sáng kiến kinh nghiệm vật lý thpt

MỤC LỤC I ĐIỀU KIỆN HOÀN CẢNH TẠO RA SÁNG KIẾN II MÔ TẢ GIẢI PHÁP MÔ TẢ GIẢI PHÁP TRƯỚC KHI TẠO RA SÁNG KIẾN MÔ TẢ GIẢI PHÁP SAU KHI TẠO RA SÁNG KIẾN Khảo sát trạng tổ chức hoạt động trời cho trẻ mầm non 2.2 Tổng quan tia tử ngoại 2.3 Thiết bị đo tia tử ngoại 2.4 Tính thời gian tắm nắng khuyến cáo dành cho trẻ mầm non 11 2.5 Nguyên lí hoạt động thiết bị 12 2.6 Linh kiện lắp ráp 13 Lập trình 19 2.8 Thử nghiệm thiết bị 21 2.9 Cải tiến thiết bị 23 2.10 Tính mới, sáng tạo 26 III HIỆU QUẢ DO SÁNG KIẾN ĐEM LẠI 27 Hiệu kinh tế 27 Hiệu mặt xã hội 27 IV CAM KẾT KHÔNG SAO CHÉP HOẶC VI PHẠM BẢN QUYỀN 30 TÀI LIỆU THAM KHẢO 31 [2] BÁO CÁO SÁNG KIẾN I ĐIỀU KIỆN HOÀN CẢNH TẠO RA SÁNG KIẾN STEM viết tắt từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) Math (Toán học) Giáo dục STEM chất hiểu trang bị cho người học kiến thức kỹ cần thiết liên quan đến lĩnh vực khoa học, cơng nghệ, kỹ thuật tốn học Hình thức tổ chức giáo dục STEM dạy học môn học thuộc lĩnh vực STEM, hoạt động trải nghiệm STEM hay hoạt động nghiên cứu khoa học.Tùy thuộc vào đối tượng học sinh để giáo viên có định hướng dạy học cho phù hợp Để bắt kịp theo thời đại mới, biến việc chinh phục tri thức tiến đến thành công dễ dàng hơn; Sở Giáo dục Đào tạo Nam Định quan tâm đến việc phát triển toàn diện lực, phẩm chất cho học sinh việc làm thiết thực: - Hướng dẫn khuyến khích trường Trung học toàn Tỉnh triển khai việc giảng dạy theo định hướng giáo dục STEM từ năm học 2018 – 2019 - Ngày hội STEM thi KHKT dành cho học sinh trung học năm học 2018 – 2019 theo công văn số 1317/ SGDĐT-GDTrH ngày 24/09/2018 - Ngày hội STEM thi KHKT dành cho học sinh trung học năm học 2019 – 2020 theo công văn số 1285/ SGDĐT-GDTrH ngày 9/10/2019 - Ngày hội STEM thi KHKT dành cho học sinh trung học năm học 2020 – 2021 theo công văn số 1643/ SGDĐT-GDTrH ngày 20/10/2020 Nhằm giúp học sinh cảm thấy tự tin hơn, hứng thú hơn, tâm hơn, vận dụng tốt kiến thức thực tiễn, tơi xin trình bày số kinh nghiệm thân thực dạy học theo định hướng STEM hướng dẫn học sinh chế tạo sản phẩm tham gia Ngày hội STEM thi KHKT dành cho học sinh trung học năm học 2018 – 2019, năm học 2019 – 2020, năm học 2020 - 2021 với sáng kiến: “Hướng dẫn học sinh thực dự án: Nghiên cứu, chế tạo thiết bị khuyến cáo thời gian tắm nắng cho trẻ mầm non” [3] II MÔ TẢ GIẢI PHÁP MÔ TẢ GIẢI PHÁP TRƯỚC KHI TẠO RA SÁNG KIẾN Từ năm học 2018 – 2019, nhiều trường Tiểu học, Trung học sở, Trung học phổ thông địa bàn Tỉnh Nam Định tiếp cận với giáo dục STEM, hướng học sinh “học đôi với hành” có nhiều sản phẩm STEM đánh giá cao “Ngày hội STEM thi KHKT dành cho học sinh trung học năm học 2018 – 2019, năm học 2019 – 2020, năm học 2020 - 2021” Tuy nhiên, việc dạy - học chủ đề STEM cịn khó khăn nhiều học sinh, nhiều giáo viên nói chung thân tơi nói riêng Chính vậy, tơi viết sáng kiến với mục đích chia sẻ số nội dung cụ thể mà thân thực hiện; hi vọng nội dung giúp giáo viên học sinh có thêm tự tin, niềm đam mê việc dạy - học theo định hướng giáo dục STEM trường phổ thông với dự án cụ thể “Hướng dẫn học sinh thực dự án: Nghiên cứu, chế tạo thiết bị khuyến cáo thời gian tắm nắng cho trẻ mầm non” Như biết, Giáo dục mầm non phần hệ thống giáo dục quốc dân Giáo dục mầm non thực việc ni dưỡng, chăm sóc giáo dục trẻ từ tháng đến tuổi (Điều 21- Luật Giáo dục 2005), tạo khởi đầu cho phát triển toàn diện trẻ, đặt tảng cho cấp học cho việc học tập suốt đời Đó chia sẻ TS Trần Thị Ngọc Trâm, nguyên Giám đốc Trung tâm nghiên cứu giáo dục mầm non (GDMN), Viện Nghiên cứu giáo dục (GD) Việt Nam Theo TS Trần Thị Ngọc Trâm, phát triển trẻ năm đầu đời có liên quan chặt chẽ đến khả học tập trẻ Sự phát triển trước sinh Do vậy, việc chăm sóc, giáo dục trẻ cần bắt đầu từ bụng mẹ (chăm sóc hướng dẫn bà mẹ mang thai) đặc biệt quan trọng lứa tuổi sơ sinh đến tuổi Có thể nói năm đầu đời giai đoạn phát triển quan trọng đời người, đặc biệt giai đoạn não phát triển hoàn thiện Đây thời kỳ chịu ảnh hưởng nhiều từ dinh dưỡng, sức khỏe có tác động lớn đến khả nhận thức, học tập, tính cách kĩ người TS Trần Thị Ngọc Trâm khuyến nghị, cần tạo điều kiện để huy động tối đa cho tất [4] trẻ em độ tuổi từ tháng – tuổi tiếp cận với dịch vụ mầm non có chất lượng Mở rộng quy mô, số lượng nâng cao chất lượng hệ thống sở GDMN địa bàn dân cư PGS.TS Hà Hoàng Kiệm, bệnh viện 103, học viện quân y khuyến cáo nên tắm tử ngoại toàn thân giúp điều trị cho trẻ em bị còi xương, chậm lớn; nâng cao sức đề kháng tăng cường sức khỏe cho người ốm dậy, bệnh nhân giai đoạn bình phục; rèn luyện sức chịu đựng thể Ngoài ra, tia tử ngoại cịn điều trị chỗ bệnh vảy nến, bạch biến, rụng tóc … dùng liều cao Bức xạ Mặt Trời bao gồm tia quang phổ (ánh sáng đơn sắc) tia khác có bước sóng dài ngắn khác nhau: tia hồng ngoại (700nm – 1mm); tia tử ngoại (100nm – 400nm); ánh sáng đơn sắc mắt thường nhìn thấy (400nm – 700 nm tia lượng khác Tia tử ngoại (tia UV) xạ mặt trời thường có dạng phân loại theo độ ngắn bước sóng: UVA; UVB UVC Tia UVB cung cấp lượng cho da tạo nên vitamin D, nhiên làm da bị sạm làm tổn thương trực tiếp ADN Tia UVA góp phần làm hại cho da, đặc biệt làm cho da bị lão hóa sớm Tia UVC bị chặn lại tầng khí Trái Đất, khơng ảnh hưởng đến da Lượng tia tử ngoại xạ Mặt Trời tác động đến thể phụ thuộc vào nhiều yếu tố thời gian ngày, theo mùa, vị trí địa lý độ cao Để phòng ngừa tác hại ánh nắng Mặt Trời da mỏng manh trẻ, Viện Hàn lâm Nhi khoa Mỹ khuyến cáo, trẻ tháng tuổi tránh tiếp xúc trực tiếp với ánh nắng thời gian ngày Đối với trẻ lớn hơn, thời gian ánh nắng Mặt Trời tia UVB giúp thể sản sinh vitamin D nhiều trưa Theo lời bác sĩ Hồ Phạm Thục Lan – Trưởng nhóm nghiên cứu xương, trường Đại học Tôn Đức Thắng Hà Nội, thời gian phơi nắng phù hợp Việt Nam khoảng từ – 10h sáng – 4h chiều Như vậy, tắm nắng xem cách dễ dàng để bổ sung vitamin D cho trẻ em để phòng ngừa bệnh còi xương Khi tiến hành khảo sát thời gian cho trẻ hoạt động ngồi trời cở sở mầm non hầu hết trường trọng đến hoạt động trời trẻ Thời gian hoạt động trời sở để cố định hai khung: mùa hè mùa đông Tổng thời gian hoạt động trời 40 phút, thời [5] điểm bắt đầu 8h40’ mùa hè 8h50’ mùa đông Tuy nhiên, phải đối mặt với hàng loạt vấn đề biến đổi khí hậu: suy thối đa dạng sinh học, suy thối tài ngun nước ngọt, suy thối tầng ơzơn, suy thối đất hoang mạc hóa, nhiễm chất hữu độc hại khó phân hủy… Thời tiết khí hậu khơng cịn theo chu kỳ sinh khí tự nhiên Do đó, cường độ xạ Mặt Trời xạ tử ngoại xạ Mặt Trời không cịn tn theo chu kì tự nhiên, áp dụng khung cố định không đảm bảo liều lượng Vitamin D cần thiết cho trẻ ngày thơng qua việc tắm nắng cịn ảnh hưởng xấu đến sức khỏe trẻ Qua tìm hiểu, chúng em thấy thị trường Việt Nam giới có nhiều thiết bị đo cường độ tia tử ngoại Ở Mỹ có hai tổ chức bảo vệ mơi trường the U.S Environmental Protection Agency (EPA) Cục dự báo thời tiết - the National Weather Service (NWS) đo số tia tử ngoại (UV index) nhằm dự báo mức độ xạ cực tím cho ngày, báo động cho người ngày mà mức độ xạ tử ngoại Mặt Trời cho cao bất thường Các nghiên cứu khác đưa kết tương tự Nhưng, tất nghiên cứu dừng lại việc đo cường độ đưa cảnh báo ước chừng cho tất người Chính tơi hướng dẫn học sinh tạo thiết bị xác hóa thời gian hoạt động ngồi trời trẻ, đảm bảo đủ lượng UV mà không nguy hiểm, giúp nâng cao chất lượng giáo dục thể chất cho trẻ, góp phần nâng cao chất lượng dân số, phù hợp với nông thôn hay thành thị, tiện lợi đem lại hiệu kinh tế cao MÔ TẢ GIẢI PHÁP SAU KHI TẠO RA SÁNG KIẾN Nội dung sáng kiến bước chi tiết thực hướng dẫn học sinh áp dụng kiến thức học nhà trường, đặc biệt kiến thức mơn Vật lí cơng nghệ để chế tạo thiết bị hiển thị thời gian tắm nắng, ứng dụng cho sở mầm non Qua đó, giúp học sinh hứng thú việc học nhận thức rõ vai trò thực tiễn kiến thức khoa học Ở đó, học sinh trải nghiệm; khám phá ứng dụng khoa học, kĩ thuật thực tiễn đời sống; từ lan tỏa, giúp nhiều học sinh thêm yêu say mê nghiên [6] cứu khoa học Mục đích sâu xa để giúp học sinh đưa kiến thức tiếp thu gần với thực tế, từ thêm hứng thú với mơn học, đồng thời có định hướng nghề nghiệp phù hợp với thân tương lai Tôi hướng dẫn học sinh thực dự án theo tiến trình nghiên cứu sau:  Khảo sát trạng việc trẻ em mầm non hoạt động trời  Nghiên cứu tổng quan tia UV, ảnh hưởng tia UV thể trẻ thiết bị đo cường độ tia UV có  Tìm hiểu cảm biến, mạch điều khiển, mạch thu - phát tín hiệu RF  Xây dựng nguyên lí chế tạo thiết bị định lượng tử ngoại  Tìm hiểu ngơn ngữ lập trình  Khảo sát hiệu hoạt động thiết bị  Ứng dụng thiết bị trường mầm non Khảo sát trạng tổ chức hoạt động ngồi trời cho trẻ mầm non Tơi cho học sinh tiến hành khảo sát thời gian cho trẻ hoạt động trời cở sở mầm non địa bàn thành phố Nam Định như: trường mầm non 8/3, trường mầm non Hoa Sữa, trường mầm non Nguyễn Du, trường mầm non Phan Đình Phùng, trường mầm non Sao vàng … thu kết cụ thể sau: Nội dung Hoạt động trời Kết Ghi 100% trường mầm non có tổ chức hoạt động ngồi trời cho trẻ Cơ sở áp dụng thời gian tổ chức hoạt động trời Hiểu biết giáo viên, - 17,86% biết số UV Rất trẻ phụ huynh học sinh số - 100% giáo viên, 81,25% phụ biết UV ảnh hưởng UV đến huynh, 26,67% trẻ mầm non: biết tác hại trẻ em ảnh hưởng tích cực UV [7] tia UV - 42,86% giáo viên, phụ huynh biết tác hại UV Bảng Kết khảo sát trạng tổ chức hoạt động trời cho trẻ mầm non Căn vào kết trên, em học sinh nhóm nghiên cứu tự nhận số giáo viên mầm non chưa thực hiểu nhiều tác dụng tác hại tia UV Thời gian hoạt động trời trường mầm non cố định thời tiết khí hậu lại có biến đổi bất thường Vì vậy, cần có giải pháp để hỗ trợ sở việc tổ chức hoạt động trời cho trẻ cho phù hợp hiệu 2.2 Tổng quan tia tử ngoại Trong thành phần phổ xạ Mặt trời đến Trái đất có khoảng – % lượng xạ UV Bức xạ UV Mặt Trời có bước sóng từ 100 đến 400 nm phân chia thành ba loại: UVA, UVB UVC Bước sóng Tia UVA Tia UVB Tia UVC Từ 315 – 400 nm Từ 280 - 315 nm Từ 100 - 280 nm - Dễ dàng xuyên qua - Hoạt động mạnh mẽ - Hầu hết bị tầng tầng ozon tới bề mặt nơi có khí hậu ozon hấp thụ, trái đất Đặc điểm Chiếm 98% nắng nhiều lượng lại đến khoảng - Bị tầng ozone hấp thụ Trái Trời tới mặt đất lượng xạ UV - Thâm nhập sâu UVB vào da so với tia - Khơng xun qua thủy tinh Kích Tác dụng lượng mạnh, tới mặt đất không đáng kể xạ UV Mặt khoảng 2% UVB Đất thích tiền chất vitamin D, hỗ trợ trình hấp thụ canxi thể người [8] Được ứng dụng việc điều trị bệnh da như: bệnh vảy nến - bệnh tế bào da phát triển nhanh gây ngứa, xuất vảy Việc tiếp xúc với tia cực tím làm chậm tăng trưởng tế bào da, làm giảm triệu chứng bệnh Gây già hoá Triệt miễn dịch, gây ung Tác hại quang (làm Gây đột già thư da, rối loạn thị giác biến , hủy diệt hệ trước tuổi) sương bệnh đục nhân mắt sinh thái, phá mù quang hoá hủy cấu trúc gen Bảng Bảng phân loại tia tử ngoại Tử ngoại có bước sóng ngắn lượng cao, khả quang hóa quang điện mạnh khả đâm xuyên Khi tia UV tiếp xúc với da mức độ cảm ứng da việc phụ thuộc vào vùng da thể cịn phụ thuộc vào yếu tố công suất xạ, thời gian chịu tác dụng xạ, màu sắc da, góc tới xạ, tình trạng chức thể lúc chịu tác dụng xạ … Với ba loại tia tử ngoại tia UVB loại tia có tác dụng kích thích tiền chất vitamin D3 Vitamin D quan trọng cho phát triển, tăng trưởng, trì thể khỏe mạnh tắm nắng hình thức bổ sung tốt lượng vitamin D Để đảm bảo liều lượng Vitamin D cần thiết cho trẻ từ 600 – 1000 IU/ngày[1] ngày thời gian tắm nắng lần trẻ tùy thuộc vào cường độ ánh sáng Mặt Trời mức độ tiếp xúc da Khoảng thời gian tắm nắng ảnh hưởng trực tiếp đến hiệu tác dụng tia tử ngoại thể trẻ 2.3 Thiết bị đo tia tử ngoại Hiện nay, thị trường Việt Nam giới có nhiều thiết bị đo tia tử ngoại khác [1] IU tương đương 0,025 µg, https://www.vinmec.com/vi/tin-tuc/thong-tin-suc-khoe/huong-dan-tam-nang-dung-cach-de-bo-sung-vitamin-d-cho-tre/ [9] STT Mã thiết bị Giá thành PFT-310 700.000 Công nghệ Mỹ ngoại hiển thị màu sắc thiết bị Chỉ số tia tử UV340B Xuất xứ: Hình ảnh Chỉ số tia tử M&MPRO Đặc điểm 4.100.000 Đài Loan ngoại hiển thị hình LCD Chỉ số tia tử Máy đo ánh ngoại sáng-UV Lutron UV-340A 3.500.000 Hãng sản xuất: thị hình đo LCD Đầu Đài Loan hiển trang bị thêm lọc chuẩn Chỉ số tia tử ngoại M&MPRO PFT4 301 225.000 Công nghệ Mỹ hình Chỉ số tia tử đèn UV (UVA/ UVC) thị LCD Máy đo ánh sáng hiển ngoại 18.818.800 Xuất sứ: Đài hiển thị hình LCD Phạm vi đo rộng Loan …… Bảng Một số thiết bị đo cường độ tia tử ngoại có thị trường [10] Các thiết bị nhiều thiết bị, ứng dụng khác thị trường hoạt động nguyên lí dùng cảm biến tử ngoại để đo số tử ngoại (UV) hiển thị số liệu đo hình thang màu  Ưu điểm: Các thiết bị đo xác cường độ xạ UV mơi trường cần đo; kết đo nhanh chóng; cấu tạo thiết bị đơn giản; giá thành mẫu mã đa dạng đáp ứng nhu cầu thị trường  Hạn chế: Chỉ số UV thông số đọc hiểu được; thiết bị yêu cầu người sử dụng phải tìm hiểu thêm số kiến thức chuyên ngành sử dụng; số UV Mặt Trời liên tục thay đổi theo thời gian yếu tố thời tiết nên hoạt động trời diễn khoảng thời gian dài việc sử dụng thiết bị để hộ trợ cảnh báo, khuyến cáo chưa phù hợp 2.4 Tính thời gian tắm nắng khuyến cáo dành cho trẻ mầm non Chỉ số UV Từ - Từ - Từ - Từ - 10 11+ Màu hiển thị Xanh lục Vàng Cam Đỏ Tím Mức độ gây hại Thấp Trung bình Cao Rất cao Cực cao Bảng Qui ước màu sắc mức độ nguy hiểm số UV thể Qua trình nghiên cứu, chúng em nhận thấy, cảm biến tia UV thị trường cho kết xác số UV cường độ xạ UV Mặt trời thời điểm xác định  I  UVID     25  Theo quy ước quốc tế, số UV tính theo cơng thức[2]:  I cường độ UV  Dấu () phép tính làm trịn Lại có, mật độ lượng hấp thụ tính theo cơng thức: E   I t Với t (s) khoảng thời gian đủ nhỏ để coi cường độ I không đổi [2] https://www.epa.gov/sunsafety/calculating-uv-index-0 [11] Bắt đầu Bắt đầu Đọc cường độ UV từ cảm biến Đọc giá trị từ module RF Truyền giá trị qua module RF Tính mức UV Hiển thị MứcUV >5 Bật cịi Tính Gọi chương trình tính Bắt đầu Tính E = E+I.t t = (E0-E)/I t=0 hủy tính Kết thúc Tính [17] Lập trình, nạp code theo sơ đồ khối thuật tốn: Căn vào kích thước module, linh kiện lắp ráp, tơi hướng dẫn nhóm học sinh nghiên cứu vẽ vỏ hộp phần mềm CorelIDRAW 12 Bộ phận trời Bộ phận nhà Thiết kế 2D để cắt mica laze để tạo vỏ Sau đó, tơi cho học sinh tiến hành lắp đặt linh kiện vỏ hộp: Led Cơng tắc Màn hình Pin Cịi buzzer Nút bấm Công tắc Pin Cảm biến UV Led RGB Arduino nano Module RF Module RF Arduino Nano Vị trí lắp đặt linh kiện vỏ hộp, hình ảnh thiết bị hoàn thành [18] Lập trình BỘ PHẬN NGỒI TRỜI #include k=k+1; #include"RF24.h" if (k%8==0) {analogWrite(led,150); k=0;} int UVOUT = A1; else {digitalWrite(led,LOW);} int REF_3V3 = A0; //3.3V msg[0]=cuongdouvint/1000+48; const uint64_t pipe=0xE8E8F0F0E1LL;// địa msg[1]=(cuongdouvint%1000)/100+48; để phát RF24 radio(9,10);//thay 10 thành 53 với mega msg[2]=((cuongdouvint%1000)%100)/10+4 char msg[]="0000"; 8; int k=0; int led = 6; msg[3]=cuongdouvint%10+48; float cuongdouv; radio.write(&msg,sizeof(msg)); int cuongdouvint; delay(100);} void setup(){ // -pinMode(UVOUT, INPUT); pinMode(REF_3V3, INPUT); void docUV(void) //Thủ tục đọc giá trị UV từ pinMode(led, OUTPUT); cảm biến radio.begin(); { int uvLevel = Serial.begin(9600); averageAnalogRead(UVOUT); radio.setAutoAck(1); int refLevel = radio.setRetries(1,1); averageAnalogRead(REF_3V3); radio.setDataRate(RF24_1MBPS);// Tốc độ float outputVoltage = 3.3 / refLevel * truyền uvLevel; radio.setPALevel(RF24_PA_MAX);// Dung cuongdouv = mapfloat(outputVoltage, 0.9, lượng tối đa 3.3, 0.0, 15.0); radio.setChannel(10);// Đặt kênh delay(100);} radio.openWritingPipe(pipe);// mở kênh} int averageAnalogRead(int pinToRead) void loop() { byte numberOfReadings = 8; { docUV(); unsigned int runningValue = 0; Serial.println(cuongdouv); for(int x = ; x < numberOfReadings ; x++) cuongdouvint = cuongdouv*10000-64; runningValue += analogRead(pinToRead); Serial.println(cuongdouvint); runningValue /= numberOfReadings; if (cuongdouvint= && controller.uvIndex