Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Xây dựng chủ đề giáo dục STEM về năng lượng sóng biển

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:69

Thêm vào BST

Báo xấu

17
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu sáng kiến "Xây dựng chủ đề giáo dục STEM về năng lượng sóng biển" nhằm cơ sở lí luận về tiến trình tổ chức dạy học chủ đề STEM; Xây dựng chủ đề giáo dục STEM về năng lượng sóng biển (NLSB) góp phần giáo dục phát triển bền vững (GD PTBV).

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Xây dựng chủ đề giáo dục STEM về năng lượng sóng biển

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT NGUYỄN XUÂN ÔN ********** SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI: XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ GIÁO DỤC STEM VỀ NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN MÔN VẬT LÝ NHÓM TÁC GIẢ: PHAN THỊ QUYÊN PHAN XUÂN ANH ĐẶNG ĐÌNH BÌNH TỔ: TỰ NHIÊN Nghệ An - 2022 ĐIỆN THOẠI: 0981039596 - 0963135096
MỤC LỤC PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ..................................................................................................... 1 1. Lí do chọn đề tài ........................................................................................................... 1 2. Mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................................... 2 3. Đối tượng nghiên cứu................................................................................................... 2 4. Phương pháp nghiên cứu.............................................................................................. 2 PHẦN II: NỘI DUNG ......................................................................................................... 3 Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN. ............................................................. 3 1.1. Cơ sở lí luận về giáo dục STEM ............................................................................ 3 1.1.1. Khái niệm giáo dục STEM .............................................................................. 3 1.1.2. Quy trình xây dựng chủ đề STEM .................................................................. 3 1.2. Cơ sở lí luận về giáo dục phát triển bền vững. ...................................................... 5 1.2.1. Khái niệm giáo dục phát triển bền vững ........................................................ 5 1.2.2. Năng lực giải quyết vấn đề tích hợp trong giáo dục phát triển bền vững. ...... 5 1.3. Thực trạng của vấn đề và giải pháp thực hiện ....................................................... 6 1.3.1. Môn Vật Lí trong chương trình giáo dục phổ thông mới ................................ 6 1.3.2. Thực trạng về GD STEM ở trường phổ thông ................................................ 7 1.3.3. Những thuận lợi và khó khăn khi triển khai hoạt động STEM ở trường phổ thông .......................................................................................................................... 8 1.3.4. Giải pháp thực hiện ......................................................................................... 9 Chương 2: XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ STEM VỀ NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN ............ 10 2.1. Chuyên đề “ Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường” trong chương trình giáo dục phổ thông mới ............................................................................................................. 10 2.2. Chủ đề về năng lượng tái tạo ............................................................................... 10 2.2.1. Năng lượng và các vấn đề về năng lượng ..................................................... 10 2.2.2. Năng lượng tái tạo – Nguồn năng lượng của tương lai ................................. 11 2.2.3. Khung xác định các cơ hội và vấn đề về năng lượng tái tạo gắn với mục tiêu phát triển bền vững .................................................................................................. 12 2.3. Chủ đề “ Năng lượng sóng biển” ......................................................................... 14 2.3.1. Năng lượng sóng biển là gì? .......................................................................... 14 2.3.2. Lịch sử nghiên cứu, khai thác năng lượng sóng biển trên thế giới ............... 14 2.3.3. Ưu, nhược điểm của việc khai thác năng lượng sóng ................................... 15 2.3.4. Cơ sở các nguyên lí Vật lí chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng .... 16 2.3.5. Tiềm năng năng lượng sóng biển ở Việt Nam .............................................. 19
2.4. Xây dựng chủ đề STEM về khai thác năng lượng sóng biển để góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề tích hợp trong giáo dục phát triển bền vững ........... 20 2.4.1. Mô hình tiếp cận giáo dục phát triển bền vững trong chủ đề ........................ 20 2.4.2. Bảng mô tả kiến thức tổng hợp của các môn học thuộc lĩnh vực STEM...... 21 2.4.3. Mục tiêu ......................................................................................................... 22 2.4.4. Mô tả chủ đề .................................................................................................. 23 2.4.5. Tiến trình dạy học.......................................................................................... 24 2.4.6. Đánh giá năng lực giải quyết vấn đề trong chủ đề ........................................ 31 Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM....................................................................... 35 3.1. Mục đích và nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm ............................................... 35 3.1.1. Mục đích của thực nghiệm sư phạm ............................................................. 35 3.1.2. Nhiệm vụ của thực nghiệm sư phạm ............................................................. 35 3.2. Đối tượng và nội dung của thực nghiệm sư phạm ............................................... 35 3.2.1. Đối tượng của thực nghiệm sư phạm ............................................................ 35 3.2.2. Nội dung của thực nghiệm sư phạm .............................................................. 35 3.3. Kế hoạch thực nghiệm sư phạm .......................................................................... 35 3.4. Những thuận lợi và khó khăn trong quá trình thực nghiệm sư phạm .................. 37 3.4.1. Những thuận lợi trong thực nghiệm sư phạm ............................................... 37 3.4.2. Những khó khăn trong quá trình thực nghiệm .............................................. 38 3.5. Kết quả thực nghiệm sư phạm ............................................................................. 38 3.5.1. Đánh giá định tính ......................................................................................... 38 3.5.2. Đánh giá định lượng ...................................................................................... 44 PHẦN III. KẾT LUẬN ..................................................................................................... 48 1. Kết luận ................................................................................................................... 48 2. Kiến nghị ................................................................................................................. 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 50 PHỤ LỤC ............................................................................................................................ 1 Phụ lục 1: Hình ảnh thực nghiệm ..................................................................................... 1 Phụ lục 2: Phiếu học tập của học sinh .............................................................................. 6 Phụ lục 3: Phiếu đánh giá ............................................................................................... 10
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TT VIẾT TẮT VIẾT ĐẦY ĐỦ 1 GV Giáo viên 2 HS Học sinh 3 SGK Sách giáo khoa 4 PTBV Phát triển bền vững 5 GD PTBV Giáo dục phát triển bền vững 6 GD VSPTBV Giáo dục vì sự phát triển bền vững 7 NLTT Năng lượng tái tạo 8 GQVĐ Giải quyết vấn đề 9 THPT Trung học phổ thông
PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Lí do chọn đề tài Đất nước ta đang trong giai đoạn công nghiệp hóa, hiện đại hóa gắn liền với phát triển kinh tế. Điều đó đặt ra cho ngành giáo dục những nhiệm vụ và thách thức mới. Trước hết, đó là yêu cầu về đào tạo nguồn nhân lực có trình độ cao, vừa có phẩm chất vừa có năng lực. Chỉ thị 16/CT-TTg ngày 4/5/2017 của Thủ tướng Chính phủ đã nêu: “Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4 với xu hướng phát triển dựa trên nền tảng tích hợp cao độ của hệ thống nối số hóa – vật lí – sinh học với sự đột phá internet vạn vật và trí tuệ nhân tạo đang làm thay đổi căn bản nền sản xuất của thế giới”. Thủ tướng đã chỉ đạo các bộ, ngành, địa phương triển khai đồng bộ nhiều giải pháp nhằm tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp 4.0. Theo đó, phải thay đổi mạnh mẽ các chính sách, nội dung, phương pháp giáo dục và dạy nghề nhằm tạo ra nguồn nhân lực có khả năng tiếp cận các công nghệ sản xuất mới, Bộ GDĐT cần tập trung vào thúc đẩy giáo dục STEM bên cạnh ngoại ngữ, tin học trong chương trình giáo dục phổ thông (CT GDPT). Giáo dục STEM là một giải pháp quan trọng và hiệu quả trong việc đổi mới căn bản và toàn diện nền giáo dục Việt Nam. Và Vật lí là một môn học có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển toàn diện của học sinh, có vai trò nền tảng trong việc hình thành và phát triển thế giới quan khoa học của học sinh, góp phần thúc đẩy giáo dục STEM. Mục tiêu của chương trình giáo dục phổ thông môn Vật lí (Ban hành kèm thông tư số 32/2018/TT – BGDĐT ngày 26 tháng 12 năm 2018 của Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo): “Chương trình môn Vật lí coi trọng việc rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học để tìm hiểu và giải quyết ở mức độ nhất định một số vấn đề của thực tiễn, đáp ứng đòi hỏi của cuộc sống; vừa bảo đảm phát triển năng lực vật lí – biểu hiện của năng lực khoa học tự nhiên, vừa đáp ứng yêu cầu định hướng nghề nghiệp của học sinh”. Thông qua Chương trình môn Vật lí, học sinh hình thành và phát triển được thế giới quan khoa học; rèn luyện được sự tự tin, trung thực, khách quan; cảm nhận được vẻ đẹp của thiên nhiên; yêu thiên nhiên, tự hào về thiên nhiên của quê hương, đất nước; tôn trọng các quy luật của thiên nhiên, trân trọng, giữ gìn và bảo vệ thiên nhiên, ứng xử với thiên nhiên phù hợp với yêu cầu phát triển bền vững. Một trong ba chuyên đề của chương trình Vật Lí 10 trong chương trình giáo dục phổ thông mới là giáo dục bảo vệ môi trường, tìm hiểu về tác động của việc sử dụng năng lượng hiện nay đối với môi trường, kinh tế và khí hậu Việt Nam. Từ đó giúp học sinh nhận thấy tầm quan trọng của năng lượng tái tạo trong bối cảnh hiện nay và sự cần thiết của việc sử dụng nguồn năng lượng này để cung cấp nhu cầu về năng lượng ngày càng lớn của người dân, mà không gây tổn hại đến môi trường, không gây ảnh hưởng đến thế hệ mai sau. Với các lí do trên, chúng tôi lựa chọn đề tài “Xây dựng chủ đề giáo dục STEM về năng lượng sóng biển” góp phần trong công cuộc giáo dục phát triển 1
bền vững, đồng thời nâng cao chất lượng dạy và học, đáp ứng yêu cầu phát triển năng lực của HS trong chương trình giáo dục phổ thông mới. 2. Mục đích, nhiệm vụ nghiên cứu Mục đích nghiên cứu - Cơ sở lí luận về tiến trình tổ chức dạy học chủ đề STEM. Xây dựng chủ đề giáo dục STEM về năng lượng sóng biển (NLSB) góp phần giáo dục phát triển bền vững (GD PTBV). Nhiệm vụ nghiên cứu: - Nghiên cứu cơ sở lí luận về giáo dục phát triển bền vững. - Cách thiết kế các chủ đề giáo dục STEM. - Xây dựng chủ đề STEM về khai thác năng lượng sóng biển. - Thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi và sự phù hợp của quá trình dạy học chủ đề đã đề xuất. 3. Đối tượng nghiên cứu Xây dựng chủ đề STEM, năng lượng tái tạo. Tổ chức dạy học chủ đề STEM về năng lượng sóng biển. 4. Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lí luận - Nghiên cứu lí luận về tài liệu giáo dục định hướng phát triển bền vững, dạy học chủ đề STEM. - Nghiên cứu tài liệu về năng lượng tái tạo, đặc biệt là năng lượng sóng biển. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn Điều tra thực trạng dạy học chủ đề STEM. Thực nghiệm sư phạm Tiến hành thực nghiệm sư phạm các tiến trình giảng dạy chủ đề STEM về năng lượng sóng biển đã được xây dựng để ghi nhận kết quả, đánh giá. Phương pháp thống kê toán học Xử lí thống kê để phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm và kiểm định giả thuyết thống kê. 2
PHẦN II: NỘI DUNG Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN. 1.1. Cơ sở lí luận về giáo dục STEM 1.1.1. Khái niệm giáo dục STEM Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp HS áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật, nghệ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể. Việc vận dụng sáng tạo quan điểm giáo dục tích hợp khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học góp phần hình thành, phát triển năng lực, phẩm chất gắn với giáo dục hướng nghiệp cho HS. Mục tiêu của giáo dục STEM là kết hợp lồng ghép cả năm nhóm kỹ năng trong các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học với học, nhằm phát triển các năng lực giải quyết vấn đề, tư duy sáng tạo , phân tích, phản biện,… - Khoa học thể hiện hệ thống kiến thức về bản chất và quy luật của vật chất và vũ trụ, dựa trên quan sát, thử nghiệm và đo lường, và xây dựng quy luật để mô tả những sự kiện này theo thuật ngữ chung. - Công nghệ thể hiện những kỹ thức liên quan đến việc tạo ra và sử dụng phương tiện kỹ thuật, mối quan hệ của chúng ta với cuộc sống, xã hội và môi trường, dựa trên các chủ đề như nghệ thuật công nghiệp, kỹ thuật, khoa học ứng dụng và khoa học thuần túy. - Kỹ thuật cho phép ứng dụng thực tế của kiến thức khoa học thuần túy như vật Lí hay hóa học trong xây dựng động cơ, cầu, tòa nhà, tàu và nhà máy hóa chất. - Toán học thể hiện các ngành khoa học liên quan bao gồm đại số, hình học và tính toán, liên qua đến nghiên cứu về số lượng, hình dạng, không gian và tương quang bằng cách sử dụng hệ thống ký hiệu chuyên ngành. Nội dung kiến thức trong giáo dục STEM không khác nhiều với chương trình giáo dục thông thường nhưng nó khuyến khích học sinh tìm ra giải pháp thực tế cho mỗi vấn đề mà học sinh gặp phải. Các em được tham gia nhiều vào hoạt động thảo luận, chẳng hạn như tìm giải pháp về tình trạng ô nhiễm môi trường, sử dụng năng lượng tiết kiệm và hợp lí,… Việc đặt giáo dục STEM gắn liền với bối cảnh xã hội và môi trường sẽ giúp học sinh khám phá những vấn đề trong thực tiễn, từ đó tìm cách giải quyết các vấn đề. Điều này rất cần thiết trong bối cảnh hiện nay, và ảnh hưởng trực tiếp đến hành động của chính các em đối với môi trường và xã hội. 1.1.2. Quy trình xây dựng chủ đề STEM Xây dựng chủ đề STEM có thể thực hiện thông qua các bước sau: Bước 1: Lựa chọn chủ đề 3
GV nên rà soát các môn thông qua chương trình hiện có để tìm ra chủ đề gắn với thực tế, có tính phổ biến, gắn liền với kinh nghiệm sống của HS, phù hợp trình độ nhận thức của học sinh. Ví dụ: “Giáo dục về bảo vệ môi trường” là một trong ba chuyên đề của chương trình Vật Lí 10 mới và cũng là một vấn đề quan trọng trong xã hội hiện đại. Trong chuyên đề này HS sẽ nhận thức được sự cần thiết phải bảo vệ môi trường, tác động của việc sử dụng năng lượng hiện nay đối với môi trường, kinh tế và khí hậu Việt Nam, và sự cần thiết trong khai thác năng lượng tái tạo để đáp ứng nhu cầu về năng lượng, đồng thời không gây ảnh hưởng đến môi trường. Bước 2: Xác định các vấn đề ( câu hỏi) cần giải quyết trong chủ đề Xác định vấn đề chính là định hướng các nội dung cần được đưa vào trong chủ đề. Các vấn đề này là những câu hỏi mà thông qua quá trình học tập chủ đề, học sinh có thể trả lời được. Bước 3: Xác định các kiến thức cần thiết để giải quyết vấn đề Dựa vào vấn đề cần giải quyết mà chủ đề đặt ra, GV sẽ xác định được kiến thức cần đưa vào trong chủ đề. Các nội dung chủ đề đưa ra cần dựa trên các mục tiêu đã đề ra, kiến thức trong mỗi chủ đề STEM cần có sự tích hợp kiến thức, kĩ năng, của các lĩnh vực chuyên môn riêng. Bước 4: Xây dựng mục tiêu dạy học của chủ đề Mục tiêu dạy học của chủ đề cần cụ thể và lượng hóa được. Mục tiêu có thể được thể hiện thành các năng lực của học sinh và cụ thể hóa thành các mục tiêu về kiến thức, kĩ năng, và mục tiêu vận dụng kiến thức kĩ năng trong chủ đề STEM. Bước 5: Xây dựng nội dung các hoạt động dạy học của chủ đề Ở bước này, GV cần làm rõ: Chủ đề có những hoạt động nào, từng hoạt động đó thực hiện vai trò gì trong việc đạt mục tiêu toàn bài? Ứng với mỗi hoạt động, giáo viên cần thực hiện các công việc sau: - Xác định mục tiêu hoạt động - Xây dựng nội dung học dưới dạng các tư liệu học tập: phiếu học tập, thông tin. - Chuẩn bị phương tiện, thiết bị dạy học cho hoạt động. - Dự kiến nguồn nhân, vật lực để tổ chức hoạt động. - Lập kế hoạch tổ chức hoạt động dạy học: có thể sử dụng nhiều cách thức: hoạt động cá nhân, hoạt động nhóm, hoạt động theo trạm, thực hiện dự án,… - Xây dựng công cụ đánh giá mục tiêu hoạt động ( có thể là câu hỏi, một bài tập hoặc một nhiệm vụ cần thực hiện và rubic đánh giá) - Dự kiến thời gian cho mỗi hoạt động. Bước 6: Lập kế hoạch dạy học chủ đề 4
Xây dựng kịch bản tổ chức dạy học toàn bộ chủ đề: thực hiện các hoạt động như thế nào, ai, làm gì, thời gian bao lâu, ở đâu,…Chủ đề sẽ được tiến hành vào thời điểm nào, cuối kì, cuối năm hay trong giờ ngoại khóa? Bước 7: Tổ chức dạy học và đánh giá chủ đề Việc tổ chức dạy học được thực hiện tùy theo trang thiết bị, cơ sở vật chất, trình độ học sinh và thời gian cho phép. Đánh giá chủ đề cần có các khía cạnh sau: - Tính phù hợp thực tế dạy học với thời lượng dự kiến - Mức độ đạt được mục tiêu của học sinh, thông qua kết quả đánh giá các hoạt động học tập. - Sự hứng thú của học sinh với chủ đề, thông qua quan sát và phỏng vấn học sinh. - Mức độ khả thi với điều kiện cơ sở vật chất. 1.2. Cơ sở lí luận về giáo dục phát triển bền vững. 1.2.1. Khái niệm giáo dục phát triển bền vững Những thập niên gần đây, các quốc gia và nhiều tổ chức quốc tế đang rất quan tâm đến sự phát triển bền vững, đặc biệt là vấn đề môi trường trong sự phát triển bền vững vì vấn đề này ngày càng đe dọa một cách hiện hữu đến xã hội, đến sức khỏe của từng người dân. Bộ trưởng Phùng Xuân Nhạ đã phát biểu tại Diễn đàn Giáo dục vì sự phát triển bền vững và công dân toàn cầu của UNESCO rằng: “Giáo dục chính là giải pháp , là con đường dẫn đến sự thay đổi để phát triển bền vững. Giáo dục để đảm bảo người dân biết đâu là lựa chọn đúng đắn, đồng thời giúp họ có thông tin và kĩ năng để làm theo lựa chọn đúng đắn đó”. GDVSPTBV theo cách hiểu của UNESCO: “Giáo dục vì sự phát triển bền vững là trao quyền cho người học, giúp người học đưa ra các quyết định phù hợp và có trách nhiệm đối với sự toàn vẹn môi trường, thúc đẩy phát triển kinh tế và tạo dựng một xã hội công bằng cho thế hệ hiện tại và tương lai trong khi tôn trọng sự đa dạng văn hóa. GDVSPTBV là quá trình học tập suốt đời và là một phần của giáo dục có chất lượng. GDVSPTBV là giáo dục tích hợp và tạo sự chuyển biến, theo đó chú trọng nội dung và kết quả học tập, phương pháp và môi trường học tập. GDVSPT đạt được mục tiêu đặt ra thông qua việc chuyển biến xã hội”. Nhiệm vụ trọng tâm của giáo dục hiện nay không chỉ tạo điều kiện cho con người và cộng đồng thích ứng với những thay đổi ở địa phương và toàn cầu mà còn để phát triển năng lực biến đổi thế giới, từ đó giúp con người nhận thức đầy đủ về nhân loại và môi trường tự nhiên. 1.2.2. Năng lực giải quyết vấn đề tích hợp trong giáo dục phát triển bền vững. Trong đề tài này, chúng tôi giới hạn phạm vi đánh giá là đánh giá năng lực giải quyết vấn đề tích hợp của học sinh trong giáo dục phát triển bền vững. GV sẽ là người tổ chức hoạt động để HS phải huy động các kiến thức để giải quyết vấn đề 5
tích hợp liên quan đến khoa học, công nghệ, xã hội, môi trường; tranh luận và phản biện về các vấn đề phát triển bền vững, từ đó đưa ra quyết định và hành động. Năng lực giải quyết vấn đề tích hợp là năng lực giải quyết vấn đề mà vấn đề đó mang tính tích hợp các vấn đề khoa học, công nghệ, xã hội, môi trường. Năng lực giải quyết vấn đề tích hợp là khả năng huy động, kết hợp một cách linh hoạt và có tổ chức kiến thức, kỹ năng, thái độ, tình cảm, giá trị, động cơ cá nhân,.. để đưa ra các phương án giải quyết khả thi, toàn diện và công bằng giúp thúc đẩy sự phát triển bền vững. Năng lực giải quyết vấn đề tích hợp được thể hiện thông qua những hoạt động trong quá trình giải quyết vấn đề và được thể hiện qua 4 thành tố sau: - Phát hiện vấn đề: nhận biết, phát hiện vấn đề có mang tính tích hợp của khoa học, công nghệ, xã hội và môi trường. Theo Whimbey & Lockhead: Người giải quyết vấn đề tốt là người biết tìm hiểu các sự kiện và mối quan hệ trong vấn đề một cách đầy đủ, chính xác. - Đề xuất phương án giải quyết vấn đề: Phân tích, sắp xếp, kết nối các thông tin đã biết với kiến thức đã biết và đưa ra phương án giải quyết vấn đề, trong đó có tính hướng đến tương lai, xã hội và môi trường, tích hợp khoa học và công nghệ. - Thực hiện giải pháp giải quyết giải quyết vấn đề: Thực hiện giải pháp, điều chỉnh giải pháp cho phù hợp với thực tiễn. - Đánh giá và phản ánh giải pháp: Đánh giá giải pháp đã thực hiện và vấn đề đặt ra; phản ánh giá trị của giải pháp theo nhu cầu phát triển bền vững. Học tập dựa vào giải quyết vấn đề dùng tình huống hoặc kịch bản giả làm vấn đề. Từ các bối cảnh được đưa ra, học sinh có thể đưa ra luận điểm, thương lượng và tích hợp nhiều loại mức độ chứng cứ cũng như kiến thức khác nhau để tìm câu trả lời cho những câu hỏi liên quan đến xã hội. 1.3. Thực trạng của vấn đề và giải pháp thực hiện 1.3.1. Môn Vật Lí trong chương trình giáo dục phổ thông mới Chương trình giáo dục phổ thông mới (2018) được ban hành theo thông tư 38 /2018/TT-BGD&ĐT, ngày 26/12/2018 đã xác định: Ở giai đoạn giáo dục định hướng nghề nghiệp (cấp THPT), Vật lí là môn học thuộc nhóm môn Khoa học tự nhiên, được lựa chọn theo nguyện vọng và định hướng nghề nghiệp của học sinh. Chương trình môn Vật lí lựa chọn phát triển những vấn đề cốt lõi thiết thực nhất, đồng thời chú trọng đến các vấn đề mang tính ứng dụng cao là cơ sở của nhiều ngành kĩ thuật, khoa học và công nghệ. Thời lượng dành cho mỗi lớp là 105 tiết trong một năm học ( trong đó có 35 tiết dành cho các chuyên đề học tập), dạy trong 35 tuần. Chương trình môn Vật lí coi trọng việc rèn luyện khả năng vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học để tìm hiểu và giải quyết ở mức độ nhất định một số vấn đề của thực tiễn, đáp ứng đòi hỏi của cuộc sống; vừa đảm bảo phát triển năng lực vật lí và vừa đáp ứng được yêu cầu định hướng nghề nghiệp cho học sinh . 6
Thông qua chương trình môn Vật lí, học sinh hình thành và phát triển được thế giới quan khoa học; rèn luyện được sự tự tin, trung thực, khách quan; cảm nhận được vẻ đẹp của thiên nhiên; yêu thiên nhiên, tự hào về thiên nhiên của quê hương, đất nước; tôn trọng các quy luật của thiên nhiên, bảo vệ thiên nhiên; đồng thời hình thành và phát triển được các năng lực tự chủ và tự học, giải quyết vấn đề và sáng tạo, giao tiếp và hợp tác . Giáo dục STEM là một giải pháp quan trọng và hiệu quả trong việc đổi mới căn bản và toàn diện nền giáo dục Việt Nam. Vật lí là một môn học có ý nghĩa quan trọng đối với sự phát triển toàn diện của học sinh, có vai trò nền tảng trong việc hình thành và phát triển thế giới quan khoa học của học sinh, góp phần thúc đẩy giáo dục STEM. 1.3.2. Thực trạng về GD STEM ở trường phổ thông Để tìm hiểu thực trạng dạy học chủ đề Vật Lí theo hình thức giáo dục STEM, chúng tôi đã tiến hành điều tra 24 GV bộ môn Vật Lí tại các trường lân cận trên địa bàn. Sau đây là bảng kết quả điều tra: Kết quả khảo sát GV về thực trạng triển khai giáo dục STEM hiện nay TT Nội dung khảo sát Kết quả Thầy/cô hãy cho biết tầm Không quan trọng của giáo dục Rất quan Bình 1 Quan trọng quan STEM cho học sinh trung trọng thường trọng học phổ thông (HS THPT). 45,8% 54,2% 0% 0% Thầy cô có thường xuyên Thường Thỉnh Hiếm Chưa bao 2 tổ chức, các hoạt động xuyên thoảng khi giờ giáo dục STEM cho HS không? 8,3% 12,5% 20,9% 58,3% 3Giáo viên gặp phải những Cần nhiều Cơ sở Khó xây 3 khó khăn nào trong việc thời gian, vật chất dựng nội HS không triển khai hoạt động giáo công sức không dung chủ hợp tác dục STEM trong nhà và kinh đáp ứng đề STEM trường? phí. yêu cầu. 54,2% 100% 12,5% 8,3% Mức độ khó khăn khi thiết Rất khó Bình kế chủ đề STEM Khó khăn Đơn giản 4 khăn thường 8,3% 45,9% 33,3% 12,5% 7
4Điều kiện vật chất nhà Tương đối Không Rất tốt Tạm ổn 5 trường khi sử dụng để tổ tốt đảm bảo chức dạy học chủ đề STEM. 8,3% 37,5% 41,7% 12,5% 5Thái độ của học sinh (HS) Tất cả HS Một số Không có Đa số HS 6 trong quá trình học tập chủ đều nhiệt HS nhiệt HS nào nhiệt tình đề môn Vật Lí theo định tình hào tình hào nhiệt tình hào hứng hướng giáo dục STEM. hứng hứng hào hứng 29,1% 58,3% 12,6% 0% Từ các số liệu thu thập được ở trên khi khảo sát 24 giáo viên, kết hợp phỏng vấn trực tiếp các giáo viên, cho thấy: - Hầu hết các GV đều đã tìm hiểu và được tập huấn về giáo dục STEM nhưng việc tổ chức dạy học chủ đề STEM còn rất hạn chế, GV còn gặp nhiều khó khăn trong việc xây dựng nội dung chủ đề STEM, cách tổ chức, đánh giá HS theo phát triển năng lực, phẩm chất... Bên cạnh đó, cũng có một số ít giáo viên đã từng tổ chức chủ đề STEM cho HS và đạt được một số kết quả nhất định. 1.3.3. Những thuận lợi và khó khăn khi triển khai hoạt động STEM ở trường phổ thông ❖ Thuận lợi: - Trong thời đại công nghệ số, GV và HS có khả năng tiếp cận với các phương pháp dạy học và học tập dễ dàng nhờ hệ thống kết nối toàn cầu. HS và GV có thể tham khảo các mô hình dạy học STEM ở các trường học trong và ngoài nước. - Các trường học đều có chiến lược phát triển, đầu tư cho các hoạt động dạy học, khuyến khích GV dạy học theo định hướng phát triển năng lực. - Thủ tướng chính phủ cũng đã giao trách nhiệm cho Bộ GD&ĐT thúc đẩy triển khai giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông. - Nhiều trường học đã thực hiện thí điểm và cho kết quả tốt, học sinh rất tích cực, sáng tạo và chủ động trong cách tiếp cận phương pháp học tập này. ❖ Khó khăn: - Việc triển khai giáo dục STEM trong nhà trường gặp một số khó khăn như: kinh phí dành cho hoạt động giáo dục STEM còn ít hoặc không có. Tổ chức hoạt động STEM cần nhiều thời gian chuẩn bị, đầu tư về cả vật chất và trí tuệ; trang thiết bị kĩ thuật, đồ dùng còn thiếu, không đáp ứng yêu cầu hoạt động trải nghiệm về STEM. - Việc thực hiện ngoài không gian trường học cũng gặp một số khó khăn, vì các em ở cùng nhóm lại ở nhiều xã khác nhau. Đặc biệt, do tình hình dịch covid đang 8
diễn biến hết sức phức tạp, số lượng HS tham gia học trực tiếp không đầy đủ và thường xuyên; GV phải kết hợp hai hình thức dạy học trực tiếp và trực tuyến; HS ít có cơ hội thảo luận nhóm trực tiếp để tạo sản phẩm, vì vậy việc triển khai dự án STEM khó đạt hiệu quả cao. - Với chương trình thi cử hiện hành, môn Vật Lí đang rất nặng nề về Lí thuyết, năng lực tính toán của học sinh. Nhiều giáo viên và học sinh vẫn có tư duy “thi gì học nấy” nên không mấy tích cực với hình thức dạy học STEM. - Ngoài thời gian trên lớp, HS còn tham gia là học thêm ngoài nên rất khó khăn trong triển khai công việc ngoài giờ. Mặc dù gặp phải nhiều khó khăn trong quá trình tổ chức, triển khai hoạt động STEM nhưng giáo dục STEM thực sự có nhiều ưu điểm nổi trội nhằm phát triển toàn diện cho học sinh cả về phẩm chất lẫn năng lực, đáp ứng nhu cầu về nhân lực trong thời đại 4.0. 1.3.4. Giải pháp thực hiện + Giáo viên cần nghiên cứu kỹ lí luận về giáo dục STEM, quy trình xây dựng chủ đề STEM. Giáo viên cần vận dụng các phương pháp giáo dục một cách linh hoạt, sáng tạo, phù hợp với mục tiêu, nội dung giáo dục, đối tượng học sinh và điều kiện cụ thể. Kết hợp các hình thức học cá nhân, học nhóm, học ở lớp, học qua dự án, tự học,... Đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học, đặc biệt trong tình hình dịch bệnh hiện nay. + Nhóm chuyên môn xây dựng kế hoạch dạy học cho năm học mới: Cần phải rà soát, tìm hiểu nội dung của chương trình giáo dục phổ thông mới để có thể xây dựng chủ đề STEM phù hợp với chương trình học và đối tượng học sinh. + Nhà trường cần có kế hoạch bổ sung, hoàn thiện cơ sở vật chất , đầu tư kinh phí, tạo điều kiện thuận lợi cho giáo viên khi tổ chức các hoạt động dạy học. + Đánh giá hiệu quả của việc tổ chức chủ đề STEM tại nhà trường trong việc phát triển một năng lực thành phần cụ thể thông qua hồ sơ học tập, sản phẩm thực hành,.. của học sinh. Theo lí thuyết đã trình bày ở trên, chúng tôi vận dụng và xây dựng “Chủ đề STEM về năng lượng sóng biển” để chuẩn bị cho việc triển khai dạy học chuyên đề 10.3. “Vật Lí với giáo dục về bảo vệ môi trường” một cách hiệu quả, góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. 9
Chương 2: XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ STEM VỀ NĂNG LƯỢNG SÓNG BIỂN 2.1. Chuyên đề “Vật lí với giáo dục bảo vệ môi trường” trong chương trình giáo dục phổ thông mới Đây là một trong ba chuyên đề của chương trình Vật lí 10 trong chương trình giáo dục phổ thông mới. Sau đây là bảng yêu cầu cần đạt của HS sau khi học chuyên đề[1]: Nội dung Yêu cầu cần đạt Sự cần thiết - Thảo luận, đề xuất, chọn phương án và thực hiện nhiệm vụ phải bảo vệ học tập tìm hiểu : môi trường + Sự cần thiết bảo vệ môi trường trong chiến lược phát triển của các quốc gia. + Vai trò của cá nhân và cộng đồng trong bảo vệ môi trường Vật lí với giáo - Thảo luận, đề xuất, chọn phương án và thực hiện nhiệm vụ dục bảo vệ học tập tìm hiểu: môi trường + Tác động của việc sử dụng năng lượng hiện nay đối với môi trường, kinh tế và khí hậu Việt Nam. + Sơ lược về các chất ô nhiễm trong nhiên liệu hóa thạch, mưa axit, năng lượng hạt nhân, sự suy giảm tầng ozon, sự biến đổi khí hậu. - Thảo luận, đề xuất, chọn phương án và thực hiện được nhiệm vụ học tập tìm hiểu: + Phân loại năng lượng hóa thạch và năng lượng tái tạo. + Vai trò của năng lượng tái tạo + Một số công nghệ cơ bản để thu năng lượng tái tạo 2.2. Chủ đề về năng lượng tái tạo 2.2.1. Năng lượng và các vấn đề về năng lượng Năng lượng sạch là một trong 17 mục tiêu vì sự phát triển bền vững. Năng lượng đóng vai trò vô cùng quan trọng đến phát triển bền vững, nó ảnh hưởng đến tăng trưởng kinh tế, xã hội và sinh thái. Ở cấp độ vĩ mô, các quốc gia đang phát triển cần một nguồn năng lượng lớn để phát triển kinh tế, điều này làm tăng đáng kể tốc độ tiêu thụ năng lượng, ảnh hưởng đến các vấn đề về môi trường, khí hậu trên toàn Trái đất, và các vấn đề chính trị, quân sự. Dẫn đến sự can thiệp của quân đội vào các khu vực giàu dầu mỏ, đấu tranh để giành được hợp đồng năng lượng, tăng tốc sự phát triển của các kỹ thuật quân sự, cuộc đua vũ trang. Như vậy, năng lượng giữ vị trí trung tâm của chiến lược phát triển bền vững quốc tế, là mối quan tâm chính đối với hiện tại, tương lai trước mắt của chúng ta và 10
của các thế hệ tương lai. Việc đi tìm những nguồn năng lượng dồi dào hơn, đa dạng hơn, thân thiện với môi trường trở nên cấp thiết hơn bao giờ hết, và khai thác nguồn năng lượng tái tạo là một lựa chọn hợp lí nhất. 2.2.2. Năng lượng tái tạo – Nguồn năng lượng của tương lai Các nguyên nhân thúc đẩy sự phát triển của năng lượng tái tạo - Sự biến đổi khí hậu Sự biến đổi khí hậu đang diễn ra ngày càng nghiêm trọng trên phạm vi toàn cầu. Biểu hiện của sự nóng lên toàn cầu ngày càng rõ rệt đó là sự nóng lên của Trái Đất, băng tan, nước biển dâng; các hiện tượng thời tiết bất thường, bão lũ, sóng thần, hạn hán kéo dài,…Nguyên nhân khách quan gây ra biến đổi khí hậu là sự thay đổi bức xạ khí quyển (sự biến đổi bức xạ mặt trời, độ lệch quỹ đạo của Trái Đất, sự thay đổi nồng độ khí nhà kính,…). Tuy vậy, nguyên nhân chính gây ra biến đổi khí hậu chính là do sự tác động của con người, đó là sự gia tăng nồng độ khí C𝑂2 trong khí quyển phần lớn là do việc khai thác và sử dụng nhiên liệu hóa thạch (EIA,2015; ILO,2011). Vì vậy, để giảm bớt ảnh hưởng đến sự nóng lên toàn cầu, chúng ta cần chuyển dịch từ dạng năng lượng không bền vững sang dạng năng lượng bền vững (WWF,2011). - Sự cạn kiệt nguồn nhiên liệu hóa thạch Hằng năm thế giới tiêu thụ một lượng nhiên liệu hóa thạch tương đương với 11 tỷ tấn dầu. Nếu chúng ta tiếp tục tiêu thụ ở tốc độ như vậy nguồn dầu thô sẽ cạn kiệt vào năm 2052, nguồn khí tự nhiên sẽ cạn kiệt vào năm 2060 và nguồn than đá sẽ cạn kiệt vào năm 2088 (Ecotricity, 2015). Trong khi nguồn năng lượng tái tạo lại là nguồn năng lượng vô tận, theo viễn cảnh được đưa ra bởi Quỹ quốc tế bảo vệ thiên nhiên (WWF), thế giới có thể được cung cấp năng lượng từ 100% các nguồn năng lượng tái tạo trước năm 2050 (WWF, 2011). - Vấn đề sức khỏe con người và chất lượng môi trường sống. Sản xuất điện từ năng lượng hóa thạch gây ra tác hại lớn đến sức khỏe của người dân. Các nhà máy nhiệt điện khí và nhiệt than gây ô nhiễm môi trường không khí và nước, liên quan đến các vấn đề sức khỏe của con người như bệnh về đường hô hấp, ung thư, tim mạch,.. Trong khi đó, các nguồn NLTT chỉ tạo ra một lượng nhỏ chất ô nhiễm không khí (địa nhiệt, năng lượng sinh khối) hoặc không gây ra ô nhiễm không khí (năng lượng gió, mặt trời, thủy điện). - Vấn đề an ninh năng lượng An ninh năng lượng chính là vấn đề sống còn đối với sự phát triển của một quốc gia. Mỗi quốc gia đều có nhu cầu giảm thiểu các rủi ro liên quan đến sự gián đoạn hoặc sự không ổn định của việc cung cấp năng lượng đặc biệt trong trường hợp phải nhập khẩu năng lượng, sự xung đột của các nguồn năng lượng và sự biến 11
động về giá cả. Do đó, các quốc gia cần đa dạng hóa các nguồn năng lượng trong đó có năng lượng tái tạo. Bằng cách đó, các quốc gia có thể giảm sự phụ thuộc vào nhập khẩu các nguồn nhiên liệu hóa thạch, thúc đẩy sự phát triển kinh tế đất nước. Năng lượng tái tạo Năng lượng tái tạo là những nguồn năng lượng được bổ sung nhanh chóng, từ trạng thái bất biến đến một vài năm, bằng cách chuyển đổi năng lượng mặt trời. Đây là loại năng lượng có lợi cho cuộc sống cộng đồng, mà không gây ô nhiễm môi trường, không khí; không đóng góp vào sự nóng lên toàn cầu, hiệu ứng nhà kính; cũng như sự tồn tại của sự sống trên Trái đất. Năng lượng tái tạo (NLTT) bao gồm: gió, mặt trời, thủy điện, địa nhiệt, sinh khối (củi gỗ, trấu, phụ phẩm nông nghiệp và lâm nghiệp), khí sinh học, nhiên liệu sinh học, và năng lượng thủy triều/đại dương/sóng. Ưu điểm nổi bật của năng lượng tái tạo là có thể sử dụng lâu dài, bền vững và thân thiện với môi trường. Nguyên tắc cơ bản của việc sủ dụng năng lượng tái tạo là tách một phần năng lượng từ các quy trình diễn biến liên tục trong môi trường và đưa vào trong các sử dụng kĩ thuật. Các quy trình này được thúc đẩy liên tục, đặc biệt là từ mặt trời. Nguồn dự trữ của chúng thường không đổi: mặt trời – được sử dụng trực tiếp bằng các thiết bị như pin quang điện, tấm pin mặt trời, lò năng lượng mặt trời , được sử dụng gián tiếp qua gió ( tuabin gió) , nước ( trên đập cao), năng lượng địa nhiệt, sinh khối. 2.2.3. Khung xác định các cơ hội và vấn đề về năng lượng tái tạo gắn với mục tiêu phát triển bền vững Lựa chọn cách tiếp cận học tập dựa vào giải quyết vấn đề dưới dạng câu hỏi lồng ghép giáo dục vì sự phát triển bền vững Bước 1: Xác định kết quả học tập: Học sinh nên có khả năng áp dụng và thể hiện hiểu biết của mình về: - Năng lượng là gì? - Năng lượng tái tạo là gì? - Có những loại năng lượng tái tạo nào? - Tiềm năng khai thác các nguồn năng lượng tái tạo ở Việt Nam, đặc biệt sóng biển? - Nguyên tắc hoạt động và cấu tạo của tấm hấp thu năng lượng mặt trời, máy phát điện gió, máy phát điện sóng biển … là gì? Các kết quả học tập về giáo dục vì sự phát triển bền vững: 1. Học sinh có hiểu biết các loại tài nguyên năng lượng tái tạo và không thể tái tạo 2. Thực hiện so sánh có hiểu biết về ưu điểm và nhược điểm của năng lượng tái tạo và nhiên liệu hóa thạch bao gồm tác động môi trường, vấn đề sức khỏe, sử 12
dụng, an ninh năng lượng; tỷ lệ của các loại năng lượng này trong tổng tiêu thụ tại địa phương. 2. Học sinh có hiểu biết về tác động tiêu cực của việc sản xuất năng lượng không bền vững, hiểu được nhu cầu phải có công nghệ mới, tiên tiến để thúc đẩy sản xuất năng lượng tái tạo góp phần phát triển bền vững. 3. Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả. 4. Đánh giá và hiểu được nhu cầu cần có năng lượng với giá cả phải chăng, tin cậy, bền vững, sạch. 5. Đánh giá tiềm năng khai thác năng lượng tái tạo ở các địa phương. Bước 2: Xác định cơ hội lồng ghép GDPTBV vào chủ đề Hình 2.1. Khung lồng ghép GDPTBV vào chủ đề năng lượng tái tạo Việt Nam là nước có bờ biển dài hơn 3000km và hàng nghìn đảo lớn nhỏ hiện đang có cư dân sinh sống nhưng nhiều nơi trong số đó chưa thế đưa mạng lưới điện đến được. Do đó, việc khai thác và sử dụng các nguồn năng lượng tại chỗ như năng lượng mặt trời, năng lượng thủy triều và năng lượng sóng biển để thay thế cho các dạng năng lượng truyền thống đáp ứng nhu cầu của các vùng dân cư là một việc rất ý nghĩa. Từ các lí do trên, chúng tôi lựa chọn chủ đề “Năng lượng sóng biển” để dạy học sinh giúp các em có thêm hiểu biết về nguồn năng lượng tái tạo này và tiềm 13
năng rất lớn của nó tại Việt Nam, và sản phẩm học sinh tạo ra là thiết bị chuyển đổi năng lượng sóng thành năng lượng điện. 2.3. Chủ đề “ Năng lượng sóng biển” 2.3.1. Năng lượng sóng biển là gì? Năng lượng sóng là năng lượng tái tạo có nguồn gốc từ sóng biển. Năng lượng sóng là năng lượng phát sinh do gió. Một phần năng lượng Mặt trời mà Trái Đất nhận được, được chuyển đổi thành năng lượng gió thông qua sự đốt nóng khác nhau trên Trái đất. Một phần năng lượng gió lại được truyền cho mặt nước tạo ra sóng. Vì vậy, lượng năng lượng truyền cho sóng phụ thuộc vào tốc độ gió, thời gian gió thổi và khoảng cách gió thổi ( đà sóng). Năng lượng sóng có thể được sử dụng làm nhiều việc có ích như phát điện, khử muối trong nước và bơm nước vào các hồ chứa … 2.3.2. Lịch sử nghiên cứu, khai thác năng lượng sóng biển trên thế giới Tiềm năng năng lượng khổng lồ của trường sóng đã được ghi nhận từ thời đại cổ xưa của loài người. Các thử nghiệm chuyển đổi năng lượng sóng đã được tiến hành từ lâu: chuyển đổi năng lượng sóng được bắt đầu với việc sử dụng năng lượng sóng để nén khí trong một ống chạy dọc giữa phao tạo ra còi báo hiệu. Việc sử dụng năng lượng sóng được tiến hành từ các năm 1940 với các máy phát điện cho đèn tín hiệu tại các phao hàng hải. Năm 2003, Bồ Đào Nha là nước đầu tiên trên thế giới có tổ hợp phát điện từ sóng biển, với công suất khoảng 30MW; giá thành tương đương với điện gió. Năm 2004, nghiên cứu khả thi của EPRI cho thấy tiềm năng của năng lượng sóng tại khu vực Bắc Mĩ lớn hơn rất nhiều so với năng lượng thủy triều. Năm 2005, Trung Quốc cũng đã cho xây dựng một trạm thủy điện sức sóng có thể chịu được những cơn bão, trạm đã phát điện với công suất 6kW và hoạt động tốt sau hơn 20 cơn bão. Năm 2007, Scotland đã đặt 4 thiết bị pelamis công suất tổng đạt 3MW, với giá thành 4 triệu bảng. Tại Mỹ có phao năng lượng sóng đầu tiên với công suất 40kW tại căn cứ biển ở Kancohe Hawaii. Năm 2016, Tây Ban Nha có nhà máy chuyển đổi năng lượng sóng nổi đầu tiên kết nối với kết nối với lưới điện tại trạm biển Biscay dưới dạng mẫu thử 30kW của hãng Oceantec. Cũng vào năm 2016, Hàn Quốc xây dựng một trạm nổi thí điểm Yongsoo OWC có công suất 500 kW cách bờ đảo Jeju khoảng 1,5 km; Viện nghiên cứu công nghệ đại dương và tàu thủy (KRISO) mở rộng Yongsoo OWC lên 5 MW vào năm 2019. Tại Việt Nam những năm gần đây đã có rất nhiều đề tài nghiên cứu về việc sử dụng năng lượng sóng biển. Điển hình như sáng chế “ Máy phát điện nhờ sóng biển” của anh Lê Thanh Bình ( Quảng Trị) đã được trưng bày tại Hội chợ thiết bị 14
công nghệ Việt Nam năm 2010. Hay với đề tài “Máy phát điện từ năng lượng sóng biển” của Bùi Nguyên Vọng – sinh viên ĐH Cần Thơ – đạt giải nhất cuộc thi Phát minh xanh do công ty Sony VN tổ chức. 2.3.3. Ưu, nhược điểm của việc khai thác năng lượng sóng Ưu điểm của năng lượng sóng - Khả năng tái tạo: Năng lượng sóng là nguồn năng lượng dồi dào và sẽ không bao giờ cạn. Sẽ luôn có những con sóng vỗ vào bờ biển các quốc gia, gần các khu vực ven biển. - Thân thiện với môi trường: Các thiết bị năng lượng sóng hầu như không làm suy thoái môi trường, không tạo ra các chất gây ô nhiễm và khí thải nhà kính 𝐶𝑂2 , NO, chất lỏng và chất rắn. - Kinh tế: + Nguồn năng lượng tái tạo này giúp giảm sự phụ thuộc vào nhiên liệu hóa thạch, tăng cường hiệu quả năng lượng và giảm phát thải khí nhà kính có hại. + Một lợi ích khác khi sử dụng năng lượng này là sự gần gũi với nơi tiêu dùng. Có rất nhiều thành phố lớn và bến cảng nằm cạnh đại dương có thể khai thác năng lượng sóng để sử dụng. + Nhiều cách khai thác: có rất nhiều cách để khai thác năng lượng sóng. + Ít phụ thuộc vào nước ngoài: Sự phụ thuộc vào các công ty nước ngoài đối với nhiên liệu hóa thạch sẽ giảm nếu nguồn năng lượng từ sóng được khai thác tối đa. Tuy vậy, việc sử dụng nguồn năng lương sóng cũng tồn tại những nhược điểm nhất định đến môi trường. Việc tạo ra năng lượng sóng xảy ra trên bề mặt đại dương là bờ biển, gần bờ hoặc nằm xa ngoài biển, nên các tác động của sóng đến môi trường cũng tương tự như cách phát điện gió ngoài khơi. Sau đây là một số nhược điểm của năng lượng sóng: - Thích hợp với một số địa điểm nhất định: nhược điểm lớn nhất để khai thác năng lượng sóng là vị trí, địa điểm xây dựng nhà máy cần lựa chọn nơi thích hợp, đòi hỏi một dòng chảy mạnh mẽ, nhất quán của sóng. - Chi phí vốn xây dựng và bảo trì cao. - Ảnh hưởng đến hệ sinh thái biển: Hầu hết các thiết bị năng lượng sóng ngoài khơi được neo đậu trực tiếp xuống đáy biển và các dây neo có thể gây ra mối đe dọa gây vướng víu cho một số động vật, đặc biệt là các voi. Những thiết bị này làn xáo trộn đáy biển, thay đổi môi trường sống của các sinh vật biển và tạo ra tiếng ồn làm xáo trộn cuộc sống biển. - Môi trường: Việc khai thác năng lượng sóng tiềm ẩn một số tác động đến môi trường liên quan đến việc giải phóng và rò rỉ chất lỏng thủy lực, dầu bôi trơn, sơn chống ăn mòn, màng sinh học và sơn phủ ra biển. Các phương 15
án trên bờ và gần bờ có thể có ảnh hưởng đến xói mòn bờ biển do sự thay đổi của dòng chảy và sóng. Ngoài ra, việc sử dụng máy phát điện có thể gây ảnh hưởng đến giao thông trên biển, gây tiếng ồn cho một số dân cư sống gần các khu vực biển, ảnh hưởng đến việc săn mồi của cá heo và cá voi (chúng sử dụng tiếng vang để săn mồi). Tuy nhiên, khi hoạt động đầy đủ, bất kì thiết bị nào tạo ra tiếng ồn có thể sẽ bị che khuất bởi tiếng ồn tự nhiên đến từ sóng và gió. 2.3.4. Cơ sở các nguyên lí Vật lí chuyển đổi năng lượng sóng thành điện năng a. Nguyên lí sử dụng dao động của sóng biển để tạo ra dao động của hệ phao nổi, biến chuyển động sóng thành sự thay đổi của áp suất không khí trong phao nổi Từ nguyên lí này có thể có phương pháp tạo ra điện năng trên cơ sở biến dao động của phao để chạy máy phát điện. Hình 2.2 là sơ đồ hoạt động của phương pháp này. Phao nổi có đường kính r chuyển động lên xuống một trục dẫn hướng (1) nhờ sóng biển. Trục dẫn hướng này được cố định với đáy biển bằng một khớp cầu đặc biệt gọi là hỗn hợp khớp nối (4). Trong phao nổi (2) được đặt một máy nén khí, máy nén khí chuyển động được nhờ dao động lên xuống của phao nổi dưới tác động của sóng. Khí nén tạo ra được điều chỉnh để chạy tuabin không khí cũng nằm trong phao nổi (2) và tạo ra điện năng. Dọc theo trục hướng dẫn (1), phao nổi được giữ bằng một hệ thống cáp kiểu lò xo có thể di động được (3) để điều chỉnh độ cao thấp của phao theo mức nước hoặc theo thủy triều. Hộp khớp nối (4) nối với một hệ thống gồm đường cáo nổi phụ (5), phao trợ giúp (9) và dây neo (8) được giữ bằng hệ thống neo rùa. Hệ thống phụ trợ này sẽ làm tăng độ ổn định vị trí cho phao nổi trên trục dẫn hướng. Toàn bộ hệ trục dẫn hướng, phao nổi được gắn với trụ giữ phao (6) và móng đế (7). Móng đế này được kết cấu bằng hệ neo cọc xuống đáy biển. Hình 2.2. Nguyên lí sử dụng dao động của phao để tạo ra điện năng b. Nguyên lí biến đổi điện để tạo ra điện năng Có hai dạng thiết bị để biến đổi năng lượng sóng thành điện năng làm việc theo hai nguyên lí trên (Hình 2.3): - Máy phát cảm ứng ở dạng phao dao động theo sóng (nam châm vĩnh cửu dao động lên xuống, cuộn dây được cố định xuống đáy biển – hình 2.3a) 16