Bài viết này giới thiệu tiến trình dạy học một chủ đề STEM lĩnh vực robotics cho học sinh lớp 8 – thiết kế và chế tạo robot hút bụi. Chủ đề được thiết kế dựa trên quy trình thiết kế kĩ thuật (Engineering Design Process) nhằm tạo cơ hội bồi dưỡng năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh. Kết quả thực nghiệm đối với học sinh lớp 8 cho thấy rằng, các em có các biểu hiện tích cực đối với năng lực giải quyết vấn đề trong giáo dục STEM lĩnh vực robotics thông qua học tập chủ đề. Mời các bạn cùng tham khảo!
TẠP CHÍ KHOA HỌC TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM TP HỒ CHÍ MINH HO CHI MINH CITY UNIVERSITY OF EDUCATION JOURNAL OF SCIENCE Tập 18, Số (2021): 1495-1508 ISSN: 2734-9918 Vol 18, No (2021): 1495-1508 Website: http://journal.hcmue.edu.vn Bài báo nghiên cứu* THIẾT KẾ TỔ CHỨC DẠY HỌC CHỦ ĐỀ STEM ROBOT HÚT BỤI ĐƠN GIẢN THEO QUY TRÌNH THIẾT KẾ KĨ THUẬT CHO HỌC SINH TRUNG HỌC CƠ SỞ Đặng Đông Phương, Vũ Quốc Thắng, Nguyễn Đức Anh, Lê Hải Mỹ Ngân* Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh, Việt Nam Tác giả liên hệ: Lê Hải Mỹ Ngân – Email: nganlhm@hcmue.edu.vn Ngày nhận bài: 17-3-2021; ngày nhận sửa: 26-4-2021; ngày duyệt đăng: 28-4-2021 * TÓM TẮT Giáo dục STEM quan điểm dạy học tích hợp được quan tâm ở nhiề u quố c gia thế giới Trong nội dung giáo dục STEM, số nghiên cứu ghi nhận tác động tích cực viê ̣c giáo dục STEM robotics kiế n thức, kĩ và sự hứng thú học sinh Bài viết giới thiệu tiến trình dạy học chủ đề STEM lĩnh vực robotics cho học sinh lớp – thiết kế chế tạo robot hút bụi Chủ đề thiết kế dựa quy trình thiết kế kĩ thuật (Engineering Design Process) nhằm tạo hội bồi dưỡng lực giải vấn đề cho học sinh Kết thực nghiệm học sinh lớp cho thấy rằng, em có biểu tích cực lực giải vấn đề giáo dục STEM lĩnh vực robotics thơng qua học tập chủ đề Từ khóa: giáo dục robotics; quy trình thiết kế kĩ thuật; THCS; giáo dục STEM Đặt vấn đề Trong năm gần đây, giáo dục STEM xu hướng quan tâm số nước Trung Quốc, Ấn Độ, Malaysia, Úc, Anh Canada (Miwa A Takeuchi, Pratim Sengupta, & Marie-Claire Shanahan, 2020) Ở Việt Nam, giáo dục STEM định nghĩa Chương trình giáo dục phổ thông 2018 nêu cụ thể chương triǹ h các môn học liên quan bao gồm Tốn, Khoa học, Tin học Cơng nghệ (Ministry of Education and Training, 2018) Hiện nay, robotics, với đă ̣c trưng tić h hơ ̣p cao, lĩnh vực thu hút nhiều quan tâm triể n khai giáo du ̣c STEM Trong giáo dục STEM lĩnh vực robotics (STEM robotics), robot hiểu vừa đối tượng vừa công cụ học mơn khoa học, cơng nghệ, kĩ thuật tốn học (Arís & Orcos, 2019a) Thơng qua hoạt động thực hành, sử dụng chế tạo robot, ho ̣c sinh (HS) có hội tiếp xúc thiết bị vật liệu công nghệ đại chẳng hạn cảm biến, vi mạch điều khiển, từ tạo sự hứng thú cho HS lĩnh vực khoa học công nghệ Cite this article as: Dang Dong Phuong, Vu Quoc Thang, Nguyen Duc Anh, & Le Hai My Ngan (2021) STEM education: Simple robot vacuum cleaner based on the engineering design process for secondary students Ho Chi Minh City University of Education Journal of Science, 18(8), 1495-1508 1495 Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Tập 18, Số (2021): 1495-1508 (Eguchi, 2010) Nghiên cứu tổng hợp (Jung & Won, 2018) khẳng định giáo du ̣c STEM robotics đươ ̣c xem lĩnh vực ho ̣c tâ ̣p theo hướng tích hợp mơn học liên quan Mô ̣t số nghiên cứu gầ n đã đề câ ̣p rằ ng hoạt động STEM robotics có tác đô ̣ng tích cực đế n lực giải vấn đề của HS (Atmatzidou, 2012; Mubin, Stevens, Shahid, Mahmud, & Dong, 2013; Arís & Orcos, 2019) Khi tham gia hoạt động STEM robotics, HS phải tìm hiểu hoạt động robot, phân tích vấn đề nguyên lí, cấu tạo robot để có được giải pháp công nghê ̣ giải vấn đề cách hiệu (Odorico, 2004) Trong giáo du ̣c STEM robotics, công cụ yếu tố quan trọng định đến mục tiêu định hướng dạy học (Chen & Chang, 2018; Mubin et al., 2013) Nghiên cứu (Mubin et al., 2013) loại tảng công cụ phù hợp với số mục tiêu dạy học cụ thể Đối với mục tiêu phát triển lực giải vấn đề, HS cần tạo hội lựa chọn linh kiê ̣n phù hơ ̣p và thiế t kế sản phẩ m theo ý tưởng của miǹ h, chẳ ng ̣n bô ̣ công cu ̣ mã nguồn mở Arduino linh kiê ̣n ta ̣o sự linh hoạt cho HS thiế t kế sản phẩ m (Saleiro, Carmo, Rodrigues, & Du Buf, 2013) Khi tham gia hoạt động robotics, HS phải nghiên cứu, mô hoạt động xung quanh robot, học tập khái niệm robot, và cả lập trình (Erkan Çalişkan, 2020) Các khái niệm cụ thể hóa q trình HS chế ta ̣o lập trình cho robot thực nhiệm vụ yếu tố giúp bồ i dưỡng lực giải vấn đề HS (Catlin & Woollard, 2014; Numanoğlu & Keser, 2017) Để phù hơ ̣p với đinh ̣ hướng thiế t kế chế ta ̣o sản phẩ m, nghiên cứu này, vâ ̣n du ̣ng quy trình thiết kế kĩ thuật EDP tở chức da ̣y ho ̣c Theo (Crismond, 2013), người bắt đầu với quy trình thiế t kế ki ̃ thuâ ̣t thường gặp số vấn đề (1) khơng có sở để việc thiết kế, (2) phác thảo ý tưởng khơng xác, (3) khơng biết cách thử nghiệm, (4) thiếu tính sáng tạo, (5) khơng nghiên cứu kiến thức liên quan Do đó, việc áp dụng quy trình EDP nhằm tăng cường hiểu biết HS thiết kế mở để đưa ý tưởng mới, áp dụng khái niệm khoa học toán học, biết thử nghiệm tự đánh giá để đưa đến những điề u chỉnh cải tiế n phù hơ ̣p Theo (Le & Nguyen, 2020), HS trung ho ̣c sở (THCS) Thành phố Hồ Chí Minh thể hiê ̣n sự hứng thú với hoạt động robotics, nhiên, chưa thể hiê ̣n tự tin tham gia hoạt động lĩnh vực này, trang bị kiến thức, kĩ lập trình trường học Hiê ̣n ta ̣i, ở Viê ̣t Nam, việc tiếp cận vấn đề robotics HS nhà trường thường chủ yếu thông qua thi World Robotics Olympiad (WRO), Robotacon hay thông qua vật dụng công nghệ đại sử dụng hộ gia đình robot hút bụi, máy rửa chén, thiết bị IoT (Internet of things) Với góc đô ̣ xem robotics là mô ̣t liñ h vực ho ̣c tâ ̣p tích hơ ̣p, nghiên cứu này, thiết kế tổ chức dạy học chủ đề robot hút bụi cho HS lớp sở gắn kết nội dung chương trình nhà trường Bên ca ̣nh đó, chúng tơi sử dụng dụng cụ robotics tảng vi điều khiển Arduino Uno R3 nhằm hướng tới mục tiêu phát triển lực giải vấn đề, linh hoạt HS trình thiết kế chế tạo sản phẩm Thông qua chủ đề, HS tiến cận kiến thức 1496 Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Đặng Đông Phương tgk khoa học, công nghệ đại, lập trình, đồng thời vận dụng kiến thức môn Công nghệ, Khoa học tự nhiên, Tin học, Tốn học chương trình 2018 Từ đó, HS học tập kiến thức khoa học bồi dưỡng phát triển lực giải vấn đề liñ h vực giáo du ̣c STEM robotics Câu hỏi phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu với mục tiêu thiết kế tổ chức dạy học chủ đề robot hút bụi nhằm hướng đến giải câu hỏi tương ứng sau: Chủ đề STEM robot hút bụi tích hợp nội dung số mơn học Chương trình 2018 nào? Dạy học chủ đề STEM robot hút bụi cho HS THCS theo quy trình thiết kế kĩ thuật EDP nào? HS biểu hiê ̣n lực giải vấn đề thông qua chủ đề nào? Để thiết kế chủ đề STEM robot hút bụi, chúng tơi thực nghiên cứu sở lí luận về giáo du ̣c STEM robotics và quy trình thiế t kế ki ̃ thuật, kế t hơ ̣p phân tích nội dung chương trình mơn Khoa học tự nhiên, Cơng nghệ, Tốn học Tin học Sau đó, tiế n hành thực nghiệm sư pha ̣m chủ đề 10 tiết với 15 HS lớp trường THCS – THPT Hoa Sen, Quận 9, Thành phố Hồ Chí Minh HS tham gia thực nghiê ̣m hầ u hoàn toàn mới với liñ h vực robotics và lâ ̣p trình, chỉ đươ ̣c lầ n tiếp cận thông qua chủ đề xe di chuyể n theo vạch kẻ đen đơn giản Chúng ghi nhận dữ liê ̣u thông qua quay phim, chụp ảnh buổi học; quan sát, ghi chú; sản phẩm ho ̣c tâ ̣p HS phiếu hỏi khảo sát Dữ liệu thu nhận đươ ̣c phân tích đinh ̣ tính thông qua đánh giá hành vi dựa vào khung lực giải quyế t vấ n đề giáo du ̣c robotics (Le, 2020) Để thuận lơ ̣i quá triǹ h phân tić h, chúng cho mỗi HS mô ̣t mã số theo cấ u trúc HS.[nhóm].[STT của HS] Kết thảo luận 3.1 Chủ đề robot hút bụi Trong chủ đề này, HS tìm hiểu cấu tạo ngun lí hệ thống hút bụi, kết hợp xe tự tránh vật cản để chế tạo robot hút bụi HS sử dụng nguyên vật liệu đơn giản, vận dụng kiến thức khoa học, công nghệ, kết hợp với thiết bị cảm biến, động cơ, vi điều khiển Arduino kết hợp mạch động L293D để chế tạo robot hút bụi có thể hút số loại bụi nhẹ, nhỏ giấy vụn, cát bụi và tự động đổi hướng gă ̣p vật cản lớn Bảng Bảng dụng cụ vật liệu sử dụng chủ đề Dụng cụ (số lượng) động bánh xe 6V Hình ảnh Dụng cụ (số lượng) Hình ảnh Dụng cụ (số lượng) quạt điện 12 V bánh xe đa hướng 1497 Hình ảnh Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Tập 18, Số (2021): 1495-1508 cảm biến vật cản hồng ngoại mạch động L293D vi điều khiển Arduino Uno R3 nguồn điện 12 V nguồn điện 1,5 V hộp đựng pin AA cơng tắc bìa foam (50 cm x 40 cm) lưới lọc bụi Hình biểu diễn quy trình chế ta ̣o robot gồm bước: bước 1, vẽ vị trí dụng cụ lên bìa foam, cắt vị trí cần đặt dụng cụ; bước 3, đặt thiết bị tương ứng mặt mặt súng bắn keo; bước 5, lắp đặt mạch điện theo sơ đồ Hình Hình Quy trình lắp ráp hệ thống tránh vật cản Hình Sơ đồ mạch điện hệ thống tránh vật cản Hình biểu diễn quy trình chế ta ̣o hệ thống hút bụi: bước 1, cắ t bià form ghép tạo thành hình hộp chữ nhật, đặt quạt điện vào hộp; bước 2, cắt mảnh bìa foam với kích thước khác ghép thành ngăn đựng bụi; bước 3, lắp ngăn đựng bụi lưới lọc vào hình hộp cắt bước tạo thành hệ thống hút bụi hoàn chỉnh Hình Quy trình lắp ráp hệ thống hút bụi 1498 Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Đặng Đơng Phương tgk 3.2 Phân tích nội dung kiến thức chủ đề ứng với chương trình 2018 Mơn Khối Mạch nội dung Ánh sáng Nội dung Sự phản xạ ánh sáng Kí hiêụ KH01 KH02 Khoa học tự nhiên Áp suất Áp suất chất khí Nguồn điện Điện học Mạch điện đơn giản KH03 KH04 KH05 KH06 Cơng nghệ Tin học Tốn học 8 Công nghệ đời sống Kĩ thuật điện Thiết kế kĩ thuật GQVĐ với trợ giúp máy tính Lập trình trực quan Đo lường Tính tốn ước lượng với số đo đại lượng CN01 CN02 CN03 Ti01 Ti02 TH01 1499 Yêu cầu cần đạt - Vẽ hình biểu diễn nêu khái niệm: tia sáng tới, tia sáng phản xạ, pháp tuyến, góc tới, góc phản xạ, mặt phẳng tới, ảnh - Vận dụng định luật phản xạ ánh sáng số trường hợp đơn giản - Giải thích số ứng dụng áp suất khơng khí đời sống - Nêu nguồn điện có khả cung cấp lượng điện liệt kê số nguồn điện thông dụng đời sống - Vẽ sơ đồ mạch điện với kí hiệu mơ tả: điện trở, biến trở, chuông, ampe kế (ammeter), vôn kế (voltmeter), ốt (diode) ốt phát quang - Mắc mạch điện đơn giản với: pin, công tắc, dây nối, bóng đèn, động điện - Vẽ mô tả sơ đồ khối mạch điện điều khiển đơn giản - Lắp ráp mạch điện điều khiển đơn giản có sử dụng mơ đun cảm biến - Thiết kế sản phẩm đơn giản theo gợi ý, hướng dẫn - Mô tả kịch đơn giản dạng thuật toán tạo chương trình đơn giản - Chạy thử, tìm lỗi sửa lỗi cho chương trình - Giải số vấn đề gắn với việc giải toán liên quan đến chuyển động (tìm vận tốc, quãng đường, thời gian chuyển động đều) Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Tập 18, Số (2021): 1495-1508 Hình Sơ đồ nội dung kiến thức STEM gắn với cấu tạo robot hút bụi 3.3 Tiến trình dạy học Chủ đề robot hút bụi Chủ đề tổ chức dạy học buổi, buổi tiết, tổng thời lượng 12 tiết Hình Sơ đồ hoạt động pha quy trình thiết kế kĩ thuật EDP 1500 Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Hoạt động [Pha EDP] HĐ1 Đặt vấn đề [1] HĐ2 Nghiên cứu cấu tạo chung robot [2] HĐ3 Khám phá kiến thức liên quan đến phận robot [2] Đặng Đông Phương tgk Nội dung Kiến thức HS nhận biết tầm quan trọng robot sống thông qua theo dõi đoạn clip giới thiệu câu hỏi HĐ2.1 Tìm hiểu cấu tạo chung robot HS làm việc theo nhóm kĩ thuật khăn trải bàn xác định cấu tạo chung robot HĐ2.2 Nghiên cứu cấu tạo robot hút bụi HS thảo luận nhóm xác định nhiệm vụ robot hút bụi: (1) Nhiệm vụ 1: Dò tránh vật cản (2) Nhiệm vụ 2: Hút bụi HĐ3.1 Nghiên cứu kiến thức nhiệm vụ robot Mỗi HS nhóm trở thành chuyên gia nghiên cứu trạm nội dung: ● Trạm 1: Nguồn điện, động dòng điện HS xem đoạn phim ngắn nghiên cứu kiến thức và thực hành vẽ sơ đồ mạch điện lắp đặt mạch điện đơn giản gồm nguồn điện, công tắc động ● Trạm 2: Tín hiệu, Arduino + L293D cảm biến vật cản hồng ngoại HS nghiên cứu kiến thức thực hành lắp đặt cảm biến vật cản và động vào Arduino để điều khiể n ● Trạm 3: Lập trình, sơ đồ khối lập trình mBlock HS thực hành vẽ sơ đồ khối lập trình mBlock cho nhiệm vụ đơn giản “xe thẳng rẽ phải” HĐ3.2 Tổng kết nghiên cứu - HS thực hành hoạt động tổng kết: Lắp đặt xe tự hành, vẽ sơ đồ khối lập trình xe theo nhiệm vụ: “Xe gặp vật cản rẽ trái” 1501 KH01 KH02 KH04 KH05 KH06 CN03 CN04 Ti01 Ti02 TH01 TH02 Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Tập 18, Số (2021): 1495-1508 HĐ3.3 Khám phá hệ thống hút bụi - HS thực nghiên cứu hệ thống hút bụi theo trạm xoay vòng với nội dung: (1) Nguyên lí hoạt động (2) Kết nối (3) Cấu tạo (4) Hệ thống hút kín (5) Hệ thống hút lọc HĐ4 Thiết kế - HS thiết kế vẽ cấu tạo robot gồm phần: robot hút bụi ● Xác định linh kiện sử dụng đơn giản [3] ● Sơ đồ nối dây linh kiện ● Sơ đồ tư duy, sơ đồ khối nhiệm vụ robot ● Sơ đồ cấu tạo chung robot HĐ5 Chế tạo robot [4,5] HĐ6 Thử nghiệm, báo cáo [5,6] KH03 CN01 CN01 CN02 CN03 CN05 Ti01 TH01 - HS thực hành lắp ráp, chế tạo lập lập trình cho robot thực nhiệm vụ - HS thử nghiệm sản phẩm - HS lắng nghe góp ý cải tiến sản phẩm nhóm 3.4 Thực nghiệm sư phạm Dựa vào quan sát khung lực, chúng tơi phân tích biểu lực giải vấn đề học sinh hoạt động sau ● Hoạt động Giới thiệu đặt vấn đề dự án Khi yêu cầu trả lời nhanh học sinh (HS1.2, HS2.1, HS5.3, HS4.1, HS3.2) thể ý: robot giúp đỡ người làm việc, robot hỗ trợ, tăng suất lao động rủi ro trình làm việc Với câu hỏi: “Để nghiên cứu robot ta cần nghiên cứu điều gì” HS trả lời phận robot yếu tố quan tâm chế tạo robot: cảm biến, hệ điều hành, động cơ, giá thành, chất lượng, cấu tạo, vật liệu ● Hoạt động Nghiên cứu cấu tạo robot Trong hoạt động thảo luận nhóm cấu tạo chung robot, nhóm có ý kiến liên quan đến phận robot linh kiện cho phận song chưa thể rõ thành ba phận bản: phận xử lí thơng tin, cảm biến động cơ, ví du ̣ mô ̣t nhóm thể hiê ̣n Hình Các vấn đề cấu tạo robot HS đưa thông qua câu hỏi như: “Có Arduino khơng? Có pin, động cơ”, “Robot có mũi? Robot có đầu? Làm để điều khiển robot?” Đối với nhiệm vụ đề xuấ t linh kiện, nhóm dựa mơ hình robot hút bụi sẵn có thị trường để tìm hiểu ngun lí nhận nhiệm vụ tránh vật cản robot Kết quan sát cho thấy, có 3/5 nhóm (nhóm 3, 4, 5) tìm cảm biến vật cản hồng ngoại, đặc biệt nhóm cịn đưa số dụng cụ đại wifi, laser định vị 1502 Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Đặng Đơng Phương tgk Hình Sản phẩm nhóm hoạt động nghiên cứu cấ u tạo robot ● Hoạt động Khám phá kiến thức liên quan đến phận robot Đối với hoạt động 3, HS nghiên cứu kiến thức thông qua trạm Kết cho thấy, nhóm trải nghiệm qua trạm hoàn thành 83% nội dung câu hỏi lí thuyết 70% nội dung thực hành Sau tìm hiểu, HS thực hoạt động tổng kết lắp đặt lập trình để xe chuyển động thẳng phía trước, gặp vật cản rẽ trái Kết cho thấy, nhóm hoàn thành tốt nhiệm vụ chọn nguồn lắp đặt mạch điện Riêng nhiệm vụ lâ ̣p trình, mỗi nhóm có những biể u hiê ̣n khác Các nhóm phân tích nhiệm vụ qua câu hỏi “Có tín hiệu vào?”, “Lập trình xe hoạt động làm gì?”, “Cho xe chạy giây?” đưa tín hiệu Arduino nhận “tín hiệu gặp vật cản tín hiệu khơng gặp vật cản” Hầu nhóm (4/5 nhóm) sử dụng câu lệnh “một bánh chuyển động phía trước – bánh ngừng” xe rẽ trái không thành công Tuy nhiên, nhóm đề xuất phương án khác “một bánh lùi bánh đứng yên” khiến xe thực nhiệm vụ tránh vật cản thành công Đối với nhiệm vụ nghiên cứu hệ thống hút bụi, HS tiến hành tìm hiểu hệ thống hút bụi thơng qua trạm nghiên cứu: cách hút bụi, xác định mặt hút bụi, xác định hệ thống hút lọc, hệ thống hút kín, từ nhóm đề u thiế t kế đươ ̣c hệ thống hút bụi phù hợp với robot hút bu ̣i Hình HS khám phá hệ thống hút bụi lập trình xe tự hành hoạt động 1503 Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Tập 18, Số (2021): 1495-1508 ● Hoạt động Thiết kế vẽ cấu tạo robot Trong nhiệm vụ thiết kế robot hút bu ̣i đơn giản, HS thể vẽ robot hút bụi với đầy đủ phần: nguyên vật liệu, sơ đồ nối dây, sơ đồ khố i tư của robot hình dạng cấ u trúc robot Các nhóm đề u đưa danh sách linh kiê ̣n, nguyên vật liệu phù hợp, nhiên ở hình da ̣ng cấ u trúc của robot thì các thông số kić h thước chưa rõ ràng Trong trình xác đinh ̣ sơ đờ khớ i tư của robot, nhóm nêu lại nhiệm vụ robot tín hiệu mà Arduino nhận từ cảm biến có vật cản từ đó thể hiê ̣n đươ ̣c thành sơ đồ khố i Song nhóm gặp khó khăn phần thiết kế hệ thống hút bụi, vấn đề số nhóm đặt “Đặt phận hút vị trí nào”, “nên thiết kế phận hút bụi phận chuyển động chung hay tách ra” Khi đó, nhóm HS đề phương án tách robot làm hai phận, sau phận chuyển động khoét lỗ trống đặt hệ thống hút vào sau Hình Ngồi ra, HS nhóm đề xuất ý kiến để bụi di chuyển khu vực hút (vị trí cánh quạt), cách sử dụng thêm hai chổi quét hai bên thành robot Hình Hình ảnh HS thiết kế vẽ cấu tạo báo cáo vẽ ● Hoạt động Lắp ráp, chế tạo robot hút bụi Ở hoạt động 6, HS thực chế tạo sản phẩm, thử nghiệm sửa chữa lỗi sản phẩm thời gian tiế t ho ̣c Trong trình thực hiện, nhóm khơng có đầy đủ dụng cụ để cắt, ghép bìa cứng Khi đó, nhóm nghĩ phương án sử dụng vật dụng xung quanh hộp bút, bìa cứng khác, cạnh bàn để tiến hành gia cơng vật liệu Q trình thiết kế phận chuyển động nhóm tương đồng nhau, đặt vấn đề cách nối dây, lắp thiết bị Đặc biệt phần kích thước, chưa có ước lượng cụ thể, điển hình nhóm nhóm khơng đo đạc nên phải làm khung robot lần khác Tuy nhiên nhóm 5, nhóm có ước lượng trước nên sản phẩm thiết kế gọn gàng Trong phần chế ta ̣o và lắ p đă ̣t phận hút nhóm có ý tưởng khác nhìn chung có chung mục đích chế tạo hệ thống hút cho hút thành công chiều cao hệ thống phải giảm thiểu đáng kể nhằm chui vào gầm vật dụng nhà Đối với nhiệm vụ lập trình chuyển động cho robot, nhóm sử dụng dịng lệnh tương tự hoạt động Tuy nhiên, nhóm đề xuất phương án khác để xe không rẽ hướng mà rẽ hướng khác nên dùng lệnh “pick random” kết không thành công chưa xếp lệnh hợp lí Theo quan 1504 Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Đặng Đông Phương tgk sát, đa số nhóm lập trình gặp phải vấn đề thời gian bánh xe ngừng, bánh xe chuyển động trình rẽ hướng phải thử nghiệm nhiều lần rút thời gian thực phù hợp Nhìn chung, nhóm HS thực bước chế tạo, bao gồm chuẩn bị, lắp ráp, lập trình thử nghiệm Quá trình thử nghiệm nhóm thực xuyên suốt trình nối dây lập trình nhằm sửa chữa lỗi robot Từ thử nghiệm vấn đề robot gặp phải, nhóm trình bày phương án thực phương án Kết cho thấy, nhóm thực thành cơng việc lắp ráp phận robot, nhiên có nhóm hồn thành tốt tất nhiệm vụ, nhóm 1, hồn thành lập trình hoạt động xe mức khá, nhóm hoàn thành việc lắp đặt phận mạch điện Hình Sản phẩm robot hút bụi số nhóm 3.5 Kế t quả khảo sát ý kiế n học sinh Hình 10 Kế t quả khảo sát tiếp nhận HS đố i với chủ đề robot hút bụi đơn giản Sau thực nghiệm, tiến hành khảo sát em HS thông qua 10 câu hỏi theo dạng Likert 10 mức độ với bốn nội dung chính: Mức độ hiểu cấu tạo nguyên lí robot, tự đánh giá khả năng, mức độ hứng thú mức độ tự tin Kết điểm số trung bình 15 HS khảo sát thể qua hình 10 cho thấy mức độ tiếp nhận phù hợp chủ đề bốn nội dung mức tốt điểm Biểu đồ phản ánh hứng thú HS thơng qua chủ đề, điển hình với số điểm cao câu 5, em thích học chủ đề robot hút bụi có yếu tố tự động hóa Tuy nhiên, tự tin, nhóm câu hỏi HS đưa số điểm thấp nhất, đặc biệt câu số cho thấy em chưa tự tin giao nhiệm vụ tự thực sản phẩm robot tương tự robot hút bụi 1505 Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Tập 18, Số (2021): 1495-1508 Ngồi ra, chúng tơi cịn đặt câu hỏi cho HS HS học thơng qua chủ đề, điểm khó khăn học tập cảm nhận HS sau tham gia Hầu hết, HS học thêm cách lập trình cách vận hành robot vai trò robot hút bụi sống Một số khó khăn HS đưa q trình học tập chủ yếu thời lượng q ít, khó khăn trình thiết kế cấu tạo lập trình robot Nhìn chung, sau tham gia chủ đề robot hút bụi, HS cảm thấy hứng thú mong muốn tiếp tục thực chủ đề khác tương tự Kế t luâ ̣n Trong báo này, chúng tơi trình bày chủ đề STEM robot hút bụi đơn giản theo quy trình thiết kế kĩ thuật EDP nhằm bồi dưỡng phát triển lực giải vấn đề học sinh Chủ đề xây dựng dựa nội dung Chương trình giáo dục phổ thơng 2018 dựa chương trình mơn Khoa học tự nhiên, Cơng nghệ, Tin học Tốn học Kết thực nghiệm cho thấy thông qua chủ đề, lực giải vấn đề HS bồi dưỡng, phát triển thể suốt trình nghiên cứu kiến thức, thiết kế chế tạo robot hút bụi Ngoài ra, chủ đề tạo hứng thú, tò mò học sinh lĩnh vực robotics tiến trình tổ chức dạy học mang tính khả thi việc triển khai đáp ứng yêu cầu đổi nội dung dạy học phương pháp dạy học trường phổ thông Tuyên bố quyền lợi: Các tác giả xác nhận hồn tồn khơng có xung đột quyền lợi TÀ I LIỆU THAM KHẢO Arís, N., & Orcos, L (2019a) Educational Robotics in the Stage of Secondary Education: Empirical Study on Motivation and STEM Skills Education Sciences, 9(2), 73 https://doi.org/10.3390/educsci9020073 Arís, N., & Orcos, L (2019b) Educational Robotics in the Stage of Secondary Education: Empirical Study on Motivation and STEM Skills Education Sciences, 9(2), 73 https://doi.org/10.3390/educsci9020073 Atmatzidou (2012) Evaluating the Role of Collaboration Scripts as Group Guiding Tools in Activities of Educational Robotics: Conclusions from Three Case Studies Proceedings of the 12th IEEE International Conference on Advanced Learning Technologies, 298–302 Catlin, D., & Woollard, J (2014) Educational Robots and Computational Thinking Chen, Y., & Chang, C C (2018) The impact of an integrated robotics STEM course with a sailboat topic on high school students’ perceptions of integrative STEM, interest, and career orientation Eurasia Journal of Mathematics, Science and Technology Education, 14 https://doi.org/10.29333/ejmste/94314 Crismond, D (2013) Design practices and misconceptions: Helping beginners in engineering design, 80(1), 50-54 1506 Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Đặng Đông Phương tgk Eguchi, A (2010) What is Educational Robotics? Theories behind it and practical implementation Erkan Çalişkan (2020) The effects of robotics programming on secondary school students’ problem-solving skills World Journal on Educational Technology: Current Issues, 12(4), 217-230 Jung, S., & Won, E (2018) Systematic review of research trends in robotics education for young children Sustainability, 10(4), 905 Le, H M N., & Nguyen, V B (2020) Xay dung khung nang luc giai quyet van de giao duc khoa hoc robot cua HS THCS [Designing a problem-solving competence framework in educational robotics for secondary school students] HNUE Journal of Science, 65(7), 184-196 https://doi.org/10.18173/2354-1075.2020-0089 Le, H M N., Nguyen, T T., Mai, T K N., Dang, D P., & Vu, Q T (2020) Mot so yeu to anh huong thu doi voi linh vuc Robotics cua hoc sinh mot so truong THCS tai TP Ho Chi Minh [Factors affecting students’ interest in Robotics at some secondary schools – Ho Chi Minh City] Ho Chi Minh City University of Education Journal of Science, 8, 1337-1350 Ministry of Education and Training (2018) Chuong trinh giao duc thong tong the [General Education Curriculum] Hanoi Miwa A Takeuchi, Pratim Sengupta, Marie-Claire Shanahan, J D A & M H (2020) Transdisciplinarity in STEM education: a critical review Studies in Science Education Mohr-Schroeder, M J., Jackson, C., Miller, M., Walcott, B., Little, D L., Speler, L., … Schroeder, D C (2014) Developing Middle School Students’ Interests in STEM via Summer Learning Experiences: See Blue STEM Camp School Science and Mathematics, 114(6), 291-301 https://doi.org/10.1111/ssm.12079 Mubin, O., Stevens, C., Shahid, S., Mahmud, A., & Dong, J.-J (2013) A review of the applicability of robots in education Technology for Education and Learning, https://doi.org/10.2316/Journal.209.2013.1.209-0015 Numanoğlu, M., & Keser, H (2017) Robot Usage in Programming Teaching - Mbot Example Bartin University Journal of Faculty of Education, 6, 497-515 https://doi.org/10.14686/buefad.306198 Odorico, A (2004) Marco teórico para una robótica pedagógica Saleiro, M., Carmo, B., Rodrigues, J M F., & Du Buf, J M H (2013) A low-cost classroomoriented educational robotics system Lecture Notes in Computer Science (Including Subseries Lecture Notes in Artificial Intelligence and Lecture Notes in Bioinformatics), 74-83 https://doi.org/10.1007/978-3-319-02675-6_8 1507 Tạp chí Khoa học Trường ĐHSP TPHCM Tập 18, Số (2021): 1495-1508 STEM EDUCATION: SIMPLE ROBOT VACUUM CLEANER BASED ON THE ENGINEERING DESIGN PROCESS FOR SECONDARY STUDENTS Dang Dong Phuong, Vu Quoc Thang, Nguyen Duc Anh, Le Hai My Ngan* Ho Chi Minh City University of Education, Vietnam Corresponding author: Le Hai My Ngan – Email: nganlhm@hcmue.edu.vn Received: March 17, 2021; Revised: April 26, 2021; Accepted: April 28, 2021 * ABSTRACT STEM education is an integrated teaching perspective in which students expericence, learn, explore and research practical problems In STEM education content, robotics is a modern field that has been concerned in many research projects because of the positive impact on student’s interest, thinking and abilities This article presents a STEM robotics topic for 8th graders– robot vacuum cleaner This topic is designed based on the engineering design process to enhance design thinking and problem-solving skills Experimental results for 8th graders illustrate that they can access and accquire knowledge as well as show positive expression of problem-solving abilities in STEM robotics through this topic Keywords: educational robotics; EDP; secondary school; STEM education 1508 ... tiêu thiết kế tổ chức dạy học chủ đề robot hút bụi nhằm hướng đến giải câu hỏi tương ứng sau: Chủ đề STEM robot hút bụi tích hợp nội dung số mơn học Chương trình 2018 nào? Dạy học chủ đề STEM robot. .. thức STEM gắn với cấu tạo robot hút bụi 3.3 Tiến trình dạy học Chủ đề robot hút bụi Chủ đề tổ chức dạy học buổi, buổi tiết, tổng thời lượng 12 tiết Hình Sơ đồ hoạt động pha quy trình thiết kế kĩ... STEM robot hút bụi cho HS THCS theo quy trình thiết kế kĩ thuật EDP nào? HS biểu hiê ̣n lực giải vấn đề thông qua chủ đề nào? Để thiết kế chủ đề STEM robot hút bụi, thực nghiên cứu sở lí luận