sáng kiến kinh nghiệm công nghệ THPT

Nhận thức được tầm quan trọng của Arduino cũng như nhu cầu của môn Công nghệ với giáo dục Stem nên bản thân tôi đã áp dụng và đưa ra sáng kiến thuộc lĩnh vực “Công Nghệ” với đề tài “Sử d

MỤC LỤC

I Điều kiện hoàn cảnh tạo ra sáng kiến 1

II Mô tả giải pháp 2

1 Mô tả giải pháp trước khi có sáng kiến 2

1.1 Nội dung chương trình giáo dục phổ thông hiện hành 2

1.2 Nội dung môn Công Nghệ trong chương trình giáo dục phổ thông mới 2

1.3 Sự cần thiết của việc áp dụng Arduino vào các mạch điều khiển điện tử 3 1.4 Chương trình giáo dục phổ thông 2018 và giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông mới 4

1.4.1 Mục tiêu xây dựng chương trình giáo dục phổ thông 2018 4

1.4.2 Yêu cầu cần đạt về phẩm chất, năng lực 4

1.4.3 Giáo dục STEM trong chương trình mới 5

2 Mô tả giải pháp sau khi có sáng kiến 6

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ARDUINO 7

2.1.1 Tổng quan về Arduino 7

2.1.2 Các bước lập trình và chạy chương trình cho Arduino UNO 9

2.2 MỘT SỐ NÉT KHÁI QUÁT VỀ DẠY HỌC STEM 12

2.2.1 Cơ sở lý luận 13

2.2.1.1 Khái niệm STEM 13

2.2.1.2 Các hình thức tổ chức giáo dục STEM 13

2.2.2 Quy trình xây dưng bài học STEM 15

2.2.2.1 Quy trình xây dựng bài học STEM 15

2.2.2.2 Quy trình thiết kế tiến trình bài học STEM 16

2.2.2.3 Một số kĩ thuật bổ trợ cho việc giảng dạy theo quy trình thiết kế bài học STEM 18

2.3 XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ DẠY HỌC STEM CỤ THỂ 21

2.3.1 Quy trình xây dựng bài học STEM cụ thể 21

KẾT LUẬN 40

III Hiệu quả do sáng kiến đem lại 41

1 Hiệu quả kinh tế 41

2 Hiệu quả về mặt xã hội 41

IV Cam kết không sao chép hoặc vi phạm bản quyền 42

TÀI LIỆU THAM KHẢO 43

Phụ lục 1 Các phiếu học tập 45

Phụ lục 2 Các bảng tiêu chí đánh giá 50

Phụ lục 3 Một số lưu ý trong tiến trình dạy học 53

Phụ lục 4: Tài liệu hỗ trợ học sinh 55

Phụ lục 5 Gợi ý một số phiếu học tập 61

Phụ lục 6 Một số hình ảnh trong quá trình học tập 65

Phụ lục 7 Code hệ thống đếm để nạp cho Arduino 68

BÁO CÁO SÁNG KIẾN

I Điều kiện hoàn cảnh tạo ra sáng kiến

Ngày nay trong thời đại công nghệ 4.0 Khoa học công nghệ không ngừng phát triển, ngành tin học nói chung đã có mặt trong hầu như tất cả các ngành nghề từ đơn giản đến phức tạp Công nghệ tin học đã giúp ích không nhỏ vào công việc giảng dạy và mang lại nhiều kết quả không nhỏ Và Arduino là một nền tảng mã nguồn mở, được sử dụng để xây dựng các ứng dụng điện tử tương tác với nhau Những mạch đơn giản tạo ra dưới sự hỗ trợ của Arduino không những giúp người học đặc biệt là các học sinh trung học phổ thông hứng thú, yêu thích điện tử, còn thúc đẩy sự phát triển các phẩm chất, năng lực cho học sinh, giúp các em có hành trang tốt nhất để thích ứng và phát triển trong thế kỉ

21

- Ngoài ra, do đặc thù là môn công nghệ nên việc cho học sinh được nghe, nhìn và tận tay thực nghiệm là điều cần thiết Và để thực hiện được điều đó thì bản thân giáo viên phải luôn không ngừng học hỏi, nâng cao trình độ chuyên môn cũng như tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin trong hoạt động dạy – học góp phần thúc đẩy chuyển đổi số trong lĩnh vực giáo dục theo đúng mục tiêu của Chương trình chuyển đổi số quốc gia và của Bộ GDĐT

Đặc biệt, trong chương trình giáo dục phổ thông tổng thể 2018 môn công nghệ có vai trò quan trọng, đặc biệt trong giáo dục STEM Môn công nghệ phản ánh hai thành phần là T (technology) và E (engineering) trong bốn thành phần của STEM

Cùng với chương trình giáo dục phổ thông mới thì chương trình giáo dục phổ thông hiện hành cũng có các bài học liên quan, giáo viên có thể lồng ghép vào nội dung bài học giúp các em hiểu và nắm bắt được nội dung bài học nhanh hơn Nhận thức được tầm quan trọng của Arduino cũng như nhu cầu của môn Công nghệ với giáo dục Stem nên bản thân tôi đã áp dụng và đưa ra sáng kiến

thuộc lĩnh vực “Công Nghệ” với đề tài “Sử dụng Arduino trong bài học STEM ở

môn Công Nghệ lớp 12, nền tảng cho dạy học theo chuyên đề học tập ở chương trình giáo dục phổ thông mới” với mong muốn được chia sẻ những kinh nghiệm

trong quá trình hướng dẫn học sinh thực hiện chuyên đề tới các bạn đồng

nghiệp

II Mô tả giải pháp

1 Mô tả giải pháp trước khi có sáng kiến

(Nêu hiện trạng trước khi áp dụng giải pháp mới; phân tích ưu nhược điểm của giải pháp cũ để cho thấy sự cần thiết của việc đề xuất giải pháp mới nhằm khắc phục nhược điểm của giải pháp cũ)

1.1 Nội dung chương trình giáo dục phổ thông hiện hành

Trong sách giáo khoa công nghệ lớp 12 hiện hành thì phần kĩ thuật điện tử diễn ra hơn nửa năm học, với chương I, II giới thiệu về các linh kiện điện tử và một số mạch điện tử cơ bản Ở hai chương này trên cơ sở giáo viên cho các em được nghe, nhìn và tận tay cầm các linh kiện cơ bản để biết về cấu tạo, thông số

cơ bản cũng như nguyên lí làm việc của các linh kiện như: Điện trở, tụ điện, cuộn cảm, điốt, Tranzito… thì gần như 100% các em đều đã có những kiến thức nhất định về các linh kiện điện tử, và đây cũng là tiền đề để các em có thể triển khai, lắp ráp một số mạch đơn giản và cụ thể Nhưng sang đến chương 3: MỘT

SỐ MẠCH ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN ĐƠN GIẢN đặc biệt là nội dung của bài

13 KHÁI NIỆM VỀ MẠCH ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN và bài 14: MẠCH ĐIỀU KHIỂN TÍN HIỆU thì nội dung này mặc dù khá hay nhưng chưa kích thích được sự tò mò, hứng thú của các em, do nội dung chỉ là trên sách vở, mang tính chất hàn lâm, giới thiệu nhanh, các em không được tận tay thực nghiệm, quan sát mặc dù giáo viên, học sinh có thể tự tay tạo ra được thiết bị đáp ứng được mục tiêu bài học

Nên yêu cầu đặt ra, nếu giáo viên có thể tổ chức một bài học STEM ở bài 13,

14 Công Nghệ lớp 12 để thiết kế và tạo ra những sản phẩm về mạch điều khiển đơn giản dưới sự trợ giúp của máy tính thì thật là thú vị, Khi đó, các em vừa phát triển các phẩm chất, kĩ năng cho học sinh trong tiết học STEM, vừa tiếp thu kiến thức một cách chủ động, tích cực thì đây là điều mà giáo dục hiện nay đang hướng tới

1.2 Nội dung môn Công Nghệ trong chương trình giáo dục phổ thông mới

Theo chương trình giáo dục phổ thông mới được đưa vào giảng dạy ở lớp 10 trong bộ môn Công Nghệ có đề cập tới chuyên đề 2: “THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN CHO NGÔI NHÀ THÔNG MINH” với một trong các yêu cầu cần đạt

là thiết kế và chế tạo được một hệ thống cảnh báo trong gia đình Vậy để chuẩn

bị tốt cho quá trình giảng dạy chuyên đề này, thì bản thân giáo viên cần học tập, bồi dưỡng nâng cao kiến thức từ những tiết chuyên đề, bài học STEM trên nền tảng là các kiến thức, nội dung của chương trình mới, đồng thời tận dụng điều

đó để đưa vào áp dụng, giảng dạy trong các bài học trong chương trình Công Nghệ lớp 12 cũ

Hiện nay, theo chương trình sách giáo khoa Công Nghệ lớp 10 mới, thì với mục tiêu bài học là yêu cầu cần đạt như đã nêu ở trên, thì ở bộ sách Cánh Diều, Bài 9 Dự án: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHỐNG TRỘM CHO NGÔI NHÀ THÔNG MINH” giáo viên có thể sử dụng bộ điều khiển trung tâm

là mạch Arduino để triển khai, giúp học sinh có thể lắp ráp, thiết kế được một hệ thống điều khiển chống trộm cho ngôi nhà một cách đơn giản và dễ dàng nhất Còn trong chương trình sách giáo khoa Công Nghệ lớp 10 bộ Kết Nối Tri Thức Với Cuộc Sống thì ở bài 6 Dự án: “THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN CHỐNG TRỘM CHO NGÔI NHÀ THÔNG MINH” cũng đã đưa ra nhiệm vụ là thiết kế một hệ thống an ninh cho ngôi nhà có chức năng phát hiện người di chuyển thì bật đèn, chuông báo động kêu, và để thực hiện được điều đó thì bộ sách đã đưa ra việc sử dụng Arduino để điều khiển toàn bộ hệ thống Vậy câu hỏi đặt ra, tại sao giáo viên không thể tận dụng điều đó để học tập, nghiên cứu, phát triển chuyên môn Đồng thời, áp dụng điều đó vào chương trình Công Nghệ lớp 12 cũ và chuẩn bị tâm thế sẵn sàng trong chương trình sách giáo khoa Công Nghệ mới

1.3 Sự cần thiết của việc áp dụng Arduino vào các mạch điều khiển điện

tử

Khi nói đến Arduino thì các bạn nghiên cứu về điện tử hay các đồng nghiệp

cũng như học sinh khi tham gia các cuộc thi về khoa học kĩ thuật gần như không còn xa lạ gì Bởi lẽ, Arduino là một nền tảng mà mọi thiết bị phần cứng đều được làm sẵn và chuẩn hóa, ta chỉ việc chọn những thứ mình cần, ráp lại là có thể chạy được Giống như một con người với “thể xác” đã được xây dựng sẵn, một hệ thống Arduino phải có “tâm hồn” để có thể “sống” Và việc tạo ra “tâm hồn” ấy gọi là “Lập trình” Tuy nhiên, ta sẽ không phải lập trình từ A đến Z Mỗi thứ phần cứng “Arduino” đều có những đoạn lệnh đã được viết sẵn (gọi là

thư viện) do cộng đồng người dùng Arduino cùng phát triển Nhiệm vụ của mình chỉ cần đọc và chỉnh sửa theo mục đích, ý muốn của bản thân

Chính vì tính tiện lợi và đơn giản cho người sử dụng mà Arduino đã được nhiều người lựa chọn từ học sinh, sinh viên, giáo viên, hay những người ham mê điện tử

Mặc dù, mới tiếp xúc thì việc học lập trình có vẻ khó khăn cho người mới bắt đầu, nhưng để tạo ra một đoạn code ngắn cho quá trình giảng dạy và khơi gợi khả năng hứng thú học tập của các em thì không quá khó

Ngoài ra, việc cho các em được tận tay lắp ráp, tận mắt quan sát còn kích thích khả năng hứng thú, tò mò, phát huy các năng lực cần thiết cho học sinh đồng thời giúp các em thấy được sự phát triển của khoa học công nghệ, truyền niềm yêu thích lĩnh vực điện tử tới học sinh

Một trong những điểm thuận lợi nhất của Arduino là rất dễ để bắt đầu giá thành để mua một bo mạch Arduino không quá cao, và chỉ với một bo mạch đó,

ta có thể sử dụng, nạp code cho các mạch khác nhau tùy theo yêu cầu, mục đích của hệ thống

1.4 Chương trình giáo dục phổ thông 2018 và giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông mới

1.4.1 Mục tiêu xây dựng chương trình giáo dục phổ thông 2018

Theo chương trình giáo dục phổ thông tổng thể 2018 có đề cập: “Chương trình giáo dục phổ thông với mục tiêu giúp học sinh làm chủ kiến thức, biết vận dụng hiệu quả kiến thức, kĩ năng đã học vào đời sống và tự học suốt đời, có định hướng lựa chọn nghề nghiệp phù hợp” Và theo từng giai đoạn thì mỗi cấp học

sẽ giúp học sinh hình thành và phát triển những phẩm chất và năng lực riêng Đối với chương trình giáo dục trung học phổ thông thì trên cơ sở giúp học sinh phát triển các phẩm chất, năng lực đã được hình thành và phát triển ở cấp tiểu học, trung học cơ sở thì ở cấp trung học phổ thông còn giúp học sinh phát triển khả năng tự học và ý thức học tập suốt đời, khả năng lựa chọn nghề nghiệp phù hợp với năng lực và sở thích, khả năng thích ứng với những thay đổi trong bối cảnh toàn cầu hóa và cách mạng công nghiệp mới

1.4.2 Yêu cầu cần đạt về phẩm chất, năng lực

Chương trình giáo dục phổ thông hình thành và phát triển cho học sinh

những phẩm chất và năng lực như:

Về phẩm chất gồm: yêu nước, nhân ái, chăm chỉ, trung thực, trách nhiệm

Về năng lực chung gồm: năng lực tự chủ và tự học, năng lực giao tiếp và hợp tác, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo

Về năng lực đặc thù thì được hình thành và phát triển qua một số môn học và hoạt động giáo dục Như môn Công Nghệ thì giúp học sinh hình thành và phát triển năng lực công nghệ gồm các thành phần: Nhận thức công nghệ, giao tiếp công nghệ, sử dụng công nghệ, đánh giá công nghệ, thiết kế kĩ thuật

1.4.3 Giáo dục STEM trong chương trình mới

Giáo dục STEM vận dụng phương pháp học tập chủ yếu dựa trên thực hành

và các hoạt động trải nghiệm sáng tạo, các phương pháp giáo dục linh hoạt như: dạy học qua dự án – chủ đề, học qua trò chơi, hay học qua thực hành là phương pháp luôn được các môn học tích hợp STEM áp dụng

Trong chương trình giáo dục phổ thông, giáo dục STEM vừa mang tính thúc đẩy giáo dục ở các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học, vừa thể hiện phương pháp tiếp cận liên môn, phát triển năng lực và phẩm chất cho người học

Và việc đưa giáo dục STEM vào các môn học nói chung và công nghệ nói riêng đem đến cho người học nhiều kết quả như: giáo dục STEM đề cao đến việc hình thành và phát triển năng lực giải quyết vấn đề cho người học Trong mỗi bài học theo chủ đề STEM, học sinh được đặt trước một tình huống có vấn

đề thực tiễn cần giải quyết liên quan đến các kiến thức khoa học Để giải quyết vấn đề đó, học sinh phải tìm tòi, nghiên cứu những kiến thức thuộc các môn học

có liên quan đến vấn đề và sử dụng chúng để giải quyết vấn đề đặt ra

Ngoài ra, giáo dục STEM đề cao một phong cách học tập mới cho người học,

đó là phong cách học tập sáng tạo Đặt người học vào vai trò của một nhà phát minh, người học sẽ phải hiểu thực chất của các kiến thức được trang bị; phải biết cách mở rộng kiến thức; phải biết cách sửa chữa, chế biến lại chúng cho phù hợp với tình huống có vấn đề mà người học đang phải giải quyết

Như vậy, với các lí do về chương trình môn học, phần mềm Arduino cũng như sự cần thiết của giáo dục STEM mà chương trình giáo dục phổ thông mới

hướng tới thì tôi đã chọn và nghiên cứu đề tài “Sử dụng Arduino trong bài học STEM ở môn Công Nghệ lớp 12, nền tảng cho dạy học theo chuyên đề học tập ở chương trình giáo dục phổ thông mới”

2 Mô tả giải pháp sau khi có sáng kiến

(Nêu vấn đề cần giải quyết; Chỉ ra tính mới, sự khác biệt của giải pháp mới

so với giải pháp cũ; nêu cách thức thực hiện, các bước thực hiện của giải pháp mới một cách cụ thể, rõ ràng cũng như các điều kiện cần thiết để áp dụng giải pháp; Nêu rõ khả năng áp dụng vào thực tế của giải pháp mới và mang lại lợi ích thiết thực; ngoài ra có thể nêu rõ giải pháp còn có khả năng áp dụng cho những đối tượng, cơ quan, tổ chức nào)

Nội dung này bao gồm:

Phần 1: Giới thiệu chung về Arduino

Trong phần này, tôi giới thiệu một cách tổng quan về mạch Arduino UNO như hình dạng, sơ đồ các chân và thông số kĩ thuật của Arduino, cũng như các bước lập trình và chạy chương trình cho Arduino UNO

Phần 2: Một số nét khái quát về dạy học STEM

Phần này, tôi trình bày đầy đủ cơ sở lý luận và các hình thức tổ chức giáo dục STEM Từ đó, đưa ra quy trình xây dựng, quy trình thiết kế tiến trình về một bài học STEM cũng như một số kĩ thuật bổ trợ cho việc giảng dạy theo quy trình thiết kế bài học STEM

Phần 3: Xây dựng chủ đề STEM cụ thể

Để hiểu rõ hơn về dạy học STEM, tôi đã thực hiện một chủ đề STEM cụ thể

là “HỆ THỐNG SỬ DỤNG CẢM BIẾN VẬT CẢN HỒNG NGOẠI” Ở đây,

tôi đi sâu vào từng bước từ việc mô tả chủ đề đến mục tiêu và tiến trình dạy học Mỗi một hoạt động được triển khai rõ ràng theo từng bước diễn ra trên lớp hoặc ngoài giờ lên lớp, có hồ sơ học tập của học sinh ứng với từng hoạt động

2.1 GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ARDUINO

2.1.1 Tổng quan về Arduino

Hình 2.1.1 Hình dạng Arduino UNO

Hình 2.1.2 Sơ đồ các chân kết nối của Arduino UNO

Arduino UNO R3 được xây dựng trên vi điều khiển ATmega328P Có tổng cộng 14 chân digital (từ chân số 0 đến 13), và có thêm 6 chân tín hiệu Analog được đánh kí hiệu từ A0 – A5 Ở các chân này, chân 13 là chân đặc biệt vì nối trực tiếp với led trạng thái trên board

Arduino nói chung, chứa tất cả mọi thứ cần thiết để hỗ trợ các vi điều khiển, chỉ cần kết nối nó với một máy tính bằng cáp USB hoặc một bộ chuyển đổi điện AC-DC hoặc dùng Pin

Board Arduino có thể tự động reset nhờ phần mềm thay vì phải ấn nút reset trước khi tải lên Phần mềm Arduino sử dụng khả năng này để cho phép nạp code lên thông qua nút Upload trong Arduino IDE

Ngoài ra, khi sử dụng board Arduino có một số lưu ý như:

- Trong quá trình lắp ráp mạch, để tránh xảy ra sai sót, báo lỗi trong khi nối dây vào chân linh kiện hay khi lập code ta cần dựa vào sơ đồ các chân cũng như dựa vào thông số kĩ thuật sau:

+ Thông số kĩ thuật:

Chip vi điều khiển ATmega328P

Điện áp cấp nguồn 5v

Điện áp đầu vào (kiến

nghị)

7 – 12v

Điện áp đầu vào (giới hạn) 6 – 20V

+ Nguồn vào cho board có thể lấy trực tiếp từ máy tính qua cổng USB, cũng

có thể qua nguồn ngoài thông qua jack cắm tròn 5.5x2.1mm hoặc 2 chân Vin và GND với mức điện áp khoảng 9v là hợp lý

+ Nút reset: mang dòng mức thấp để thiết lập lại vi điều khiển

Khi làm việc với Arduino board, một số thuật ngữ sau cần được lưu ý:

Flash Memory: bộ nhớ có thể ghi được, dữ liệu không bị mất ngay cả khi tắt điện Về vai trò, ta có thể hình dung bộ nhớ này như ổ cứng để chứa dữ liệutrên board Chương trình được viết cho Arduino sẽ được lưu ở đây Kíchthước của vùng nhớ này thông thường dựa vào vi điều khiển được sử dụng, ví dụ như

ATmega8 có 8KB flash memory Loại bộ nhớ này có thể chịuđược khoảng 10,000 lần ghi / xoá

RAM: tương tự như RAM của máy tính, sẽ bị mất dữ liệu khi ngắt điệnnhưng bù lại tốc độ đọc ghi xoá rất nhanh Kích thước nhỏ hơn FlashMemory nhiều lần

EEPROM: một dạng bộ nhớ tương tự như Flash Memory nhưng có chu kì ghi / xoá cao hơn khoảng 100,000 lần và có kích thước rất nhỏ Để đọc /ghi dữ liệu

ta có thể dùng thư viện EEPROM của Arduino

2.1.2 Các bước lập trình và chạy chương trình cho Arduino UNO

Để thiết kế một hệ thống minh họa (hệ thống đếm sử dụng cảm biến hồng ngoại) ta cần thực hiện qua các giai đoạn sau:

* Giai đoạn 1: Thiết kế mạch điện mô phỏng

Ta sử dụng phần mềm Proteus để thiết kế, vẽ sơ đồ mạch điện cho hệ thống Với Proteus cho phép người sử dụng mô phỏng hoạt động của hệ thống mà không cần phải lắp ráp trên thực tế

Hình 2.1.3 Hình ảnh vẽ mạch điện với proteus

* Giai đoạn 2: Lập trình điều khiển theo yêu cầu (xây dựng code)

* Giai đoạn 3: Nạp code cho Arduino

Để nạp một chương trình đơn giản cho Arduino UNO, trước tiên ta cần cài đặt Arduino IDE và Arduino drive Khi phần mềm đã xong, ta cần chuẩn bị phần cứng gồm một board Arduino UNO R3 và một dây cáp để kết nối với máy tính Sau đó, cần thực hiện theo các bước:

Bước 1: Kết nối Arduino với máy tính qua dây cáp

Hình 2.1.4 Kết nối Arduino UNO R3 với máy tính

Bước 2: Tìm cổng kết nối của Arduino Uno R3 với máy tính

Khi Arduino Uno R3 kết nối với máy tính, nó sẽ sử dụng một cổng COM để máy tính và bo mạch có thể truyền tải dữ liệu qua lại Windows có thể quản lí đến

256 cổng COM Để tìm được cổng COM đang được sử dụng để máy tính và mạch Arduino UNO R3 giao tiếp với nhau, ta phải mở chức năng Device

Manager của Windows Tiếp tục mở mục Ports (COM & LPT), ta sẽ thấy cổng

COM Arduino Uno R3 đang kết nối

Hình 2.1.5 Cửa sổ Device Manager Hình 2.1.6 Cổng COM3 của Arduino

Thông thường, Windows sẽ sử dụng lại cổng COM3 để kết nối nên ta không cần thực hiện thêm thao tác tìm cổng COM này ở những lần nạp sau nữa

Bước 3: Nạp chương trình cho arduino uno r3

Trước tiên ta thử nạp chương trình có sẵn trong arduino IDE trước thông qua các thao tác sau

Hình 2.1.7 Thao tác chọn board Arduino đang sử dụng

Chọn board Arduino đúng theo board đang sử dụng, ở đây là Arduino UNO Tiếp theo vào menu Tools -> Serial Port -> chọn cổng Arduino đang kết nối với máy tính

Hình 2.1.8 Chọn cổng COM cho arduino IDE

Hình 2 1.9 Xác nhận cổng COM

Xác nhận cổng COM của Arduino IDE ở góc dưới cùng bên phải cửa sổ làm

việc Tiếp tục vào menu Tools chọn Programmer sau đó chọn AVR ISP

Hình 2.1.10 Cửa sổ chọn AVR ISP

Tiếp theo, ta nạp mã nguồn chương cho arduino uno r3

Hình 2.1.11 Chương trình mẫu của arduino IDE

Ở đây, ta mở mã nguồn Blink có sẵn của Arduino IDE Chương trình này có

chức năng là điều khiển đèn LED 13 màu cam trên mạch Arduino Uno R3 nhấp nháy với chu kì 1 giây

Hình 2.1.12 Cửa sổ chương trình "Blink"

Cuối cùng, ta nạp chương trình bằng cách nhấn đúp chuột vào chổ chỉ của dấu mũi tên để chương trình được nạp vào arduino uno r3

Hình 2.1.13: Cửa sổ nạp chương trình vào Arduino 2.2 MỘT SỐ NÉT KHÁI QUÁT VỀ DẠY HỌC STEM

2.2.1 Cơ sở lý luận

2.2.1.1 Khái niệm STEM

STEM là thuật ngữ viết tắt của các từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học) Sự phát triển

về Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học được mô tả bởi chu trình STEM, trong chu trình đó thì Science là quy trình sáng tạo ra kiến thức khoa học (Quy trình khoa học); Engineering là quy trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ mới nhằm giải quyết các vấn đề (Quy trình kỹ thuật) Toán là công cụ được sử dụng để thu nhận kết quả và chia sẻ kết quả đó với những người khác

Hình 2.2.1 Chu trình STEM

Như vậy, giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhằm trang bị, phát triển các năng lực đặc thù cho học sinh thông qua những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn

Ngoài ra, còn phát triển cho học sinh năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề tạo cho học sinh động lực học tập, tăng sự tích cực và hăng say trong học tập Đây là nhân tố quan trọng giúp học sinh duy trì định hướng nghề nghiệp và sự kiên trì trong các lĩnh vực STEM Giáo dục STEM còn được xem có ảnh hưởng tích cực đến thành công trong học tập và thái độ của học sinh trong trường lớp

2.2.1.2 Các hình thức tổ chức giáo dục STEM

Các hình thức tổ chức giáo dục STEM trong chương trình giáo dục phổ thông gồm:

Hình 2.2.2 Các hình thức STEM

- Dạy học các môn khoa học theo bài học STEM

- Hoạt động trải nghiệm STEM

- Hoạt động nghiên cứu khoa học và sáng tạo khoa học kĩ thuật

Trong đề tài này, tôi đề cập và đi sâu vào hình thức dạy học các môn khoa học theo bài học STEM Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường Bài học theo chủ đề STEM gắn liền với việc giải quyết tương đối trọn vẹn một vấn đề, trong đó học sinh được tổ chức tham gia học tập một cách tích cực, chủ động và biết vận dụng kiến thức vừa học để giải quyết vấn đề đặt

ra, thông qua đó góp phần hình thành phẩt chất năng lực cho học sinh

Giáo viên thiết kế các bài học STEM để triển khai trong quá trình dạy học các môn học thuộc chương trình giáo dục phổ thông theo định hướng tiếp cận

tích hợp nội môn hoặc tích hợp liên môn Nội dung bài học STEM bám sát nội dung chương trình của các môn học nhằm thực hiện chương trình giáo dục phổ thông theo thời lượng quy định của các môn học

Học sinh thực hiện bài học STEM được chủ động nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu học tập để tiếp nhận và vận dụng kiến thức thông qua các hoạt động: lựa chọn giải quyết vấn đề; Thực hành thiết kế, chế tạo thử nghiệm mẫu thiết kế; Chia sẻ, thảo luận, hoàn thiện hoặc điều chỉnh mẫu thiết kế dưới sự hướng dẫn của giáo viên

2.2.2 Quy trình xây dưng bài học STEM

2.2.2.1 Quy trình xây dựng bài học STEM

Bước 1: Lựa chọn nội dung học

Để lựa chọn được nội dung phù hợp ta cần căn cứ vào nội dung kiến thức trong chương trình môn học cũng như và tình hình thực tiễn để xác định chủ đề dạy học phù hợp với nhận thức, khả năng tiếp thu và mức độ hữu ích của chủ đề đối với người học Đồng thời, ở bước này giáo viên cũng cần sử dụng kinh nghiệm, kiến thức cá nhân để đưa ra một vấn đề, tình huống chân thực, gần gũi,

có tính thực tế cao để liên kết với chủ đề STEM định giảng dạy

Bước 2: Xác định vấn đề giải quyết

Sau khi đã lựa chọn được chủ đề STEM và kết nối chủ đề ấy với một vấn đề

đã và đang tồn tại trong thực tế, giáo viên cần xác định cụ thể nhiệm vụ mà học sinh cần giải quyết trong bài học này Đó có thể là nhiệm vụ sử dụng kiến thức

để xác định và giải quyết vấn đề, hoặc vận dụng kĩ năng để kiến tạo sản phẩm

Bước 3: Xây dựng tiêu chí của sản phẩm/ giải pháp giải quyết vấn đề

Các tiêu chí đánh giá kết quả học STEM của học sinh là tiêu chuẩn quan trọng để định hình một hoạt động STEM được coi là thành công Dựa trên những tiêu chí này, học sinh cũng dễ dàng điều chỉnh hoạt động của mình để đáp ứng được những yêu cầu của bài học Đồng thời, giáo viên cũng dễ dàng đánh giá quá trình và kết quả học tập của học sinh

Muốn lập được các tiêu chí đánh giá kết quả học STEM của học sinh một cách chuẩn xác, giáo viên cần xác định rõ mục tiêu chính của bài học và những mục tiêu phụ mong muốn học sinh đạt được

Một số tiêu chí đánh giá kết quả học STEM như:

- Mức độ chuẩn bị cho bài học

- Mức độ đóng góp, đề xuất ý tưởng

- Khả năng thực hiện, triển khai ý tưởng

- Chất lượng của sản phẩm STEM

Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học

Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học được thiết kế theo phương pháp và kĩ thuật dạy học tích cực với các hoạt động học bao hàm các bước của quy trình kĩ thuật Mỗi hoạt động học được thiết kế rõ ràng về mục đích, nội dung, dự kiến sản phẩm học tập mà học sinh phải hoàn thành và cách thức tổ chức hoạt động học tập

Các hoạt động học tập đó có thể được tổ chức cả ở trong và ngoài lớp học Giáo viên có thể định hướng, hỗ trợ hoạt động học tập của học sinh bên ngoài lớp học bằng các bài học điện tử…

2.2.2.2 Quy trình thiết kế tiến trình bài học STEM

Quy trình thiết kế dạy học STEM được thực hiện theo 8 bước, quy trình này quan trọng vì nó cho phép người học thử nghiệm, có thể thất bại, hai điều này tạo cơ hội để người học có thể quay lại và cải thiện ý tưởng ban đầu, cung cấp cho người học những bài học và kinh nghiệm quý giá

Hình 2.2.3 Quy trình thiết kế bài học STEM

Tuy tiến trình bài học STEM tuân thủ theo quy trình thiết kế ở trên, nhưng các bước trong quy trình có thể không cần thực hiện một cách tuần tự mà thực hiện song song, tương hỗ lẫn nhau Hoạt động nghiên cứu kiến thức nền có thể được tổ chức thực hiện đồng thời với việc đề xuất giải pháp; hoạt động chế tạo mẫu có thể được thực hiện đồng thời với thử nghiệm và đánh giá; hoạt động chia

sẻ và thảo luận có thể thực hiện đồng thời với điều chỉnh thiết kế

Mỗi bài học STEM có thể được tổ chức theo 5 hoạt động dưới đây Trong đó, hoạt động 4 và 5 được tổ chức thực hiện một cách linh hoạt ở trong và ngoài lớp học theo nội dung và phạm vi kiến thức của từng bài học.Mỗi hoạt động phải được mô tả rõ mục đích, nội dung, dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh và cách thức tổ chức hoạt động

Nội dung hoạt động có thể được biên soạn thành các mục chứa đựng các thông tin như là nguyên liệu, kèm theo các lệnh hoặc yêu cầu hoạt động để học sinh tìm hiểu để giải quyết vấn đề đặt ra trong các hoạt động; Cách thức tổ chức các hoạt động thể hiện phương pháp dạy học, mô tả cách thức tổ chức từng mục của nội dung hoạt động để học sinh đạt được mục đích tương ứng

Như vậy, ứng với quy trình thiết kế bài học ở trên, có thể khái quát thành 5 hoạt động như sau:

Hoạt động 1: Xác định vấn đề

Giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ học tập chứa đựng vấn đề Trong đó học sinh phải hoàn thành một sản phẩm học tập hoặc giải quyết một vấn đề cụ thể với các tiêu chí đòi hỏi học sinh phải sử dụng kiến thức mới trong bài học để

đề xuất, xây dựng giải pháp Tiêu chí của sản phẩm là yêu cầu hết sức quan trọng, buộc học sinh phải nắm vững kiến thức mới thiết kế, giải thích được thiết

kế cho sản phẩm cần làm

Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp

Tổ chức cho học sinh thực hiện hoạt động trải nghiệm khám phá qua 1 số thí nghiệm hay hệ thống mạch nào đó liên quan đến chủ đề để học sinh có thể đúc kết một giả thuyết

Sau đó, học sinh tiếp tục nghiên cứu tài liệu, xem clip liên quan và tìm hiểu những kiến thức khoa học có liên quan để giải quyết vấn đề

Cuối cùng, để đề xuất được các giải pháp thì học sinh cần thảo luận để cùng nhau đưa ra các ý tưởng, giải pháp liên quan đến chủ đề

tích cực, tăng cường mức độ tự lực tùy thuộc từng đối tượng học sinh dưới sự hướng dẫn một cách linh hoạt của giáo viên Khuyến khích học sinh hoạt động

tự tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩm

Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp

Tổ chức cho học sinh trình bày, giải thích và bảo vệ bản thiết kế kèm theo thuyết minh (sử dụng kiến thức mới và kiến thức đã có); giáo viên nhắc lại các tiêu chí cho sản phẩm, góp ý, chú trọng việc chỉnh sửa và xác thực các thuyết minh của học sinh để học sinh nắm vững kiến thức mới Đồng thời, các nhóm dựa trên các tiêu chí để đánh giá ưu, nhược điểm của giải pháp Cuối cùng là lựa chọn giải pháp

Với hoạt động này, học sinh có thể lên kế hoạch để thực hiện như sau:

+ Phác thảo ý tưởng, giải pháp

+ Lên danh sách các nhiệm vụ dự kiến thực hiện (Lên kế hoạch)

+ Lên danh sách vật liệu cần sử dụng để hoàn thành

+ Phân công nhiệm vụ cho các thành viên

Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá

Tổ chức cho học sinh tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế, kết hợp tiến hành thử nghiệm trong quá trình chế tạo Việc thử nghiệm này có thể lần lượt theo từng thông số, ghi nhận lại số liệu, nếu có thay đổi thì ghi chú lại, ghi cả lí

do thay đổi

Dựa trên các tiêu chí đã đặt ra và kết quả thu nhận được, đưa ra một số đánh giá về mỗi số liệu

Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh

Tổ chức cho học sinh trình bày sản phẩm học tập đã hoàn thành bằng poster, thuyết trình, phòng triển lãm, các nhóm góp ý, ghi nhận phản hồi Tiếp tục học sinh sẽ đánh giá các góp ý, dựa trên những góp ý để lên ý tưởng cải thiện sản phẩm, đưa ra kế hoạch Ở bước này, học sinh có thể nêu cảm nhận về tiết học,

và thực hiện các đánh giá về quá trình học tập: đã làm nội dung gì tốt, chưa tốt

và cần cải thiện điều gì?

2.2.2.3 Một số kĩ thuật bổ trợ cho việc giảng dạy theo quy trình thiết kế bài học

STEM

* Kĩ thuật Think Pair Share

Ở hoạt động 1 và 2 giáo viên có thể sử dụng kĩ thuật thảo luận nhóm Think Pair Share, kĩ thuật này giúp học sinh sử dụng tư duy ở cấp độ cao hơn và biện luận cho ý tưởng của mình

Think: Học sinh được yêu cầu suy nghĩ về một chủ đề

Pair: Học sinh chia sẻ câu trả lời với người bên cạnh, cặp học sinh được yêu cầu nghĩ về câu trả lời “tốt nhất” và giải thích

Share: Học sinh chia sẻ các lựa chọn của nhóm kèm các lý do, biện luận giải thích cho lựa chọn

Với phương pháp này có một số cách thức triển khai như:

Cách 1: Think - Write - Pair – Share

- Học sinh viết ý tưởng cá nhân lên giấy;

- Thảo luận theo cặp;

- Chia sẻ trong nhóm lớn/trước lớp

Cách 2: Chia sẻ ý tưởng của bạn

- Giữ nguyên Think - Pair;

- Chia sẻ ý kiến của bạn mình

Cách 3: Think - Mix - Pair – Share

- Học sinh vừa thực hiện bước Think, vừa di chuyển quanh lớp để “Mix”;

- Khi có hiệu lệnh từ GV “Pair” Học sinh sẽ ghép với người gần mình nhất

để thảo luận và chia sẻ trước lớp

Cách 4: Think - Blog – Respond

- Học sinh suy nghĩ các ý tưởng và chuẩn bị bài viết liên quan chủ đề

- Học sinh tạo bài đăng trên Blog, mạng xã hội

- Ghi nhận lại các phản hồi như tương tác của người xem, bình luận liên quan

* Kĩ thuật Brainstorming

Brainstorming là được sử dụng ở hoạt động số 2 để đề xuất và đưa ra nhiều ý tưởng nhằm

giải quyết một vấn đề

- Các quy tắc chính trong quá trình Brainstorming

+ Tập trung vào số lượng hơn chất lượng;

+ Không chỉ trích, phê bình hoặc chế nhạo;

+ Chuẩn bị đầy đủ các dụng cụ;

+ Thời gian không quá dài;

+ Phát biểu, trình bày ý kiến ngắn gọn, rõ ràng

* Kĩ thuật chế tạo nguyên mẫu

gồm 2 loại là Looks like và Works like

- Looks like: Là những sản phẩm trông giống sản phẩm thật nhưng các bộ phận không thể hoạt động như sản phẩm thật gọi là sản phẩm Looks like

- Works like: Là những sản phẩm có một hoặc nhiều bộ phận thực hiện chức năng giống với sản phẩm thật gọi là sản phẩm

* Kĩ thuật 5W1H

Được dùng cho hoạt động chia sẻ và thảo luận cũng như hoạt động thuyết trình

Hình 2.2.5 Kĩ thuật 5W1H khi chia sẻ, thảo luận và khi thuyết trình

Kĩ thuật 5W1H khi thuyết trình

Trong đó:

What - Cung cấp thông tin về sản phẩm/chủ đề: Sản phẩm/chủ đề là gì? Thứ bạn đang muốn nói đến là gì?

Why: Tại sao bạn lại chế tạo nó? Tại sao nó lại quan trọng?

How: Nó được sử dụng như thế nào?

When - trình bày về thờigian: Khi nào chúng ta sẽ sử dụng nó?

Where - kể về vị trí: Chúng ta sẽ sử dụng nó ở đâu?

Who - Ai là người có thể sử dụng nó? Ai đã làm những công việc này?

Như vậy, tùy theo từng hoạt động mà ta sử dụng các kĩ thuật bổ trợ sao cho phù hợp

2.3 XÂY DỰNG CHỦ ĐỀ DẠY HỌC STEM CỤ THỂ

Với chủ đề dạy học STEM “HỆ THỐNG SỬ DỤNG CẢM BIẾN VẬT CẢN

Hiện nay, các mạch điện tử được sử dụng rất nhiều trong cuộc sống, các mạch điện tử này không những giúp con người giảm thời gian lao động tay chân

mà còn nâng cao năng suất lao động và chất lượng sản phẩm

Trong chủ đề này, học sinh sẽ thực hiện dự án thiết kế và chế tạo một mạch điều khiển sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại cùng với sự trợ giúp của mạch Arduino để tạo ra sản phẩm đơn giản phục vụ nhu cầu thực tế trong cuộc sống Theo đó, học sinh phải tìm hiểu và chiếm lĩnh các kiến thức mới:

- Khái niệm và sơ đồ khối của mạch điện tử điều khiển (Bài 13 – Công nghệ 12)

- Công dụng và phân loại mạch điện tử điều khiển (Bài 13 – Công nghệ 12)

- Khái niệm về mạch điều khiển tín hiệu (Bài 14 – Công nghệ 12)

- Các khối cơ bản của mạch điều khiển tín hiệu (Bài 14 – Công nghệ 12) Đồng thời, học sinh phải vận dụng các kiến thức của môn học liên quan như:

- Các linh kiện điện tử ở chương I Công Nghệ 12

- Kiến thức về lập trình trong ngôn ngữ lập trình C++ ở môn Tin học 11

- Kiến thức về định luật ôm ở môn Vật Lý 11

- Các kiến thức về tính toán (Toán học)

III Mục tiêu

Sau khi hoàn thành chủ đề này, học sinh có khả năng:

a Kiến thức

- Trình bày được khái niệm và sơ đồ khối của mạch điện tử điều khiển

- Nắm được công dụng và các khối cơ bản của mạch điều khiển tín hiệu

- Hiểu được các lệnh cơ bản, nội dung code nạp cho mạch Arduino điều khiển

– Yêu thích môn học, thích khám phá, tìm tòi và vận dụng các kiến thức học được vào giải quyết các vấn đề thực tiễn cuộc sống;

– Có ý thức tuân thủ các tiêu chuẩn kĩ thuật

d Định hướng phát triển năng lực:

– Năng lực nghiên cứu kiến thức khoa học và thực nghiệm về nguồn điện, một số loại cảm biến, mạch Arduino

– Năng lực giải quyết vấn đề, cụ thể chế tạo được hệ thống sử dụng cảm biến như hệ thống đếm, hệ thống cánh báo chống trộm

– Năng lực giao tiếp và hợp tác nhóm để thống nhất bản thiết kế và phân công thực hiện từng phần nhiệm vụ cụ thể tạo ra sản phẩm hệ thống sử dụng cảm biến phục vụ cho gia đình, cuộc sống

- Học sinh nhận thấy được sự cần thiết và ý nghĩa của hệ thống sử dụng cảm biến thông minh đối với cuộc sống của bản thân từ thực tiễn quan sát được;

- Học sinh bước đầu có sự tự tin trước khi bắt tay vào triển khai dự án;

- Học sinh tiếp nhận được nhiệm vụ thiết kế: hệ thống sử dụng cảm biến vật

cản hồng ngoại, ghi nhận được các tiêu chí của sản phẩm và các tiêu chí đánh

giá sản phẩm này (Học sinh xác định rõ nhiệm vụ mình cần phải làm là một hệ

thống sử dụng cảm biến, Hệ thống thỏa mãn những tiêu chí giáo viên đưa ra và mức độ hoàn thành sản phẩm sẽ được đánh giá theo bảng tiêu chí đánh giá)

b) Nội dung

– Giáo viên tổ chức cho học sinh làm thí nghiệm khám phá: lắp ráp một hệ thống đếm thông minh sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại, còi và mạch Arduino dựa trên sơ đồ nối dây mà giáo viên phát cho học sinh Sau đó, cho học sinh tiến hành thí nghiệm và quan sát hệ thống Học sinh ghi chép quá trình hiển thị của màn hình LCD, đèn led, còi báo cũng như nguyên lý làm việc của hệ thống Thông qua việc ghi chép và nhận xét, học sinh bước đầu hình thành được những hiểu biết ban đầu về mạch điện tử điều khiển, mạch điều khiển tín hiệu,

về các linh kiện trong hệ thống đặc biệt là nhiệm vụ của Arduino trong hệ thống – Từ thí nghiệm khám phá trên, giáo viên tổ chức cho học sinh thảo luận để hình thành các ý tưởng mới bằng cách tạo ra những hệ thống khác có các ứng dụng trong cuộc sống trên cơ sở sử dụng các linh kiện đã có (phần code sẽ do giáo viên hướng dẫn cụ thể, hỗ trợ)

Giáo viên hướng dẫn học sinh về tiến trình dự án gồm các bước:

+ Bước 1 Nhận nhiệm vụ

+ Bước 2 Tìm hiểu kiến thức kĩ năng liên quan

+ Bước 3 Lập bản phương án thiết kế và báo cáo

+ Bước 4 Làm sản phẩm

▪ Bước 5 Báo cáo và đánh giá sản phẩm

Giáo viên giao nhiệm vụ cho học sinh thực hiện một dự án học tập “Thiết kế

hệ thống sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại” dựa trên những kiến thức,

nguyên lý về mạch điện tử điều khiển, mạch điều khiển tín hiệu mà học sinh đã tìm hiểu từ hoạt động thí nghiệm

Kết quả thảo luận, phân công nhiệm vụ của thành viên trong nhóm được ghi vào Phiếu học tập và Bản ghi chép nhiệm vụ của nhóm

– Các bản tiêu chí: (1) đánh giá bản thiết kế, (2) đánh giá sản phẩm thiết kế, (3) đánh giá kế hoạch triển khai dự án được giáo viên tự thiết kế khi xây dựng chủ đề dạy học, trước khi triển khai trong giờ dạy trên lớp Trong hoạt động này, giáo viên giải thích và thống nhất để học sinh hiểu được yêu cầu và nội dung của các nhiệm vụ gắn với các bản tiêu chí đã nêu

C Dự kiến sản phẩm của hoạt động

Kết thúc hoạt động, học sinh cần đạt được các sản phẩm sau:

- Một bảng kết quả ghi các khối cơ bản của hệ thống, quá trình hiển thị của đèn, còi báo, màn hình hiển thị LCD và nguyên lý làm việc của hệ thống;

- Một bản phân công nhiệm vụ của các thành viên trong nhóm theo phiếu học tập số 1

- Bảng tiêu chí đánh giá bản thiết kế sản phẩm và bảng tiêu chí đánh giá sản

phẩm hệ thống sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại của mỗi nhóm và của các

nhóm đánh giá cho nhau

- Kế hoạch thực hiện dự án với các mốc thời gian và nhiệm vụ rõ ràng

D Cách thức tổ chức hoạt động:

Bước 1 Đặt vấn đề

Giáo viên nêu câu hỏi đặt vấn đề:

Cho học sinh xem video về quá trình đếm số lượng sản phẩm bao gạo để học sinh có thể nhận thấy rõ mối liên hệ của dự án học tập với thực tiễn cuộc sống Sau đó, giáo viên nêu câu hỏi: Các em có biết để đếm số lượng sản phẩm chính xác ta cần những linh kiện gì không?

Để trả lời cho câu hỏi này chúng ta sẽ cùng thực hiện thí nghiệm sau

Bước 2 Học sinh làm thí nghiệm khám phá kiến thức

- Giáo viên tổ chức chia nhóm Học sinh theo từng nhóm thống nhất vai trò, nhiệm vụ của các thành viên trong nhóm;

- Giáo viên nêu rõ những yêu cầu cho học sinh khi làm thí nghiệm khám phá (Lắp một hệ thống đếm thông minh theo sơ đồ giáo viên cung cấp gồm các linh kiện như: cảm biến hồng ngoại, mạch Arduino, màn hình LCD, đèn led, chuông, pin 9v (nguồn)) Sau đó, cho học sinh điều chỉnh nút vặn của cảm biến để thay đổi khoảng cách xa, gần cho cảm biến và theo dõi màn hình hiển thị, còi báo, đèn …

- Mỗi nhóm sẽ nhận được một số vật liệu và dụng cụ gồm: một cảm biến hồng ngoại, một mạch Arduino, một bo mạch thử, dây nối (bus), một màn hình LCD, một đèn led, một còi báo, pin 9v (nguồn), đế pin (Những vật liệu này đã được giáo viên chuẩn bị từ trước và phân chia theo từng nhóm)

Lưu ý: pin và đế pin giáo viên sẽ phát sau khi giáo viên và các nhóm kiểm tra kĩ sơ đồ nối dây

- Giáo viên phát cho các nhóm học sinh “Phiếu hướng dẫn tự làm thí nghiệm” và bảng ghi kết quả thí nghiệm theo phiếu học tập số 2:

Bước 1: Lắp mạch điện theo sơ đồ và kiểm tra dây nối giữa Arduino và các

chân của linh kiện

Hình 2.2.6 Sơ đồ nối dây của hệ thống đếm Bước 2 Nhóm trưởng kiểm tra lại sơ đồ đi dây lần nữa và cấp nguồn cho hệ

Màn hình

hiển thị LCD

Đèn led

Còi báo

Bước 3 Giao nhiệm vụ cho học sinh và xác lập tiêu chí đánh giá sản phẩm

Giáo viên nêu vấn đề: Với nguyên lý làm việc của hệ thống và chức năng của từng linh kiện như em đã biết qua tìm hiểu, khám phá Theo các em, nếu trên cơ

sở là các linh kiện như đã có thì chúng ta có thể ứng dụng để tạo ra các hệ thống khác để phục vụ cho nhu cầu cuộc sống hay không?

Giáo viên nêu yêu cầu về dự án: Căn cứ vào nguyên lí thiết kế mạch điện như trên, thầy/cô muốn “đặt hàng” với các em sản phẩm như sau:

Các nhóm “chào hàng cạnh tranh” cho giáo viên – với tư cách là một nhà đầu

tư và cung cấp linh kiện để sản xuất hệ thống ứng dụng cảm biến thông minh phục vụ cho đời sống Nhóm nào có thiết kế và sản phẩm hoạt động tốt với giá thành sản xuất hợp lí sẽ được “nhà đầu tư” rót vốn để sản xuất và kinh doanh Theo đó, sản phẩm của các nhóm cần thoả mãn một số tiêu chí cơ bản sau:

- Chỉ sử dụng các thiết bị, linh kiện giáo viên cung cấp (còn các đồ dùng để làm mô hình thì các nhóm tự chuẩn bị);

- Tận dụng được công dụng của các linh kiện và sản phẩm có tính ứng dụng thực tế cao;

- Hệ thống của sản phẩm được đấu nối hợp lý, gọn, đẹp;

- Chi phí sản xuất hợp lí

Với các tiêu chí như trên, khi các nhóm chào hàng về hệ thống và ứng dụng của hệ thống trong cuộc sống thì sẽ được “nhà đầu tư” đánh giá theo Phiếu đánh giá số 1

Phiếu đánh giá số 1 Bảng tiêu chí đánh giá sản phẩm ban đầu STT Hệ thống sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại Điểm tối đa

1 Sử dụng 100% các thiết bị, linh kiện cung cấp 1

2 Có tính mới, tính khả thi của hệ thống trên thực tế

cao

2

3 Mạch điện được đấu nối đúng nguyên lí, chắc chắn,

an toàn và hệ thống dây dẫn tối ưu, mô hình đẹp

Bước 4 GV thống nhất kế hoạch triển khai tiếp theo

* Giáo viên thống nhất tiến trình bài học

- Giáo viên đặt vấn đề: Để hoàn thành hiệu quả nhiệm vụ học tập của dự án

này, cần thực hiện theo tiến trình như thế nào? Giáo viên thống nhất cùng học

sinh kế hoạch dự án

- Với học sinh chưa quen làm dự án, giáo viên thông báo tiến trình và hướng

dẫn học sinh Đối với học sinh đã có kinh nghiệm thực hiện dự án, giáo viên yêu cầu học sinh tự đề xuất các công việc và phân phối thời gian trong dự án

Trên lớp, Kế hoạch

dự án, phân nhóm, bầu nhóm trưởng

2 Hoạt động 2: Nghiên cứu

kiến thức cần thiết có liên

quan để phục vụ cho việc

thiết kế và chế tạo sản phẩm

(kiến thức nền); chuẩn bị bản

thiết kế sản phẩm để báo cáo

1 tuần học sinh làm việc

theo nhóm, ngoài giờ lên lớp

5 Hoạt động 3: Báo cáo

phương án thiết kế

45 phút (Tiết 2)

học sinh báo cáo tại lớp

6 Hoạt động 4: Chế tạo, thử

nghiệm sản phẩm

1 tuần học sinh làm việc

theo nhóm ngoài giờ lên lớp

7 Hoạt động 5: Chào hàng

sản phẩm (Báo cáo sản

phẩm)

45 phút (Tiết 3)

học sinh báo cáo tại lớp

- Giáo viên nhấn mạnh là các nhóm có 1 tuần tiếp theo để nghiên cứu kiến

thức liên quan, (Xem Hồ sơ học tập của nhóm với các bài tập hướng dẫn học

1 Trình bày bản thiết kế sơ đồ khối của hệ thống

đếm và mô hình sản phẩm rõ ràng, đúng nguyên lí

2 Giải thích rõ nguyên lí hoạt động của hệ thống 3

3 Nêu rõ được vai trò, chức năng các bộ phận của

hệ thống như cảm biến, đèn, chuông, Arduino

(HS tự học, tự nghiên cứu và xây dựng bản thiết kế ở nhà trong 1 tuần)

A Mục đích:

Sau hoạt động này, HS có khả năng

1 Trình bày được khái niệm, công dụng của mạch điện tử điều khiển, mạch điều khiển tín hiệu cũng như sơ đồ khối của mạch điều khiển tín hiệu nói chung

2 Phân tích được các linh kiện sử dụng trong của hệ thống đếm và đề xuất phương án thiết kế hệ thống sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại hiệu quả;

3 Lựa chọn những kiến thức liên quan đến hệ thống và có thể vận dụng được

để thực hiện nhiệm vụ thiết kế hệ thống của nhóm mình

B Nội dung:

Từ yêu cầu tiêu chí đánh giá sản phẩm, học sinh tự tìm hiểu các kiến thức nền liên quan từ sách giáo khoa, tài liệu tham khảo hay tìm hiểu trên internet nhằm hoàn thành câu hỏi, bài tập được giao và từ đó có kiến thức để thiết kế,

chế tạo hệ thống sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại

Học sinh sẽ trình bày những kiến thức mình tự học được thông qua việc trình bày báo cáo và bảo vệ bản thiết kế sản phẩm đáp ứng các tiêu chí đánh giá trong Phiếu đánh giá số 4

C Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh:

Kết thúc hoạt động, học sinh cần đạt được các sản phẩm sau:

- Bản ghi chép những kiến thức nền về mạch điện tử điều khiển, mạch điều khiển tín hiệu;

- Hồ sơ thiết kế:

+ Sơ đồ mạch điện bao gồm chú giải chi tiết đối với từng thành phần của mạch điện cho hệ thống của nhóm trong vở và trong hồ sơ học tập của nhóm + Bản thiết kế mô hình sản phẩm (hình dáng, kích thước, cấu tạo….)của hệ thống và danh mục vật liệu đi kèm

Bản thiết kế này được trình bày trên giấy A0 hoặc trên PowerPoint

D Cách thức tổ chức hoạt động:

- Chuyển giao nhiệm vụ:

Học sinh theo nhóm tự đọc bài 13, 14 SGK Công Nghệ 12 và hoàn thành câu hỏi, bài tập trong Hồ sơ học tập của nhóm Các cá nhân hoàn thành nội dung các phiếu trước khi thảo luận để ghi kết quả vào hồ sơ chung của nhóm

* Lưu ý: Giáo viên có thể sử dụng hệ thống câu hỏi định hướng (phiếu học tập 3,4 trong hồ sơ học tập) để gợi ý học sinh nghiên cứu các vấn đề trọng tâm hoặc

sử dụng hệ thống câu hỏi này để trao đổi trong buổi báo cáo hệ thống

Mỗi thành viên vẽ ít nhất 1 ý tưởng thiết kế sản phẩm Sau đó thảo luận, chọn

ý tưởng và lập bản báo cáo

- Thực hiện nhiệm vụ:

Bước 1: Mỗi thành viên vẽ ít nhất 1 ý tưởng thiết kế sản phẩm Cập nhật vào

nhật kí cá nhân

Bước 2: Các thành viên thảo luận tất cả các ý tưởng của các thành viên và lựa

chọn 1 ý tưởng tốt nhất Vẽ vào nhật kí học tập của nhóm

Bước 3: Vẽ phác hoạ thiết kế của sản phẩm Để làm được bước này, học sinh

cần:

+ Vận dụng kiến thức về mạch điều khiển tín hiệu và một số kiến thức đã tìm hiểu được, sau đó làm việc theo nhóm để vẽ sơ đồ chi tiết mạch điện cho hệ thống của nhóm (ghi rõ thông tin các phần tử trong mạch) ; hình vẽ sản phẩm của hệ thống đi kèm các thông số (hình dáng, kích thước, vật liệu… dự kiến) Ngoài ra, học sinh trao đổi và tìm sự hỗ trợ của giáo viên các bộ môn liên quan (nếu cần) như sau:

Giáo viên hướng dẫn học sinh cách đọc tài liệu, đọc sách giáo khoa, tìm kiếm thêm tài liệu từ các nguồn thông tin khác nhau như xem lại kiến thức về mạch điện trong Vật lý 10, thuật toán trong Tin học 11, phần vẽ kĩ thuật trong Công Nghệ 11, các linh kiện điện tử trong Công nghệ 12 Kết nối học sinh với những giáo viên bộ môn khác để hỗ trợ học sinh khi cần thiết Giáo viên yêu cầu học sinh ghi những kiến thức cơ bản vào vở

Giáo viên hỗ trợ, gợi ý học sinh những ý tưởng về mặt nguyên lí (sơ đồ mạch điện), ý tưởng thiết kế sản phẩm và cuối cùng sau khi có ý tưởng, giáo viên có thể hỗ trợ học sinh hoàn thiện code nạp cho arduino Khuyến khích học sinh nêu thắc mắc và hỗ trợ học sinh tìm hiểu, giải đáp thắc mắc

- Báo cáo thảo luận, kết quả, nhận định:

Các nhóm tự bố trí thời gian hợp lý trong tuần để thảo luận Quá trình trao đổi, thảo luận nhóm và thống nhất có chụp hình lại làm minh chứng trong hồ sơ học tập (Phiếu học tập số 5)

Quá trình thảo luận có thể thực hiện trực tiếp hoặc online qua team, zoom… Sau khi thảo luận, thống nhất ý kiến, học sinh tự hoàn thiện bản báo cáo về

thiết kế hệ thống sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại của nhóm trên giấy A0

hoặc bằng bài trình bày trên PowerPoint và tập luyện cách thức trình bày; chuẩn

bị câu hỏi và câu trả lời để bảo vệ quan điểm của nhóm

Hoạt động 3 TRÌNH BÀY VÀ BẢO VỆ GIẢI PHÁP

HỆ THỐNG SỬ DỤNG CẢM BIẾN HỒNG NGOẠI

(Tiết 2 – 45 phút)

A Mục đích:

Sau hoạt động này, HS có khả năng:

- Trình bày được khái niệm, công dụng mạch điện tử điều khiển, mạch điều khiển tín hiệu cũng như sơ đồ khối của mạch điều khiển tín hiệu thông qua việc báo cáo bản thiết kế hệ thống sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại đã thống nhất của nhóm và giải thích nguyên lí hoạt động của hệ thống này

- Thông qua các hoạt động phản biện, vấn đáp, giáo viên giúp học sinh nhận

ra những sai lầm (nếu có) khi tự nghiên cứu kiến thức nền hoặc củng cố giúp học sinh hiểu rõ hơn về việc ứng dụng kiến thức nền trong việc thiết kế sơ đồ của hệ thống Giáo viên cần chỉ rõ và khẳng định lại những kiến thức nền quan trọng trước cả lớp; giáo viên gợi ý để học sinh có thể có ý tưởng về điều chỉnh, cải tiến bản thiết kế phù hợp với những nhận thức đúng đắn về kiến thức nền

- Học sinh thực hành được kỹ năng thiết kế và thuyết trình, phản biện; hình thành ý thức về cải tiến, phát triển bản thiết kế sản phẩm

B Nội dung:

- Giáo viên yêu cầu các nhóm lần lượt trình bày phương án thiết kế (đã chuẩn

bị ở nhà) và giải thích nguyên lí hoạt động của mạch điện đã được thiết kế;

- Giáo viên tổ chức học sinh thảo luận, bình luận, nêu câu hỏi và bảo vệ ý kiến về bản thiết kế; tiếp thu và điều chỉnh bản thiết kế (nếu cần);

- Giáo viên chuẩn hoá các kiến thức nền liên quan cho học sinh; yêu cầu học sinh chỉnh sửa, ghi lại các kiến thức này vào vở

C Dự kiến sản phẩm hoạt động của học sinh:

Kết thúc hoạt động, học sinh cần đạt được các sản phẩm sau:

- Hồ sơ thiết kế hệ thống đã hoàn thiện theo góp ý

- Bài ghi kiến thức liên quan được chuẩn hoá trong vở của học sinh

D Cách thức tổ chức hoạt động:

Bước 1 Tổ chức báo cáo

- Giáo viên thông báo tiến trình của buổi báo cáo

+ Thời gian báo cáo của mỗi nhóm: 3 phút

+ Thời gian đặt câu hỏi và trao đổi: 3 phút

+ Trong khi nhóm bạn báo cáo, mỗi học sinh ghi chú về ý kiến nhận xét và đặt câu hỏi tương ứng

- Giáo viên thông báo về các tiêu chí đánh giá cho bản thiết kế

*** Giáo viên có thể hướng dẫn học sinh sử dụng bảng tiêu chí đánh giá để

đánh giá nhóm khác

Bước 2 Báo cáo

- Nhóm học sinh báo cáo, ghi nhận và trả lời câu hỏi phản biện

- Giáo viên nhận xét

- Giáo viên sử dụng phiếu đánh giá để đánh giá phần trình bày của học sinh

***Một số phương án thiết kế hệ thống sử dụng cảm biến vật cản hồng ngoại dự kiến

- Hệ thống thông báo khi có người vào cửa

- Hệ thống đếm số xe ở cổng trường

- Hệ thống đếm số hành khách lên, xuống xe

- Hệ thống cảnh báo chống trộm khi trời tối

- Hệ thống trông coi trẻ khi ra ngoài cửa hoặc khu vực không an toàn

thêm ý kiến tư vấn của giáo viên bộ môn (nếu thấy cần thiết)

Giáo viên thông báo nhiệm vụ hoạt động học tập kế tiếp: thi công và báo cáo sản phẩm

Phiếu đánh giá số 3 Bảng tiêu chí đánh giá hoạt động báo cáo phương án thiết kế