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 phòng cháy chữa cháy chưa được đầu tư phát triển đúng tầm, quy hoạch phát triển các ngành, lĩnh vực, địa phương chưa coi trọng đến công tác phòng cháy chữa cháy và cứu 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 cao tầng, khu công nghiệp, chợ, cơ sở sản xuất, kinh doanh, quán karaoke , một số vụ làm chết nhiều người, tổn thương lớn về tinh thần, thiệt hại nặng nề về vật chất của người dân, ảnh hưởng tiêu cực đến an toàn, an sinh xã hội, gây hoang mang dư luận 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 tỷ đồng 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%) Trước tình hình trên Đảng, Nhà nước đã ra nhiều chính sách, sửa đổi Luật, bổ sung để phù hợp hơn với thực tế, đẩy mạnh công tác tuyên truyền và xây dựng phong trào toàn dân PCCC Tuy nhiên, để hạn chế cháy, nổ duy trì sự an toàn, tài sản thì điều quan 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 hạn chế Bên cạnh việc chờ đợi lực lượng cứu hộ PCCC nếu có một thiết bị chữa cháy đơn giản nào đó giúp chúng ta xử lí, làm hạn chế đám cháy khi còn nhỏ hoặc sự lây lan đến khi đội cứu hộ đến thì phần nào giúp giảm đi đáng kệ thiệt hại về con người và tài sản Thiết bị điều khiển không chỉ giúp xử lí sơ bộ đám cháy còn đô nồng độ các khí gây cháy trong không khí để cảnh báo mức độ nguy hiểm dẫn đến cháy 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 pháp giúp học sinh hứng thú hơn đưa các kiến thức đó đến gần với học sinh trong đời sống thực tế.

Từ những lí do trên ở chủ đề này chúng ta sẽ cùng chế tạo một mô hình có thể phun nước xử lí sơ bộ đám cháy, đo nồng độ không khí được lập trình bởi Arduino 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

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

kinh tế.

Phát biểu được nguyên lý hoạt động của module bluetooth hc05.

Phát biểu được nguyên lý hoạt động của cảm biến nhiệt khí gas MQ2.

Vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học (VL3)

Lựa chọn và sử dụng thông tin để xây dựng được báo cáo tìm hiểu một số ứng dụng của truyền tín hiệu trong cuộc sống

Thảo luận, đề xuất và lựa chọn được phương án thiết kế mô hình xe chữa cháy

Thực hiện chế tạo mô hình xe chữa cháy Trình bày báo cáo và thảo luận: bài báo cáo về bản vẽ thiết kế mô hình xe chữa cháy Đánh giá được mức độ hiệu quả của mô

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 thống nhất 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

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 tắt nguồn

+ 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 là GND 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 điều khiển 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 hiệuDigital 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 với các 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 cho arduino, arduino xuất tín hiểu ra lcd hiển thị dữ liệu lên màn hình Nếu giá trị khí gas ở ngưỡng nguy hiểm thì arduino xuất tín hiệu ra cho còi keo.

e Các bước chế tạoBước 1: Lắp mạch

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

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:

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 đềCác bước Tên hoạt động cụ

- 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”.

dạo gần đây khá nghiêm trọng, gây nhiều thiệt hại cả về con người và tài sản Vậy thì là người công dân chúng ta nên làm gì và các biện pháp để khắc phục, hạn chế cháy nổ?”

HS suy nghĩ và trả lời

GV đặt câu hỏi: “Các câu trả lời của các em đã cho thấy

GV mời HS trả lời HS đưa ra câu trả lời Các câu trả lời dự kiến:

GV đưa ra vấn đề: “Thầy đã nhận được nhiều câu trả lời từ các bạn Các câu trả lời đều rất hay và đúng Tuy nhiên, việc bản thân chúng ta trực tiếp tham gia vào dập tắc đám cháy nó tồn tại rất nhiều rủi ro và nguy hiểm nhưng nếu không xử lí sơ bộ thì đám cháy sẽ ngày càng khó kiểm soát Trong thời đại 4.0 hiện nay, các thiết bị thông minh là sự lựa chọn tốt để có thể thay chúng ta thực hiện các công việc đó Không cần phải tham gia trực tiếp mà có thể điều khiển gián tiếp xử lí đám cháy Vậy bây giờ chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về các mạch cảm biến, truyền tín hiệu và sau bài học các em sẽ lựa chọn một số các mạch cảm biến, 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 cảm biến 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 tín hiệu.

+ 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 cho

Vở ghi các nội dung:

- Phân loại cảm biến: theo nguyên tắc hoạt động, theo hiệu quả kinh tế, theo “Theo các em, cảm biến sẽ được phân loại dựa trên

hay từ các em Sau khi tổng hợp lại, chúng ta sẽ có 3 cách phân loại sau đây: theo nguyên tắc hoạt động, theo hiệu quả kinh tế, theo phạm vi sử dụng.”

- GV chuyển giao nhiệm vụ: “Bây giờ thầy sẽ chia loại cảm biến theo phạm vi sử dụng và theo hiệu quả 3 để chia sẻ kiến thức vừa tìm hiều cho các bạn chưa

- GV giới thiệu: “Trên màn hình thầy đang trình chiếu cảm biến MQ2 và module bluetooth hc05”

“Các em hãy quan sát xem và hãy cho cô biết đâu là cảm biến MQ2 và module bluetooth hc05?”

- GV kết luận: “Bên trái là cảm biến MQ2 và bên phải một sơ đồ tư duy để trình bày các kiến thức tìm hiểu

- Nghiên cứu được các kiến thức về thuật toán; ngôn ngữ lập trình Arduino để giao tiếp với cảm biến

- 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

+ 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 chữa cháy” 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 A0 hoặc Powerpoint)

- Phiếu học tập số 2 - Phiếu học tập số 3.

- Giáo viên đưa ra các tiêu chí đánh giá bản thiết kế và tiêu chí đánh giá sản phẩm cho HS -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 lập trình 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 vào việc đề xuất phương án chế tạo GV theo dõi chặt chẽ khi các nhóm thiết kế “ Mô hình xe chữa cháy ”

- Gợi ý mẫu thiết kế để tránh HS tốn nhiều thời gian thiết kế.

- HS thảo luận nhóm để thực hiện yêu cầu của GV

và điền vào phiếu học tập

- Hỗ trợ, phát triển thiết kế của

Giáo viên giao nhiệm vụ chế tạo “ Mô hình xe chữa cháy ” tại nhà.

- Học sinh thực hiện theo yêu cầu của GV.

HOẠT ĐỘNG 4 CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM MÔ HÌNH (2 tuần ở nhà)a Mục tiêu:

– Học sinh chế tạo được “ Mô hình xe chữa cháy” đảm bảo các yêu cầu đặt ra dựa trên bản thiết kế đã lựa chọn.

– Học sinh thử nghiệm, đánh giá sản phẩm và điều chỉnh.

b Nội dung :

- HS làm việc nhóm mua các nguyên vật liệu mà nhóm đã lựa chọn để chế tạo “Mô

hình xe chãy cháy”.

- HS làm việc theo nhóm để chế tạo “Mô hình xe chãy cháy”.

- GV theo dõi, tư vấn, hỗ trợ HS trực tiếp hoặc onl qua các nền tảng mạng xã hội

Bước 1 HS tìm kiếm, chuẩn bị các vật liệu dự kiến, lập trình cài đặt

chãy cháy” theo bản thiết tiêu chí đánh giá sản phẩm (Phiếu đánh giá số 1) HS điều chỉnh lại thiết kế và thuật toán ghi lại nội dung điều chỉnh và giải thích lí do (nếu cần phải điều chỉnh).

Bước 4 HS hoàn thiện bảng ghi danh mục các vật liệu và tính giá thành chế tạo sản phẩm.

Bước 5 HS hoàn thiện sản phẩm; chuẩn bị bài giới thiệu sản phẩm GV đôn đốc, hỗ trợ các nhóm trong quá mô hình mà nhóm đã thiết kế, chế tạo để quan sát mô hình có hoạt động hiệu quả hay không?

Trong quá trình thử nghiệm, HS có thể gặp khó khăn như: nạp chương trình nhưng mô hình không hoạt động, mô hình nhận tín hiệu trễ khi điều khiển, mắc sai mạch điện, cảm biến không hoạt động…

- Nếu phát hiện lỗi, tiến hành tìm hiểu nguyên nhân tại sao xảy ra lỗi đó Ghi chú lại, rút kinh nghiệm cùng nhóm thảo luận, đề xuất giải pháp “nâng cấp”, sửa chữa lỗi còn tồn tại.

HOẠT ĐỘNG 5 TRÌNH BÀY SẢN PHẨM, THẢO LUẬN, ĐÁNH GIÁ,TỔNG KẾT

a Mục tiêu

- Phát biểu được nguyên tắc hoạt động của cảm biến khí gas, module bluetooth mà nhóm đã thực hiện

- Giải thích được những thuận lợi, khó khăn trong quá trình chế tạo máy - Xác nhận được sự ưu nhược điểm của mô hình, điều cần cải tiến

- Đánh giá được sản phẩm của nhóm khác, tự đánh giá nhóm mình về quá trình làm việc, thiết kế sản phẩm và thử nghiệm đạt kết quả

- Đề xuất được các ý tưởng cải tiến sản phẩm của nhóm mình và các nhóm khác

b Nội dung:

- Giáo viên tổ chức cho học sinh trình bày mô hình gồm: ▪ Tiến trình chế tạo sản phẩm

▪ Hiệu quả hoạt động của sản phẩm

▪ Thành công và khó khăn trong quá trình chế tạo sản phẩm ▪ Ý tưởng phát triển sản phẩm

- Giáo viên tổ chức cho học sinh tranh luận phần trình bày của từng nhóm: Giáo viên và học sinh đặt câu hỏi cho các nhóm trình bày để làm rõ, nhóm trình bày trả lời câu hỏi

- Giáo viên đóng góp ý kiến về ý tưởng phát triển nguyên mẫu của từng nhóm - Giáo viên công bố điểm tổng kết và thông báo kết thúc dự án

c Dự kiến sản phẩm

- Bài trình bày báo cáo của các nhóm

- MÔ hình xe chữa cháy sau khi đã điều chỉnh.

=> GV đánh giá thông qua quan sát trên lớp và phiếu đánh giá

d Cách thức tổ chức hoạt động

Nội dungHoạt động của giáo viên Hoạt động của học sinh