Khbd stem xe chữa cháy

Kế hoạch bài dạy stem mô hình xe chữa cháy trong dạy học Vật lí 11 KNTT. Mô hình sử dụng các cảm biến như cảm biến khí gas, cảm biến nhiệt, modul bluetooth, mạch chủ arduino r3 và mạch điều khiển động cơ. Thiết kế trong dạy học khiến thức truyền thông tin bằng sóng vô tuyến, chuyên đề Vật lí 11 ở phần mở đầu điện tử học.

1 Tên chủ đề: Chế tạo mô hình xe chữa cháy

(Số tiết : 03 – Môn Vật lí lớp 11 – STEM bài học)

2 Mô tả chủ đề

Hiện nay kinh tế, xã hội đất nước phát triển nhanh nhưng hạ tầng phòngcháy chữa cháy chưa được đầu tư phát triển đúng tầm, quy hoạch phát triển cácngành, lĩnh vực, địa phương chưa coi trọng đến công tác phòng cháy chữa cháy vàcứu nạn cứu hộ Theo Chỉ thị 01/CT-TTg năm 2023 nêu rõ, thời gian gần đây,cháy, nổ, sự cố, tai nạn diễn biến phức tạp, nhất là tại khu dân cư, chung cư caotầng, khu công nghiệp, chợ, cơ sở sản xuất, kinh doanh, quán karaoke , một số vụlàm chết nhiều người, tổn thương lớn về tinh thần, thiệt hại nặng nề về vật chất củangười dân, ảnh hưởng tiêu cực đến an toàn, an sinh xã hội, gây hoang mang dưluận Theo thống kê trong 05 năm (2015-2019), cả nước xảy ra 17.844 vụ cháy,làm chết 431 người, bị thương 981 người; thiệt hại về tài sản ước tính 8.399 tỷđồng và 8.810 héc-ta rừng; Tháng 5/2023, toàn quốc xảy ra 191 vụ cháy, làm chết

12 người, bị thương 09 người; thiệt hại tài sản ước tính 17,62 tỷ đồng; đáng chú ý,

số vụ cháy chủ yếu xảy ra tại nhà dân là 59 vụ cháy nhà dân (chiếm 30,89%); 03

vụ cháy chung cư (chiếm 1,57%); 01 vụ cháy cơ sở giáo dục (chiếm 0,52%) Trướctình hình trên Đảng, Nhà nước đã ra nhiều chính sách, sửa đổi Luật, bổ sung đểphù hợp hơn với thực tế, đẩy mạnh công tác tuyên truyền và xây dựng phong tràotoàn dân PCCC Tuy nhiên, để hạn chế cháy, nổ duy trì sự an toàn, tài sản thì điềuquan trọng nhất vẫn là ý thức và sự vận động của người dân

Với tốc độ phát triển cao của khoa học công nghệ 4.0, tự động hóa hiện nay

đã có một số các thiết bị hỗ trợ nhưng vẫn chưa được rộng rãi và còn nhiều hạnchế Bên cạnh việc chờ đợi lực lượng cứu hộ PCCC nếu có một thiết bị chữa cháyđơn giản nào đó giúp chúng ta xử lí, làm hạn chế đám cháy khi còn nhỏ hoặc sựlây lan đến khi đội cứu hộ đến thì phần nào giúp giảm đi đáng kệ thiệt hại về conngười và tài sản Thiết bị điều khiển không chỉ giúp xử lí sơ bộ đám cháy còn đônồng độ các khí gây cháy trong không khí để cảnh báo mức độ nguy hiểm dẫn đếncháy nổ

Cùng với đó, sự đổi mới trong giáo dục có phần yêu cầu về tính sáng tạo,mới mẻ trong dạy học, bên cạnh những kiến thức khô khan nên có những giải phápgiúp học sinh hứng thú hơn đưa các kiến thức đó đến gần với học sinh trong đờisống thực tế.

Từ những lí do trên ở chủ đề này chúng ta sẽ cùng chế tạo một mô hình cóthể phun nước xử lí sơ bộ đám cháy, đo nồng độ không khí được lập trình bởiArduino để điều kiển trên điện thoại

Trong chủ đề này, học sinh tìm hiểu và vận dụng kiến thức về môn:

+ Vật lý 11: Chuyên đề 11.2 Truyền thông tin bằng sóng vô tuyến: Truyền tín hiệu

Chuyên đề 11.3 Mở đầu về điện tử học: Thiết bị cảm biến và khuếch đại thuật toán

Thảo luận, đề xuất và lựa chọn được phương

án thiết kế mô hình xe chữa cháyThực hiện chế tạo mô hình xe chữa cháyTrình bày báo cáo và thảo luận: bài báo cáo

về bản vẽ thiết kế mô hình xe chữa cháyĐánh giá được mức độ hiệu quả của môhình xe chữa cháy

Nhận diện được mặt hạn chế của mô hình xechữa cháy

Đề xuất được giải pháp để cái tiến được môhình xe chữa cháy

b Các năng lực chung

- Năng lực tự chủ và tự học: Tự nghiên cứu kiến thức nền, lên kế hoạch thiết kế,chế tạo, thử nghiệm và đánh giá

- Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo : Tư duy độc lập giải quyết được nhiệm

vụ thiết kế và chế tạo mô hình xe chữa cháy

– Năng lực giao tiếp và hợp tác: Hợp tác với các thành viên trong nhóm để thốngnhất bản thiết kế và phân công thực hiện, cùng nhau chế tạo mô hình

4 Thiết bị và học liệu (Chuẩn bị của GV và HS)

4.1 Giáo viên

a Các thiết bị, dụng cụ phục vụ dạy học

 Máy tính, máy chiếu

 Bài giảng Power Point

 Phiếu học tập

 Phiếu đánh giá

 Phiếu tiêu chí đánh giá sản phẩm

 Phiếu kế hoạch thực hiện

 Chuẩn bị đầy đủ các bộ thiết bị, vật liệu lắp ráp mô hình

b Vật liệu sử dụng cho mô hình

thiết bị

Hình ảnh

1 Arduino

Uno R3

2

Modulebluetoothhc05

3

Moduleđiều kiểnđộng cơL293D

4

Cảmbiến khígas MQ2

MànhìnhLCD16x2

6

ModuleI2Cchuyểnđổi choLCD

7 Còi điện

(5V)

8 Dây nối

9

Khung

xe môhình

13 Chai

nhựa

c Sơ đồ thiết kế

 Sơ đồ khối:

Hình 1 Sơ đồ thiết kế mạch điện

 Giải thích nguyên lý hoạt động của sơ đồ khối

- Nguồn: Pin 9V cung cấp cho Arduino và các thiết bị hoạt động

+ Cực dương của pin nối vào chân 5V của Arduino ; Công tắc K1 để bật tắtnguồn

+ Cực âm của pin nối vào chân GND (GND là chân nối đất của Arduino, ở

đó điện thế bằng 0)

=> Tạo thành một bộ nguồn 5V với cực dương là chân 5V và cực âm làGND trên board mạch Arduino

- Bộ phận xử lí tín hiệu( aruduino R3 ): nhận và xử lí các tín hiệu đầu vào,

xuất tín hiệu đầu ra cho các hoạt động

- Bộ phận cảm biến bluetooth hc05 : Lấy nguồn điện từ board Arduino qua

2 chân VCC và GND để hoạt động Cảm biến giao tiếp với arduino điềukhiển mô hình thông qua 2 chân TX và RX

- Bộ phận điều khiển động cơ : Khi nhận tín hiệu từ bluetooth hc05

arduino xuất tín hiệu ra module L293D điều khiển các động cơ cho xe chạy

và cấp nguồn cho động cơ bơm nước hoạt động

- Bộ phận xử lý: Đọc tín hiệu điện từ cảm biến và chuyển thành tín hiệu Digital để đưa ra Bộ phận hiển thị thông qua 2 chân giao tiếp A4 – SDA;

A5 - SCD

- Bộ phận hiển thị: Hiển thị nồng độ khí gas lên màn hình để ta đọc được

- Bộ phận cảnh báo: Khi nồng độ khí gas đạt đến ngưỡng nguy hiểm thì

chuông sẽ cảnh báo

d Giải thích nguyên lý hoạt động của thiết bị

- Khi kết nối điện thoại với module bluetooth các thao tác trên điện thoạt được

chuyển thành tín hiệu và truyền đến module bluetooth giao tiếp với bord arduino.Arduino xử lí tín hiệu rồi truyền tín hiệu cho mạch điều kiển động cơ L293D,L29D xuất các tín hiệu thành dòng điện cho các động cơ hoạt động Tương ứng vớicác chuyển động theo các hướng của xe và bơm nước

- Cảm biến khi gas đọc giá trị nồng độ trong không khí, truyền tín hiệu choarduino, arduino xuất tín hiểu ra lcd hiển thị dữ liệu lên màn hình Nếu giá trị khígas ở ngưỡng nguy hiểm thì arduino xuất tín hiệu ra cho còi keo

e Các bước chế tạo

Bước 1: Lắp mạch

Lần lượt lắp các dụng cụ theo sơ đồ mạch điện và gắn vào đế khung xe môhình

Bước 2: Thiết lập code

Thiết lập code cho mạch Arduino

Bước 3: Thử nghiệm

Thử nghiệm điều khiển mô hình bằng điện thoại

Bước 4: Cho nước vào và điều khiển phun nước

Nếu bộ phần phun nước chưa hoạt động được thì nhóm cần điều chỉnh lại

Bước 5: Trang trí mô hình và hoàn thiện

Trang trí và hoàn thiện sao cho mô hình trông thật đẹp mắt

 Sản phẩm hoàn thiện

Video thử nghiệm mô hình xe chữa cháy:

https://www.youtube.com/channel/UCjgcN402L3tmx_FmyciKIJQ

4.2 Học sinh

- Xem lại kiến thức về cảm biến và truyền tín hiệu (vật lí 11)

- Chuẩn bị laptop để trình bày báo cáo

5 Tiến trình dạy học

5.1 Chuỗi các hoạt động theo chủ đề

Các bước Tên hoạt động cụ

thể

Định hướng cách thức tổ chức

Thời gian và địa điểm

- Cho HS quan sát video xác nhận vấn đề (Video vềcháy nổ)

- Dạy học nêu và giải quyết vấn đề

- Dạy học theo nhóm

- Kỹ thuật dạy học mảnhghép

37 phút tạilớp

(Hết tiết 1)

Hoạt động 2.2 :

Nghiên cứu nguyêntắc hoạt động củacảm biến khí gassMQ2

Hoạt động 2.3 :

Nghiên cứu nguyêntắc hoạt động củasensor sử dụng :bluetooth hc05

Hoạt động 2.4 :

Thống nhất tiếntrình dự án

- GV thông báo kế hoạchthực hiện dự án chế tạo

« Mô hình xe chữa cháy »

mô hình xe chữacháy

- Báo cáo, thảo luận 45 phút tại

lớp

Hoạt động 3.2:

Trình bày và bảo vệphương án thiết kế

- Báo cáo, thảo luận 45 phút tại

lớp

5.2 Các hoạt động cụ thể

Hoạt động 1: Xác định vấn đề STEM (10 phút)

a) Mục tiêu:

- Thảo luận, phát biểu tính hình và các biện pháp xử lí khi gặp cháy nổ

- Xác định được vấn đề STEM: “Mô hình xe chữa cháy”

b) Nội dung:

- HS quan sát video và thảo luận và trả lời câu hỏi của giáo viên

- HS nêu một vài các xử lí khi gặp cháy nổ

- Giáo viên chốt vấn đề cần tìm hiểu là “Cảm biến, truyền tín hiệu”

c) Sản phẩm:

- Tình hình và các biện pháp xử lí khi gặp cháy nổ hiện nay.

- Xác định được nội dung cần tìm hiểu là “Cảm biến, truyền tín hiệu”.

HS quan sát

GV đặt câu hỏi cho HS: “Cóthể tình trạng cháy nổ nước tadạo gần đây khá nghiêmtrọng, gây nhiều thiệt hại cả

về con người và tài sản Vậythì là người công dân chúng

ta nên làm gì và các biệnpháp để khắc phục, hạn chếcháy nổ?”

HS suy nghĩ và trả lời

GV đặt câu hỏi: “Các câu trảlời của các em đã cho thấyyếu tố quan trọng nhất vẫn là

ý thức và sự hành động củangười dân Vậy các em cóthể nêu một vài cách để xử líkhi gặp cháy nổ?”

GV mời HS trả lời HS đưa ra câu trả lời

Các câu trả lời dự kiến:

- Dùng nước dập đámcháy khi chưa lan rộng

- Tìm cách đến nơi antoàn

- Gọi cứu hộ,

GV đưa ra vấn đề: “Thầy đãnhận được nhiều câu trả lời từcác bạn Các câu trả lời đềurất hay và đúng Tuy nhiên,việc bản thân chúng ta trựctiếp tham gia vào dập tắc đámcháy nó tồn tại rất nhiều rủi

ro và nguy hiểm nhưng nếukhông xử lí sơ bộ thì đámcháy sẽ ngày càng khó kiểmsoát Trong thời đại 4.0 hiệnnay, các thiết bị thông minh

là sự lựa chọn tốt để có thểthay chúng ta thực hiện cáccông việc đó Không cần phảitham gia trực tiếp mà có thểđiều khiển gián tiếp xử lí đámcháy Vậy bây giờ chúng ta sẽcùng tìm hiểu về các mạchcảm biến, truyền tín hiệu vàsau bài học các em sẽ lựachọn một số các mạch cảmbiến, truyền tín hiệu để thiết

kế “Mô hình xe chữa cháy ”nhé !

Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền (35 phút)

a) Mục tiêu:

- Phân loại cảm biến (sensor): Theo nguyên tắc hoạt động, phạm vi sử dụng,hiệu quả kinh tế

- Sử dụng sơ đồ tư duy để diễn đạt được kiến thức của các loại cảm biến,mạch truyền tín hiệu

- Phát triển năng lực giao tiếp và hợp tác:

+ Hợp tác với các thành viên trong nhóm để tìm hiểu kiến thức về các cảmbiến và mạch truyền tín hiệu

- Xác định được nhiệm vụ là chế tạo mô hình xe chữa cháy với các yêu cầu:+ Hoạt động của mô hình có vận dụng kiến thức về cảm biến, truyền tínhiệu

+ Thiết bị sử dụng cảm biến khí gas MQ2, module bluetooth hc05

+ Thiết bị đo được nồng độ khí gas trong không khí

+ Mô hình thiết kế đẹp, bắt mắt

b) Nội dung:

- HS làm việc nhóm để tìm hiểu các nội dụng:

+ Phân loại cảm biến: theo nguyên tắc hoạt động, theo hiệu quả kinh tế, theo phạm

vi sử dụng

+ Cảm biến khí gas, module bluetooth

- Giáo viên thông báo tiến trình dự án cho học sinh và phát phiếu học tập số 1 chocác nhóm

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 1 DANH SÁCH NHÂN SỰ Nhóm……… Lớp………

Nhóm trưởng

Thư kí Thủ quỹ Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên Thành viên

c) Sản phẩm:

Vở ghi các nội dung:

- Phân loại cảm biến: theo nguyên tắc hoạt động, theo hiệu quả kinh tế, theophạm vi sử dụng

- Cảm biến khí gas MQ2, modul bluetooth

- HS trả lời câu hỏi

- GV kết luận: “Thầy đãnhận được khá nhiều ý kiến

- HS làm việc nhóm

hay từ các em Sau khitổng hợp lại, chúng ta sẽ có

3 cách phân loại sau đây:

theo nguyên tắc hoạt động,theo hiệu quả kinh tế, theophạm vi sử dụng.”

- GV chuyển giao nhiệmvụ: “Bây giờ thầy sẽ chialớp mình thành 3 nhóm

Nhóm 1 sẽ tìm hiểu vềphân loại cảm biến theonguyên tắt hoạt động vànhóm 2, 3 lần lượt là phânloại cảm biến theo phạm vi

sử dụng và theo hiệu quảkinh tế.”

- GV đưa ra nhiệm vụ:

“Sau khi tìm hiểu xong,nhóm 1 sẽ phân 2 bạn quanhóm 2 và 2 bạn qua nhóm

3 để chia sẻ kiến thức vừatìm hiều cho các bạn chưabiết Các nhóm 2 và 3 cũnglàm tương như nhóm 1.”

- HS di chuyển tạo thành cácnhóm mới và thảo luận cáckiến thức biết từ các nhómmình đã đi qua

- HS ghi bài vào vở

Hoạt động 2.2 GV chia lớp thành 2 nhóm

“Các em hãy quan sát xem

và hãy cho cô biết đâu làcảm biến MQ2 và modulebluetooth hc05?”

- GV kết luận: “Bên trái làcảm biến MQ2 và bên phải

là module bluetooth hc05”

- HS quan sát

- GV chuyển giao nhiệmvụ: “Nhóm 1,2 tìm hiểucảm biến MQ2 và nhóm 3tìm hiểu module bluetoothhc05 Mỗi nhóm sẽ thiết kếmột sơ đồ tư duy để trìnhbày các kiến thức tìm hiểuđược.”

- HS làm việc nhóm

- GV lần lượt mời từngnhóm trình bày sản phẩm

và báo cáo

- HS lắng nghe và góp ý nhậnxét

- GV nhận xét và kết luậnkiến thức về cảm biếnMQ2 và module bluetoothhc05

- HS ghi bài vào vở

Hoạt động 2.4:

Thống nhất tiến

trình dự án

- Giáo viên thống nhấtcùng học sinh kế hoạchthực hiện dự án chế tạo

“Mô hình xe chữa cháy”

+ Bước 1: Nhận nhiệm vụ + Bước 2: Nghiên cứu kiếnthức nền

+ Bước 3: Lập bản phương

án thiết kế và báo cáo

+ Bước 4: Chế tạo sảnphẩm

+ Bước 5: Báo cáo và đánhgiá sản phẩm

HOẠT ĐỘNG 3 ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁT VÀ LỰA CHỌN GIẢI PHÁP

- Vẽ được bản vẽ sơ đồ nguyên lí và bản thiết kế sản phẩm phù hợp với nguyên lí

và khả thi khi chế tạo

- Trình bày được phương án thiết kế “ Mô hình xe chữa cháy” , bản vẽ nguyên lí việc kết nối các thiết bị và bản thiết kế sản phẩm)

b Nội dung:

- GV thông báo các tiêu chí đánh giá bản thiết kế, tiêu chí đánh giá sản phẩm (Các tiêu chí ở mục 6)

- GV triển khai hoạt động nhóm:

+ Đưa cho học sinh phiếu học tập điện tử số 2 và số 3

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 2: BẢN VẼ THIẾT KẾ

VÀ DANH SÁCH NGUYÊN VẬT LIỆU ĐÃ ĐIỀU CHỈNH

Nhóm: ……… Lớp: ………

1 Bản vẽ thiết kế (Có hình vẽ và giải thích sơ đồ nguyên lí hoạt động) 2 Danh sách nguyên vật liệu ………

………

………

………

………

PHIẾU HỌC TẬP SỐ 3: BẢN VẼ KẾT NỐI CÁC THIẾT BỊ Nhóm: ……… Lớp: ………

1 Thông số kĩ thuật, nguyên lý hoạt động của cảm biến khí gas MQ2? ………

………

………

………

………

2 Thông số kĩ thuật, nguyên lý hoạt động module bluetooth hc05? ………

………

………

………

………

3 Sơ đồ mạch kết nối các thiết bị, mạch, cảm biến và arduino ? ………

+ Tiếp theo, cả nhóm cùng thảo luận dựa trên ý kiến cá nhân, suy nghĩ và thống nhất ý kiến chung cho cả nhóm và hoàn thành phiếu học tập nhóm.

+ Nội dung suy nghĩ về phương án thiết kế:

▪ Nguyên vật liệu sử dụng

▪ Cấu tạo

▪ Kích cỡ dự kiến

- GV triển khai hoạt động nhóm:

+ GV tổ chức cho HS từng nhóm trình bày phương án thiết kế “ Mô hình xe chữacháy” đồng thời chỉ rõ phần kiến thức đã học được và áp dụng

- GV tổ chức hoạt động thảo luận cho từng thiết kế: Các nhóm khác ghi chép vào bảng đánh giá được GV phát trước và GV nêu câu hỏi làm rõ, phản biện và góp ý cho bản thiết kế; nhóm trình bày trả lời câu hỏi, lập luận, bảo vệ quan điểm hoặc ghi nhận ý kiến góp ý phù hợp để hoàn thiện bản thiết kế

- GV chuẩn hoá các kiến thức liên quan cho HS; yêu cầu HS ghi lại các kiến thức vào vở và chỉnh sửa phương án thiết kế (nếu có)

c Sản phẩm

- Bài ghi của cá nhân về các kiến thức liên quan

- Bài báo cáo bản vẽ kết nối thiết bị và thiết kế, danh sách nguyên vật liệu (giấy A0hoặc Powerpoint)

- Phiếu học tập số 2

- Phiếu học tập số 3

-Thống nhất các tiêu chí đánh giá nếu cần thiết

- GV yêu cầu các nhóm tìm hiểu nguyên lý hoạt động của cảm biến khí gas và mdule bluetooth

- GV yêu cầu các thành viên trong nhóm tham khảo cách lậptrình Arduino trên web hoặc các tài liệu liên quan

-GV yêu cầu HS đề xuất phương án chế tạo thiết bị của nhóm mình rồi trình bày lên giấy A0 hoặc Powerpoint dựa theo mẫu của phiếu học tập

- Quan sát quá trình thảo luận nhóm của HS để có thể kịp thời

hỗ trợ, hướng dẫn các em khi các em có thắc mắc Định hướng, gợi ý cho các em ứng dụng những kiến thức đã học vào việc đề xuất phương án chếtạo GV theo dõi chặt chẽ khi các nhóm thiết kế “ Mô hình xechữa cháy ”

- Gợi ý mẫu thiết kế để tránh

HS tốn nhiều thời gian thiết kế

- HS thảo luận nhóm đểthực hiện yêu cầu của GV

và điền vào phiếu học tập

số 2 và 3

Báo cáo - Giáo viên lắng nghe trình bày

của các nhóm

- Đưa ra nhận xét và đặt câu hỏi phản biện cho nhóm thuyết trình

- Các nhóm lần lượt cử đại diện thuyết trình về bản vẽ thiết kế “Mô hình xe chữa cháy” của nhóm mình và giải thích thuật toán điều