Hướng dẫn học sinh thiết kế mô hình robot trên xe điều khiển, để chăm bệnh nhân covid 19 trong khu cách ly

Những thuận lợi trong việc hướng dẫn học sinh thiết kế mô hình robot.. Giáo viên bộ môn Công nghệ đã ứng dụng Stem như một hình thức, phương pháp dạy học phổ biến, hướng học sinh tới việ

ĐỀ TÀI:

Hư ớ ng d ẫ n h ọ c sinh thi ế t k ế mô hình robot trên xe đi ề u khi ể n, đ ể chăm b ệ nh

nhân C ovid - trong 19 khu cách ly

Lĩnh vực : Vật lý - Công nghệ

Tác giả: Nguyễn Thị Thu Hằng

Vinh, 202 3

M Ụ C L Ụ C

CHƯƠNG I M Ở Đ Ầ U 0

- ii -

1 Lý do chọn đề tài 0

2 Tính mới, đóng góp đề tài 3

3 Đối tượng nghiên cứu 4

4 Phương pháp nghiên cứu 4

4.1 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm 4

4.2 Phương pháp mô hình hóa 5

CHƯƠNG II MÔ HÌNH ROBOT TRÊN XE ĐIỀU KHIỂN 9

1 Cơ sở lý luận 9

1.1 Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018 9

1.2 Giáo dục Stem: 10

1.3 Robot là gì: 10

2 Cơ sở thực tiễn: 10

2.1 Những thuận lợi trong việc hướng dẫn học sinh thiết kế mô hình robot 14 2.2 Những khó khăn trong việc hướng dẫn học sinh thiết kế mô hình robot 16 2.3 Một số biện pháp thiết kế mô hình robot giúp học sinh hứng thú sáng tạo16 3 Thực nghiệm sư phạm: 19

3.1 Thực nghiệm số 1 19

3.2 Bài thực nghiệm số 2 21

CHƯƠNG III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 25

1 Kết luận 25

2 Kiến nghị 25

DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 27

PHỤ LỤC 27

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH Trang Hình 1.1 Giao tiếp trực tiếp bác sỹ với bệnh nhân 2

Hình 1.2 Hình ảnh bác sỹ đang làm nhiệm vụ trong khu cách ly 3

Hình 1.3 Sơ đồ kết nối bộ xử lý trung tâm 6

- iii -

Hình 1.4 Hình ảnh hướng dẫn học sinh chế tạo phần gắp robot 6

Hình 1.5 Mô hình robot gắp sản phẩm 7

Hình 1.6 Sơ đồ kích thước trục quay chính 7

Hình 1.7 Mạch điện tử Arduino 7

Hình 1.8 Mô hình robot xe di chuyển 8

Hình 1.9 Mô hình robot sau khi thiết kế hoàn thiện 8

Hinh 2.1 Bác sỹ chăm sóc bệnh nhân tại giường bệnh 14

Hinh 2.2 Cánh tay robot hỗ trợ bệnh nhân rất tiện lợi, an toàn 15

Hình 2.3 Biểu đồ tỉ lệ xếp loại kết quả kiểm tra bài thực nghiệm số 1 21

Hình 2.4 Biểu đồ tỉ lệ xếp loại kết quả kiểm tra bài thực nghiệm số 2 23

Bảng 3.1 Kết quả kiểm tra bài thực nghiệm số 1 21

Bảng 3.2 Kết quả kiểm tra bài thực nghiệm số 2 22

Bảng 3.3 Tỉ lệ xếp loại kết quả bài kiểm tra thực nghiệm số 2 23

KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

CHƯƠNG I MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Trong ba năm vừa qua, thế giới và Việt Nam đã và đang phải đương đầu, vượt qua cú sốc mang tên “ Đại dịch Covid-19” Khởi phát từ thành phố Vũ Hán (tỉnh Hồ Bắc, Trung Quốc) vào đầu tháng 12-2019, dịch bệnh viêm phổi cấp do virus Corona chủng mới (SARS-CoV-2) gây ra đã làm cuộc sống của người dân toàn cầu bị đảo lộn bởi tính chất nguy hiểm và tốc độ lây lan chưa từng có của nó Đại dịch toàn cầu

đã tạo ra những xáo trộn trên toàn bộ phương diện trong đời sống xã hội : kinh tế, văn hóa, giáo dục… Đặc biệt, dịch bệnh Covid-19 gây nên áp lực vô cùng lớn đối với ngành y tế Covid-19 đã và đang khiến hệ thống y tế ở các quốc gia trở nên quá tải, mọi nguồn lực y tế phải dành cho công tác phòng chống dịch, đồng nghĩa với việc tiếp cận dịch vụ chăm sóc các vấn đề sức khỏe khác bị ảnh hưởng nặng nề Đây

là vấn đề đáng quan ngại bởi ngay cả trước đại dịch, ước tính vẫn có ít nhất một nửa trong tổng số 7,8 tỷ người trên thế giới chưa được tiếp cận đầy đủ với các dịch vụ y

tế thiết yếu Vậy, làm thế nào để giải quyết sự quá tải về nguồn lực y tế trong bối cảnh dịch bệnh hoành hành? Đó là một bài toán cần đặt ra để được giải quyết

Việt Nam thiết lập nên hệ thống khu cách ly trên toàn bộ đất nước nhằm thực hiện công tác phòng, chống Covid-19 Cách ly tại cơ sở y tế được áp dụng với những người nhiễm hoặc nghi nhiễm Covid-19 Ngay khi phát hiện, họ sẽ được cách ly để điều trị Các cơ sở y tế đều quy định hạn chế người nuôi bệnh, không thăm bệnh, phòng ngừa tối đa nguy cơ lây nhiễm dịch bệnh Covid-19, hạn chế tụ tập đông người Tuy nhiên, có nhiều bệnh nhân nội trú nặng, bị hạn chế khả năng vận động, không thể tự thực hiện các sinh hoạt cá nhân , bưng bê các đồ dùng cá nhân cần thiết… Chính vì thế, ngành y tế phải gia tăng khối lượng làm việc của các nhân viên y tế trong khi số lượng người không đủ Sự thiếu hụt về mặt nhân lực trong công cuộc phòng chống dịch bệnh là một trong những trở ngại mà ngành y tế Việt Nam phải đối mặt trong công cuộc phòng chống dịch bệnh Điều này đòi hỏi phải tìm ra công

cụ, thiết bị hỗ trợ đắc lực để khắc phục tình trạng này

Hiện nay, thế giới và đất nước Việt Nam đang sống trong thời đại 4.0 Đây là

kỷ nguyên phát triển của khoa học công nghệ Tất cả chúng ta đều cảm nhận được

sự tác động của khoa học công nghệ lên các ngành nghề, các lĩnh vực, trong đó có ngành y tế Y tế Việt Nam cũng không nằm ngoài xu thế chuyển đổi số của thời đại Ngành Y tế của Việt Nam đang xây dựng hệ thống y tế thông minh Kể từ năm 2018, ngành Y tế đặt ra kế hoạch triển khai các công nghệ số trong 3 trụ cột chính: phòng bệnh thông minh; khám và điều trị thông minh; quản lý thông minh Các bệnh viện lớn ở Việt Nam đã bắt đầu xây dựng và triển khai mô hình Phòng khám thông minh

Để xây dựng được hệ thống y tế thông minh thì sự có mặt của hệ thống robot là một điều cần thiết

Robot là một trong những phát minh vĩ đại của con người từ gần 100 năm qua

và không ngừng được phát triển để ngày càng thông minh hơn, hữu ích hơn và an toàn hơn Với sự phát triển của khoa học công nghệ, các nước, các nền công nghiệp trên toàn thế giới đang chạy đua để cải tiến và chế tạo ra những robot hiện đại nhất cho mọi lĩnh vực trong cuộc sống và phục vụ sản xuất Với sự tiến bộ vượt bậc trong

y học, đất nước ta đã và đang ứng dụng các công nghệ hiện đại trong khám chữa bệnh Trong đó, sử dụng hệ thống robot trong y tế là một trong những công nghệ được ứng dụng Việc sử dụng những hệ thống robot sẽ nâng cao chất lượng phục vụ

và giúp việc chữa bệnh được nhanh chóng Điều này còn giúp giảm thiểu áp lực các nhân viên y tế, bác sĩ trong việc quản lý sự lây nhiễm trong môi trường bệnh viện, khu cách ly

Một trong những mục tiêu quan trọng của Chương trình giáo dục phổ thông 2018: “Giáo dục trung học phổ thông nhằm giúp học sinh củng cố và phát triển những kết quả của giáo dục trung học cơ sở, hoàn thiện học vấn phổ thông và có những hiểu biết thông thường về kỹ thuật và hướng nghiệp” Để đáp ứng yêu cầu giảng dạy kỹ thuật, hướng nghiệp ở cấp THPT thì việc dạy học theo định hướng Stem là điều thiết yếu Stem là mô hình dạy học phổ biến đối với nền giáo dục Việt Nam trong những năm gần đây Đây là phương thức giáo dục tích hợp liên môn, trong đó các bài học được xây dựng theo chủ đề, nhằm lồng ghép kiến thức khoa học, công nghệ và toán học, hướng đến sự vận dụng kỹ thuật, khoa học công nghệ trong việc giải quyết các vấn đề cụ thể Giáo dục Stem giúp học sinh không chỉ hiểu biết về nguyên lý mà còn có thể áp dụng để thực hành và tạo ra được những sản phẩm có thể phục vụ cho cuộc sống hằng ngày Đây là một mô hình dạy học rất quan trọng, rất được quan tâm trong việc dạy học bộ môn Công nghệ Giáo viên bộ môn Công nghệ đã ứng dụng Stem như một hình thức, phương pháp dạy học phổ biến, hướng học sinh tới việc tạo lập nên những mô hình, công cụ, thiết bị phù hợp với thực tiễn cuộc sống, giúp ích cho sự phát triển của cộng đồng, xã hội Và một trong những sản phẩm học tập mà người dạy bộ môn này thường yêu cầu học sinh thực hiện chính là việc sáng chế ra mô hình robot hữu dụng

2

Hình 1.1 Giao tiếp trực tiếp bác sỹ với bệnh nhân

Hình 1.2 Hình ảnh bác sỹ đang làm nhiệm vụ trong khu cách ly

Chia sẻ về lần đầu tiên thực hiện nhiệm vụ chăm sóc và điều trị bệnh nhân nhiễm Covid-19, điều dưỡng Nguyễn Thanh Tùng (sinh năm 1988) cho biết: “Những ngày đầu nhận nhiệm vụ tại khu cách ly, tôi không khỏi lo lắng, áp lực Tại đây, có lúc cao điểm, chúng tôi tiếp nhận gần 200 bệnh nhân/ngày Nhiều hôm, cả kíp trực phải tất bật xuyên đêm thực hiện khử khuẩn, thu thập thông tin, xếp phòng, kiểm tra, theo dõi bệnh nhân… Xong việc trời cũng vừa sáng, cơ thể rã rời vì phải làm việc liên tục nhiều giờ đồng hồ trong bộ quần áo bảo hộ cộng thêm cường độ, áp lực lớn của nhiệm vụ, nhưng chúng tôi ai nấy đều rất nỗ lực, chỉ mong giúp đỡ, đảm bảo an toàn cho bệnh nhân”

Chỉ với 19 nhân viên y tế và 21 tình nguyện viên phải phục vụ thường xuyên cho hơn 500 bệnh nhân mỗi ngày, các y bác sĩ luôn hết lòng vì bệnh nhân, luôn sẵn sàng có mặt bất kể giờ giấc khi bệnh nhân cần Sự nỗ lực của đội ngũ cán bộ, nhân viên y tế tại Khu cách ly đã góp phần đem lại những kết quả tích cực cho công tác phòng, chống dịch trên địa bàn Đến nay, Khu cách ly đã điều trị khỏi và hoàn tất thủ tục xuất viện cho 1.123 bệnh nhân

Trong thời điểm này cơ sở y tế đều quy định hạn chế người nuôi bệnh, không thăm bệnh, phòng ngừa tối đa nguy cơ lây nhiễm dịch bệnh Covid-19, hạn chế tụ tập đông người Tuy nhiên, bệnh nhân nội trú nặng, bị hạn chế khả năng vận động, không thể tự thực hiện các sinh hoạt cá nhân , bưng bê các đồ dùng cá nhân cần thiết…vv

Từ những lí do trên, tôi quyết định chọn đề tài sáng kiến: “Hướng dẫn học sinh thiết kế mô hình robot trên xe điều khiển, chăm bệnh nhân Covid -19 trong khu cách ly "

2 Tính mới, đóng góp đề tài

- Việc hướng dẫn học sinh thiết kế mô hình robot trên xe điều khiển để chăm sóc bệnh nhân mắc Covid-19 trong khu cách ly đáp ứng được yêu cầu đổi mới của Chương trình giáo dục phổ thông 2018: Hình thành và phát triển năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo, phù hợp với việc dạy học định hướng nghề nghiệp và thích ứng với tình hình đất nước

- Đã xây dựng và triển khai hiệu quả các nội dung sau:

+ Đề xuất được các biện pháp có tính khả thi, mới mẻ, theo định hướng phát triển năng lực trong việc hướng dẫn học sinh thiết kế mô hình robot trên xe điều khiển để chăm sóc bệnh nhân mắc Covid-19 trong khu cách li

4

+ Xây dựng được ý tưởng và kế hoạch dạy học chi tiết cho việc thực hiện hoạt động thiết kế mô hình robot trên xe điều khiển để chăm sóc bệnh nhân mắc Covid-

19 trong khu cách li

+ Giúp các em học sinh thiết kế robot đặt trên khung xe điều khiển và di chuyển dễ dàng, các em yêu thích và có hứng thú khi nghiên cứu và tiếp xúc với cấu tạo robot tự do, các em tìm tòi, khám phá và hướng tới có thể thay thế các

bộ điều khiển của các công ty nước ngoài và xây dựng thuật điều khiển tối ưu cho các đối tượng sản xuất, mà các đối tượng này thích hợp với điều kiện sản xuất ở nước ta Với các phòng thí nghiệm, đây là một mô hình để học sinh thực nghiệm và nghiên cứu, để hướng tới cho các bạn học sinh một cái nhìn cụ thể, thực tiễn hơn về robot

3 Đối tượng nghiên cứu

- Mô hình cánh tay robot tự do nằm trên xe điều khiển

- Cách thức thực hiện lập trình các Module

- Cách thức thiết kế và sử dụng vật liệu để in 3D ra các chi tiết cánh tay robot và xe điều khiển

4 Phương pháp nghiên cứu

4.1 Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm

- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Nghiên cứu nguyên tắc hoạt động của các thiết bị: Động cơ RC servo, lập trình và nạp chương trình cho mạch điều khiển Adruino rooboot và lập trình và nạp chương trình cho mạch điều khiển Adruino của xe điều khiển

- Phương pháp nghiên cứu thu thập thông tin:

+ Phương pháp nghiên cứu tài liệu được sử dụng đầu tiên khi bắt đầu tiếp cận

đề tài nghiên cứu Mục đích của phương pháp là để thu thập các thông tin liên quan đến cơ sở lí thuyết của đề tài

+ Phương pháp thu thập các thông tin liên quan đến đối tượng khảo sát nhưng không tác động lên đối tượng

+ Phương pháp thực nghiệm: Đây là phương pháp thu thập thông tin được thực hiện bởi những quan sát trong điều kiện gây biến đổi đối tượng khảo sát và môi trường xung quanh

- Phương pháp phân tích, kiểm chứng:

+ Phân tích là nghiên cứu các tài liệu, lý luận khác nhau bằng cách phân tích chúng thành từng bộ phận để tìm hiểu sâu sắc về đối tượng, sau đó tổng hợp, liên kết từng mặt, từng bộ phận thông tin đã được phân tích tạo ra một hệ thông lý thuyết mới đầy đủ và sâu sắc về đối tượng

+ Phương pháp kiểm chứng: trên cơ sở nghiên cứu, phân tích các tài liệu, sử dụng phương pháp thực nghiệm để kiểm chứng lại các giả thuyết khoa học được đặt

ra khi nghiên cứu đề tài

- Phương pháp nghiên cứu thực hành: Lắp ghép vận hành thử mạch điều khiển

từ các thiết bị trên theo nguyên lí đã có

4.2 Phương pháp mô hình hóa

Chúng tôi đã tiến hành dự án này trên mô hình và lắp đặt theo trình tự như sau:

Covid-19 trong khu cách ly

6

Hình 1.3 Sơ đồ kết nối bộ xử lý trung tâm

Hình 1.4 Hình ảnh hướng dẫn học sinh chế tạo phần gắp robot

Hình 1.5 Mô hình robot gắp sản phẩm

Hình 1.6 Sơ đồ kích thước trục quay chính

Hình 1.7 Mạch điện tử Arduino

8

Hình 1.8 Mô hình robot xe di chuyển

Hình 1.9 Mô hình robot sau khi thiết kế hoàn thiện

2.2 Những khó khăn trong việc hướng dẫn học sinh thiết kế mô hình robot để chăm bệnh nhân mắc Covid-19 trong khu cách li

Mô hình robot và tài liệu ở các phòng thí nghiệm, phòng thư viện nhà trường chưa có Tại thành phố Vinh chưa có các cửa hàng điện tử bán các linh kiện về robot

Các em tự tìm hiểu thông tin, mua các linh kiện từ các trang mạng, từ các câu lạc bộ robot

Các em còn nhiều lúng túng khi tiếp xúc, chưa biết cách lắp ráp, cài đặt các phần mềm mạch điện tử Arduino Điều kiện xe và robot nhiều khi chưa đồng bộ…vv

2.3 Một số biện pháp thiết kế mô hình robot giúp học sinh hứng thú sáng tạo 2.3.1 Sử dụng trò chơi vào câu lạc bộ robot

Giáo dục bằng trò chơi là một hoạt động giải trí cũng là một phương pháp giáo dục hiện đại Lồng ghép trò chơi trong dạy và học môn Công nghệ sẽ góp phần tích cực vào việc đổi mới phương pháp và cách thức dạy học Hoạt động trò chơi là phương pháp cho học sinh phát hiện và chiếm lĩnh kiến thức Qua trò chơi các em được rèn luyện kĩ năng lựa chọn, sự tự tin, các năng lực tư duy sáng tạo, có kĩ năng phân tích làm việc độc lập đặc biệt là kĩ năng ra quyết định và phản ứng nhanh, hình thành năng lực quan sát và nhận xét đánh giá Điều này cũng giúp học sinh có hứng thú trong làm sản phẩm robot vì kích thích được sự ham học và muốn khám phá, từ

đó nâng cao kết quả học tập của các em

Để giúp học sinh nắm vững lại các kiến thức đã học, tôi đã soạn bộ câu hỏi để

tổ chức thi đua giữa các lớp Việc soạn bộ câu hỏi này sẽ giúp HS nhanh chóng nắm vững lại các kiến thức đã làm, tạo không khí thi đua giữa các lớp, các em có động lực và hứng thú học tập và sáng tạo Tổ chức trò chơi “Hỏi - đáp nhanh”

Tôi tổ chức trò chơi “Hỏi - đáp nhanh”, bộ câu hỏi tôi đưa ra và áp dụng các lớp 10, 11 như sau:

Câu 1: Robot là gì?

Câu 2: Máy tự động là gì?

Câu 3: Em hãy kể một số loại máy tự động mà em biết?

Câu 4: Hãy nêu ví dụ về sử dụng robot trong sản xuất cơ khí?

Câu 5: Chi tiết nào có nhiệm vụ gắp robot?

17

Câu 6: Nguồn điện sử dụng robot tối đa bao nhiêu vôn?

Câu 7: Robot và dây chuyền tự động đem lại lợi ích gì cho con người ?

Câu 8: Khi làm mô hình robot cần những linh kiện bãn dẫn Ic nào?

Câu 9: Khớp truyền động 6 của hệ thống khởi động bằng động cơ điện có đặc

điểm gì?

Câu 10: Khi động cơ làm việc các chi tiết trong cơ cấu trục quay chuyển động

như thế nào Cách thức tổ chức hoạt động

Sau khi giáo viên sử dụng máy chiếu trình chiếu video mô phỏng các mô hình,

hệ thống và quá trình làm việc của robot thì tổ chức trò chơi Sử dụng bài giảng powerpoint, trình chiếu nội dung câu hỏi Học sinh trả lời các câu hỏi, giáo viên thông báo đáp án; kết thúc trò chơi giáo viên củng cố lại kiến thức thông qua câu trả lời của học sinh

- Thể lệ: Trò chơi gồm 10 câu, nhóm trả lời nhanh nhất các thành viên sẽ tham gia trò chơi tiếp theo

- Nội quy: không sử dụng tài liệu, sách giáo khoa khi trả lời các câu hỏi

- Phần thưởng: nhóm trả lời đúng nhiều nhất các thành viên sẽ tiếp tục tham gia các trò chơi tiếp theo

- Quá trình chơi:

+ Bước 1:Giáo viên hướng dẫn thể lể trò chơi lớp sẽ được chia làm 10 đội trả lời các câu hỏi trong thời gian quy định Mười đội làm việc độc lập dưới sự theo dõi của giaos viên

Học sinh nghe phổ biến thể lệ trò chơi

+ Bước 2: Học sinh tham gia theo sự hướng dẫn của GV: làm việc theo nhóm với

yêu cầu bí mật của các nhóm nhưng phải huy động được sức mạnh của tất cả các thành viên trong nhóm , đảm bảo đúng và hoàn thành trong thời gian sớm nhất

Giáo viên quan sát HS chơi và hướng dẫn kịp thời