5. Cấu trúc khoá luận
3.1.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm
- Theo dõi, quan sát, chụp hình và quay phim buổi học.
- Quan sát và ghi chú thao tác thực hiện của HS thông qua sựhướng dẫn của GV. - Phỏng vấn lấy ý kiến của HS sau khi hoàn thành ba buổi học.
- Trao đổi và xin ý kiến của GV về nội dung và hình thức triển khai của chủđề.
Kế hoạch thực nghiệm sư phạm
Thời gian Nội dung thực hiện Người phối hợp + hỗ trợ
19/03/2019 Liên hệ GV Cô Lê Hải Mỹ Ngân
19-26/03/2019 Trao đổi nội dung + thống nhất giáo án
Cô Lê Hải Mỹ Ngân và các thầy cô trong tổ STEM trường Trần Văn Ơn
27/03/2019 Thực nghiệm buổi 1 Cô Lê Hải Mỹ Ngân và các thầy cô trong tổ STEM trường Trần Văn Ơn
03/04/2019 Thực nghiệm buổi 2 Cô Lê Hải Mỹ Ngân, bạn Tạ Thị Mỹ Hạnh và các thầy cô trong tổ STEM trường Trần Văn Ơn
10/04/2019 Thực nghiệm buổi 3 Cô Lê Hải Mỹ Ngân, bạn Tạ Thị Mỹ Hạnh và các thầy cô trong tổ STEM trường Trần Văn Ơn
65
Diễn biến và phân tích diễn biến quá trình thực nghiệm 3.3.1Diễn biến quá trình thực nghiệm
3.3.1.1 Diễn biến buổi 1
Mô tả diễn biến Hình ảnh
Hoạt động 1 – Khởi động
Trong buổi học đầu tiên, GV làm quen với HS. Các nhóm HS đã được sắp xếp chia thành 6 nhóm, và ngồi theo vị trí một nhóm gồm 2 dãy HS ngồi đối diện nhau để thuận lợi làm việc nhóm.
GV đặt vấn đề bằng cách giới thiệu một số loại cây trồng và trao đổi với HS về việc chăm sóc cây, đặc biệt là tưới nước cho cây. GV đặt vấn đề HS tìm hiểu độ ẩm của các loại cây trồng.
Khi GV hỏi về độ ẩm phù hợp cho các loại cây khác nhau, HS phát biểu và nhận ra được rằng mỗi loại cây tùy điều kiện phát triển sẽ cần một mức độ ẩm nhất định.
GV phân chia cho mỗi nhóm phụ trách chăm sóc một loại cây và các nhóm ghi nhận thông tin độ ẩm thích hợp với loại cây của nhóm.
Hoạt động 2 – Đặt vấn đề
Khi trao đổi về tình huống nếu phải vắng nhà vài ngày làm sao có thể đảm bảo việc cấp đủ nước cho cây. Các nhóm HS trao đổi và đưa ra một số phương án: nhờ hàng xóm,… trong đó có một nhóm đã nêu được ý kiến làm hệ thống tưới nước tự động. GV dựa vào ý kiến của HS để tổng hợp và đặt nhiệm vụ cho chủ đề.
66 Hoạt động 3 – Hình thành sơ đồ tư duy về hệ thống tưới tự động
GV hình thành sơ đồ tư duy cho HS, nêu ra các bộ phận trong hệ thống tưới tự động. HS nêu được để tưới nước một cách tự động thì sử dụng máy bơm để bơm nước.
Hoạt động 4 – Tìm hiểu về cảm biến độ ẩm
GV giới thiệu cảm biến độ ẩm và đặt vấn đề cảm biến độ ẩm xuất tín hiệu đầu ra là giá trị hiệu điện thế.
GV đặt ra hai nhiệm vụ cho HS. Tạo môi trường đất có độ ẩm
đúng bằng ngưỡng độ ẩm thích hợp với cây trồng HS chọn một giá trị độ ẩm ngưỡng.
Đo hiệu điện thế đầu ra AO của cảm biến độ ẩm .
Mỗi nhóm nhận được một bộ dụng cụ thí nghiệm được sử dụng để HS khảo sát độ ẩm của đất và tín hiệu đầu ra thông qua cảm biến độ ẩm.
Các nhóm HS tiến hành thí nghiệm thực hiện hai nhiệm vụ.
HS dựa vào công thức độ ẩm, tính khối lượng nước cần đong từ khối lượng riêng của nước, HS suy ra khối lượng nước cần tưới, tiến hành đong
67 nước tạo môi trường độ ẩm tương ứng với loại cây của nhóm.
HS đo hiệu điện thế giữa hai cực AO và GND trên cảm biến độ ẩm bằng cách sử dụng đồng hồ đo điện đa năng. Hoạt động 5 – Tổng kết
GV yêu cầu HS đọc kết quả thí nghiệm và tổng kết lại buổi 1.
HS phát biểu được giá trị cho ra của cảm biến là giá trị hiệu điện thế và nêu được nhiệm vụ tổng quát là chế tạo một hệ thống tưới tự động.
3.3.1.2 Diễn biến buổi 2
Mô tả diễn biến Hình ảnh
Hoạt động 1 – Nhắc lại nhiệm vụ và những điều đã tìm hiểu trong Buổi 1
GV khái quát lại những nội dung đã học ở buổi 1, hỏi HS về nhiệm vụ cần chế tạo ra hệ thống gì khi gia đình đi chơi xa, các bộ phận trong hệ thống. HS phát biểu về các bộ phận đó.
GV yêu cầu HS nhắc lại loại cây trồng nhóm phụ trách và cung cấp giá trị hiệu điện thế chính xác ứng với các giá trị độ ẩm của mỗi nhóm. HS ghi chép các giá trị hiệu điện thế vào phiếu học tập làm tư liệu cho các hoạt động sau.
68 Hoạt động 2 – Tìm hiểu hoạt động của máy bơm
GV giới thiệu máy bơm nước và đưa ra hai nhiệm vụ:
Xác định đầu hút nước và đầu xả nước của máy bơm.
So sánh hoạt động của máy bơm ứng với các giá trị hiệu điện thế khác nhau.
GV hướng dẫn thực hiện hai hoạt động: cách nối dây cung cấp nguồn, cách tìm ra đầu hút, xả, đếm thời gian và so sánh.
Các nhóm HS tiến hành thí nghiệm thực hiện hai nhiệm vụ trên
Với nhiệm vụ thứ nhất, HS nhận diện được đầu hút và đầu xả nước bằng cách xem mực nước hạ xuống và dâng lên.
Với nhiệm vụ thứ hai, HS so sánh hoạt động của máy bơm ứng với hai giá trị điện thế bằng cách so sánh thời gian máy bơm vận chuyển hết một lượng nước như nhau khi dùng hai nguồn khác nhau.
Mỗi HS hoàn thành phiếu học tập và một thành viên đại diện báo cáo kết quả thí nghiệm cho GV. HS báo cáo vị trí nào là đầu hút, đầuxả nước. Thời gian máy bơm vận chuyển nước, so sánh hai thời gian đó và nêu ra nhận xét.
69 Hoạt động 3 – Tìm hiểu hoạt động Rơ-le
GV giới thiệu về role, đưa ra hình ảnh mô tả hoạt động của role. HS biết được role như một công tắt, bật tắt máy bơm. Hoạt động 4 – Tìm hiểu về lập trình Arduino
GV giới thiệu về Arduino, Arduino nano.
Để giao tiếp với Arduino thì không thể sử dụng ngôn ngữ giao tiếp giống con người bình thường. HS phát biểu được phải dùng ngôn ngữ lập trình để ra lệnh cho Arduino và nghĩ ngay đến ngôn ngữ lập trình Pascal đang được học.
GV giới thiệu một dạng ngôn ngữ lập trình không cần phải viết những đoạn code dài mà chỉ cần kéo các hộp lệnh vào khung chương trình và kết nối chúng lại với nhau. Khi chiếu đoạn chương trình, một vài HS nhận diện ngay đó là ngôn ngữ lập trình scratch. GV giới thiệu phần mềm
“mBlock” để lập trình cho Arduino.
GV yêu cầu HS tính giá trị tín hiệu bit mà Arduino hiểu được.
GV giới thiệu ngôn ngữ lập trình Scratch trên phần mềm
70 Mỗi nhóm HS được phát một
laptop và tiến hành lập trình theo sự hướng dẫn trên phiếu học tập.
Mỗi nhóm HS được phát một Arduino và các nhóm nạp đoạn chương trình vào Arduino của nhóm mình, sau đó ghi tên nhóm vào giấy đánh dấu Arduino của nhóm và nộp lại cho GV.
3.3.1.3 Diễn biến buổi 3
Mô tả diễn biến Hình ảnh
Hoạt động 1 – Nhắc lại nhiệm vụ và những điều đã tìm hiểu trong Buổi 1 + 2
HS phát biểu nội dung liệt kê các bộ phận trong hệ thống tưới tự động và hiệu điện thế tương ứng để các bộ phận hoạt động bình thường. Hoạt động 2 – Xây dựng sơ đồ kết nối các
Từ việc biết được hiệu điện thế cần cấp, GV lý luận tổng hợp các thiết bị có thể cấp chung một nguồn điện và giới thiệu Arduino như một nguồn điện thứ cấp có thể cung cấp nguồn 5V cho rơle và cảm biến
71 bộ phận cho hệ thống hoạt động. Nhấn mạnh cho HS “để
giải quyết vấn đề cấp nguồn cho cả hệ thống, chúng ta chỉ cần một nguồn từ cục pin 9V”.
Nhờ vào kiến thức GV vừa cung cấp về nguồn điện cấp cho hệ thống, HS tiến hành hoạt động nhóm với nhiệm vụ hoàn thành sơ đồ kết nối các bộ phận của hệ thống.
Mỗi nhóm được phát 1 phiếu học tập và bộ 5 mảnh ghép. Các nhóm thảo luận và hoàn thành sơ đồ trong 5 phút.
GV đưa ra đáp án, giải thích sơ đồ và các nhóm chỉnh sửa lại sơ đồ.
Hoạt động 3 – Tìm hiểu về mạch đồng và lắp ráp các chi tiết
GV giới thiệu board mạch. Những bộ phận có thể được kết nối với nhau nhờ những đường dây đồng. GV giới thiệu hoạt động lắp ráp
cho các nhóm.
Mỗi nhóm nhận một bộ dụng cụ và tiến hành lắp ráp từ bước 1 đến bước 6 theo hướng dẫn trong phiếu học tập.
Nhóm trưởng và thư kí phân chia công việc cho từng thành viên.
72 HS lắp ráp theo các bước trong
phiếu học tập.
HS sử dụng tua-vit để gắn các bộ phận lên trên board mạch.
Hoạt động 4 – Chạy thử Các nhóm HS được phát ống nước và đất khô để chạy thử sản phẩm. Hoạt động 5 – Áp dụng cho chậu cây của mình
Các nhóm HS giơ tay thông báo hoàn thành sản phẩm.
GV tổng kết và gợi mở cho HS suy nghĩ về ưu điểm, nhược điểm và cách cải tiến bộ thiết bị.
73
3.3.2Phân tích diễn biến quá trình thực nghiệm 3.3.2.1 Phân tích buổi 1 3.3.2.1 Phân tích buổi 1
Khi GV đặt tình huống học tập làm sao đảm bảo cây đủ nước khi vắng nhà, HS nhanh chóng đưa ra được nhiều ý kiến (chỗ này em nhớ HS phát biểu gì thì ghi vào). Trong đó một HS đã đề xuất phương án sử dụng một hệ thống tưới tựđộng. Việc HS đề cập đến hệ thống tưới tựđộng mà chưa cần gợi ý của GV cho thấy các em đã có ý thức về vấn đề IoT trong cuộc sống. Đây là một chủđềđang rất được quan tâm và rõ ràng cũng HS cũng rất quan tâm. Đặc biệt, trên thực tế hệ thống tưới tựđộng cũng đã được quảng cáo cũng như được cung cấp từ nhiều nhà phân phối, do đó cũng không xa lạ với HS. Song GV dựa vào đó có thể nhấn mạnh về việc là nếu các em tự thiết kế và chỉ cần dùng cho một chậu cây nhỏ, yêu thích của mình thì như thế nào.
HS theo dõi phiếu học tập và lắng nghe những thông tin trao đổi của GV đểđiền những thông tin cần thiết vào phiếu, thực hiện các hoạt động đúng theo sựhướng dẫn của GV. Điều này thể hiện HS tập trung và chú ý trong quá trình được hướng dẫn thực hiện nhiệm vụ.
Tuy nhiên vẫn còn một số hạn chế: GV chưa cho HS phân công công việc từng thành viên trong nhóm, một số HS trong nhóm không làm hoặc trong một nhóm chỉ có hai ba HS thực hiện, qua đó cho thấy các bạn làm nhiều thì tập trung làm, các bạn không làm thì lo ra. Ngoài ra, GV chưa chưa nhấn mạnh nhiệm vụ nên khi tổng kết lại buổi 1, một sốem chưa nêu lại được nhiệm vụ cần thực hiện.
3.3.2.2 Phân tích buổi 2
HS ghi chép phiếu học tập đầy đủ thể hiện HS tập trung chú ý trong giờ học. Khi GV hỏi lại những kiến thức trong buổi 1, HS phát biểu tích cực cho thấy HS hiểu được và tái hiện được các hoạt động, nội dung chính của buổi 1.
Với hoạt động tìm hiểu vềmáy bơm nước, HS phân công cho từng thành viên hỗ trợ giúp đỡ nhau, thực hiện thí nghiệm nhiều lần, cả nhóm đồng loạt đếm thời gian máy bơm vận chuyển nước cho thấy HS tích cực, thích thú khi quan sát máy bơm vận chuyển nước và tổ chức hoạt động nhóm tốt.
HS hoàn thành phiếu học tập phần hoạt động của máy bơm. Điều này thể hiện khả năng quan sát, so sánh số liệu và tổng hợp, nhận xét số liệu. HS dễ dàng tạo được đoạn chương trình lập trình cho Arduino thông qua phần hướng dẫn trong phiếu học tập mà không cần sựhướng dẫn chi tiết của GV cho thấy HS có khảnăng đọc tài liệu hướng dẫn và tự chủ tốt. Khi chiếu đoạn chương trình mẫu trên phần mềm mBlock, một vài HS nhận diện ngay đó là ngôn ngữ lập trình scratch. Qua đó cho thấy HS đã
74
được tiếp xúc và sử dụng dạng ngôn ngữ lập trình này, cho thấy sự hiểu biết về một dạng ngôn ngữkhác ngoài chương trình học.
Hạn chế: hai nhóm HS không nạp được code vào Arduino do lỗi đánh máy phần “doam” bị sai cú pháp. Để hạn chế lỗi đánh máy, GV sử dụng trực tiếp thẻ lệnh “doam” trong phần khai báo biến.
3.3.2.3 Phân tích buổi 3
HS tích cực phát biểu, đóng góp ý kiến khi GV hỏi về các bộ phận của hệ thống tưới tựđộng và nguồn cấp vào cho thấy HS tái hiện được kiến thức cũ.
Đối với hoạt động xây dựng sơ đồ kết nối các bộ phận, hầu hết các nhóm đều hoàn thành đúng sơ đồ. Điều này cho thấy HS nhận dạng được các bộ phận thông qua hình vẽ và thảo luận sôi nổi để chọn mảnh ghép thích hợp gắn vào phiếu học tập.
Đối với hoạt động lắp ráp, có sự phân công cụ thể công việc các thành viên, tất cả các thành viên đều được làm việc, HS biết sử dụng tua vít, hiểu được tài liệu hướng dẫn lắp ráp theo từng bước (phiếu học tập) và lắp ráp được sản phẩm. Qua đó cho thấy HS tích cực lắp ráp, có kỹ năng cơ bản về việc sử dụng tua-vit để bắt ốc, có khảnăng tựđọc hiểu các bước lắp ráp.
Tuy nhiên, có một sốnhóm chưa hoàn thành xong việc lắp ráp trong thời gian 10 phút. Sau đó HS vẫn có thể tiếp tục hoàn thành trong hoạt động chạy thử bộ sản phẩm trên đất trồng. Phần thiếu sót trong buổi 3 là cho HS đánh giá về sản phẩm, nêu ưu, nhược điểm và đề ra cách khắc phục cho hệ thống tưới tựđộng.
Đánh giá kết quả thực nghiệm
Sau ba buổi thực nghiệm, có 3/6 nhóm hoàn thành được sản phẩm. Các nhóm còn lại chưa hoàn thành được sản phẩm vì những lý do sau:
- Ốc siết không kỹ khiến dây nối bị lỏng, không dẫn điện tiếp xúc - HS nhấn vào nút reset Arduino trên board Arduino
3.4.1Ý kiến của HS
Sau tiết học phỏng vấn lấy ý kiến được thực hiện với ba em HS là Trí, Quân và Thanh về các buổi học.
Câu hỏi thứ nhất về các hoạt động mà các con yêu thích trong ba buổi học. Cảba em đều thích lắp ráp, tạo sản phẩm vào buổi 3 và hoạt động về máy bơm nước ở buổi 2 vì các hoạt động này thiên về khảo sát, thí nghiệm. Ngoài ra, Quân còn thích phần lập trình Arduino. Qua đó phần nào cho thấy
75
mong muốn thực hành và việc phát triển các năng lực vềkĩ thuật là rất cần thiết đối với trẻởđộ tuổi THCS.
Câu hỏi thứ hai về những khó khăn mà các con gặp phải trong quá trình làm. Thanh trả lời là mấy bạn quậy quá làm không được. Quân nói rằng khi lắp ráp, phần đuôi đực quá nhỏ, ghi vào bị hụt, không tiếp xúc. Cả ba HS cảm thấy mạch quá nhỏ, chi tiết trên mạch nhỏ, các lỗ bắt ốc vít, domino nhỏ dẫn đến khó khăn trong việc lắp ráp, bắt ốc vít.
Câu hỏi thứ ba về mong muốn áp dụng sản phẩm này vào thực tế cuộc sống. Quân và Trí trả lời là có và sẽ chỉnh sửa một tí theo ý của mình. Câu hỏi thứtư về việc áp dụng hệ thống này cho một khu vườn rộng lớn? Quân trả lời sẽ áp dụng nhiều bộ hệ thống lại với nhau, tất cảc mạch