Lí luận dạy học toán và khoa học tự nhiên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM - - LÍ LUẬN DẠY HỌC TOÁN VÀ KHOA HỌC TỰ NHIÊN (SG419) TẠO SẢN PHẨM GIÁO DỤC STEM Cần Thơ, Tháng 5/2021 cảm biến yền Lí luận dạy học Tốn Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3môn cảm biến truyền MỤC LỤC I Cách thiết kế sản phẩm Các dụng cụ để thiết kế sản phẩm 1.1 Cảm biến nhiệt độ ML35 1.2 Arduino Uno R3 1.3 Màn hình LCD (Liquid Crystal Display) 1.4 Các vật liệu khác Cách thiết kế sản phẩm II 2.1 Nguyên lí hoạt động chung 2.2 Thiết kế Đánh giá STEM: Yếu tố Khoa học Yếu tố Công nghệ Yếu tố Kĩ thuật Yếu tố Toán học 4.1 Đo tăng 4.2 Đo giảm III Công dụng: Lí luận dạy học Tốn Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3môn cảm biến tru n Lời nói đầu Trong phát triển thời đại 4.0 khoa học kỹ thuật đóng vai trị vơ quan trọng mặt đời sống xã hội Nhu cầu tiện ích thiết bị thông minh dần chiếm ưu thế, việc sáng tạo cơng trình hay sản phẩm khoa học kĩ thuật nhu cầu cấp thiết nhiều nước giới Để vận dụng vào mơi trường sư phạm tạo sản phẩm giáo dục STEM lựa chọn hoàn hảo Để đáp ứng yêu cầu học phần Lí luận dạy học Tốn Khoa học tự nhiên nhóm chúng em thực đề tài “Mơ hình khu vườn mini máy phun nước tự động cảm biến nhiệt” Đây dự án để chúng em hoàn thành sản phẩm giáo dục STEM Sau hướng dẫn từ thầy, nhóm chúng em chọn đề tài cho việc tạo mơ hình sản phẩm giáo dục STEM Nhưng kiến thức, kinh nghiệm chưa đủ nên cịn nhiều thiếu sót Chính vậy, nhóm em mong bảo, góp ý từ thầy bạn nhóm khác để đề tài báo cáo hồn thiện Lí luận dạy học Toán Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3môn cảm biến tru n I Cách thiết kế sản phẩm Các dụng cụ để thiết kế sản phẩm 1.1 Cảm biến nhiệt độ ML35 Cảm biến nhiệt độ LM35 loại cảm biến tương tự hay ứng dụng ứng dụng đo nhiệt độ thời gian thực Vì hoạt động xác với sai số nhỏ, đồng thời với kích thước nhỏ Cấu tạo LM35 Nguyên lý hoạt động : Nguyên lý hoạt động thiết bị đo hiệu điện đầu LM35 để đo nhiệt độ Khi sử dụng, cảm biến LM35 không dùng để điều chỉnh nhiệt độ cho thiết bị thực tế độ xác cảm biến khác môi trường làm việc khác Ứng dụng LM35 ✓ Học tập nghiên cứu ✓ Đo nhiệt độ pin ✓ Đo nhiệt độ nguồn cấp board mạch ✓ Giám sát nhiệt độ hệ thống HVAC ✓ Được sử dụng làm cảm biến nhiệt độ máy điều hịa Lí luận dạy học Tốn Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3môn cảm biến tru n 1.2 Arduino Uno R3 Arduino sử dụng chip Atmega 328 Nó có 14 chân digital I/O, chân đầu vào (Input) analog, thạch anh giao động 16 Mhz 1.3 Màn hình LCD (Liquid Crystal Display) Điện áp hoạt động V Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm Chữ đen, xanh Khoảng cách hai chân kết nối 0.1 inch tiện dụng kết nối với Breadboard Tên chân ghi mặt sau hình LCD hổ trợ việc kết nối, dây điện Có đèn led nền, dùng biến trở PWM điều chình độ sáng để sử dụng điện ➢ Có thể điều khiển với dây tín hiệu ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ ➢ Lí luận dạy học Tốn Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3môn cảm biến tru n 1.4 Các vật liệu khác - Động bơm chìm mini - Pin Lithium 600mA 3.7V 2.2 WH - Project board MB - Dây bẹ 20cm (đực - đực, đực – cái, – cái) - Băng keo cách điện Nano - Pin sạc dự phòng loại bìa mơ hình, Cách thiết kế sản phẩm 2.1 Nguyên lí hoạt động chung LM35 Arduino Uno R3 LCD Động Trong giao tiếp Arduino LM35 cảm biến nhiệt độ này, Arduino Uno sử dụng để kiểm sốt tồn q trình Cảm biến nhiệt độ LM35 sử dụng để đo nhiệt độ mơi trường, đầu cảm biến tín hiệu điện áp biến đổi theo nhiệt độ, 10mV tương ứng với độ C Ví dụ, điện áp đầu cảm biến LM35 250mV, điều có nghĩa nhiệt độ khoảng 25 độ C Arduino đọc điện áp đầu cảm biến nhiệt độ cách sử dụng chân Analog A0 thực phép tính để chuyển đổi giá trị Analog thành giá trị số nhiệt độ Sau tính tốn Arduino gửi tính tốn nhiệt độ đến hình LCD 16×2 cách sử dụng lệnh thích hợp Sau đạt đến nhiệt độ định theo thiết đặt sẵn, động điều khiển chạy (phun nước) Khi nhiệt độ hạ thấp xuống động ngừng hoạt động Lí luận dạy học Tốn Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3môn cảm biến tru n 2.2 Thiết kế 2.2.1 Code 2.2.2 Nối dây Nối dây cấp điện từ board mạch Arduino Breadboard Dây đỏ cắm từ cổng 5v → cấp điện + Dây đen cắm từ cổng GND → cấp điện – (Lưu ý dây cắm phải nằm cột khác nhau) Cấu tạo Breadboard sau: Các lỗ nằm hàng DỌC nối tiếp (hay nằm cột) Các lỗ khác CỘT khơng liên quan Nếu cắm sai gây chập mạch làm hư board Arduino Máy bơm cấp nguồn 5V để hoạt động Lí luận dạy học Toán Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3môn cảm biến tru n 2.2.3 Sơ đồ kết nối thành phần hệ thống 2.2.4 Hình ảnh LM35 mơ hình thực tế: Lí luận dạy học Toán Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3mơn cảm biến tru n 2.2.5 Một vài hình ảnh lắp ráp Mơ hình hồn thiện (cơng đoạn ráp mạch vào khu vườn mini) Lí luận dạy học Toán Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3môn cảm biến tru n II Đánh giá STEM: Yếu tố Khoa học Trong mơ hình khu vườn mini có cảm biến nhiệt độ để kích hoạt máy bơm tự động, yếu tố khoa học sử dụng bao gồm: - Yếu tố vật lí: Mạch điện tử sử dụng suốt trình thực đề tài Trong mạch có dùng biến trở, bao gồm: biến trở điều chỉnh độ sáng biến trở điều chỉnh độ tương phản hình LCD Các yếu tố khoa học kết hợp chặt chẽ, tạo nên hệ thống hoàn chỉnh - Yếu tố sinh học: mơ hình thiết kế tưới tự động dùng riêng cho mơ hình trồng hoa Ngun lí hoạt động mơ hình dựa vào nhiệt độ môi trường, nhiệt độ tăng cao hệ thống tự động tưới Khuyết điểm ở nhiệt độ cao tưới nước vào dễ bị chết sốc nhiệt Nhưng áp dụng cho mơ hình trồng hoa ngược lại, hoa khơng có khí khổng nên việc tưới nước trời nắng nóng khơng ảnh hưởng Ngược lại kích thích cho hoa Kiểm chứng: việc trồng hoa vạn thọ bán Tết, người nông dân thường tưới hoa vào trời nắng nóng để thúc đẩy cho hoa ngày nở to Yếu tố Công nghệ Vấn đề Cơng nghệ q trình tạo sản phẩm Giáo dục STEM đặt lên hàng đầu Để kích hoạt hệ thống cần kết hợp việc sử dụng máy tính (hay Loptop) q trình tạo sản phẩm Phần mềm lập trình Arduino đóng vai trị trung tâm việc đảm bảo mạch có chạy hay không cách nạp code cho bảng mạch Arduino Uno R3 Người làm sản phẩm phải am hiểu cách thức vận hành mạch kích hoạt hệ thống chạy Yếu tố Kĩ thuật Quá trình lắp ráp mạch cần đảm bảo để mạch hoạt động Các dây dẫn lắp vào Breadboard phải hệ thống chạy Việc dây tính tốn kĩ lưỡng đảm bảo hệ thống khơng q rườm rà Ngồi ra, nhóm cịn dùng bìa mơ hình để tạo dựng thành mơ hình khu vườn mini Các thao tác lắp ráp, cắt, dán thực cách cẩn thận Yếu tố Tốn học Việc thiết kế cần đến việc tính tốn: cần đo đạc để cắt bìa mơ hình, hay tính tốn cần thiết đặt hệ thống dây tránh lãng phí Ngồi ra, nhóm cịn đo nhiệt độ để xem sai số sau: 4.1 Đo tăng Giá trị thật(oC) Giá trị (oC) (lấy lần đo) STT 30 30 34 33.5 38 37.7 42 41.8 Lí luận dạy học Toán Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3môn cảm biến tru n 4.2 Đo giảm Giá trị thật(oC) STT 30 34 38 42 III Giá trị (oC) (lấy lần đo) 30 33.5 37.7 41.8 Cơng dụng: “Mơ hình khu vườn mini có máy phun nước tự động cảm biến nhiệt” nhận thấy tối ưu ứng dụng vào thực tiễn Có thể thấy, việc tự động hóa ngày nâng cao vai trị việc tạo mơ hình tự động mang tính khả thi cao Với mơ hình cho phép cảm biến nhiệt đo nhiệt độ từ mơi trường sau xuất hình LCD Đồng thời kích hoạt hệ thống tưới nước, làm mát tự động nhiệt độ mức quy định Hình ảnh thực tế mơ hình ... động Lí luận dạy học Tốn Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3môn cảm biến tru n 2.2.3 Sơ đồ kết nối thành phần hệ thống 2.2.4 Hình ảnh LM35 mơ hình thực tế: Lí luận dạy học Tốn Khoa học tự nhiên. .. Một vài hình ảnh lắp ráp Mơ hình hồn thiện (cơng đoạn ráp mạch vào khu vườn mini) Lí luận dạy học Tốn Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3môn cảm biến tru n II Đánh giá STEM: Yếu tố Khoa học Trong... phẩm khoa học kĩ thuật nhu cầu cấp thiết nhiều nước giới Để vận dụng vào mơi trường sư phạm tạo sản phẩm giáo dục STEM lựa chọn hoàn hảo Để đáp ứng yêu cầu học phần Lí luận dạy học Tốn Khoa học tự