skkn học sinh làm quen học thực hành với arduino trong dạy học STEM và thực hành công nghệ 12

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT ĐÔNG HIẾU TÊN ĐỀ TÀI Học sinh làm quen - học thực hành với Arduino dạy học STEM thực hành Công Nghệ 12 Môn: Công Nghệ Giáo viên: Trần Thị Phượng Tổ: Khoa Học Tự Nhiên Số điện thoại: 0383 540 792 Năm học 2020 - 2021 PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ Lý chọn đề tài: Trong thời đại cách mạng Cơng Nghệ 4.0, địi hỏi giáo dục phải thay đổi toàn diện, mang tính tổng thể có hệ thống HS thay lĩnh hội kiến thức cách thụ động, ghi nhớ, vận dụng giải vấn đề phần lớn lý thuyết trước, ngày giáo dục cần hướng tới giúp HS trải nghiệm, chủ động, hứng thú học tập hoàn thành, giải vấn đề thực tiễn nhờ vận dụng hiệu quả, tư sáng tạo kiến thức học Đó tảng, tiền đề để hệ tương lai bắt kịp xu thế, hội nhập, làm chủ phát triển ngày nhanh, mạnh Cơng Nghệ tồn cầu Giáo dục STEM phương pháp đóng vai trị quan trọng để thực mục tiêu Riêng với công tác giảng dạy môn Công nghệ Chương trình GDPT cần thay đổi lớn để góp phần thúc đẩy giáo dục STEM, môn thể hai (Công Nghệ, Kỹ Thuật) bốn lĩnh vực giáo dục thuộc STEM Theo PGS.TS Lê Huy Hồng - Chủ biên chương trình mơn Cơng nghệ, Trưởng khoa Sư phạm Kỹ thuật, Trường ĐHSP Hà Nội – “giáo dục STEM môn Công nghệ thực thông qua dạy học chủ đề, mạch nội dung, chuyên đề học tập từ tiểu học tới trung học mơ hình điện gió, mơ hình điện mặt trời, ngơi nhà thơng minh, tốn thiết kế kỹ thuật công nghệ, nghề nghiệp STEM; dự án nghiên cứu khoa học kĩ thuật thuộc lĩnh vực kỹ thuật khí, hệ thống nhúng, robot máy thơng minh Khi triển khai chương trình, giáo dục STEM tiếp tục mở rộng thông qua dạy học chủ đề liên môn môn học STEM” Chia sẻ thay đổi vai trị mơn Cơng nghệ chương trình mới, PGS.TS Lê Huy Hồng cho biết: “Trong Chương trình GDPT hành, mơn học Cơng nghệ cịn chưa quan tâm mức Hạn chế tác động tiêu cực tới chất lượng dạy học môn Công nghệ trường, ảnh hưởng sâu sắc tới phát triển toàn diện HS” Thực trạng cần thay đổi Chương trình GDPT Vậy nên, cải tiến phương pháp dạy học điều cấp thiết môn Trong năm qua, Arduino trở thành não hàng ngàn dự án từ nhỏ đến lớn, từ vật dụng hàng ngày đến dụng cụ khoa học phức tạp, từ dự án HS tiểu học đến chuyên gia, đặc biệt dễ dàng nhìn thấy nhiều dự án sáng tạo thi Khoa học kỹ thuật dành cho HS THPT có sử dụng Arduino Chúng sử phổ biến giới, ngày chứng tỏ sức mạnh thơng qua vơ số ứng dụng độc đáo người dùng Tại Việt Nam, Arduino biết đến rộng rãi Riêng với độ tuổi HS nước phát triển Mỹ…, trẻ em tiếp xúc Arduino từ tiểu học, nước ta dự án dành cho trẻ em triển khai Tuy nhiên, phần lớn có trẻ em, HS trường chuyên thành phố lớn tiếp cận, làm quen với Từ vấn đề thực tiễn xuất phát từ mong muốn đổi công tác giảng dạy để thu hút quan tâm, hứng thú HS mơn Cơng Nghệ, nhằm kích thích ý tưởng sáng tạo, nâng cao chất lượng dạy học Tôi mạnh dạn nghiên cứu thực đề tài “HS làm quen - học thực hành với Arduion dạy học STEM thực hành Cơng Nghệ 12” Để hồn thiện đề tài thực tế hóa ý tưởng tiết học, mua sắm số kid học tập Arduino, bao gồm Arduino UNO R3, linh kiện HS học qua SGK Cơng Nghệ cấp (tụ điện, điện trở, led…), ngồi cịn có linh kiện gần gũi, dễ nhìn thấy sống hàng ngày (cảm biến nhiệt, cảm biến ánh sáng…), phù hợp với học tập tiếp thu, đáp ứng sáng tạo HS, người bắt đầu học điện tử Mục đích nghiên cứu - Đổi phương pháp, nâng cao chất lượng dạy học để phù hợp với xu phát triển đất nước giới - Thông qua dạy học thực hành giáo dục STEM để giúp HS khám phá lực, sở thích, sở trường, từ định hướng nghề nghiệp phù hợp tương lai - Thông qua tiết học để ni dưỡng khả tư duy, hình thành đam mê HS, áp dụng cách sáng tạo vào thực tế sống - Rèn luyện cho HS kỹ môn khoa học; kỹ giải vấn đề, tư phản biện, kỹ cộng tác, làm việc nhóm hay kỹ làm việc hợp tác, giao tiếp với bạn, với người - HS học được: Nguyên lý lập trình cơng nghệ nay; tiếp thu kỹ thuật lắp ráp, đồng thời phát triển tính tư kỹ thuật Học Cơng nghệ thơng qua thực hành thơng qua hoạt động hồn thành sản phẩm, làm tăng hứng thú không gây cảm giác nặng nề, tải học sinh - Tận dụng, kết hợp điện thoại thông minh HS trình học tập Nhiệm vụ nghiên cứu - Tham khảo, nghiên cứu nguồn tài liệu liên quan đến Arduino - Hệ thống hóa sở lý luận, phân tích, đánh giá sở thực tiễn liên quan đề tài - Xây dựng nội dung, lên kế hoạch tiến trình giới thiệu HS làm quen sử dụng Arduino - Đánh giá kết quả, lấy ý kiến phản hồi từ GV, HS - Đề xuất giải pháp, kiến nghị Đối tượng, phạm vi nghiên cứu Đề tài thực nghiên cứu với HS khối 12 Trường THPT Đông Hiếu Thị xã Thái Hòa - Nghệ An Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu tài liệu - Phương pháp khái quát hóa nhận định độc lập - Phương pháp thử nghiệm - Phương pháp quan sát, đánh giá - Phương pháp vấn - Phương pháp thống kê toán học PHẦN II NỘI DUNG Cơ sở lý luận 1.1 Tại phải đổi giáo dục? Giáo dục Việt Nam đạt nhiều thành tựu, kết kì thi quốc tế kì thi Olympic Tốn, Vật lí, Hóa học… góp phần quan trọng vào công xây dựng bảo vệ Tổ quốc Tuy nhiên, đất nước nhân loại bước sang giai đoạn phát triển mới, đặt yêu cầu phát triển nguồn nhân lực, phát triển người Với nước ta trình xây dựng nghiệp cơng nghiệp hố, đại hoá, hội nhập quốc tế ngày sâu rộng; phát triển nhanh chóng khoa học cơng nghệ, khoa học giáo dục cạnh tranh liệt nhiều lĩnh vực quốc gia đòi hỏi giáo dục phải đổi Công xây dựng bảo vệ Tổ quốc tình hình mới, đặc biệt u cầu chuyển đổi mơ hình tăng trưởng theo chiều sâu cấu lại kinh tế theo hướng chất lượng, hiệu quả, có sức cạnh tranh cao nên giáo dục phải đáp ứng nhu cầu học tập đa dạng người dân, nhanh chóng góp phần tạo đội ngũ nhân lực chất lượng cao Nếu không đổi bản, toàn diện giáo dục đào tạo nhân lực yếu tố cản trở phát triển đất nước Bên cạnh đó, xu chung giới bước vào kỉ XXI tiến hành đổi mạnh mẽ hay cải cách giáo dục Trong khoảng thời gian trước sau nước ta tiến hành đổi mới, giới liên tục chứng kiến biến đổi sâu sắc mặt Các cách mạng công nghiệp lần thứ ba lần thứ tư nối tiếp đời, kinh tế tri thức phát triển mạnh đem lại hội phát triển vượt bậc, đồng thời đặt thách thức không nhỏ quốc gia, quốc gia phát triển chậm phát triển Mặt khác, biến đổi khí hậu, tình trạng cạn kiệt tài ngun, nhiễm mơi trường, cân sinh thái biến động trị, xã hội đặt thách thức có tính tồn cầu Để bảo đảm phát triển bền vững, nhiều quốc gia không ngừng đổi giáo dục để nâng cao chất lượng nguồn nhân lực, trang bị cho hệ tương lai tảng văn hóa vững lực thích ứng cao trước biến động thiên nhiên xã hội Đổi giáo dục trở thành nhu cầu cấp thiết xu mang tính tồn cầu Trước thực tế trên, Nghị Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ XI xác định "Đổi bản, toàn diện giáo dục theo hướng chuẩn hoá, đại hoá, xã hội hoá, dân chủ hoá hội nhập quốc tế" "Phát triển nhanh nguồn nhân lực, nhất nguồn nhân lực chất lượng cao, tập trung vào việc đổi toàn diện giáo dục quốc dân" 1.2 Giáo dục STEM 1.2.1 Định nghĩa STEM a) STEM giáo dục STEM gì? Theo Wikipedia thuật ngữ STEM viết tắt từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) Math (Tốn học) Tổ chức uy tín lĩnh vực giáo dục khoa học giới Hiệp hội giáo viên dạy khoa học quốc gia Mỹ (National Science Teachers Association – NSTA) thành lập năm 1944, đề xuất khái niệm giáo dục STEM (STEM education) với cách định nghĩa ban đầu sau: “Giáo dục STEM cách tiếp cận liên ngành q trình học, khái niệm học thuật mang tính ngun tắc được lờng ghép với học giới thực, học sinh áp dụng kiến thức khoa học, cơng nghệ, kỹ thuật tốn vào bối cảnh cụ thể, giúp kết nối trường học, cộng đờng, nơi làm việc tổ chức tồn cầu, để từ phát triển lực lĩnh vực STEM với có thể cạnh tranh kinh kế mới” Về chất giáo dục STEM hiểu trang bị cho người học kiến thức kỹ cần thiết liên quan đến lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ thuật toán học Những kiến thức kỹ tích hợp, lồng ghép bổ trợ cho giúp học sinh không hiểu biết lý thuyết mà cịn áp dụng để thực hành tạo sản phẩm sống ngày Thay dạy bốn mơn học đối tượng tách biệt rời rạc, STEM kết hợp chúng theo cách tiếp cận liên môn, người học áp dụng để giải vấn đề thực tiễn b) STEM đâu? STEM có nguồn gốc từ quỹ khoa học quốc gia (NSF) vào năm 1990 sử dụng cụm từ viết tắt chung cho kiện, sách, chương trình liên quan đến môn học thuộc lĩnh vực 1.2.2 Mục tiêu, đặc điểm giáo dục STEM a) Mục tiêu giáo dục STEM: Theo báo cáo diễn đàn giáo dục STEM Mỹ mục tiêu giáo dục STEM gồm mục tiêu sau: - Xây dựng lực nhận thức STEM cho hệ công dân tương lai: Mục tiêu chủ yếu tập trung chương trình giáo dục phổ thơng từ mẫu giáo lớp 12 Mục đích khơng phải tạo học sinh giỏi khoa học Tốn, mà hướng đến nhận thức hiểu biết lĩnh vực STEM Lý giáo dục tích hợp STEM hướng đến lực STEM xu hướng phát triển xã hội tương lai bắt buộc người dân phải tiếp cận thơng tin, phải có hiểu biết kiến thức có tính liên ngành, nhận thấy tầm quan trọng kiến thức khoa học công nghệ - Chuẩn bị lực cần thiết cho nguồn lục lao động kỷ 21: + Mục tiêu chủ yếu lồng ghép chương trình giáo dục quy khơng quy, từ bậc phổ thơng chương trình đại học + Có nhiều cách định nghĩa khác lực cần thiết cho nguồn lao động kỷ 21, tóm lại lực hướng tới người lao động thích nghi làm việc hiệu môi trường lao động xã hội đại + Trong môi trường lao động đại, người lao động phải biết sử dụng công cụ thông tin truyền thông cách hiệu quả, phải biết làm việc cộng tác với nhiều người khác, phải biết giải vấn đề không quen thuộc, có khả quản trị thân tốt Những lực rèn luyện thơng qua hoạt động học tập gắn liền với chủ đề giáo dục STEM - Tập trung nghiên cứu, phát triển đổi lĩnh vực giáo dục ngành nghề STEM: Mục tiêu chủ yếu tập trung vào ngành học từ bậc cao đẳng trở lên, liên quan tới khoa học, cơng nghệ, kỹ thuật Tốn Gần ngành y tế (medicine) xếp vào ngành nghề ưu tiên, gọi thành lĩnh vực STEMM Các chương trình đổi giáo dục phương pháp giảng dạy, khung chương trình học hoạt động thực hành tập trung nghiên cứu cải cách Ngoài giáo dục STEM nhằm đưa trải nghiệm sáng tạo vào trình học tập Học sinh học sở dự án, giao nhiệm vụ theo dự án, từ phát huy tối đa khả tư sáng tạo ứng dụng kiến thức khoa học vào sống Bên cạnh kiến thức khoa học, học sinh thấm dần thói quen tư duy, nhìn nhận đánh giá tượng, kiện cách logic Bên cạnh giáo dục STEM cịn có mục tiêu đem lại hứng thú học tập Nhiệm vụ giao cho học sinh phải đủ hấp dẫn để kích thích trí sáng tạo tị mị Để đạt điều này, ngồi thiết kế giảng người giáo viên STEM đóng vai trị vơ quan trọng, giúp trì hứng thú học tập học sinh trình học tập Vì vậy, cách thức truyền tải kiến thức hướng dẫn học sinh lớp giáo viên phải đào tạo thật b) Đặc điểm giáo dục STEM Theo ông Nguyễn Thanh Hải, có đặc điểm giáo dục STEM là: - Cách tiếp cận liên ngành: Có thể hiểu tập trung vào tích hợp hai hay nhiều mơn học Nếu chương trình học, trường học có nhiều mơn, nhiều giáo viên dạy ngành khác mà khơng có kết nối bổ trợ lẫn chưa gọi giáo dục STEM - Lồng ghép với học giới thực: Đó thể tính thực tiễn tính ứng dụng kiến thức việc giải vấn đề thực tế Ở đây, khơng cịn rào cản việc học kiến thức lý thuyết với ứng dụng Do vậy, chương trình giáo dục STEM thiết phải hướng đến hoạt động thực hành vận dụng kiến thức để tạo sản phẩm giải vấn đề thực tế sống - Kết nối từ trường học, cộng đồng đến tổ chức tồn cầu: Đó kỷ ngun giới phẳng, cách mạng công nghiệp 4.0 (nơi mà tự động hóa điều khiển từ xa thơng qua thiết bị điện tử di động lên ngôi, thông qua đường truyền Internet) Do vậy, trình giáo dục STEM không hướng đến vấn đề cụ thể địa phương mà phải đặt mối liên hệ với bối cảnh kinh tế toàn cầu xu hướng chung giới Ngồi giáo dục STEM cịn hướng đến phát triển kỹ học sinh thách thức học sinh vượt lên mình: Các chương trình học STEM tạo hội để học sinh rèn luyện phát triển nhóm kỹ mục tiêu cần thiết cho công việc kỷ 21 như: Kỹ giải vấn đề phức tạp, kỹ làm việc nhóm, kỹ tư phản biện, kỹ sáng tạo Các tập, dự án học tập hoạc chuyến thực địa đòi hỏi học sinh phải nỗ lực thân, phối hợp làm việc nhóm, khai thác nguồn lực có sẵn để đạt đến cột mốc kiến thức, kinh nghiệm lực Học sinh phải vận dụng kiến thức để định hướng giải vấn đề, sáng tạo đổi 1.2.3 Phương pháp dạy học STEM Để có tiết dạy học STEM hiệu GV cần xây dựng chủ đề, lên kế hoạch, thiết kế giảng soạn giáo án phù hợp a) Thiết kế giảng STEM * Để thiết kế giảng STEM GV cần nắm hoạt động thực tế HS thực hiện: - Tìm hiểu thực tiễn, phát vấn đề: Trong giảng STEM, học sinh đặt trước nhiệm vụ thực tiễn: giải tình tìm hiểu, cải tiến ứng dụng kĩ thuật Thực nhiệm vụ này, học sinh cần phải thu thập thơng tin, phân tích tình huống, giải thích ứng dụng kĩ thuật từ xuất câu hỏi xác định vấn đề cần giải - Nghiên cứu kiến thức nền: Từ câu hỏi vấn đề cần giải quyết, học sinh u cầu/hướng dẫn tìm tịi, nghiên cứu để tiếp nhận kiến thức, kĩ cần sử dụng cho việc trả lời câu hỏi hay giải vấn đề Đó kiến thức, kĩ biết hay cần dạy cho học sinh chương trình giáo dục phổ thông Hoạt động bao gồm: nghiên cứu tài liệu khoa học (bao gồm sách giáo khoa); quan sát/thực thí nghiệm, thực hành; giải tập/tình có liên quan để nắm vững kiến thức, kĩ - Giải vấn đề: Về chất, hoạt động giải vấn đề hoạt động sáng tạo khoa học, kĩ thuật, nhờ giúp cho học sinh hình thành phát triển phẩm chất lực cần thiết thông qua việc đề xuất kiểm chứng giả thuyết khoa học đề xuất thử nghiệm giải pháp kĩ thuật Tương ứng với đó, có hai loại sản phẩm "kiến thức mới" (dự án khoa học) "công nghệ mới" (dự án kĩ thuật) * Mỗi giảng STEM cần phải xây dựng theo tiêu chí sau: - Tiêu chí 1: Chủ đề học STEM tập trung vào vấn đề thực tiễn Trong học STEM, học sinh đặt vào vấn đề thực tiễn xã hội, kinh tế, môi trường yêu cầu tìm giải pháp - Tiêu chí 2: Cấu trúc học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật Quy trình thiết kế kĩ thuật cung cấp tiến trình linh hoạt đưa học sinh từ việc xác định vấn đề – yêu cầu thiết kế – đến sáng tạo phát triển giải pháp Theo quy trình này, học sinh thực hoạt động: + Xác định vấn đề + Nghiên cứu kiến thức + Đề xuất giải pháp/thiết kế + Lựa chọn giải pháp/thiết kế + Chế tạo mô hình (nguyên mẫu) + Thử nghiệm đánh giá + Chia sẻ thảo luận + Điều chỉnh thiết kế Trong thực tiễn dạy học, quy trình bước thể qua hoạt động chính: + Hoạt động 1: Xác định vấn đề (yêu cầu thiết kế, chế tạo) + Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức đề xuất giải pháp thiết kế + Hoạt động 3: Trình bày thảo luận phương án thiết kế + Hoạt động 4: Chế tạo mô hình/thiết bị theo phương án thiết kế (đã cải tiến theo góp ý); thử nghiệm đánh giá + Hoạt động 5: Trình bày thảo luận sản phẩm chế tạo; điều chỉnh thiết kế ban đầu Trong quy trình kĩ thuật, nhóm học sinh thử nghiệm ý tưởng dựa nghiên cứu mình, sử dụng nhiều cách tiếp cận khác nhau, mắc sai lầm, chấp nhận học từ sai lầm, thử lại Sự tập trung học sinh phát triển giải pháp để giải vấn đề đặt ra, nhờ học vận dụng kiến thức chương trình giáo dục - Tiêu chí 3: Phương pháp dạy học học STEM đưa học sinh vào hoạt động tìm tịi khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm sản phẩm Quá trình tìm tòi khám phá thể tất hoạt động chủ đề STEM, nhiên hoạt động hoạt động trình cần khai thác triệt để Trong hoạt động học sinh thực quan sát, tìm tịi, khám phá để xây dựng, kiểm chứng quy luật, qua học kiến thức đồng thời rèn luyện kĩ tiến trình như: quan sát, đưa dự đốn, tiến hành thí nghiệm, đo đạc, thu thập số liệu, phân tích số liệu… Trong hoạt động 4, q trình tìm tịi khám phá thể giúp học sinh kiểm chứng giải pháp khác để tối ưu hoá sản phẩm Trong giảng STEM, hoạt động học học sinh thực theo hướng mở có "khn khổ" điều kiện mà học sinh sử dụng (chẳng hạn vật liệu khả dụng) Hoạt động học học sinh hoạt động chuyển giao hợp tác; định giải pháp giải vấn đề học sinh Học sinh thực hoạt động trao đổi thông tin để chia sẻ ý tưởng tái thiết kế nguyên mẫu cần Học sinh tự điều chỉnh ý tưởng thiết kế hoạt động tìm tịi, khám phá thân - Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức học STEM lơi học sinh vào hoạt động nhóm kiến tạo Giúp học sinh làm việc nhóm kiến tạo việc khó khăn, địi hỏi tất giáo viên STEM trường làm việc để áp dụng phương thức dạy học theo nhóm, sử dụng ngơn ngữ, tiến trình u cầu sản phẩm học tập mà học sinh phải hoàn thành Làm việc nhóm thực hoạt động học STEM sở phát triển lực giao tiếp hợp tác cho học sinh - Tiêu chí 5: Nội dung học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học toán mà học sinh học Trong học STEM, giáo viên cần kết nối tích hợp cách có mục đích nội dung từ chương trình khoa học, cơng nghệ, tin học tốn Lập kế hoạch để hợp tác với giáo viên tốn, cơng nghệ, tin học khoa học khác để hiểu rõ nội hàm việc làm để mục tiêu khoa học tích hợp học cho Từ đó, học sinh dần thấy khoa học, cơng nghệ, tin học tốn khơng phải môn học độc lập, mà chúng liên kết với để giải vần đề Điều có liên quan đến việc học tốn, cơng nghệ, tin học khoa học học sinh - Tiêu chí 6: Tiến trình học STEM tính đến có nhiều đáp án coi sự thất bại phần cần thiết học tập Một câu hỏi nghiên cứu đặt ra, đề xuất nhiều giả thuyết khoa học; vấn đề cần giải quyết, đề xuất nhiều phương án, lựa chọn phương án tối ưu Trong giả thuyết khoa học, có giả thuyết Ngược lại, phương án giải vấn đề khả thi, khác mức độ tối ưu giải vấn đề Tiêu chí cho thấy vai trị quan trọng lực giải vấn đề sáng tạo dạy học STEM * Quy trình bước thiết kế giảng STEM - Bước 1: Lựa chọn chủ đề học Căn vào nội dung kiến thức chương trình mơn học tượng, q trình gắn với kiến thức tự nhiên; quy trình thiết bị cơng nghệ có sử dụng kiến thức thực tiễn để lựa chọn chủ đề học - Bước 2: Xác định vấn đề cần giải Xác định vấn đề cần giải để giao cho HS thực cho giải vấn đề đó, HS phải học kiến thức, kĩ cần dạy chương trình mơn học lựa chọn (đối với STEM kiến tạo) vận dụng kiến thức, kỹ biết (đối với STEM vận dụng) để xây dựng học - Bước 3: Xây dựng tiêu chí thiết bị/giải pháp giải vấn đề Cần xác định rõ tiêu chí giải pháp/sản phẩm Những tiêu chí quan trọng để đề xuất giả thuyết khoa học/giải pháp giải vấn đề/thiết kế mẫu sản phẩm - Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học thiết kế theo phương pháp kĩ thuật dạy học tích cực với loại hoạt động học nêu Mỗi hoạt động học thiết kế rõ ràng mục đích, nội dung sản phẩm học tập mà HS phải hoàn thành b) Những lưu ý để việc soạn giáo án STEM trở nên hiệu - Luôn bắt đầu mục tiêu học tập cụ thể: Các mục tiêu học sở để kiểm chứng mức độ đạt mục tiêu học sinh, đồng thời giúp GV lựa chọn, xây dựng hoạt động dạy học phù hợp - Chuẩn bị tổng quan: Có nhìn tổng quan hoạt động tiến trình tiết học Nó thể dạng sơ đồ để phác thảo 10 GV phân tích cấu trúc chương trình code thơng qua ví dụ đèn Led nhấp nháy Nghĩa : - Hàm setup() chạy lần để cài đặt chân 13 hoạt động chế độ xuất tín hiệu lệnh pinMode(13, OUTPUT); - Hàm loop() chạy lặp lại với lệnh - digitalWrite(13, HIGH); làm chân 13 xuất tín hiệu mức cao – nghĩa làm LED L sáng 29 - delay(1000); “ngưng” chương trình 1000 mili giây Trong “ngưng” trạng thái chân 13 mức cao – nghĩa LED L sáng - digitalWrite(13, LOW); làm chân 13 từ mức cao thành mức thấp – nghĩa làm LED L tắt - delay(1000); lại làm “ngưng” chương trình 1000 mili giây trước lặp lại câu lệnh hàm loop() Để nạp code cần bấm vào mũi tên sang phải giao diện Hoạt động : Tổng kết (5 phút) - GV trực tiếp nạp code vào mạch cho HS quan sát đèn Led nháy theo chương trình - GV giới thiệu số cách để HS tìm hiểu, học Arduino (các trang nhóm facebook, tài liệu, trang internet ) Tiết 2: HS tập làm sản phẩm Hoạt động : Xác định vấn đề (yêu cầu thiết kế, chế tạo) (3 phút) - Các chân số Arduino cung cấp cho 5V mức cao (led sáng), 0V mức thấp (led tắt) ngõ xung từ chân số Arduino gồm chân 5,6 (tần số 980HZ), chân 3, 9, 10, 11(tần số 490HZ) điều chế độ rộng xung chương trình biến trở Vì hơm u cầu với nhóm thiết kế, thay mạch tạo xung dùng Tranzitor em học thực hành mạch dùng Arduino - Khi nạp code vào mạch, led sáng - Thống kê chu kì led sáng Hoạt động : Nghiên cứu kiến thức thảo luận giải pháp thiết kế (8 phút) - GV giao nhóm hộp linh kiện kèm Arduino, có linh kiện bán dẫn, biến trở - HS tìm hiểu linh kiện liên quan đến ý tưởng mình, sử dụng điện thoại để tìm thơng tin liên quan - Các nhóm định chọn phương án thiết kế cho nhóm (sử dụng led, dùng biến trở hay không, cách lắp dây ) Hoạt động 3: Trình bày phương án thiết kế (8 phút) HS trình bày vào báo cáo ý tưởng, giải pháp thiết kế, nêu linh kiện lựa chọn sử dụng, vẽ sơ đồ mạch thiết kế Hoạt động 4: Tiến hành lắp ráp mạch (10 phút) - Các nhóm tiến hành lắp ráp theo sơ đồ thiết kế thống nhóm 30 Hoạt động 5: (12 phút) * Trình bày thảo luận sản phẩm chế tạo (8 phút) Mỗi nhóm có phút để chạy thử sản phẩm mạch (nạp code sẵn GV cung cấp) tiến hành đếm, thống kê chu kì sáng Led mạch, ghi vào mẫu báo cáo (phụ lục 01) * Điều chỉnh thiết kế (4 phút) Trường hợp mạch nhóm khơng chạy được, nhóm cần điều chỉnh lại khâu lắp ráp mạch V ĐÁNH GIÁ VÀ TỔNG KẾT.(4 phút) GV nhận xét, đánh giá tinh thần làm việc nhóm, đồng thời ghi điểm vào báo cáo 3.2 Sử dụng Arduino thực hành Một mạch lựa chọn đưa vào thực hành thực hành Công Nghệ 12 mạch đo điện dung tụ điện, áp dụng vào ‘‘Thực hành : Điện trở - Tụ điện - Cuộn cảm’’ Sở dĩ đề tài chọn hai lớp 12C1 12C4 dạy STEM thực nghiệm thực hành lực học hai lớp tương đương nhau, sĩ số tương đương * Giaó án lớp đối chứng 12C4: Tiết Bài THỰC HÀNH: ĐIỆN TRỞ - TỤ ĐIỆN – CUỘN CẢM I Mục tiêu: Kiến thức: Nhận biết phân loại đươc linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn cảm thực tế Kỹ năng: - Sử dụng Đồng hồ vạn bảng quy ước màu sắc điện trở - Đọc đo số liệu kỹ thuật linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn cảm 3.Thái độ: Có ý thức tuân thủ qui trình quy định an tồn, học tập nghiêm túc, tích cực II Chuẩn bị: GV: - Nghiên cứu kỹ nội dung SGK tài liệu có liên quan 31 - Sử dụng thiết bị, phương tiện: Các loại linh kiện điện tử thật gồm loại tốt xấu Đồng hồ vạn HS: - Nghiên cứu kỹ SGK tài liệu có liên quan - Tìm hiểu linh kiện, ngồi thực tế III Tiến trình thực hành: Ổn định lớp (2 phút) Ôn lại kiến thức (5 phút) - Hãy nêu thông số kỹ thuật điện trở mạch điện - Hãy nêu thông số kỹ thuật tụ điện mạch điện - Hãy nêu thông số kỹ thuật cuộn cảm mạch điện Quy trình (30 phút) Nội dung quy trình thực hành: Chia lớp thành nhóm Hoạt động GV Hoạt động HS Hoạt động 1: (10 phút) Tìm hiểu cách đọc trị số qua vòng màu điện trở Các vòng màu sơn điện trở tương ứng chữ số sau: Đen Nâu Đỏ Cam Vàng Xanh Xanh lục Lam Tím Xám Trắng Cách đọc: Điện trở thường có vạch màu Giá trị điện trở R= AB.10C � D % Màu thứ màu sai số điện trở ABC D Màu sai số: Màu sắc Sai số Không ghi màu Ngân nhũ Kim nhũ Nâu Đỏ Xanh lục 20% 10% 5% 1% 2% 0.5% 32 Ví dụ điện trở có vòng màu : A= Xanh lục; B = Cam; C = Đỏ; D = Kim nhũ Giá trị điện trở là: R= 53.102 � 5% = 5,3 K  Hoạt động 2: (20 phút) Thực hành GV cho HS quan sát linh Bước 1: Quan sát nhận biết kiện cụ thể sau yêu cầu HS chọn ra: linh kiện - Các linh kiện điện trở Bước 2: Mỗi nhóm chọn điện - Các linh kiện cuộn cảm xếp trở màu quan sát kỹ đọc trị số kiểm tra đồng hồ vạn kết chúng theo loại điền vào bảng 01 mẫu báo cáo - Các linh kiện tụ điện xếp Bước 3: Mỗi nhóm chọn cuộn chúng theo loại cảm khác loại xác định tên cuộn cảm kết điền vào bảng 02 mẫu báo cáo Bước 4: chọn tụ điện có cực tính tụ điện khơng có cực tính ghi số liệu vào bảng 03 mẫu báo cáo Đánh giá kết thực hành (5 phút) - HS hoàn thành theo mẫu báo cáo (Phụ lục 02) tự đánh giá - GV đánh giá kết đồng thời chấm HS Củng cố, tập nhà (3 phút) - Giáo viên nhận xét trình thực hành, nhấn mạnh trọng tâm - Yêu cầu HS nhà xem trước sgk * Giáo án lớp thực nghiệm 12C1: Tiết Bài THỰC HÀNH: ĐIỆN TRỞ - TỤ ĐIỆN – CUỘN CẢM I Mục tiêu: Kiến thức: Nhận biết phân loại đươc linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn cảm thực tế 33 Kỹ năng: - Sử dụng thành thạo Đồng hồ vạn bảng quy ước màu sắc điện trở - Đọc đo số liệu kỹ thuật linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn cảm - Sử dụng mạch đo điện dung tụ điện Arduino Thái độ: Có ý thức tuân thủ qui trình quy định an tồn, học tập nghiêm túc, tích cực II Chuẩn bị: GV: - Nghiên cứu kỹ nội dung SGK tài liệu có liên quan - Sử dụng thiết bị, phương tiện trường: Các loại linh kiện điện tử thật gồm loại tốt xấu, đồng hồ vạn - Mạch đo tụ điện Arduino UNO R3 HS: - Nghiên cứu kỹ SGK tài liệu có liên quan - Tìm hiểu linh kiện, ngồi thực tế III Tiến trình thực hành: Ổn định lớp (2 phút) Ôn lại kiến thức (5 phút) - Hãy nêu thông số kỹ thuật điện trở mạch điện - Hãy nêu thông số kỹ thuật tụ điện mạch điện - Hãy nêu thông số kỹ thuật cuộn cảm mạch điện Quy trình (30 phút) Nội dung quy trình thực hành: Chia lớp thành nhóm Hoạt động GV Hoạt động HS Hoạt động 1: (10 phút) Tìm hiểu cách đọc trị số qua vịng màu điện trở Các vòng màu sơn điện trở tương ứng chữ số sau: Đen Nâu Đỏ Cam Vàng Xanh Xanh lục Lam Tím Xám Trắng 34 Cách đọc: Điện trở thường có vạch màu Giá trị điện trở R= AB.10C � D % Màu thứ màu sai số điện trở ABC D Màu sai số: Màu sắc Sai số Không ghi màu Ngân nhũ Kim nhũ Nâu Đỏ Xanh lục 20% 10% 5% 1% 2% 0.5% Ví dụ điện trở có vịng màu : A= Xanh lục; B = Cam; C = Đỏ; D = Kim nhũ Giá trị điện trở là: R= 53.102 � 5% = 5,3 K  Hoạt động 2: (20 phút) Thực hành GV cho HS quan sát linh Bước 1: Quan sát nhận biết kiện cụ thể sau yêu cầu HS chọn ra: linh kiện - Các linh kiện điện trở Bước 2: Mỗi nhóm chọn điện - Các linh kiện cuộn cảm xếp trở màu quan sát kỹ đọc trị số kiểm tra đồng hồ vạn kết chúng theo loại điền vào bảng 01 mẫu báo cáo - Các linh kiện tụ điện xếp Bước 3: Mỗi nhóm chọn cuộn chúng theo loại cảm khác loại xác định tên cuộn cảm kết điền vào bảng 02 mẫu báo cáo Bước 4: chọn tụ điện có cực GV hướng dẫn nhóm sử tính tụ điện khơng có cực tính dụng mạch đo tụ điện Arduino ghi số liệu vào bảng 03 mẫu báo cáo Đánh giá kết thực hành (5 phút) - HS hoàn thành theo mẫu báo cáo (phụ lục 03) tự đánh giá - GV đánh giá kết đồng thời chấm HS Củng cố, tập nhà (3 phút) - Giáo viên nhận xét trình thực hành, nhấn mạnh trọng tâm - Yêu cầu HS nhà xem trước sgk 35 Kết thực đề tài 4.1 Kết so sánh điểm thực hành ‘‘Điện trở - Tụ điện - Cuộn cảm’’ lớp Sau thực hành hai lớp, tiến hành chấm điểm theo thang điểm bảng (phụ lục 04) Kết xử lý điểm lớp thực nghiệm 12C1 lớp đối chứng 12C4 sau : Lớp Sĩ số Điểm Điểm TB 10 12C1 37 0 19 9 8,7 12C4 39 10 19 10 8,0 So sánh điểm TB hai lớp thấy kết TB tổng điểm thực hành lớp 12C1 cao lớp 12C4 Kết phù hợp với quan sát, đánh giá tinh thần thực hành, hứng thú HS nhóm nói riêng lớp nói chung 4.2 Một số hình ảnh lớp HS BẮT ĐẦU TÌM HIỂU THIẾT KẾ MẠCH 36 CÁC NHĨM TẬP TRUNG LẮP MẠCH 37 HS TÍCH CỰC TÌM HIỂU THƠNG TIN QUA INTERNET CÁC EM CŨNG TRANH THỦ XEM NHỮNG LINH KIỆN ĐI KÈM 38 VÀ CÓ TINH THẦN HỖ TRỢ NHAU SẢN PHẨM MẠCH TẠO XUNG 39 MỘT TRONG NHỮNG KẾT QUẢ ĐO TỤ ĐIỆN 4.2 Phiếu khảo sát trắc nghiệm ý kiến HS 4.3 Khảo sát ý kiến HS : Để thấy rõ hiệu phương pháp cho HS tiếp cận, làm quen làm việc với Arduino, việc quan sát thái độ học tập, mức độ tập trung, hứng thú nhóm HS, lấy điểm đánh giá đối chiếu, tổng hợp lấy ý kiến qua phiếu khảo sát ý kiến HS (phụ lục 05) Phiếu phát cho HS hai lớp tham gia học STEM, tổng sĩ số 76 HS * Tổng hợp kết : STT Câu hỏi Câu Câu Câu Câu Câu Câu Câu Kết trả lời Có : 76/76 = 100% ; Không : 0/76 = 0% Rất thích : 76/76 = 100% Khơng thích : 0/76 = 0% Rất thích : 76/76 = 100% Khơng thích : 0/76 = 0% Đã biết : 4/76 = 5,26% Chưa biết : 72/76 = 94,34% Nhàm chán : 0/76 = 0% Hào hứng : 76/76 = 100% Rất cần thiết hữu ích : 70/76 = 92,11% Tùy trường hợp : 6/76 = 7,89% Có : 76/76 = 100% ; Không : 0/76 = 0% Tôi nhận thấy : - Các hoạt động học tập HS thực tích cực, chủ động, hào hứng 40 - Hoạt động theo nhóm, em thảo luận tập trung thực nhiệm vụ cách nghiêm túc Khơng có tượng nhãng, làm việc riêng số tiết học thông thường - Nhiều em thể quan tâm tích cực câu hỏi thắc mắc nhiệt tình trình thực sản phẩm Đối với thực hành, nhìn chung dù sử dụng đồng hồ vạn hay mạch Arduino so sánh kết điểm thực hành hai lớp không chênh lệch, phần chênh lệch điểm nằm phần lớn điểm thái độ hứng thú, tinh thần làm việc nhóm Vì vấn đề quan trọng em làm quen, làm việc với mach sử dụng Arduino, tinh thần thực hành em hứng khởi tập trung so với thực hành đo đồng hồ vạn PHẦN III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Kết luận HS học với Arduino không thấy ý nghĩa, niềm vui, hứng thú học tập, mà giúp HS tăng khả sáng tạo, học số kỹ khác hữu ích cho sống, tạo nhiều sản phẩm thú vị tùy khả thân Tại thi khoa học kỹ thuật dành cho HS THPT nhiều mô hình sử dụng arduino đạt giải ví dụ thùng rác thông minh, nhà thông minh Trẻ em nhiều nơi tiếp xúc, học lập trình sáng tạo với Arduino Đó minh chứng học Arduino khơng khó thật cần thiết cho thời đại công nghệ Theo tìm hiểu, tơi biết, số tỉnh thành có buổi tập huấn Arduino cho GV Bản thân mơn Cơng nghệ từ trước đến khơng có danh sách kỳ thi quan trọng nên HS thường quan tâm, hứng thú Để em thay đổi cách nhìn, thái độ học tập phát huy vai trị mơn học GV tìm hiểu, đầu tư phương pháp mới, phù hợp với HS ngày điều cần thiết Và sử dụng Arduino dạy học phương pháp có triển vọng HS tự học qua điện thoại Và tiền đề cho năm học lên trung cấp nghề, cao đẳng, đại học sau Kiến nghị Đề tài thực giai đoạn đầu, mang tính chất giới thiệu, cho HS tiếp xúc với Arduino, phần mang lại tinh thần học hỏi cho em Để có hiệu thiết thực hơn, thấy rõ Arduino mang lại cho cơng tác dạy học phải trải qua trình thực nghiệm rộng rãi nhiều lớp, nhiều khối, trường học Vì vậy, qua trình thực đề tài sáng kiến kinh nghiệm này, để nâng cao chuyên môn chất lượng dạy học phù hợp với đổi mới, xin mạnh dạn kiến nghị thân GV dạy Công Nghệ tham gia buổi tập huấn 41 Trên số ý kiến đề tài “HS làm quen - học thực hành với Arduion dạy học STEM thực hành Công Nghệ 12” Tôi hi vọng, đề tài góp phần nhỏ vào cơng tác đổi PPDH Chắc chắn trình thực khơng tránh khỏi thiếu sót Vì vậy, tơi mong muốn góp ý cấp đồng nghiệp để đề tài hoàn chỉnh IV TÀI LIỆU THAM KHẢO Tư liệu dạy học điện tử môn Công nghệ, Nguyễn Trọng (chủ biên) – Nxb ĐHSP Hà Nội Phương pháp dạy học mơn Cơng Nghệ Cơng Nghiệp, Nguyễn Văn Bính Nguyễn Sinh Thành - Nguyễn Văn Khôi Tài liệu bồi dưỡng giáo viên môn Công Nghệ 11, Bộ Giáo dục Đào tạo Sách Vi điều khiển ứng dụng Arduino dành cho người tự học - Phạm Quang Huy, Nguyễn Trọng Hiếu - Nhà xuất bách khoa Hà Nội Sách Hướng dẫn sử dụng Arduino - Thạc sĩ Trương Đình Nhơn, kỹ sư Phạm Quang Huy - Nhà xuất niên Bài Tập Thực Hành Arduino – Lập Trình Điều Khiển Với Arduino – Nhà xuất Khoa Học Kỹ Thuật Trang cộng đồng Arduino Việt Nam - http://arduino.vn/ Các nhóm facebook dành cho người học Arduino Các trang youtube Arduino internet 42 43 ... lượng dạy học phù hợp với đổi mới, xin mạnh dạn kiến nghị thân GV dạy Cơng Nghệ tham gia buổi tập huấn 41 Trên số ý kiến đề tài “HS làm quen - học thực hành với Arduion dạy học STEM thực hành Công. .. hành với Arduion dạy học STEM thực hành Cơng Nghệ 12? ?? Để hồn thiện đề tài thực tế hóa ý tưởng tiết học, mua sắm số kid học tập Arduino, bao gồm Arduino UNO R3, linh kiện HS học qua SGK Cơng Nghệ. .. nạp vào Arduino Khi nạp xong giao diện báo Done upload Cơ sở thực tiễn 2.1 Tình hình dạy học mơn Cơng Nghệ nói chung dạy học thực hành Cơng Nghệ nói riêng Có thể nêu thực trạng chung việc dạy học