VẬT LÝ 11. GẬY THÔNG MINH

Chủ đề 6: GẬY THÔNG MINH TÊN CHỦ ĐỀ: GẬY THÔNG MINH (Số tiết: 06 tiết – Lớp 11) MÔ TẢ CHỦ ĐỀ: Trong sống, bên cạnh người may mắn nhiều người chịu thiệt thòi, thiếu may mắn người khiếm thị, họ vất vả di chuyển sinh hoạt Với chủ đề này, HS thực dự án thiết kế chế tạo gậy thông minh, giúp người khiếm thị phần giảm khó khăn mà họ gặp phải di chuyển Để thực đề tài HS cần học tập chiếm lĩnh kiến thức học: – Kiến thức mạch điện, nguồn điện, thiết bị điện ( Bài 8-9 Vật lí 11); – Kiến thức thiết kế vẽ kĩ thuật (môn Công nghệ 8) – Bài 4: Bài toán thuật toán (Tin học lớp 10); – Bài 5: Ngơn ngữ lập trình (Tin học 10); – Bài 6: Giải tốn máy tính (Tin học 10) MỤC TIÊU: Sau thực xong chủ đề, học sinh có khả năng: a Kiến thức, kĩ năng: – Nêu khái niệm toán thuật toán – Biểu diễn thuật toán sơ đồ khối phương pháp liệt kê – Nêu khái niệm ngôn ngữ máy, hợp ngữ ngôn ngữ bậc cao – Trình bày bước tiến hành giải tốn máy tính – Xây dựng thuật tốn giải tốn gậy thơng minh dựa toán, thuật toán SGK – Vẽ sơ đồ nguyên lí thiết kế gậy thơng minh, thể rõ cách gắn kết chi tiết thiết bị – Kết nối cảm biến với nút điều khiển hợp lí đảm bảo kết nối chắn, an toàn – Chế tạo gậy thông minh theo thiết kế – Thuyết trình, phản biện tranh biện thiết kế sản phẩm b Phát triển phẩm chất: – Có thái độ tích cực, hợp tác làm việc nhóm – u thích, say mê nghiên cứu khoa học – Thể đồng cảm, chia sẻ với cộng đồng đặc biệt người khuyết tật c Định hướng phát triển lực: – Năng lực thực nghiệm, nghiên cứu kiến thức thực giải tốn máy tính – Năng lực giải vấn đề chế tạo gậy thông minh – Năng lực giao tiếp hợp tác nhóm để thống thiết kế phân công thực phần nhiệm vụ cụ thể PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC: Một số nguyên vật liệu như: – Dây nối nhiều màu, board test, đèn led, điện trở, pin tiểu, board nano, đế lắp pin, công tắc kép… – Các cảm biến siêu âm, cảm biến gia tốc, cảm biến hồng ngoại – Các loại ống nhựa, ống trúc…để chế tạo gậy – Máy tính, máy chiếu, TIẾN TRÌNH DẠY HỌC: Hoạt động 1: XÁC ĐỊNH YÊU CẦU THIẾT KẾ GẬY THÔNG MINH (1 tiết – 45 phút) A Mục đích: HS hợp tác tham gia trải nghiệm để nhận thức khó khăn người khiếm thị, đồng thời thấy yêu cầu kết nối linh kiện điện để đạt mục đích thắp sáng đèn LED; Tiếp nhận nhiệm vụ thiết kế gậy thông minh hiểu rõ tiêu chí đánh giá sản phẩm B Nội dung: – GV tổ chức trò chơi “bịt mắt bắt dê” giúp HS nhận nhu cầu cần hỗ trợ người khiếm thị, từ GV đặt hàng dự án “gậy thông minh ” – Tổ chức HS thực hành lắp mạch điện qua linh kiện – Từ thực hành trên, GV giao nhiệm vụ cho nhóm HS thực dự án “thiết kế gậy thông minh ” – GV Thống với HS kế hoạch triển khai dự án tiêu chí đánh giá sản phẩm dự án C Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh: Kết thúc hoạt động, HS cần đạt sản phẩm sau: – Bản ghi chép tiêu chí sản phẩm dự án – Bảng mô tả nhiệm vụ dự án nhiệm vụ thành viên; thời gian thực dự án D Cách thức tổ chức hoạt động: Bước 1: Đặt vấn đề, chuyển giao nhiệm vụ Yêu cầu đại diện số HS tham gia trò chơi “Bịt mắt bắt dê” Từ HS nêu yêu cầu cần giảm bớt khó khăn gậy thơng minh Tạo tình thơng qua hoạt động trị chơi “Bịt mắt bắt dê” Từ HS nhận thấy nhu cầu cần giảm bớt khó khăn gậy thơng minh GV đặt hàng gậy thông minh với chức cụ thể: di chuyển vững vàng, có báo hiệu gặp vật cản, có báo hiệu trời tối, có tín hiệu cấp cứu cần hỗ trợ (ngã, cần gọi hỗ trợ) Bước 2: HS thực hành việc kết nối linh kiện điện – GV chia lớp thành đến nhóm – GV nêu mục đích thí nghiệm: Làm cho đèn led phát sáng – GV Phát thiết bị phiếu hướng dẫn thực hành cho nhóm tự tiến hành Phiếu hướng dẫn Thiết bị Chức Đế pin nối tiếp Cấp nguồn cho hệ thống Board test Hình ảnh Mạch ngang, tăng chân cắm mạch Board NANO Mạch nhận chương trình (code) nạp vào Led phi Đèn phát quang Trở vạch ¼ W Hạn chế cường độ dòng điện qua mạch Jump đực/cái Kết nối thiết bị Hướng dẫn: + Từ nguồn (6V) cấp điện cho hệ thống qua board NANO: Chân tương ứng GND, chân tương ứng 5V + Chuyền chân GND 5V xuống board test jump đực (trên board test nguồn cấp theo mạch ngang) + Trên board test: Cắm led: (chân ngắn/bản to) tương ứng mạch chân (GND), (chân dài/bản nhỏ) tương ứng mạch chân (5V) Lưu ý: Led 3V, nguồn 5V nên cần dùng trở để cản dòng (trở vạch cắm mạch GND trước led) – HS thực thí nghiệm nêu ý để đảm báo thí nghiệm thành cơng GV u cầu cần phải thực việc kết nối mạch điện theo hướng dẫn (tiêu chuẩn kĩ thuật) để đảm bảo thành cơng an tồn Bước 3: Thống việc thực dự án chế tạo “ Gậy thông minh ” đặt tiêu chí sản phẩm Sản phẩm gậy cần đạt tiêu chí đánh giá cụ thể sau: Yêu cầu sản phẩm gậy thông minh Yêu cầu Đèn tự động sáng trời tối (sử dụng cảm biến ánh sáng) Còi kêu người sử dụng ngã (sử dụng cảm biến gia tốc) Còi kêu trước người sử dụng (cách 50cm) có vật cản (cảm biến siêu âm) Cịi kêu người sử dụng bấm nút (nút điều kiểm 0/1) Gậy có khối lượng phù hợp, kích thước điều chỉnh Chi phí làm gậy tiết kiệm Tổng điểm – GV giới thiệu lập trình Kidcode phát tài liệu, yêu cầu HS nhà tự tìm hiểu Nhắc nhở nhấn mạnh ngơn ngữ lập trình bậc cao, ứng dụng thực tiễn phần mềm kidcode để diễn tả thuật toán Bước GV thống kế hoạch triển khai Hoạt động Thời lượng Hoạt động 1: Đặt vấn đề, giao nhiệm vụ dự án tiết Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức chuẩn bị thiết kế sản phẩm để báo cáo tuần (HS tự học nhà theo nhóm, có hai tiết lớp để tổng kết chữa tập) Hoạt động 3: Báo cáo phương án thiết kế tiết Hoạt động 4: Chế tạo, thử nghiệm sản phẩm tuần (HS tự làm nhà theo nhóm) Hoạt động 5: Triển lãm, giới thiệu sản phẩm tiết Trong đó, GV nêu rõ nhiệm vụ nhà hoạt động 2: – Nghiên cứu kiến thức liên quan: Bài toán, thuật tốn, giải tốn máy tính – Tiến hành thí nghiệm xác định kết nối vị trí đặt thiết bị để đạt tiêu chí sản phẩm – Xây dựng thuật toán để điều khiển hoạt động lệnh, nghiên cứu câu lệnh ngôn ngữ lập trình cụ thể (kidcode) giao để viết chương trình điều khiển – Vẽ thiết kế sản phẩm để báo cáo buổi học tuần tiếp – Các tiêu chí đánh giá trình bày, thiết kế sản phẩm sử dụng theo Phiếu đánh giá số Phiếu đánh giá số 2: Đánh giá báo cáo thiết kế sản phẩm Tiêu chí Điểm tối đa Bản vẽ kết nối thiết bị vẽ rõ ràng, nguyên lí; Bản thiết kế kiểu dáng gậy vị trí thiết bị vẽ rõ ràng, đẹp, sáng tạo, khả thi; Giải thích rõ thuật toán điều khiển hoạt động gậy; Trình bày rõ ràng, logic, sinh động Tổng điểm Điểm đạt 10 GV cần nhấn mạnh: Khi báo cáo phương án thiết kế sản phẩm học sinh phải vận dụng kiến thức nền để giải thích, trình bày thuật toán điều khiển hoạt động của sản phẩm Vì vậy, tiêu chí này có trọng số điểm lớn Hoạt động 2: NGHIÊN CỨU VỀ BÀI TOÁN, THUẬT TOÁN VÀ ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP THIẾT KẾ GẬY THÔNG MINH (HS làm việc tiết lớp nhà – tuần) A Mục đích: Để thực vẽ kết nối thiết thị thiết kế sản phẩm hồn chỉnh, HS phải nghiên cứu, tìm hiểu kiến thức tốn, thuật tốn; ngơn ngữ lập trình; giải tốn máy tính học Tin học 10: Bài (Bài toán thuật toán), Bài (Ngơn ngữ lập trình), Bài (Giải tốn máy tính) Đồng thời, HS cần vận dụng kiến thức học từ mơn vật lí cơng nghệ… để đưa vẽ sơ đồ nguyên lí thiết kế sản phẩm phù hợp với nguyên lí khả thi chế tạo B Nội dung: Học sinh tự học làm việc nhóm thảo luận thống kiến thức có học 4–5–6 SGK Tin học 10 kiến thức liên quan, vận dụng làm tập chữa lớp để làm sâu sắc kiến thức toán, làm thí nghiệm, vẽ thiết kế sản phẩm gậy thơng minh GV đôn đốc, hỗ trợ tài liệu, giải đáp thắc mắc cho nhóm cần thiết Các học có nội dung sau: Bài Bài toán thuật toán Khái niệm bài toán – Bài toán việc mà người muốn máy tính thực – Khi giải tốn máy tính cần quan tâm đến yếu tố: Input Output Khái niệm thuật toán: – Thuật toán để giải toán dãy hữu hạn thao tác xếp theo trình tự xác định cho sau thực dãy thao tác ấy, từ Input toán, ta nhận Output cần tìm Ví dụ: Tìm giá trị lớn dãy số nguyên (sgk trang 33, 34) – Có cách diễn tả thuật tốn: Cách liệt kê sơ đồ khối – Trong sđk, người ta dung số khối, đường có mũi tên với: + : thể thao tác so sánh + : Thể phép tính tốn + : Thể thao tác nhập, xuất liệu +  : Quy định trình tự thực thao tác – Tính chất: + Tính dừng + Tính xác + Tính đắn Đưa số ví dụ thuật tốn: Ví dụ 1: Bài toán xếp Thuật toán xếp tráo đổi (Exchange Sort) * Xác định toán: – Input: Dãy A gồm N số nguyên a1, a2, aN – Output: Dãy a xếp lại thành dãy khơng giảm * Ý tưởng: * Thuật tốn: a Cách liệt kê: – B1 Nhập N, số hạng a1, a2, ,aN – B2 MN; – B3 Nếu MM quay lại bước 3; – B7 >ai+1 tráo đổi a1 ai+1 cho nhau; – B8 Quay lại bước b Sơ đồ khối Ví dụ 2: Bài tốn tìm kiếm * Xác định toán – Input: A gồm N số nguyên khác a1, a2, aN số nguyên k – Output: Chỉ số I, mà = k khơng có số hạng dãy A có giá trị A * Ý tưởng: * Thuật toán: a Cách liệt kê: – B1 Nhập N, số hạng a1, a2, ,aN khoá k; – B2 i  1; – B3 Nếu = k thơng báo số I, kết thúc; – B4 ii+1; – B5 Nếu i>N thơng báo dãy A khơng có số hạng có giá trị k, kết thúc; – B6 Quay lại bước – B7 ii+1 quay lại bước b Sơ đồ khối Ví dụ 3: Tìm đưa nghiệm phương trình ax+b=0 * Xác định toán – Input: a, b – Output: Kết luận nghiệm pt ax+b=0 * Ý tưởng: * Thuật toán: a Cách liệt kê: – B1 Nhập giá trị a, b – B2 Nếu a=0, b0 thơng báo ptvn, kết thúc – B3 Nếu a=0 b=0 thơng báo pt có nghiệm với giá trị kết thúc; – B4 Nếu a0 x=–b/2a thơng báo pt có nghiệm x kết thúc; b Sơ đồ khối Có thể đưa thêm số ví dụ khác: Tìm đưa nghiệm phương trình bậc 2, tìm max, tìm Bài Ngơn ngữ lập trình Ngơn ngữ máy: – Là ngơn ngữ mà máy tính hiểu thực – Các loại ngôn ngữ máy khác muốn máy hiểu thực phải dịch ngôn ngữ máy thơng qua chương trình dịch + Ưu điểm: Khai thác triệt để đặc điểm phần cứng máy + Hạn chế: Không thuận lợi cho người việc viết hiểu chương trình Hợp ngữ: – Sử dụng số từ để thực lệnh ghi Vd: Add Ax, Bx.(Add: phép cộng, Ax, Bx: ghi) – Hợp ngữ muốn máy hiểu cần phải chuyển đổi sang ngơn ngữ máy Ngôn ngữ bậc cao: – Là ngôn ngữ gần với ngơn ngữ tự nhiên, có tính độc lập cao, phụ thuộc vào loại máy Vd: Cobol, Basic, Pascal,… – Muốn máy hiểu ngôn ngữ cần phải chuyển sang ngơn ngữ máy Chương trình dịch: – Là chương trình dịch từ ngơn ngữ khác ngơn ngữ máy Bài Giải tốn máy tính Xác định bài toán: Xác định phần Input Output tốn Từ xác định ngơn ngữ lập trình cấu trúc liệu cách thích hợp Lựa chọn và xây dựng thuật toán: a Lựa chọn thuật toán: Mỗi thuật toán giải tốn, song tốn có nhiều thuật toán để giải Vậy ta phải chọn thuật toán tối ưu thuật toán đưa ra.Thuật tốn tối ưu thuật tốn có tiêu chí sau: – Dễ hiểu – Trình bày dễ nhìn – Thời gian chạy nhanh – Tốn nhớ b Biểu diễn thuật toán: Là việc diễn tả thuật toán Vd: Tìm Ước số chung lớn (m,n) Viết chương trình: – Là việc lựa chọn sở liệu ngơn ngữ lập trình để diễn đạt thuật tốn máy – Khi viết chương trình cần chọn ngơn ngữ thích hợp, viết chương trình ngơn ngữ phải tn theo qui định ngữ pháp ngơn ngữ Hiệu chỉnh: Sau viết xong chương trình cần phải thử chương trình số Input đặc trưng Trong trình thử phát sai sót phải sửa lại chương trình Quá trình gọi hiệu chỉnh Viết tài liệu: Viết mơ tả chi tiết tốn, thuật tốn, chương trình hướng dẫn sử dụng, C Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh: Kết thúc hoạt động, HS cần đạt sản phẩm sau: – Bài ghi cá nhân kiến thức liên quan – Bản vẽ kết nối thiết bị thiết kế sản phẩm gậy thơng minh (trình bày giấy A0 trình chiếu powerpoint) – Bài thuyết trình vẽ kết nối thiết bị thiết kế sản phẩm D Cách thức tổ chức hoạt động: – Các thành viên nhóm đọc 4, 5, sách giáo khoa Tin học 10 – Tìm hiểu lập trình Kidcode câu lệnh (Tài liệu GV chuẩn bị sẵn hồ sơ học tập) – HS làm việc nhóm: ● Báo cáo việc học kiến thức trình bày việc giải tập lớp tiết ● Chia sẻ với thành viên khác nhóm kiến thức tìm hiểu Ghi tóm tắt lại các kiến thức vào cá nhân ● Tiến hành thí nghiệm xác định phương án kết nối thiết bị để đạt tiêu chí sản phẩm Có thể tiến hành lại thí nghiệm hoạt động với nguyên liệu giao để hiểu rõ vấn đề từ đề xuất giải pháp cho vẽ ● Vẽ hình mơ tả kết nối thiết bị gậy, thiết kế sản phẩm, kiểu dáng gậy Trình bày thiết kế giấy A0 bài trình chiếu Powerpoint ● Chuẩn bị trình bày thiết kế, giải thích thuật tốn điều khiển hoạt động gậy – GV đơn đốc nhóm thực nhiệm vụ hỗ trợ cần Hoạt động 3: TRÌNH BÀY VÀ BẢO VỆ PHƯƠNG ÁN THIẾT KẾ GẬY THÔNG MINH (1 tiết – 45 phút) A Mục đích: Học sinh trình bày phương án thiết kế gậy thông minh (bản vẽ nguyên lí việc kết nối thiết bị thiết kế sản phẩm) sử dụng kiến thức để giải thích nguyên lí hoạt động gậy phương án thiết kế mà nhóm lựa chọn B Nội dung: – GV tổ chức cho HS nhóm trình bày phương án thiết kế gậy thơng minh đồng thời rõ phần kiến thức học áp dụng – GV tổ chức hoạt động thảo luận cho thiết kế: Các nhóm khác ghi chép vào bảng đánh giá GV phát trước GV nêu câu hỏi làm rõ, phản biện góp ý cho thiết kế; nhóm trình bày trả lời câu hỏi, lập luận, bảo vệ quan điểm ghi nhận ý kiến góp ý phù hợp để hồn thiện thiết kế – GV chuẩn hoá kiến thức liên quan cho HS; yêu cầu HS ghi lại kiến thức vào chỉnh sửa phương án thiết kế (nếu có) C Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh: Kết thúc hoạt động, HS cần đạt sản phẩm thiết kế hoàn chỉnh cho việc chế tạo gậy D Cách thức tổ chức hoạt động: Bước 1: Lần lượt nhóm trình bày phương án thiết kế phút Các nhóm cịn lại ý nghe Bước 2: GV tổ chức cho nhóm cịn lại nêu câu hỏi, nhận xét phương án thiết kế nhóm bạn; nhóm trình bày trả lời, bảo vệ, thu nhận góp ý, đưa sửa chữa phù hợp Bước 3: GV nhận xét, tổng kết chuẩn hoá kiến thức liên quan, chốt lại vấn đề cần ý, chỉnh sửa nhóm Bước 4: GV giao nhiệm vụ cho nhóm nhà triển khai chế tạo sản phẩm theo thiết kế Hoạt động 4: CHẾ TẠO VÀ THỬ NGHIỆM GẬY THÔNG MINH (HS làm việc nhà phòng tin học – tuần ) A Mục đích: Các nhóm HS thực hành, chế tạo gậy thông minh thiết kế chỉnh sửa B Nội dung: Học sinh làm việc theo nhóm thời gian tuần để chế tạo gậy, trao đổi với giáo viên gặp khó khăn C Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh: Kết thúc hoạt động, HS cần đạt sản phẩm gậy thông minh đáp ứng tiêu chí Phiếu đánh giá số D Cách thức tổ chức hoạt động: Bước HS tìm kiếm, chuẩn bị vật liệu dự kiến, lập trình cài đặt board nano; Bước HS lắp đặt thành phần gậy theo thiết kế; Bước HS thử nghiệm phần mềm tự xây dựng theo ý tưởng thuật tốn mà nhóm thống nhất, so sánh với tiêu chí đánh giá sản phẩm (Phiếu đánh giá số 1) HS điều chỉnh lại thiết kế thuật toán ghi lại nội dung điều chỉnh giải thích lí (nếu cần phải điều chỉnh); Bước HS hoàn thiện bảng ghi danh mục vật liệu tính giá thành chế tạo sản phẩm; Bước HS hoàn thiện sản phẩm; chuẩn bị giới thiệu sản phẩm GV đôn đốc, hỗ trợ nhóm q trình hồn thiện sản phẩm Hoạt động 5: TRÌNH BÀY SẢN PHẨM “GẬY THƠNG MINH HỖ TRỢ NGƯỜI KHIẾM THỊ” VÀ THẢO LUẬN (2 tiết – 45 phút) A Mục đích: HS biết giới thiệu sản phẩm gậy thông minh đáp ứng tiêu chí đánh giá sản phẩm đặt ra; biết thuyết trình, giới thiệu sản phẩm, đưa ý kiến nhận xét, phản biện, giải thích kiến thức liên quan; Có ý thức cải tiến, phát triển sản phẩm B Nội dung: – Các nhóm trưng bày sản phẩm trước lớp; – Các nhóm báo cáo sản phẩm trả lời câu hỏi GV nhóm bạn – Đề xuất phương án cải tiến sản phẩm C Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh: Kết thúc hoạt động, HS cần đạt sản phẩm gậy thơng minh hoạt động theo tiêu chí đề thuyết trình giới thiệu sản phẩm D Cách thức tổ chức hoạt động: – Tổ chức cho HS chuẩn bị trưng bày sản phẩm lúc – GV yêu cầu HS nhóm trình bày, phân tích hoạt động (có minh học), giá thành kiểu dáng gậy – GV hội đồng GV tham gia bình chọn kiểu dáng gậy đẹp, tiện dụng – GV nhận xét công bố kết chấm sản phẩm theo tiêu chí Phiếu đánh giá số – Giáo viên đặt câu hỏi cho báo cáo để làm rõ chế hoạt động sản phẩm, khắc sâu kiến thức chủ đề kiến thức liên quan – Khuyến khích nhóm nêu câu hỏi cho nhóm khác – GV tổng kết chung hoạt động nhóm; Hướng dẫn nhóm cập nhật điểm học tập nhóm GV nêu câu hỏi lấy thơng tin phản hồi: + Các em học kiến thức và kỹ nào quá trình triển khai dự án này? + Điều gì làm em ấn tượng nhất/nhớ triển khai dự án này? ... cần giảm bớt khó khăn gậy thơng minh Tạo tình thơng qua hoạt động trị chơi “Bịt mắt bắt dê” Từ HS nhận thấy nhu cầu cần giảm bớt khó khăn gậy thơng minh GV đặt hàng gậy thông minh với chức cụ thể:... Bước 3: Thống việc thực dự án chế tạo “ Gậy thông minh ” đặt tiêu chí sản phẩm Sản phẩm gậy cần đạt tiêu chí đánh giá cụ thể sau: Yêu cầu sản phẩm gậy thông minh Yêu cầu Đèn tự động sáng trời tối... thiết kế gậy thông minh hiểu rõ tiêu chí đánh giá sản phẩm B Nội dung: – GV tổ chức trò chơi “bịt mắt bắt dê” giúp HS nhận nhu cầu cần hỗ trợ người khiếm thị, từ GV đặt hàng dự án ? ?gậy thông minh