớp)(10 phút)
Học sinh
Giáo viên
- Chia lớp thành 3 nhóm.
- Đặt vấn đề: Thiết kế mơ hình thí nghiệm về - Tiếp nhận nhiệm vụ.
SQĐB & QKĐB.
Nêu câu hỏi gợi ý:
- Các nhóm thảo luận đưa ra câu trả lời.
- Để tạo ra SQĐB & QKĐB chúng ta cần có những - Các nhóm làm việc: Phân cơng nhiệm vụ, thực
dụng cụ nào?
hiện nhiệm vụ.
Nhóm cử đại diện báo cáo, các nhóm khác theo
dõi, nhận xét và bổ sung vào thiết kế.
- Theo dõi HS làm việc nhóm, giúp đỡ kịp thời
- Mơ hình thí nghiệm minh họa SQĐB & QKĐB:
nếu cần thiết.
+ Bộ phận tạo từ trường quay (nam châm vĩnh cửu
- Yêu cầu các nhóm báo cáo mẫu thiết kế mơ hình
quay hoặc dịng điện ba pha chạy trong ba cuộn
thí nghiệm SQĐB & QKĐB.
dây đặt lệch nhau 120o)
+ Bộ phận quay: khung dây hoặc nam châm thử.

260

Dạy học các kiến thức về “sự quay đồng bộ và quay khơng đồng bộ”...

- Quan sát mơ hình thiết kế và đưa ra nhận xét.
- Lắng nghe và rút ra kinh nghiệm.
Hoạt động 3: Chế tạo mơ hình thí nghiệm SQĐB & QKĐB (Làm việc nhóm) (20 phút)
Giáo viên
Học sinh
- u cầu mỗi nhóm chế tạo mơ hình thí nghiệm
SQĐB & QKĐB dùng nam châm vĩnh cửu.
- Chia cho mỗi nhóm vật liệu để tiến hành chế tạo - Tiến hành chế tạo theo mẫu đã chọn của nhóm.
mơ hình thí nghiệm SQĐB & QKĐB.
- Hướng dẫn HS sử dụng dụng cụ an toàn.
- Quan sát, bao quát các nhóm chế tạo, giúp đỡ
nếu cần thiết.
Hoạt động 4: Thu sản phẩm, vận hành máy phát và nhận xét (5 phút)
Giáo viên
Học sinh
- u cầu mỗi nhóm trình bày và vận hành mơ
- Quan sát.
hình.
- Cho HS nhận xét các sản phẩm đã chế tạo.
- Suy nghĩ và trả lời câu hỏi.
- Nhận xét từng sản phẩm.
Hoạt động 5: Củng cố kiến thức (5 phút)
Giáo viên
Học sinh
- Cho HS quan sát một mơ hình thí nghiệm minh
- Lắng nghe.
họa SQĐB & QKĐB mà giáo viên đã chế tạo.
- Tổng kết và giao nhiệm vụ về nhà.

- Lắng nghe.

c. Phiếu đánh giá quá trình tham gia hoạt động trải nghiệm sáng tạo của HS

Nội dung
Trao đổi
thảo luận

Kĩ năng
thuyết
trình

Phiếu đánh giá quá trình trao đổi thảo luận, thuyết trình
Mức độ
Điểm
Tiêu chí đánh giá
tối đa
Trung bình
Khá
Giỏi
- Các thành viên trong nhóm đóng
góp ý kiến
- Có ý tưởng thực hiện cơng việc
- Ý kiến của nhóm thuyết phục cả
lớp
- Trình bày đầy đủ, rõ ràng nội
dung đã làm và hoạt động của các
thiết bị
- Phân bố thời gian hợp lí, trình
bày đúng thời gian quy định

- Giọng nói rõ ràng, lưu lốt,
truyền cảm
- Cuốn hút người nghe tham gia
tranh luận, trao đổi các vấn đề liên
quan
- Trả lời thỏa đáng các câu hỏi chất
vấn của khán giả
Tổng

Xuất sắc

10
10
10
10
10
10
20
20
100

261


Nguyễn Quốc Huy, Bùi Văn Thiện

Nội dung
Báo cáo lí thuyết
Báo cáo kĩ thuật

Kĩ năng
thuyết
trình

- Các thành viên trong nhóm đóng
góp ý kiến
- Có ý tưởng thực hiện cơng việc
- Ý kiến của nhóm thuyết phục cả
lớp
- Trình bày đầy đủ, rõ ràng nội
dung đã làm và hoạt động của các
thiết bị
- Phân bố thời gian hợp lí, trình
bày đúng thời gian quy định
- Giọng nói rõ ràng, lưu lốt,
truyền cảm
- Cuốn hút người nghe tham gia
tranh luận, trao đổi các vấn đề liên
quan
- Trả lời thỏa đáng các câu hỏi chất
vấn của khán giả
Tổng

Nội dung
Hình thức
Ứng dụng

3.

Điểm tối đa

20
20
20
10
20
10
100

Phiếu đánh giá quá trình trao đổi thảo luận, thuyết trình
Mức độ
Điểm
Tiêu chí đánh giá
tối đa
Trung bình
Khá
Giỏi

Nội dung
Trao đổi
thảo luận

Phiếu đánh giá các bài báo cáo nhóm
Tiêu chí đánh giá
- Nêu được cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của thiết bị
- Trình bày được cách chế tạo thiết bị
- Trình bày hợp lí chính xác nguyên tắc cấu tạo của thiết bị
- Nêu được ưu nhược điểm của thiết bị
- Thiết kế chế tạo có tính khả thi
- Có hình ảnh minh họa thiết kế rõ ràng
Tổng

Xuất sắc

10
10
10
10
10
10
20
20
100

Phiếu đánh sản phẩm
Tiêu chí đánh giá
- Khai thác, sử dụng các dụng cụ, vật liệu có sẵn, dễ tìm và
rẻ tiền
- Có tính thẩm mỹ
- Sản phẩm sử dụng được
- Sản phẩm có thể đáp ứng nhu cầu thực tế
Tổng

Điểm tối đa
30
20
30
20
100

Kết luận

Qua nghiên cứu chúng tôi nhận thấy:
- Hiện nay việc dạy học các kiến thức về SQĐB & QKĐB ở trường phổ thơng cịn gặp nhiều

262


Dạy học các kiến thức về “sự quay đồng bộ và quay khơng đồng bộ”...

khó khăn do thiếu các TBTN.
- Qua nghiên cứu, chúng tôi đã thực hiện việc thiết kế, chế tạo thành cơng 1 mẫu TBTN
mới, có thể sử dụng trong dạy học các kiến thức về SQĐB & QKĐB ở trường THPT. TBTN được
mô tả chi tiết về cấu tạo, các TN có thể thực hiện được với TBTN.
- Xây dựng được phương án hướng dẫn HS trải nghiệm sáng tạo thông qua việc chuẩn bị
kiến thức, chế tạo TBTN. Đồng thời, cũng xây dựng được quy trình đánh giá hoạt động trải nghiệm
sáng tạo.
- Qua việc học tập với các hoạt động trải nghiệm, HS thấy được ý nghĩa của môn học đối
với cuộc sống, giá trị thực tiễn của kiến thức trong sách vở.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]

Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng, Phạm Xuân Quế, 2002. Phương pháp dạy học vật
lí ở trường phổ thơng. Nxb Đại học Sư phạm, Hà Nội.

[2]

Lê Thái Hưng, Nguyễn Thị Hồng Nhung, 2016. Dạy học các kiến thức về máy phát điện xoay
chiều vật lí lớp 12 thơng qua hoạt động trải nghiệm sáng tạo. Tạp chí Thiết bị giáo dục, Số
129.

[3]

David Haliday, Robert Rensnick, Jeal Walker, 1999. Cơ sở vật lí - điện học 2. Nxb Giáo dục,
Hà Nội.

[4]

www.pasco.com.

[5]

Thông tư số 38/2011/TT-BGDĐT ngày 29/8/2011 của Bộ trưởng Bộ giáo dục và Đào tạo.

[6]

Đường Thị Hà, 2014. Biện pháp tổ chức hoạt động trải nghiệm cho học sinh trong dạy học
lịch sử ở trường trung học phổ thông Trần Phú-Hoàn Kiếm. Luận văn Thạc sĩ, Trường Đại
học Giáo dục, Đại học Quốc gia Hà Nội.
ABSTRACT

Teaching of knowledge about "the back and back not synchronized synchronized" physics
grade 12 operating experience through innovation
Nguyen Quoc Huy1 , Bui Van Thien2
1 Faculty of Physics, Hanoi National University of Education
2 Hoang Van Thu High School for Grifted Students, Hoa Binh
Rotary synchronous and asynchronous applications are very important in life, however,
these are abstract concepts that students find difficult to remember and apply. Therefore,
encouraging students to take part in a creative activity promotes a positive attitude, self-reliance
and improved knowledge.
Keywords: Synchronous rotation, rotation asynchronous, synchronous teaching and rotating
the rotary asynchronous.

263