Skkn kinh nghiệm tạo hứng thú học tập bài khái niệm về mạch điện tử điều khiển môn công nghệ 12

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ TRƯỜNG THPT THỌ XUÂN SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM KINH NGHIỆM TẠO HỨNG THÚ HỌC TẬP BÀI “KHÁI NIỆM VỀ MẠCH ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN” MÔN CÔNG NGHỆ 12, QUA CÁC HOẠT ĐỘNG LẮP ĐẶT MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐÈN LED Người thực hiện: Hoàng Văn Dũng Chức vụ: Giáo viên SKKN thuộc lĩnh vực (mơn): Cơng Nghệ CN THANH HỐ NĂM 2017 skkn MỤC LỤC I MỞ ĐẦU I.1 Lý chọn đề tài: I.2 Mục đích nghiên cứu sáng kiến kinh nghiệm: I.3 Đối tượng nghiên cứu .2 I.4 Phương pháp nghiên cứu .2 I.4.a Phương pháp nghiên cứu lý thuyết : I.4.b Phương pháp điều tra viết: II Nội dung sáng kiến kinh nghiệm II.1 Cơ sở lý luận II.2 Thực trạng II.2.a Thuận lợi: II.2.b Khó khăn: II.3 Các giải pháp thực hiện II.3.a Giải pháp II.3.b Tổ chức thực II.3.b.1 Cách thức sưu tầm tài liệu II.3.b.2 Nội dung cần giới thiệu cho học sinh tham khảo II.3.b.2.1 Ardiuno là gì? Các thông số kỷ thuật của Ardiuno II.3.b.2.2 Lập trình cho Ardiuno II.3.c Giới thiệu soạn thực nghiệm II.4 Hiệu sáng kiến kinh nghiệm hoạt động giáo dục, với thân, đồng nghiệp nhà trường .16 III KẾT LUẬN, KẾN NGHỊ 17 III.1 Kết luận .17 III.2 Kiến nghị .18 III.2.a Đối với tổ chuyên môn 18 III.2.b Đối với nhà trường 18 skkn I MỞ ĐẦU I.1 Lý chọn đề tài:1 Hiện nay, đổi phương pháp dạy học mục tiêu lớn ngành giáo dục Trong trình đổi phương pháp dạy học, phương tiện dạy học đóng vai trị quan trọng Sử dụng phương tiện dạy học góp phần nâng cao hiệu dạy học, góp phần hình thành cho học sinh khả tư tích cực, sáng tạo vận dụng kiến thức vào thực tiễn đời sống Tuy nhiên, tình hình dạy học nói chung dạy học Cơng nghệ nói riêng cịn tiến hành theo hình thức chủ yếu là: “ thông báo – tái hiện”, học sinh có hội để nghiên cứu, quan sát, tham gia tiến hành làm thí nghiệm Hơn nữa môn công nghệ được xem môn phụ không thi THPTQG nên các em càng không chú ý học tập… Cùng với môn học khác, môn Công nghệ lớp 12 trang bị cho học sinh số kiến thức kỷ thuật điện Trong phần “Mạch điện tử điều khiển” phần trừu tượng đòi hỏi học sinh phải chịu khó tìm tòi, tư duy, sáng tạo, và có thể là đam mê thì mới học tốt phần Thực tế học sinh chỉ tìm hiểu qua sách giáo khoa công nghệ 12 thì khó có thể hiểu được mạch điều khiển là gì, chứ đừng nói đến là có thể tạo được một mạch điều khiển mình mong muốn Vì mạch điều khiển nói chung có rất nhiều ứng dụng thực tế, có rất nhiều lĩnh vực cần để xử dụng, xong để thiết lập được mạch điện tử điều khiển thì không phải cũng biết … Chính nếu qua các bài học ở chương “Một số mạch điện tử điều khiển đơn giản” môn công nghệ lớp 12, nếu giáo viên lồng ghép hướng dẫn cho học sinh tìm hiểu và biết cách lắp đặt mạch điều khiển thì không những tạo hứng thú học tập cho các em mà còn giúp các em có tinh thần đam mê tìm tòi kiến thức, áp dụng được kiến thức đó vào thực tiễn Qua đề tài cũng muốn các em làm quen và tìm hiểu về chương trình Ardiuno là một chương trình rất thiết thực có thể phục vụ quá trình học tập, nghiên cứu sau này, cũng là một chương trình có rất nhiều ứng dụng thực tế Với Arduino bạn ứng dụng vào mạch đơn giản mạch cảm biến ánh sáng bật tắt đèn, mạch đèn trang trí, đèn chạy biển quảng cáo, đèn tín hiệu giao thông, mạch điều khiển động không đồng bộ, mạch điều khiển các thiết bị tự động gia đình, mạch đèn báo chống trộm … cao bạn làm sản phẩm như: máy in 3D, robot, kinh khí cầu, máy bay khơng người lái , Qua đó muốn là “cầu nối” giữa học sinh với Ardiuno để các em có thể tiếp cận được thế giới điện tử tương lai Qua đề tài cũng mong muốn các em làm quen và biết cách lập trình C và C++ để chạy một phần mềm điều khiển … Ghi chú - Ở mục I.1: Đoạn “ Hiện nay, …có rất nhiều ứng dụng thực tế” viết - Đoạn: “Với Ardiuno ….máy bay không người lái” tham khảo từ TLTK số Đoạn tiếp theo tự viết - Đoạn: “lập trình C và C++ để chạy một phần mềm điều khiển” tham khảo ở tài liệu số - “Chương trình Ardiuno” tham khảo từ TLTK số 1 skkn Là giáo viên trực tiếp giảng dạy học sinh thấy tạo hứng thú học tập qua bài học là cần thiết và đúng theo xu thế đổi mới của ngành nên chọn đề tài “Kinh nghiệm tạo hứng thú học tập bài “khái niệm về mạch điện tử điều khiển” môn công nghệ 12, qua một số hoạt động hướng dẫn học sinh lắp đặt mạch điều khiển đèn led” I.2 Mục đích nghiên cứu sáng kiến kinh nghiệm:2 Đề tài nhằm mục đích tạo hứng thú học tập cho học sinh, học đôi với hành bằng cách giáo dục học sinh biết thiết kế, lắp đặt, điều khiển các mạch điện tử điều khiển, tạo được những sản phẩm có nhiều ứng dụng thực tế I.3 Đối tượng nghiên cứu a Đối tượng: Đối tượng dạy học học sinh khối 12 trường THPT Thọ Xuân b. Đặc điểm: Học sinh có hỗ trợ lớn từ phía giáo viên, sách, báo, tivi, internet… Từ đó em học hỏi thêm, có ý thức việc tìm hiểu “Ardiuno” cách thiết kế, lắp đặt, mạch điện tử điều khiển I.4 Phương pháp nghiên cứu I.4.a Phương pháp nghiên cứu lý thuyết : - Đọc tài liệu để hệ thống hóa lý luận làm sở cho nghiên cứu thực tế - Đọc nghiên cứu tài liệu thực hành môn công nghệ trường THPT - Đọc tài liệu qua Internet để tìm hiểu về chương trình Ardiuno và phương pháp viết lập trình C và C ++ I.4.b Phương pháp điều tra viết: Làm số trắc nghiệm điều tra sự nhận thức của các em về mạch điều khiển và kiểm tra sự tiếp thu kiến thức qua bài học II Nội dung sáng kiến kinh nghiệm II.1 Cơ sở lý luận Như biết, mơn Cơng nghệ lớp 12 gồm có chương, nó thể hiện tính trừu tượng rất cao qua khái niệm, ngun lý, q trình kỹ thuật Cơng nghệ là môn mà học sinh khó có thể trực tiếp tri giác được, chẳng hạn, khái niệm mạch điện tử điều khiển … Để thể nội dung này, tài liệu giáo khoa người ta phải mô chúng kí hiệu, hình vẽ, sơ đồ… Để nhận thức nội dung học sinh phải hình dung, tưởng tượng, khái qt hóa,…nghĩa phải thực thao tác tư Vì vậy dạy học cần phải: Phân tích tìm điểm xuất phát tương đối khâu nhận thức (từ cụ thể - trực quan hay trừu tượng - lí thuyết) Đó sở cho việc vận dụng đường quy nạp hay diễn dịch dạy Xác định đắn vị trí vai trị trực quan, coi phương tiện, điều kiện chuyển hoá biện chứng từ cụ thể sang trừu tượng ngược lại Nội dung môn học kỷ thuật công nghiệp mang tính tổng hợp tích hợp môn học ứng dụng, hàm chứa phần tử kiến thức thuộc nhiều mơn khoa học khác nhau: Tốn học, Hố học, Vật lí học, Kinh tế học, Xã hội học… lại liên quan, thống với việc phản ánh đối tượng kỹ thuật cụ thể Các mục: I.2; I.3;I.4;II.1 tác giả tự viết Đoạn “chương trình Ardiuno và phương pháp lập trình C/C++” mục I.4.a tham khảo qua TLTK số skkn Phần “Một số mạch điện tử điều khiển” phần tương đối khó với nhiều kiến thức lý thuyết mẻ, trừu tượng khó nhớ khái niệm, công dụng, phân loại loại các mạch điện tử điều khiển Những kiến thức mang tính chun nghành điện tử cao nên vừa mẻ vừa trừu tượng khó ghi nhớ học sinh Là người giáo viên nhiều tâm với đồng nghiệp mơn có nhận định: “Ngay số thầy, cịn chưa hiểu hết được nợi dung kiến thức bài dạy, về chương trình Ardiuno, để điều khiển được mạch điện tử thì cần phải tiến hành thế nào? Tại có thể điều khiển được … nói đến học sinh? ” Câu nói khiến tơi băn khoăn suy nghĩ phần phản ánh thực trạng Điều thơi thúc tơi tìm tịi biện pháp giáo dục học sinh biết cách thiết kế, lắp đặt, tập viết phần mềm điều khiển mạch điện tử, đồng thời tài liệu cho người tham khảo II.2 Thực trạng.3 II.2.a Thuận lợi: + Đa số học sinh cuối cấp nên cũng có khả nhận thức vấn đề mợt cách nhanh chóng + Giáo viên nhiệt tình giảng dạy, có lực, kinh nghiệm + Đờng nghiệp sẳn sàng ủng hộ, góp ý để thực hiện đề tài một cách tốt nhất + Nhà trường tạo điều kiện thuận lợi để thầy và trò thực hiện đề tài như: Tạo điều kiện về thiết bị dạy học, sở vật chất, kinh phí mua dụng cụ thí nghiệm … +Gia đình tạo điều kiện để hoàn thành tớt cơng việc II.2.b Khó khăn: Trình độ học tập học sinh khơng đờng đều, tính tự giác, khả tư độc lập, sáng tạo học sinh cịn hạn chế Một số học sinh chưa chăm học nên kết học tập thấp so với yêu cầu Một số phụ huynh chưa thực quan tâm đến việc học em cho mơn phụ Kết thực trạng trước làm đề tài Với thực trạng trình bày trên, qua kiểm tra khảo sát học sinh khối 12 trường thấy: +70% học sinh không để ý học môn công nghệ vì cho là môn phụ và không thi THPTQG + 20% học sinh nắm cách thụ động, học thuộc lòng nội dung sách giáo khoa + 10% học sinh có hứng thú học tập mơn cơng nghệ + 80% học sinh chưa có kĩ thao tác thực hành + Hầu hết học sinh chưa có kỹ vận dụng vào thực tế Từ thực trạng trên, để góp phần nâng cao kiến thức kỹ vận dụng vào thực tế, thực đề tài: “Kinh nghiệm tạo hứng thú học Trong trang này toàn bộ mục II tự viết skkn bài “khái niệm mạch điện tử điều khiển” môn công nghệ 12, qua hoạt động lắp đặt mạch điều khiển đèn led” II.3 Các giải pháp thực hiện II.3.a Giải pháp - Sưu tầm tài liệu - Giới thiệu soạn thực nghiệm - Một số kiến thức giáo dục học sinh - Khảo sát thống kê đối chứng kết II.3.b Tổ chức thực II.3.b.1 Cách thức sưu tầm tài liệu - Sưu tầm nhiều cách: Bản thân tự tìm kiếm, qua bạn bè, đồng nghiệp - Tìm kiếm thơng tin tài liệu sách, báo, SGK, mạng Internet II.3.b.2 Nội dung cần giới thiệu cho học sinh tham khảo II.3.b.2.14 Ardiuno là gì? Các thông số kỷ thuật của Ardiuno Lịch sử: Arduino đời thị trấn Ivrea, nước Ý đặt theo tên vị vua vào kỷ thứ IX King Arduin Nhắc tới dòng mạch Arduino dùng để lập trình, mà người ta thường nói tới dịng Arduino UNO Hiện dòng mạch phát triển tới hệ thứ (R3) Một vài thông số Arduino UNO R3 Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ cấp qua cổng USB) Tần số hoạt động 16 MHz Dòng tiêu thụ Khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa chân I/O 30 mA Dòng tối đa (5V) 500 mA Dòng tối đa (3.3V) 50 mA 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng Bộ nhớ flash bootloader Toàn bộ nội dung mục II.3.b.2.1 tham khảo nguyên văn tại tài TLTK số skkn SRAM KB (Atmega328) EEPROM KB (Atmega328) Vi điều khiển Arduino UNO sử dụng vi điều khiển họ 8bit AVR ATmega8, ATmega168, ATmega328 Bộ não xử lí tác vụ đơn giản điều khiển đèn LED nhấp nháy, xử lí tín hiệu cho xe điều khiển từ xa, làm trạm đo nhiệt độ - độ ẩm hiển thị lên hình LCD,… hay ứng dụng khác … Thiết kế tiêu chuẩn Arduino UNO sử dụng vi điều khiển Atmega 328 với giá khoảng 90.000đ Tuy nhiên yêu cầu phần cứng bạn khơng cao túi tiền khơng cho phép, bạn sử dụng loại vi điều khiển khác có chức tương đương rẻ ATmega8 (bộ nhớ flash 8KB) với giá khoảng 45.000đ ATmega168 (bộ nhớ flash 16KB) với giá khoảng 65.000đ Linh kiện này bạn có thể đặt mua qua trang “Điệntử.com” Ngoài việc dùng cho board Arduino UNO, bạn sử dụng IC điều khiển cho mạch tự chế Năng lượng: Arduino UNO cấp nguồn 5V thơng qua cổng USB cấp nguồn ngồi với điện áp khuyên dùng 7-12V DC giới hạn 620V Nếu cấp nguồn vượt ngưỡng giới hạn trên, bạn làm hỏng Arduino UNO Các chân lượng - GND (Ground): cực âm nguồn điện cấp cho Arduino UNO Khi bạn dùng thiết bị sử dụng nguồn điện riêng biệt chân phải nối với - 5V: cấp điện áp 5V đầu Dòng tối đa cho phép chân 500mA - RESET: việc nhấn nút Reset board để reset vi điều khiển tương đương với việc chân RESET nối với GND qua điện trở 10KΩ - Bộ nhớ: Vi điều khiển Atmega328 tiêu chuẩn cung cấp cho người dùng Các cổng vào/ra6 Arduino UNO có 14 chân digital dùng để đọc xuất tín hiệu Chúng có mức điện áp 0V 5V với dòng vào/ra tối đa chân 40mA Ở chân có điện trở cài đặt vi điều khiển ATmega328 (mặc định điện trở khơng kết nối) Nội dung toàn bộ trang này tham khảo tham khảo qua TLTH số Toàn bộ nội dung “Cổng vào” tham khảo nguyên văn TLTK số skkn Một số chân digital có chức đặc biệt sau: Chân Serial: (RX) (TX): dùng để gửi (transmit – TX) nhận (receive – RX) liệu TTL Serial Arduino Uno giao tiếp với thiết bị khác thông qua chân Kết nối bluetooth thường thấy nói nơm na kết nối Serial khơng dây Nếu khơng cần giao tiếp Serial, bạn không nên sử dụng chân không cần thiết Chân PWM (~): 3, 5, 6, 9, 10, 11: cho phép bạn xuất xung PWM với độ phân giải 8bit (giá trị từ → 28-1 tương ứng với 0V → 5V) hàm analogWrite() Chân giao tiếp SPI: 10 (SS), 11 (MOSI), 12 (MISO), 13 (SCK) Ngồi chức thơng thường, chân dùng để truyền phát liệu giao thức SPI với thiết bị khác LED 13: Arduino UNO có đèn led màu cam (kí hiệu chữ L) Khi bấm nút Reset, bạn thấy đèn nhấp nháy để báo hiệu Nó nối với chân số 13 Khi chân người dùng sử dụng, LED sáng II.3.b.2.2 Lập trình cho Ardiuno7 Các thiết bị dựa tảng Arduino lập trình ngơn ngữ riêng Ngơn ngữ dựa ngơn ngữ Wiring viết cho phần cứng nói chung Và Wiring lại biến thể C/C++ Một số người gọi Wiring, số khác gọi C hay C/C++ Có thể gọi “ngôn ngữ Arduino”, đội ngũ phát triển Arduino gọi Ngôn ngữ Arduino bắt nguồn từ C/C++ phổ biến dễ học, dễ hiểu Nếu học tốt chương trình Tin học 11 việc lập trình Arduino tớt (Đầu tiên công việc lập trình còn khó khăn các em có thể tham khảo các bài lập trình Internet Trước tiên các em tải phần mềm viết lập trình Adiuno cài đặt vào máy tính (Có sự hướng dẫn của giáo viên)) II.3.c Giới thiệu soạn thực nghiệm Chương 3: Một số mạch điện tử điều khiển đơn giản Tiết PPCT: 15 Bài 13: Khái niệm về mạch điện tử điều khiển Mục tiêu bài học Mục II.3.b.2.2 đoạn “Các thiết bị … dễ học, dễ hiểu” tham khảo nguyên văn qua TLTK số skkn Giúp học sinh biết khái niệm, công dụng, phân loại mạch điện tử điều khiển Giúp học sinh thiết kế, lắp đặt được mạch điều khiển, làm được mạch đèn led trang trí Chuẩn bị * Chuẩn bị giáo viên - Nghiên cứu 13 SGK SGV - Tranh vẽ hình 13-3, 13-4 SGK - Tìm hiểu sưu tầm tài liệu qua internet - Đặt mua Ardiuno, điện trở, các bóng led, IC HC 595 … * Chuẩn bị học sinh Đọc trước 13 nhà Đọc trước tài liệu giới thiệu về Ardiuno Tham khảo cách lập trình C và C++ internet Ơn tập lại phần lập trình mơn tin học lớp 11 Các hoạt động lớp -Ổn định tổ chức lớp -Nội dung HOẠT ĐỘNG CỦA NỘI DUNG CƠ BẢN THẦY VÀ TRÒ * Hoạt động 1: Khái niệm mạch điện tử điều khiển - GV: Trong học trước I – KHÁI NIỆM VỀ MẠCH ĐIỆN làm quen với linh TỬ ĐIỀU KHIỂN kiện điện tử Trong thực tế người biết kết hợp linh Những mạch điện tử thực chức kiện lại với để tạo điều khiển gọi mạch điện mạch điện tử điều khiển khác tử điều khiển theo chức khác Tín hiệu vào - Các em nêu vài ví dụ MĐTĐK ĐTĐK mạch điện tử điều khiển thực tế mà em biết? - HS trả lời - GV kết luận giới thiệu sơ đồ khối (Hình 13 – 1) Hoạt động 2: Trình bày công dụng phân loại mạch điện tử điều khiển - GV: Giới thiệu công dụng mạch điện tử điều khiển hình 13-3 SGK - Ví dụ: + Điều khiển tín hiệu như: điều khiển đèn giao thơng, bảng hiệu quảng cáo,… + Tự động hố máy móc dây chuyền sản xuất,… + Điều khiển thiết bị điện dân dụng tivi, tủ lạnh, + Điều khiển trò chơi trị chơi máy tính,… skkn MẠCH ĐIÊN TỬ ĐIỀU KHIỂN II – CƠNG DỤNG Điều khiển tín hiệu Tự động hố máy móc, thiết bị III – PHÂN LOẠI Điềucách khiển cácloại thiết bị điện dân chí dụng Có nhiều phân theo tiêu khác nhau: mức dộ tự động hố Điều khiển có lập trình Điều khiển cứng Phân mạch điện loạitửtheo Điều khiển Phân tín hiệu loại theo chức Điều khiển tốc độ Công suất lớn Phân loại theo công Công suấtsuất nhỏ MẠCH ĐIỆN TỬ giải ĐIỀU Điều khiển trò chơi trí KHIỂN Hoạt động 3: Giới thiệu về Ardiuno, cách lắp đặt mạch đèn led, hướng dẫn lập trình để điều khiển mạch đèn led Hoạt động 3.1 Tìm hiểu về lịch sử Ardiuno và tìm hiểu các thông số Arduino UNO R3 (Giáo viên giới thiệu theo nội dung phần (b.2.1) Hoạt động 3.2 Hướng dẫn học sinh lập trình cho board Adiuno a, Hướng dẫn học sinh cài đặt driver Arduino IDE Để lập trình cho board Arduino, em cần phải có công cụ gọi là Intergrated Development Environment (IDE) Công cụ đội ngũ kĩ sư Arduino phát triển chạy Windows Bước Cài đặt Java Runtime Environment (JRE) Nội dung phần “Khái niệm, công dụng, phân loại mạch điện tử điều khiển” tham khảo tại TLTK số Các đọan còn lại tự viết skkn Vì Ardiuno IDE được viết Java nên bạn cần phải cài đặt JRE trước Ardiuno IDE) Link tải: http://www.oracle.com/technetwork/ja Tải Java (Nhớ chọn "Accept License Agreement") Bước Cài đặt Arduino IDE Truy cập địa chỉ http://arduino.cc/en/Main/Software/ Đây nơi lưu trữ cập nhật IDE Arduino (Các bước cài đặt được hướng dẫn địa chỉ nhé) Hình minh họa Bước Hướng dẫn viết lập trình board Arduino (Hình minh họa) Hướng dẫn cài đặt “JRE và Arduino IDE” tham khảo tại TLTK số 1 skkn Giới thiệu về mã lập trình pinMode (pin, mode) (Cấu hình pin quy định hoạt động đầu vào (INPUT) đầu (OUTPUT)) digitalWrite(pin,value) (Xuất tín hiệu chân digital, có giá trị HIGH là LOW Dùng digitalWrite để xuất tín hiệu điện chân 5V xuất tín hiệu là HIGH, 0V xuất tín hiệu là LOW) Array là mảng (tập hợp giá trị có liên quan đánh dấu số). Array được dùng Arduino là Array trong ngơn ngữ lập trình C for: Hàm for có chức làm vịng lặp Vậy vịng lặp gì? Hãy hiểu cách đơn giản, làm làm lại cơng việc có tính chất chung Chẳng hạn, bạn bật tắt LED dùng digitalWrite xuất HIGH delay lại LOW rồi lại delay Nhưng bạn muốn làm nhiều LED đoạn mã lập trình bạn dài (không đẹp chỉnh sửa chẳng lẻ ngồi sửa lại dịng?) delay (delay có nhiệm vụ dừng chương trình thời gian mili giây) int: Kiểu int là kiểu số nguyên dùng chương trình Arduino byte: Là kiểu liệu biểu diễn số nguyên nằm khoảng từ đến 255 sizeof: Là kiểu liệu biểu diễn số nguyên nằm khoảng từ 10 đến 255 Nội dung chương trình phần mềm chạy mạch bóng đèn led sau : byte ledPin[] = {2,3,4,5,6,7,8,9}; // Mảng lưu vị trí chân Digital mà đèn LED sử dụng theo thứ tự từ 1->8 Bạn thêm LED cách thêm chân digital vào mảng byte pinCount; // Khai báo biến pinCount dùng cho việc lưu tổng số chân LED void setup() { pinCount = sizeof(ledPin); for (int i=0;i