Giới hạn và phạm vi nghiên cứu
- Đề tài phổ cập dạy học trải nghiệm trên Makecode Microbit vào dạy học lập trình trên các thiết bị cảm biến
Học sinh sẽ sử dụng ngôn ngữ lập trình Makecode Microbit cùng với các thiết bị cảm biến, bo mạch điều khiển và động cơ điện để phát triển những ý tưởng sáng tạo, có khả năng ứng dụng thực tiễn trong xã hội.
- Giúp học sinh tạo hứng thú học tập tốt môn Tin học lập trình lớp 11 THPT
- Rèn luyện kĩ năng lập trình ứng dụng cho học sinh làm dự án nghiên cứu khoa học kỹ thuật
7 Phương pháp nghiên cứu Để nghiên cứu và thực hiện đề tài này tôi đã sử dụng một số nhóm phương pháp nghiên cứu sau:
Phương pháp nghiên cứu tài liệu bao gồm việc sưu tầm và tra cứu các sách báo, tài liệu liên quan đến đề tài nghiên cứu Qua quá trình này, người nghiên cứu sẽ phân tích, tổng hợp và hệ thống hóa thông tin nhằm đạt được mục đích nghiên cứu một cách hiệu quả.
Phương pháp quan sát bao gồm việc theo dõi quá trình giảng dạy của đồng nghiệp, xem các video liên quan trên Internet và quan sát học sinh trong lớp cũng như ngoài giờ học Đặc biệt, việc theo dõi trong các giờ thảo luận của học sinh giúp đánh giá thực trạng, tìm hiểu nguyên nhân và đề xuất giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả dạy học tích cực, đồng thời định hướng và phát triển năng lực cho học sinh.
Phương pháp điều tra phỏng vấn bao gồm việc xây dựng các câu hỏi trắc nghiệm và tự luận cho nhóm học sinh, nhằm thu thập thông tin qua phiếu khảo sát Qua đó, việc phân tích và đánh giá quá trình học tập của học sinh được thực hiện hiệu quả hơn Bên cạnh đó, phỏng vấn trực tiếp cũng giúp nắm bắt rõ ràng thực trạng học tập của các em.
Phương pháp nghiên cứu sản phẩm là quá trình phân tích và đánh giá các sản phẩm do học sinh tạo ra, bao gồm sản phẩm thực hành, bài tập tự học, kết quả làm việc nhóm, bài kiểm tra và bài làm cá nhân Qua đó, giáo viên có thể đưa ra những nhận định và kết luận chính xác để nâng cao chất lượng dạy học.
Phương pháp tổng kết kinh nghiệm giúp giáo viên ghi chép và phân tích các hoạt động để rút ra bài học từ những kết quả đạt được và chưa đạt được Qua đó, giáo viên có thể xác định hướng khắc phục nhằm nâng cao hiệu quả công việc trong tương lai.
- Đề tài được tôi nghiên cứu trong năm học 2020 – 2021 và tiếp tục hoạt động trong năm học 2021 - 2022 tại trường THPT Nghi Lộc 5.
NỘI DUNG
Cơ sở lý luận
❖ Khái niệm hoạt động trải nghiệm sáng tạo
Hoạt động trải nghiệm sáng tạo là một hình thức giáo dục, nơi học sinh tham gia tích cực vào các hoạt động trong trường và ngoài xã hội dưới sự hướng dẫn của giáo viên Qua đó, học sinh phát triển năng lực thực tiễn, phẩm chất nhân cách và khám phá tiềm năng sáng tạo của bản thân.
❖ Hoạt động trải nghiệm sáng tạo có trong chương trình giáo dục phổ thông mới vì:
Hình thành và phát triển các phẩm chất, tư tưởng, ý chí, tình cảm, giá trị, kỹ năng sống và năng lực cần thiết cho con người trong xã hội hiện đại là điều vô cùng quan trọng Những yếu tố này không chỉ giúp cá nhân thích nghi tốt hơn với môi trường sống mà còn góp phần xây dựng một cộng đồng vững mạnh và phát triển bền vững.
Kiến thức thực tiễn có mối liên hệ chặt chẽ với đời sống, địa phương, cộng đồng và đất nước, đồng thời tích hợp nhiều lĩnh vực giáo dục và môn học khác nhau Điều này giúp cho việc áp dụng kiến thức vào thực tế trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn.
- Được thiết kế thành các chủ điểm mang tính mở, không yêu cầu mối liên hệ chặt chẽ giữa các chủ điểm
- Đa dạng, phong phú, mềm dẻo, linh hoạt, mở về không gian, thời gian, quy mô, đối tượng và số lượng
- Học sinh có nhiều cơ hội trải nghiệm
Nhiều lực lượng, bao gồm giáo viên, phụ huynh, nhà hoạt động xã hội, chính quyền và doanh nghiệp, tham gia chỉ đạo và tổ chức các hoạt động trải nghiệm với những mức độ khác nhau.
- Học sinh tự hoạt động, trải nghiệm là chính
- Nhấn mạnh đến kinh nghiệm, năng lực thực hiện, tính trải nghiệm.
- Theo những yêu cầu riêng, mang tính cá biệt hóa, phân hóa
- Thường đánh giá kết quả đạt được bằng nhận xét.
Hoạt động trải nghiệm trong trường học là những hoạt động có mục đích rõ ràng, được tổ chức thông qua các hành động cụ thể của học sinh, với sự hướng dẫn từ nhà trường Những trải nghiệm này diễn ra trong thực tiễn và giúp người học phát triển kiến thức, kỹ năng, cảm xúc và ý chí Qua đó, sự sáng tạo được khơi dậy khi học sinh phải vận dụng kiến thức và kỹ năng đã có để giải quyết các nhiệm vụ thực tiễn, ứng dụng trong các tình huống mới, nhận diện vấn đề trong các hoàn cảnh tương tự, và phân tích các yếu tố của đối tượng trong mối quan hệ của nó.
Trước khi bắt tay vào đề tài, tôi đã tiến hành nghiên cứu thực trạng giảng dạy môn Tin học tại trường THPT Nghi Lộc 5, thu thập một số thông tin quan trọng liên quan đến quá trình học tập và giảng dạy.
- Tình hình dạy và học các bài trong chương trình tin học lớp 11 -
Những khó khăn, sai lầm phổ biến của học sinh khi học lập trình - Sự đam mê nghiên cứu, tìm tòi học hỏi nhằm chinh phục tri thức mới -
Dạy học trải nghiệm của học sinh trong trường THPT
⮚ Thực trạng của việc tổ chức các hoạt động trải nghiệm trong dạy học tin học ở trường THPT:
Tổ chức hoạt động trải nghiệm cho học sinh trong dạy học tin học ở trường THPT là cần thiết để khơi dậy đam mê và hứng thú học tập Các em có cơ hội tham gia hoạt động tập thể, phát triển năng lực và hình thành kỹ năng sống Tuy nhiên, hiện nay, việc dạy học tin học chủ yếu dựa vào chương trình SGK, dẫn đến nội dung và hình thức giờ học đơn điệu, thiếu hấp dẫn Học sinh thường chỉ học thuộc bài mẫu mà không thực sự hiểu bài, gây khó khăn khi gặp vấn đề mới Điều này làm giảm hiệu quả giáo dục và ý nghĩa của dạy học tin học.
Giáo viên cần đổi mới phương pháp dạy học tin học để tăng cường hoạt động trải nghiệm và thực hành cho học sinh, nhằm phát huy tính tích cực, sáng tạo và hứng thú Việc lồng ghép linh hoạt các hoạt động như câu lạc bộ, hội thảo nhỏ và diễn đàn tin học là rất quan trọng để phát triển phẩm chất và năng lực của người học Để minh chứng cho điều này, chúng tôi đã tiến hành khảo sát nhỏ đối với học sinh và giáo viên tại trường THPT Nghi Lộc 5.
Để đánh giá sự hứng thú của học sinh đối với các hoạt động trải nghiệm trong giờ học Tin học và câu lạc bộ Tin học, chúng tôi đã thực hiện một cuộc khảo sát nhằm tìm hiểu mức độ quan tâm và sự tham gia của học sinh trong các hoạt động này.
- Nội dung phiếu khảo sát số 1 (PHỤ LỤC 1)
Kết quả thu thập được như sau:
Hầu hết học sinh đều cho rằng giáo viên chú trọng đến việc đổi mới phương pháp dạy học nhằm phát triển năng lực, nhưng chủ yếu chỉ tập trung vào các tiết học có dự giờ, thao giảng và những giờ dạy tốt.
Dạy học trải nghiệm đã nhận được sự ủng hộ từ đa số học sinh, vì phương pháp này giúp các em chủ động tiếp nhận tri thức và tạo hứng thú trong quá trình học tập.
- Đa số học sinh không biết học lập trình vào mục đích gì, vì sao lại học nội dung kiến thức này và ứng dụng trong thực tế ở đâu
Các em mong muốn có một sân chơi bổ ích, nơi được tham gia vào các hoạt động thực hành và trải nghiệm sáng tạo, nhằm nâng cao trình độ công nghệ thông tin của mình.
Cơ sở vật chất của các trường THPT hiện nay đã được đầu tư và phát triển mạnh mẽ, tạo điều kiện thuận lợi cho việc giảng dạy Giáo viên có trong tay nhiều công cụ giảng dạy hiệu quả như máy chiếu, projector và kết nối Internet, giúp nâng cao chất lượng học tập.
- Giáo viên đã chú ý phát huy năng lực cho học sinh trong các tiết dạy bộ môn của mình
Trong chương trình tin học lớp 11, nhiều học sinh thường thiếu hứng thú trong quá trình học do tính chất tư duy và yêu cầu năng khiếu của môn học, điều này khiến nó chỉ phù hợp với một số ít học sinh đam mê lĩnh vực này.
Nhiều học sinh hiện nay thường học lập trình theo phương pháp ghi nhớ các bài mẫu từ giáo viên, dẫn đến việc gặp khó khăn khi đối mặt với các vấn đề mới Để khẳng định tầm quan trọng của việc xây dựng các hoạt động trải nghiệm và tạo ra sân chơi tin học trong trường học, chúng tôi đã tiến hành khảo sát nhằm đánh giá mức độ cần thiết của các hoạt động trải nghiệm trong việc dạy học lập trình Tin học.
- Nội dung phiếu khảo sát số 2 (PHỤ LỤC 2)
Tổ chức hoạt động giáo dục 9 1 Giao nhiệm vụ học tập
2.1 Giao nhiệm vụ học tập
Nhà giáo dục tổ chức lớp học thông qua các hoạt động chính như giới thiệu chủ đề, thành lập nhóm làm việc và xác định nhiệm vụ cụ thể cho từng nhóm Các nhóm có thể có nhiệm vụ giống nhau hoặc khác nhau, nhưng đều cần phải hiểu rõ mục tiêu cụ thể cần đạt được.
Tại bước này chia ra làm ba phần:
Phần 1: Phổ cập chương trình lập trình trên các thiết bị cảm biến trên các trang học trực tuyến cho học sinh
Hãy tham gia lớp học phân theo cặp để khám phá lập trình trên mạch Micro:bit từ cơ bản đến nâng cao Bạn có thể theo dõi các video hướng dẫn tại kênh YouTube "Lập trình cùng Dariu" qua đường dẫn: https://www.youtube.com/channel/UCDxl-ysWBN3Vo8hmdA7JiuQ.
Phần 2: Phổ cập chương trình lập trình trên các thiết bị cảm biến trực tiếp cho học sinh với mạch Chipi
Chia lớp thành 10 nhóm, mỗi nhóm gồm 4 đến 5 học sinh, và cung cấp cho mỗi nhóm một bộ Kit Micro:bit cùng với mạch mở rộng Chipi Các nhóm sẽ thực hành tạo ra các sản phẩm cơ bản như cảm biến nhiệt độ, độ ẩm, cảm biến khói, cảm biến ánh sáng và cảm biến độ ẩm đất.
2.2 Phân bổ tiết học và thời gian
- Tiết 1 (45 phút) – Bài 1: Chương trình đầu tiên với ChiPi
- Tiết 2 (45 phút) – Bài 2: Điều khiển loa Buzzer
- Tiết 3 (45 phút) – Bài 3: Nhận dữ liệu từ nút nhấn
- Tiết 4 (45 phút) – Bài 4: Điều khiển nút nhấn trên MicroBit
- Tiết 5 (45 phút) – Bài 5: Giới thiệu thư viện mở rộng cho MicroBit
- Tiết 6 (45 phút) – Bài 6: Phát triển dự án Đèn giao thông
- Tiết 7 (45 phút) – Bài 7: Tái cấu trúc chương trình đèn giao thông
- Tiết 8 (45 phút) – Bài 8: Hiện thực trụ đèn phụ
- Tiết 9 (45 phút) – Bài 9: Hiện thực trụ đèn phụ thứ 2
2.3 Tổ chức hoạt động dạy và học
2.3.1 Bài 1: Chương trình đầu tiên với ChiPi
⮚ Kế hoạch bài dạy (PHỤ LỤC 4)
Mục tiêu: Học xong bài này học sinh sẽ:
∙ Làm quen với hệ thống cảm biến ChiPi
∙ Kết nối Microbit với mạch ChiPi LED
∙ Thực hiện được chương trình đầu tiên với mạch ChiPi LED a) Giới thiệu về hệ thống ChiPi
Chipi Series là hệ thống module điện tử dễ sử dụng, cho phép người dùng lắp ghép một cách linh hoạt Mỗi module ChiPi đóng vai trò như một mảnh ghép trong hệ thống điện tử của bạn, giúp đơn giản hóa quá trình lắp ráp so với phương pháp truyền thống sử dụng breadboard và linh kiện điện tử cơ bản Hệ thống ChiPi không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn nâng cao hiệu quả học tập và tiếp cận công nghệ điện tử.
Hình 1 MicroBit ChiPi Base Shield: Kết nối các module khác với mạch MicroBit
Hệ thống Chipi bao gồm MicroBit ChiPi Base Shield và nhiều module cảm biến, với Base Shield đóng vai trò mạch trung gian kết nối các module Chipi với MicroBit Mỗi module Chipi thực hiện một chức năng riêng biệt, từ nút nhấn đơn giản đến bộ cảm biến nhịp tim phức tạp Các module được thiết kế theo chuẩn kết nối đồng nhất, giúp người dùng dễ dàng kết nối nhiều module khác nhau trong một ứng dụng mà không cần phải kết nối nhiều dây với các tiêu chuẩn khác nhau.
Lưu ý: Màn hình của mạch MicroBit quay về phía các chân kết nối
Shield, là rất nhiều các module cảm biến Các module
Chipi cảm biến cung cấp "giác quan" cho hệ thống điện tử của bạn, cho phép đo đạc và phát hiện các yếu tố môi trường như nhiệt độ, ánh sáng và độ ẩm Những cảm biến này giúp biểu đồ hóa, phân tích và đánh giá dữ liệu, đồng thời điều khiển các thiết bị một cách linh hoạt, phù hợp với từng điều kiện cụ thể.
Trong bài này, tôi sẽ hướng dẫn sử dụng 4 module sau đây:
- LED: Đây là Module cơ bản nhất trong hệ thống Module này có thể điều khiển để hiển thị được 3 màu: Đỏ, Xanh và Vàng
Buzzer là thiết bị báo động có khả năng phát ra âm thanh cảnh báo, trong khi nút nhấn (Button) là một module cơ bản cho phép người dùng tương tác.
- Light Sensor: Cảm biến ánh sáng Khác với cảm biến nội bên trong
MicroBit, cảm biến này hoạt động dựa trên nguyên lý của quang trở, nên sẽ chính xác hơn
Bài viết này hướng dẫn học sinh lập trình một hệ thống đèn giao thông thông minh bằng cách kết hợp các module Hướng dẫn được chia thành hai phần: phần đầu giới thiệu các hướng dẫn cơ bản về việc sử dụng các module, trong khi phần hai sẽ trình bày cách kết hợp các module để tạo ra một ứng dụng giao thông thông minh.
Trong bài hướng dẫn đầu tiên, học sinh sẽ làm quen với module LED ChiPi, một trong những module đơn giản nhất Để bắt đầu lập trình cho MicroBit, người dùng cần truy cập vào trang web lập trình trực tuyến MakeCode tại địa chỉ https://makecode.microbit.org/.
MakeCode mang lại lợi thế lớn với khả năng mô phỏng chương trình trước khi nạp vào mạch MicroBit, giúp tiết kiệm thời gian kiểm tra và đảm bảo tính chính xác của mã lệnh.
Chọn vào mục New Project ở Hình 3, giao diện sau đây sẽ hiện ra để học sinh có thể bắt đầu lập trình
Lập trình trên máy tính mang lại nhiều lợi ích, trong đó có việc nạp chương trình cho mạch MicroBit một cách dễ dàng Học sinh chỉ cần sao chép file hex vào mạch MicroBit giống như sao chép dữ liệu vào USB, và chương trình sẽ ngay lập tức chạy trên mạch.
Học sinh cũng có một môi trường lập trình ngoại tuyến trên máy tính được hỗ trợ sẵn trên
Windows 10 Từ nút Start của Windows, học sinh vào kho ứng dụng Microsoft Store
Hình 5 Kho ứng dụng Microsoft Store trên Windows 10
Bước tiếp theo, học sinh có thể gõ vào ô tìm kiếm
(Search) ở góc trên bên phải từ khóa “MakeCode” để tìm và cài đặt ứng dụng (nhấn vào nút
Hình 6 Tìm kiếm và cài đặt ứng dụng MakeCode
Sau khi cài đặt xong, học sinh có giao diện lập trình quen thuộc như hình dưới đây
Hình 7 Giao diện lập trình ngoại tuyển trên máy tính hệ điều hành Windows 10
Gần đây, việc sử dụng điện thoại hoặc máy tính bảng để lập trình cho MicroBit ngày càng trở nên phổ biến nhờ tính tiện lợi Tuy nhiên, trong giáo trình này, chúng tôi sẽ chỉ tập trung vào việc sử dụng môi trường lập trình MakeCode trên máy tính.
Học sinh sẽ lập trình điều khiển module
ChiPi LED là một module đèn tích hợp với hai màu cơ bản là đỏ và xanh lá Khi cả hai đèn này cùng sáng, chúng sẽ tạo ra màu vàng Lưu ý vị trí của hai chân LED1 và LED2 để sử dụng hiệu quả.
(xem Hình 8), 2 chân tín hiệu dùng để điều khiển đèn sáng hay tắt
Tiếp theo, yêu cầu học sinh sẽ kết nối module này với module Base
Shield Trong ví dụ này, học sinh sẽ kết nối module
VCC, như minh họa ở hình bên dưới Dựa vào màu của dây kết nối, học sinh sẽ dễ dàng nhận ra
LED0 được nối với P0 còn
LED1 được nối với chân P1
Hình 9 Kết nối giữa mạch Base Shield và mạch ChiPi LED
Có thể hiện thực một chương trình nhỏ, điều khiển chân P0
LED0) để xem kết quả thực thi của chương trình sẽ như thế nào Một chương trình gợi ý như hình bên:
10, học sinh đã sử dụng câu lệnh digital write để xuất tín hiệu ra chân P0, đang được nối với chân
LED0 của module LED ChiPi
Câu lệnh này nằm trong mục
Advance, Pins, như trình bày ở
Hình 10: Chương trình đầu tiên trên MicroBit với mạch mở rộng ChiPi
Hình 11 Câu lệnh digital wite, nằm trung mục Advance/Pins
Sau khi hoàn thành chương trình trên máy tính, học sinh cần tải nó xuống board mạch MicroBit để kiểm tra kết quả Học sinh sẽ nhận thấy rằng, chương trình này khiến LED chớp tắt mỗi giây với màu đỏ.
Với câu lệnh digital write sử dụng ở trên, học sinh có 2 tùy chọn như sau:
Chọn chân: Bằng cách nhấn vào phím mũi tên, học sinh sẽ có rất nhiều chân để kết nối với các thiết bị bên ngoài, như trình bày ở Hình 12
Hình 12 Lựa chọn chân xuất tín hiệu trong câu lệnh digital write
Chọn dữ liệu: Ở tùy chọn thứ 2 này, học sinh chỉ có 2 trạng thái là 0 hoặc 1.
Khi xuất ra giá trị 0, điện áp sẽ là 0V, trong khi giá trị 1 tương ứng với điện áp 3.3V Khi chân P0 được kết nối với một bóng đèn, giá trị 1 sẽ làm cho đèn sáng, còn giá trị 0 sẽ tắt đèn.
Hiệu chỉnh lại chương trình, để LED chớp tắt mỗi giây với màu xanh
Gợi ý: Thay đổi chân P0 thành P1
Hình 13 Chương trình điều khiển LED xanh
Viết chương trình chuyển màu LED sau mỗi giây theo trình tự: Đỏ – Xanh – Vàng
Gợi ý: Xuất kết hợp đồng thời 2 chân P0 và P1 để điều khiển màu cho LED
Ví dụ để có màu đỏ: P0 = 1 và P1 = 0, để có màu vàng thì P0 = 1 và P1 = 1
Hình 14 Chương trình điều khiển 3 màu của LED
Giáo viên cho học sinh thay đổi chân kết nối với mạch MicroBit và sửa lại chương trình cho phù hợp