skkn cấp tỉnh hướng dẫn học sinh chế tạo một số mô hình có sử dụng cảm biến trong dạy học chuyên đề 3 vật lí 11 tại trường thpt thạch thành 1

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HÓA

TRƯỜNG THPT THẠCH THÀNH 1

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM

HƯỚNG DẪN HỌC SINH CHẾ TẠO

MỘT SỐ MÔ HÌNH CÓ SỬ DỤNG CẢM BIẾN TRONG DẠY HỌC CHUYÊN ĐỀ 3 VẬT LÍ 11

MỤC LỤC

1 PHẦN MỞ ĐẦU 1

1.1 doLí chọn đề tài 1

1.2 Mục đích nghiên cứu 2

1.3 tượngĐối và phạm vi nghiên cứu 2

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

1.5 Phương pháp nghiên cứu 2

1.5.1 Phương pháp nghiên cứu lí luận 2

1.5.2 Phương pháp điều tra 2

1.5.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 2

1.5.4 Phương pháp thống kê 2

2 NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3

2.1 sởCơ lí luận 3

2.1.1 Sử dụng mạch điều khiển Arduino UNO R3 3

2.1.2 Sử dụng phần mềm để lập trình mạch điều khiển Arduino 4

2.2 sởCơ thực tiễn 5

2.2.1 Khó khăn 7

2.2.2 Thuận lợi 7

2.3 Giải pháp - quy trình thực hiện 8

2.3.1 Kiến thức trọng tâm của đề tài nghiên cứu 8

2.3.2 Yêu cầu cần đạt về chuẩn kiến thức, kĩ năng của phần “Cảm biến”chuyên đề Vật lí 11 theo chương trình GDPT môn Vật lí 2018 8

2.3.3 Xây dựng tiến trình dạy học 8

DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT

1 GDPT: giáo dục phổ thông2 GV: giáo viên

3 HS: học sinh

4 THPT: trung học phổ thông

1 MỞ ĐẦU1.1 Lí do chọn đề tài

Theo chiến lược phát triển giáo dục giai đoạn 2011 – 2020 ban hành quyếtđịnh 711/QĐ – TTg ngày 13/6/2012 của thủ tướng Chính phủ ghi rõ: “Tiếp tụcđổi mới phương pháp dạy học và đánh giá kết quả học tập, rèn luyện theo hướngphát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo và năng lực tự học của ngườihọc”.Với mục tiêu trên đã đặt ra, người giáo viên không còn là người cung cấphoàn toàn các kiến thức, học sinh không còn thụ động trong việc lĩnh hội cáckiến thức mà ở đây, người giáo viên phải đóng vai trò định hướng, dẫn dắt họcsinh để các em có thể chủ động trong hoạt động nhận thức của bản thân.Chính vì vậy, chương trình GDPT tổng thể 2018 đã xây dựng các kiến thức bàihọc nhằm chú trọng phát triển năng lực, phẩm chất của học sinh.

Vật lí là môn học được xây dựng và chú trọng vào bản chất, ý nghĩa vật lícủa các đối tượng và đề cao tính thực tiễn, tránh khuynh hướng thiên về toánhọc thuần túy trong việc truyền tải kiến thức Vật lí Sự mới mẻ trong sáchchuyên đề Vật lí tạo điều kiện để GV giúp HS phát triển tư duy khoa học dướigóc độ Vật lí, đó chính là tạo ra các phương pháp quan sát “trực quan” về cáchiện tượng vật lí, các ứng dụng của vật lí, nhằm khơi gợi sự yêu thích ở HS vềviệc học bộ môn Vật lí Đồng thời cũng làm tăng cường khả năng vận dụngkiến thức và kĩ năng Vật lí trong thực tiễn Kiến thức trong chuyên đề 3 “Mởđầu về điện từ học” gồm 2 bài “Cảm biến.

Thuật toán lí tưởng” và “Thiết bị đầu ra” – đây là 2 bài mang tính ứng dụngcác thực tiễn trong đời sống, nếu chỉ tiếp cận các kiến thức này dưới dạng đọc,hiểu HS rất khó hình dung ra được bản chất, cấu tạo, nguyên lí hoạt động củacác loại cảm biến được đề cập trong bài, hơn nữa cũng rất khó cho việc dạy họccủa GV và HS khó tiếp cận kiến thức Vì vậy, GV phải tìm ra phương pháp dạyhọc sinh động và đa dạng, không đơn thuần là toán học và các công thức khôkhan Đây là cách tiếp cận kiến thức cơ bản theo xu hướng “từ trực quan sinhđộng đến tư duy trừu tượng” Điều này giúp HS dễ tiếp cận kiến thức một cáchtự nhiên mà không bị gò bó vào một công cụ toán học đòi hỏi quá lớn về tư duyvà suy luận mà có thể là một ngăn trở đối với phần lớn HS trong việc học mônVật lí.

Xuất phát từ những vấn đề trên nên tôi chọn đề tài: “Hướng dẫn học sinhchế tạo một số mô hình có sử dụng cảm biến trong dạy học chuyên đề 3 Vậtlí 11 tại trường THPT Thạch Thành 1”.

1.2 Mục đích nghiên cứu

Hướng dẫn học sinh chế tạo một số mô hình có sử dụng cảm biến trongdạy học chuyên đề 3 Vật lí 11.

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Mục tiêu, nội dung kiến thức trọng tâm của chủ đề 3 “Mở đầu về điện từhọc” - Sách chuyên đề Vật lí 11.

Một số loại cảm biến, mạch điều khiển và phần mềm hỗ trợ lập trình Họcsinh lớp 11B5 THPT Thạch Thành 1 năm học 2023 – 2024.

1.4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu nội dung kiến thức của chuyên đề 3 “Mở đầu điện từ học”– chương trình sách chuyên đề Vật lí 11 theo CTGDPT 2018.

Nghiên cứu yêu cầu cần đạt của chuyên đề 3 “Mở đầu điện từ học” Nghiên cứucơ sở lí luận về:

+ Sử dụng Mạch điều khiển Arduino UNO R3 để điều khiển cảm biến+ Sử dụng phần mềm mBlock để lập trình mạch điều khiển Arduino.

1.5 Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Phương pháp nghiên cứu lí luận

Nghiên cứu và nắm vững mục tiêu chung trong giáo dục và mục tiêu giáo dụctrong chương trình Vật lí 11 theo CTPT Tổng thể 2018.

Nghiên cứu các tài liệu, các lí thuyết đã được khẳng định có nội dung liên quanđến đề tài nghiên cứu để xây dựng, bổ sung cho cơ sở lý thuyết của đề tài.

1.5.2 Phương pháp điều tra

Sử dụng phiếu điều tra để tìm hiểu về việc dạy học của giáo viên liên quan đếndạy học chuyên đề 3 sách chuyên đề Vật lí 11.

1.5.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

Tiến hành tổ chức dạy học một số kiến thức chuyên đề 3 “Mở đầu điện từ học”thông qua hướng dẫn HS chế tạo một số mô hình có sử dụng cảm biến tại trườngTHPT Thạch Thành 1.

2.1 Cơ sở lí luận của sáng kiến kinh nghiệm.2.1.1 Sử dụng mạch điều khiển Arduino UNO R3

Arduino là một nền tảng mã nguồn mở được sử dụng để xây dựng các dự ánđiện tử Arduino bao gồm cả bảng mạch lập trình (thường được gọi là vi điềukhiển) và một phần mềm hoặc IDE (Môi trường phát triển tích hợp) chạy trênmáy tính, được sử dụng để viết và tải mã máy tính lên bo mạch [3]

Hiện nay có rất nhiều vi mạch điều khiển Arduino khác nhau, ví dụ như:Arduino nano, Arduino uno, Arduino Mega, … Tuy nhiên với những ưu điểm vềchức năng, giá thành và dễ sử dụng, Arduino UNO R3 - bảng vi mạch điềukhiển thế hệ thứ 3 của Arduino UNO R3 đang được sử dụng phổ biến rộng rãi từnhững người mới bắt đầu biết đến lập trình hay cả những người chuyên nghiệp.Cấu tạo Arduino UNO R3 gồm:

+ 14 chân đầu vào/đầu ra ( trong đó 6 chân có thể sử dụng làm đầu ra cho tínhiệu păm xung PWM)

+ 6 đầu vào analog+ Cổng kết nối USB

+ Nút cấp nguồn, nút reset,…

Hình 1 Bo mạch điều khiển Arduino UNO

Bảng 1 chi tiết các bộ phận của Arduino UNO R3 và chức năng từng bộ

phận

STTTênChức năng

1 Cổng kết nối USB Kết nối Arduino UNO với máy tính

2 Nút reset Khởi động lại bất kỳ mã nào được nạptrên Arduino.3 Nút nguồn Cấp nguồn cho Arduino bằng nguồn điệnngoài4,5 Chân GND Nối với cực âm (nối đất) cho mạch/cảmbiến/ thiết bị

6 Chân tín hiệu(Digital pin)

Các chân này sử dụng cho cả đầu vào digital(ví dụ như cho biết nút nào được nhấn) vàđầu ra digital (như cấp năng lượng cho đènLED).

7 Chân Analog

Các chân nhận tín hiệu đầu vào Các chân nàycó thể đọc tín hiệu từ một cảm biến tương tự(như cảm biến nhiệt độ) và chuyển đổi nóthành một giá trị số mà chúng ta có thể đọc.8 5V & 3,3V

Chân cấp nguồn cho các cảm biến Chân 5Vcấp nguồn 5 vôn, và chân 3.3V cấp nguồn 3,3vôn

Để sử dụng bo mạch Arduino UNO chỉ cần kết nối nó với một máy tínhbằng cáp USB hoặc cấp điện cho nó bằng bộ chuyển đổi dòng xoay chiều thànhdòng một chiều hoặc pin.

2.1.2 Sử dụng phần mềm để lập trình mạch điều khiển Arduino

Hiện nay để lập trình cho Arduino, người ta có thể sử dụng hai phần mềmcho quá trình lập trình: Phần mềm lập trình Arduino IDE và phần mềm mBlock5 Tuy nhiên với việc chưa được tiếp xúc nhiều về lập trình nên việc sử dụng lậptrình bằng phần mềm mBlock 5 đang được sử dụng rộng rãi nhiều hơn vớinhững ưu điểm của nó.

Phần mềm mBlock: mBlock là một phần mềm lập trình dành cho trẻ em

được phát triển bởi Makeblock dựa trên nền tảng là phần mềm Scratch, mBlockhỗ trợ lập trình dạng kéo thả khối (block-based coding) và ký tự (text-basedcoding) như: Arduino C, Python, …

Các bước sử dụng phần mềm mBlock:+ Bước đầu tiên, chúng ta truy cập trang web:

+ Tại đây, người dùng có thể sử dụng trực tuyến bằng mBlock web version

hay chọn “download” để tải về và cài đặt cho máy tính của mình.

Hình 2 Giao diện của phần mềm mBlock 5

Giao diện của phần mềm mBlock 5 sau khi đã cài đặt về máy tính: (1): Nơi nhân vật thực hiện

(2): Nơi chứa các hộp khối lệnh và câu lệnh của từng khối (3): Nơi lập trình.

(4): Nơi thêm thiết bị tương ứng với phần cứng sử dụng Nếu mình dùngArduino thì ngay vị trí đó, ấn dấu “thêm” và sau đó chọn Arduino.

(5): Sử dụng cáp USB để kết nối Arduino với máy tính Sau khi lập trìnhxong, ấn chọn “Tải lên” để nạp code cho chương trình đã viết.

Lưu ý: Để bắt đầu cho lập trình Arduino, câu lệnh đầu tiên luôn phải có

“Khi Arduino khởi động” (đối với phiên bản Tiếng Việt) hoặc “WhenArduino start up” (đối với phiên bản Tiếng Anh): Câu lệnh này nó mang ý

nghĩa không khác gì việc chúng ta muốn vô nhà thì cần phải mở cửa trước.

2.2 Cơ sở thực tiễn

Để thực hiện nhiệm vụ nghiên cứu, tôi có thiết kế phiếu điều tra đồng thờitrao đổi trực tiếp với GV để lấy ý kiến về việc dạy học nội dung chuyên đề 3

gồm bài 8 “Cảm biến và thuật toán lí tưởng” và bài 9 “Thiết bị đầu ra” cũngnhư dạy học kết hợp hướng dẫn học sinh chế tạo một số mô hình có sử dụngcảm biến Qua đó, thấy được những thuận lợi, khó khăn của việc dạy họcchuyên đề 3 theo chương trình phổ thông tổng thể.

Kết quả điều tra như sau:

- Đối với giáo viên (5 thầy/cô đến từ các trường THPT khác nhau trên các địa bàn khác nhau)

Câu hỏi 1: Thầy/cô đã từng tham gia các khoá tập huấn nào về tự động hoá và

lập trình chưa?

Kết quả điều tra: Cả 5 thầy/cô đều chưa từng tham gia khoá tập huấn nào về tự

động hoá và lập trình.

Câu hỏi 2: Thầy/cô đánh giá thế nào về chuyên đề 3 này và dự định tổ chức dạy

học như thế nào cho chuyên đề 3 trong sách Chuyên đề vật lí 11?

Kết quả điều tra: Cả năm thầy/cô đều nhận thấy rằng chuyên đề nay rất hay và

có sự ứng dụng thực tế trong đời sống và rất gần gũi hiện nay Tuy nhiên, lượngkiến thức này mới lạ so với những gì thầy cô đã được tiếp thu và tiếp nhận khicòn trên đại học hay trong những năm tháng giảng dạy vừa qua Thầy cô rấtmong muốn tổ chức dạy học theo phương pháp mới để làm tăng hứng thú choHS Tuy nhiên lại vẫn còn băn khoăn, lo lắng vì chưa nắm rõ được những thiếtbị, phần mềm nào để có thể hỗ trợ khi làm dự án cho chuyên đề này.

Kết luận: Sau những thông tin thu thập được, tôi nhận thấy rằng, mặc dù đã đưa

kiến thức về tự động hoá vào trong giảng dạy tại trường THPT nhưng quá trìnhđào tạo cho đội ngũ giáo viên về kiến thứ tự động hoá này còn hạn chế Vìnhững hạn chế này, mặc dù nhận thấy được tầm quan trọng hay sự ứng dụngthực tế của kiến thức trong chuyên đề, thông qua đó muốn truyền tải đến họcsinh một cách gần gũi, thu hút lại đang trở nên khó khăn, e dè, … Chính vì vậy,việc có thêm nguồn tài liệu tham khảo về cách tổ chức dạy học chuyên đề nàytheo hướng phát huy năng lực của HS, khơi gợi niềm hứng thú cho HS là mộtđiều cần thiết.

- Đối với học sinh ( khảo sát 15 HS ngẫu nhiên trong lớp 11B5 khối 11 trườngTHPT Thạch Thành 1)

Câu 1: Hãy cho biết cảm biến là gì?

Kết quả điều tra: hầu hết HS đều không trả lời được câu hỏi này Chỉ có một số

ít HS có thể định nghĩa được cảm biến là sự biến đổi của cái gì đó …

Câu 2: Hãy liệt kê các thiết bị có sử dụng cảm biến và cho biết cảm biến nào đã

được sử dụng trong thiết bị đó?

Kết quả điều tra: HS chỉ trả lời được vế đầu tiên, tên các thiết bị các bạn

nghĩ là có sử dụng cảm biến nhưng lại không kể tên được cảm biến nào đượcsử dụng trong thiết bị đó.

Kết luận: Qua kết quả điều tra về phía HS, tôi thấy rằng, mặc dù chúng ta

đang sống trong thời đại công nghệ 4.0 - thời kì của trí tuệ nhân tạo và AInhưng kiến thức của HS về tự động hoá (thời kì công nghệ 3.0) vẫn còn nhiềuhạn chế mặc dù nó đang được ứng dụng rất nhiều trong đời sống của các em.Việc cho HS được tiếp cận với sự tự động hoá với các thiết bị, phần mềm làđiều cần thiết, không chỉ cung cấp về mặt kiến thức và còn cho các em thấyđược ứng dụng thực tế của các kiến thức mà các em đang được lĩnh hội, thôngqua đó sẽ kích thích niềm đam mê khám phá khoa học, khám phá đời sống cũngnhư phát triển được các năng lực của HS.

2.2.1 Khó khăn

Qua kết quả thống kê ở trên kết hợp với trao đổi với GV, tôi nhận thấy hầuhết GV cho rằng việc được tiếp cận thực tế với các cảm biến và ứng dụng cảmbiến để chế tạo một số mô hình là một yếu tố quan trọng để hiểu rõ về nguyêntắc, cấu tạo, … của cảm biến và khi thiếu điều này, quá trình giảng dạy và tiếpthu bài học trở nên trừu tượng và khó hiểu Mặt khác, đây là một phần kiến thứcmới trong chương trình Vật lí 11 nhà trường còn đang phải đối mặt với tháchthức về việc thiếu hụt các dụng cụ để đáp ứng yêu cầu của chương trìnhmới.

Trên thực tế, hầu hết GV Vật lí đều muốn tích hợp việc gắn nội dung kiếnthức bài giảng vào thực tế đời sống để cho bài giảng phong phú, sinh động hơn,để cho HS thấy được sự gần gũi của kiến thức, tuy nhiên, có nhiều nguyên nhânchủ quan và khách quan mà khiến cho việc này không thực hiện được: thiết bịkhông có, thiếu thời gian để chuẩn bị thí nghiệm; một số thiết bị không thể thựchiện trong điều kiện lớp học, …

2.2.2 Thuận lợi

Chủ đề 3 “Mở đầu điện từ học” có nhiều ứng dụng thực tế, giứp HS thấyđược sự liên quan giữa lý thuyết được tiếp thu và các ứng dụng của nó trong đờisống hằng ngày, từ ứng dụng trong gia đình đến công ty, xí nghiệp, trung tâmthương mại, … Để minh họa và mô phỏng nguyên tắc hoạt động của cảm biếnvà ứng dụng của nó một cách trực quan, có thể vừa trực tiếp lập trình vừa sửdụng phần mềm mô phỏng, các ứng dụng công nghệ.

Chuyên đề SGK Vật lí 11 chú trong nhiều đến các kiến thức thực tiễn, giảm

tải một số kiến thức hàn lâm và nặng về toán học, tạo điều kiện để kết hợp giữalý thuyết và thực hành Điều này giúp HS phát triển kĩ năng thực hành và ápdụng kiến thức vào thực tế.

Xuất phát từ những thuận lợi và khó khăn đó, tôi nghiên cứu chủ đề “Hướngdẫn học sinh chế tạo một số mô hình có sử dụng cảm biến trong dạy họcchuyên đề 3 Vật lí 11 tại trường THPT Thạch Thành 1” bằng cách xây

dựng kế hoạch bài dạy của chuyên đề này sau đó tổ chức dạy học qua phươngpháp dạy học dự án để hướng dẫn học sinh chế tạo một số mô hình có sử dụngcảm biến qua đó nâng cao chất lượng dạy học Vật lí trong trường phổ thông.

Tôi hi vọng, chủ đề nghiên cứu này sẽ đáp ứng được nhu cầu vận dụngthực tế cho GV trường THPT Thạch Thành 1.

2.3 Giải pháp - quy trình thực hiện

2.3.1 Kiến thức trọng tâm của đề tài nghiên cứu

Tìm hiểu về khái niệm và phân loại cảm biến.

Tìm hiểu về nguyên tắc hoạt động của các cảm biến.

Tìm hiểu về tính chất cơ bản của bộ khuếch đại thuật toán lí tưởng.

2.3.2 Yêu cầu cần đạt về chuẩn kiến thức, kĩ năng của phần “Cảmbiến” chuyên đề Vật lí 11 theo chương trình GDPT môn Vật lí 2018.

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

Nguyên tắc hoạt động của: điện trở phụ thuộc ánh sáng (LDR), điện trởnhiệt Tính chất cơ bản của bộ khuếch đại thuật toán (op-amp) lí tưởng.

Nêu được một số ứng dụng chính của thiết bị cảm biến và nguyên tắchoạt động của thiết bị cảm biến [2] [3]

2.3.3 Xây dựng tiến trình dạy học

Trong khuôn khổ sáng kiến này, tôi trình bày tiến trình dạy học dự án phầntìm hiểu cảm biến từ đó chế tạo một số mô hình có sử dụng cảm biến.

Bảng 2 Tiến trình dạy học tổng quát.

Xác định vấn đề, giao nhiệm vụ

Hoạt động 2: Tìm hiểu sơ lược về cảm biến, module

cảm biến, mạch điều khiển Arduino và phần mềm hỗ trợlập trình Arduino.

Hoạt động 3: Phân chia nhóm và giao nhiệm vụ cho

các nhóm.

Hoạt động 4: Nghiên cứu kiến thức nền và đưa ra các

ý tưởng và chuẩn bị bản thiết kế sản phẩm để báo cáo HS làm việc ở

nhà (1 tuần)Hoạt động 5: Trình bày và bảo vệ phương án thiết kếTiết 2Hoạt động 6: Chế tạo mô hình, thử nghiệmHS làm việc ở

nhà (2 tuần)Hoạt động 7: Báo cáo dự án

6/1/2024 Thực hiện tiết 1: Tìm hiểu tổng quan dự án, lập kếhoạch triển khai dự án và hoàn thành PHT số 114/1/2024

Thực hiện tiết 2: Tiến hành trình bày và bảo vệ bản

thiết kế mô hình sản phẩm của nhóm đồng thời đưa dựkiến các nguyên/vật liệu cần dùng để làm sản phẩm.

Thực hiện tiết 3, 4: Tiến hành trình bày phần nghiên cứucủa nhóm và trưng bày sản phẩm của nhóm Tổng kết dựán.

Ghi nhận biểu hiện mức độ tiếp thu kiến thức và hiểu biết của HS đối vớivấn đề về cảm biến thông qua kết quả làm việc với phiếu học tập, sản phẩm dựán (bài thuyết trình và mô hình sản phẩm), bài phỏng vấn, bài kiểm tra Bài

phỏng vấn được thực hiện trước khi bắt đầu tiết 1 của dự án để đánh giá mức độkiến thức HS đã có liên quan đến chủ đề Phiếu học tập số 1 được HS thực hiệntheo nhóm vào hoạt động 2 của tiết 1 của dự án “Vận dụng kiến thức củachuyên đề chế tạo một số mô hình có sử dụng cảm biến”, với nội dung tìm hiểuvề Arduino UNO R3 và phần mềm lập trình mBlock Sản phẩm học tập quantrọng của dự án là bài thuyết trình với đầy đủ nội dung theo PHT số 2 và mộtmô hình sản phẩm có ứng dụng cảm biến mà nhóm đã tìm hiểu Để đánh giámức độ tiếp thu kiến thức của HS, sau khi kết thúc dự án, chọn ngẫu nhiên ra 6HS từ 6 nhóm thực hiện phỏng vấn 1 - 1 HS trả lời các câu hỏi trong góiphỏng vấn để có thể đánh giá được kiến thức lẫn thái độ của HS đối với việcứng dụng cảm biến vào đời sống thực tế.

2.4.2 Kết quả

Trước khi bắt đầu tiết học dự án, tôi đã tiến hành phỏng vấn 1 – 1 với 15 HSlớp 11 dựa vào kiến thức và kinh nghiệm vốn có của học sinh để trả lời 2 câu hỏiphỏng vấn Kết quả đánh giá cho thấy hầu hết HS chưa có nhiều kiến thức vềcảm biến dù có thể kể tên được các thiết bị có sử dụng tự động hoá trong đờisống Bên cạnh đó việc tìm hiểu kiến thức về bo mạch điều khiển hay phần mềmhỗ trợ lập trình cho cảm biến với HS còn rất xa lạ Tuy nhiên thông qua hoạtđộng 1 tôi có thể nhận định rằng, khi được liệt kê các thiết bị có sự tự động hoávà việc quan sát những lợi ích về sự tự động hoá mang lại cho đời sống đã rấtkích thích sự tò mò và hứng thú của HS đến với dự án này.

Sau hoạt động 2, các nhóm đã thể hiện một số thay đổi trong hiểu biết kiếnthức của mình về cảm biến, mạch điều khiển và phần mềm lập trình Kết quả thểhiện thông qua PHT số 1 Thông qua hoạt động này, HS đã có thêm nhiều kiếnthức, có tự tin để có thể tham gia vào dự án chế tạo mô hình có sử dụng cảmbiến.

Sau khi được giao nhiệm vụ và thực hiện dự án, các nhóm thể hiện đã có sựthay đổi trong hiểu biết và lĩnh hội các kiến thức liên quan tới cảm biến cũngnhư ứng dụng của nó trong đời sống Trong phần thực hiện sản phẩm và trìnhbày sản phẩm, HS đóng vai trò như các kĩ sư trẻ đi tìm hiểu kiến thức liên quanđến cảm biến mà nhóm mình được giao nhiệm vụ và ứng dụng của cảm biến đó,từ đó xuất phát từ vấn đề thực tiễn đời sống chế tạo một mô hình có sử dụngcảm biến và quan trọng hơn đó là một bài thuyết trình có đầy đủ các nội dungyêu cầu: Lí do chọn đề tài (mô hình sản phẩm đó); Bản thiết kế và nguyên líhoạt động của mô hình sản phẩm; Các kiến thức về cảm biến mà nhóm sử dụng.

(Tên cảm biến, phân loại cảm biến, cấu tạo cảm biến, nguyên tắc hoạt động củacảm biến, chức năng và ứng dụng của cảm biến).

+ Đối với nhóm 1: nhóm được giao nhiệm vụ tìm hiểu về cảm biến ánh sáng.Sau khi thảo luận nhóm và nhận thấy rằng cảm biến ánh sáng dựa vào nguyêntắc hoạt động của ánh sáng khi trời sáng - tối nên nhóm đã chọn mô hình đènđường để ứng dụng cảm biến ánh sáng vào chế tạo mô hình sản phẩm.

+ Đối với nhóm 2: nhóm được giao nhiệm vụ tìm hiểu về cảm biến siêu âm.Nhóm đã chọn chế tạo mô hình về nhà thông minh điều khiển các thiết bị có sửdụng cảm biến siêu âm, bao gồm: Cửa tự động, đèn cầu thang tự động và quạttự động.

+ Đối với nhóm 3: nhóm được giao nhiệm vụ tìm hiểu về cảm biến tiệm cận kimloại Với những ưu điểm của cảm biến tiệm cận kim loại và vấn đề rác thải đangtồn đọng hàng ngày, nhóm đã quyết định chế tạo mô hình sản phẩm thùng rácthông minh giúp phân loại rác kim loại và không kim loại.

+ Đối với nhóm 4: nhóm được giao nhiệm vụ tìm hiểu về cảm biến rung Nhómđã chế tạo mô hình két sắt thông minh giúp báo loa phát động khi két sắt có sựdịch chuyển/rung động trong một thời gian dài.

+ Đối với nhóm 5: nhóm được giao nhiệm vụ tìm hiểu về cảm biến nhiệt độ.Cảm biến nhiệt độ đã được nhóm 5 sử dụng cho mô hình nhà - vườn thôngminh Nhóm đã lập trình cho ngôi nhà luôn luôn hiển thị cảm biến nhiệt độ vàđộ ẩm của ngôi nhà và khi nhiệt độ trong nhà quá cao (bất thường) thì tín hiệubáo động loa phát ra Và độ ẩm của đất ở ngoài vườn rau cũng được lập trìnhtương tự, nếu đất quá khô so với độ ẩm đạt chuẩn thì hệ thống phun nước tựđộng được hoạt động.

+ Đối với nhóm 6: nhóm được giao nhiệm vụ tìm hiểu về cảm biến dò line Đâylà cảm biến có ứng dụng rất nhiều trong các ngành công nghệ, trong ô tô, … - sựnhận định của nhóm khi được tìm hiểu về cảm biến này Giống như máy baykhông người lái, nhóm cũng mong muốn chế tạo được mô hình có sự tự độngvận hành mà không cần sự can thiệp của con người Nhóm đã chọn chế tạo môhình xe dò line có sử dụng cảm biến dò line và kết hợp cảm biến hồng ngoại.Thông qua quá trình theo dõi, báo cáo tiến độ làm việc và bài sản phẩm của cácnhóm (mô hình sản phẩm và bài thuyết trình của nhóm - thể hiện trong phần phụlục 2) tôi nhận thấy rằng các nhóm đều tích cực làm việc để hoàn thành nhiệmvụ Ban đầu dù các bạn còn gặp nhiều khó khăn trong việc kết nối cảm biến vớibo mạch Arduino, lập trình cho cảm biến hay là cách lắp mạch điện Tuy nhiênsản phẩm cuối cùng khi tới hạn nộp bài các nhóm đều đã đáp ứng được những

yêu cầu trong mục tiêu ban đầu của dự án đưa ra, đã có những trình bày rõ ràngvà cụ thể kiến thức về cảm biến mà nhóm nghiên cứu Mặt khác, một số nhómcũng đã trình bày những khó khăn của nhóm gặp phải khi thực hiện dự ánnày.

Nhóm 1, nhóm 2 và nhóm 6 là ba nhóm có sự nổi trội hơn về mặt ứng dụngcông nghệ thông tin cho bản thiết kế mô hình của nhóm mình Nhóm 1 và nhóm6 sử dụng phần mềm tinkercad.vn để thiết kế hệ thống đèn đường và xe dò linevà nhóm 2 sử dụng trang web phần mềm thiết kế chuyên dụng để thiết kế cácmặt cắt của ngôi nhà Đây là các bản thiết kế giúp cho người xem nhìn đượctổng quan của mô hình cũng như các bộ phận chi tiết bên trong khi mình điềuchỉnh góc xoay hay mặt cắt Hơn thế nữa, nhóm số 2 có sự đầu tư trong thiết kếmô hình ngôi nhà của mình với các chi tiết rất nhỏ cũng được quan tâm, làm chomô hình của bạn trở nên thực tế và gần gũi hơn Nhóm 1 có trình bày khó khăncủa nhóm về vấn đề lắp mạch, sau khi các bạn đã lập trình ổn định nhưng việcnối dây gắn mạch điện vào mô hình nó gặp rất nhiều khó khăn và mất nhiềuthời gian Nhóm 5 là nhóm gặp nhiều khó khăn trong quá trình lập trình cho cảmbiến nhiệt độ/độ ẩm để điều khiển động cơ bơm nước Các nhóm còn lại các bạnkhông có nhiều khó khăn trong quá trình lập trình cho cảm biến của nhóm cũngnhư là chế tạo, lắp ráp mô hình và hoàn thành sản phẩm.

Hình 3 Bản thiết kế mô hình của nhóm 6

Hình 4 Bản thiết kế mô hình của nhóm 2

Hình 5 Bản thiết kế mô hình của nhóm 1 và nhóm 4

Để đánh giá chi tiết hơn về sự phát triển lĩnh hội kiến thức về cảm biến vàứng dụng của nó, tôi đã tiến hành làm bài kiểm tra đối với lớp 11B5 Kết quảcác câu trả lời của HS thể hiện mức độ tiếp thu kiến thức về cảm biến là khá tốt.Ban đầu từ những HS chưa có kiến thức gì về cảm biến nhưng thông qua dự ánnày, các bạn đã lĩnh hội thêm được kiến thức mới về cảm biến, về lập trìnhhay cả phân loại được bo mạch nào có thể hỗ trợ lập trình.

+ Ở câu hỏi số 1 với mục tiêu định nghĩa cảm biến và phân loại cảm biến: HSđã trả lời đúng được khái niệm cảm biến và phân loại cảm biến thì có 3 HS phân

loại thiếu ý.

+ Ở câu hỏi số 2 với mục tiêu liệt kê tên các cảm biến mà các bạn biết và ứngdụng của nó vào thiết bị nào? – 100% HS đều liệt kê được ít nhất 6 loại cảmbiến, còn có tới 50% HS liệt kê được thêm từ 2 cảm biến khác trở lên Và đốivới loại cảm biến nào các bạn đều chỉ ra được thiết bị có thể ứng dụng đượccảm biến đó Điều đó cho thấy sự tiến bộ rất nhiều so với ban đầu khi các bạnbắt đầu dự án.

+ Ở câu hỏi số 3 với mục tiêu trình bày được cấu tạo, nguyên tắc hoạt động củacảm biến: Hầu hết HS chỉ trình bày cảm biến mà nhóm mình tìm hiểu, chỉ có40% HS trình bày từ 2 cảm biến trở lên.

+ Ở câu hỏi số 4 mục tiêu trình bày chức năng của bộ khuếch đại thuật toán cótrong cảm biến: Tất cả HS đều trình bày được chức năng của bộ khuếch đại, chỉra đâu là bộ khuếch đại có trong cảm biến tuy nhiên tên của bộ khuếch đại nhiềuHS chưa chỉ ra được (18 HS).

+ Ở câu hỏi số 5 với mục tiêu khảo sát mức độ hứng thú, quan tâm của HS tớivề vấn đề tự động hoá, lập trình: Có tới 60% HS nhận định sau này sẽ tiếp tụctìm

hiểu thêm về các cảm biến, chế taọ thử một số mô hình khác nữa Tuy nhiên %này chủ yếu rơi vào các bạn nam.

Hạn chế trong việc đánh giá qua bài kiểm tra là chưa khai thác được rõ nhậnthức của HS và thái độ, suy nghĩ của HS về dự án này Vì vậy tôi tiếp tục thựchiện phương án phỏng vấn ngẫu nhiên với 6 bạn từ 6 nhóm khác nhau để phầnđánh giá được toàn diện hơn Đa số HS đều nhận thức được tầm quan trọng củatự động hoá và có hứng thú với dự án cũng như lập trình.

2.4.3 Hiệu quả của sáng kiến

Dựa vào kết quả, tôi nhận thấy có sự tiến bộ trong nhận thức về lĩnh vực tựđộng hoá (kiến thức về cảm biến và phần mềm lập trình) của HS Qua mỗi hoạtđộng, các em sẽ có những biểu hiện phát triển khác nhau nhưng nhìn chung, cácem đã có những đóng góp, ý kiến, phương án đáng ghi nhận và đặc biệt các emđều thể hiện thái độ quan tâm đến vấn đề nghiên cứu này Tôi đánh giá sự nângcao nhận thức của HS chủ yếu trên 2 phương diện: hiểu biết kiến thức vàthái độ.

Qua sản phẩm và phần trình bày sản phẩm, nhận thấy HS đã có sự tìm hiểuvề sâu về các kiến thức liên quan đến chủ đề và đã có sự tích hợp nhiều hơn mộtcảm biến mà nhóm được giao Việc này đồng nghĩa với HS đã tự chủ động tìm

tòi, khám phá thêm các kiến thức mới để phục cho dự án của nhóm được sinhđộng và phong phú hơn.

Hơn thế nữa, qua dự án này và phần phỏng vấn HS, Qua sản phẩm và phầntrình bày sản phẩm và phần phỏng vấn HS, nhận thấy được HS đã hiểu hơn vềngành nghề liên quan đến lập trình, đến tự động hoá, khơi gợi mong muốn dựđịnh sau này sẽ thi Đại học vào những chuyên ngành trên.

3 KẾT LUẬN VÀ ĐỀ XUẤT

Đối chiếu với mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu và kết quả đạt được của đềtài, chúng tôi đã bước đầu tìm hiểu được cơ sở lí luận của dạy học dự án phântích được chuyên đề 3 “Mở đầu điện từ học”, kết hợp với các thông tin thực tiễnvề vấn đề các ứng dụng cảm biến để thiết kế dự án “Hướng dẫn học sinh chế tạomô hình có sử dụng cảm biến trong dạy học chuyên đề 3 Vật lí 11 CTST”.Ngoài việc thông qua dự án sẽ giúp HS có thêm kiến thức thực tế về cảm biếnvà ứng dụng của nó trong đời sống, cũng góp phần nâng cao năng lực giải quyếtvấn đề, năng lực hợp tác nhóm và còn khơi gợi niềm đam mê của HS với mônVật lí và cao hơn là ý chí nuôi dưỡng ngành nghề tương lai mà mình muốn học,muốn làm.

Thông qua dự án, HS tham gia một cách tích cực và chủ động trong việcnắm bắt được kiến thức từ hoạt động thực tế đến tư duy trừu tượng Sự khókhăn khi liên hệ nguyên lí hoạt động của cảm biến với thiết bị gắn vào nó đãđược giải quyết một cách thuận lợi Thuận lợi cho GV, về phương diện truyềntải kiến thức về cảm biến cũng như mạch khuếch đại lí tưởng Mặt khác HSkhông bị áp đặt một cách khiên cưỡng về việc nắm bắt kiến thức Học sinh sẽ tự

tìm cách trả lời cho câu hỏi “tại sao lại như vậy?” vì có sự tương đồng chặt chẽ

về thực nghiệm và lý thuyết.

Do đó, việc nắm bắt kiến thức sẽ có chiều sâu hơn so với phương pháp dạyhọc truyền thống theo kiểu thông báo kiến thức và học sinh bị ép buộc chấpnhận mà không phải là bản thân tự khám phá ra sự thật và bản chất vật lý củacác vấn đề thực tiễn.

Mặt tích cực khác thu được là học sinh chịu trách nhiệm, và học được cáchlàm việc nghiêm túc trong việc thu thập dữ liệu, chế tạo sản phẩm hay cả lắp rápmạch điện: lắp mạch phải chính xác, đo đạc cẩn thận, …

Học sinh học được cách liên hệ từ vấn đề mới và kiến thức căn bản đã họcđược trước hay liên hệ từ vấn đề mới với kiến thức thực tế đời sống một cách tự