V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
2.3.1. Cách thức hoạt động và cách áp dụng mô hình trong dạy học
Bộ mô hình hoạt động khi giáo viên hoặc người sử dụng thao tác thao nút nhấn và một màn hình LCD đã được tích hợp sẵn vào một hộp điều khiển. Nút nhấn số 1 nhằm khởi động và tăng tốc động cơ. Có 3 mức tốc độ động cơ là 20% (LOW), 60% (MEDIUM), 100% (HIGH). Thông số tốc độ sẽ được hiển thị trên màn hình, thông qua đó, giáo viên và học sinh sẽ dễ dàng quan sát, theo dõi và tùy chỉnh các chỉ số của động cơ hơn. Nút nhấn số 2 có tác dụng giảm dần tốc độ động cơ xuống thấp nhất là 20% (LOW). Nút số 3 dùng để dừng hẳn động cơ. Nút nhấn số 4 được nhấn khi người sử dụng muốn đổi chiều quay của mô hình nhằm quan sát các sự kiện (nhật thưc, nguyệt thực, pha mặt trăng, ngày mùa,…), giải thích chuyển động của các thiên thể.
Khi nhấn nút, tín hiệu sẽ truyền tới Arduino, sau đó Arduino sẽ điều khiển việc phát 1 xung PWM trong khoảng từ 0 -255, trong mô hình này thì 3 xung PWM phát ra là 50, 150 và 255 tương ứng với 3 mức tốc độ tới chân EnA của module L298. Từ module L298, 2 tín hiệu ngõ ra là OUT1 và OUT2 được nối vào động cơ DC. Qua từng xung PWM xuất ra bằng việc nhấn nút thì tốc độ quay của mô hình sẽ được điều chỉnh.
Tiếp theo đó, hệ cơ của mô hình bằng bánh răng sẽ thực hiện nhiệm vụ thao tác truyền chuyển động quay của các thiên thể. Trong hình 2.4, hệ bánh răng màu xám gắn vào trục chính của động gcơ DC sẽ quay 1 vòng theo chiều ngược chiều kim đồng hồ, tương ứng với chuyển động quay quanh Mặt Trời của Trái Đất trong vòng một năm. Tiếp theo đó, hệ bánh răng màu đỏ sẽ thực hiện việc tự quay của Trái Đất quanh trục của nó 393,3 ngày (sai số 7,75% nếu giả sử Trái Đất quay 365 ngày), ngược chiều kim đồng hồ (quay từ Tây sang Đông). Hệ bánh răng đen giúp Mặt Trăng quay xung quanh Trái Đất trong vòng 12,35 tháng (sai số 2,92% nếu giả sử Mặt Trăng quay quanh Trái Đất trong 12 tháng), ngược chiều kim đồng hồ. Hệ còn được lắp đặt trục nghiêng của Trái Đất là 23,5° và quỹ đạo của Mặt Trăng chuyển động nghiêng 5° đúng với kiến thức thực tế các em được học trong chương trình giảng dạy.
Bên cạnh đó, màn hình LCD cũng sẽ được nhận tín hiệu từ Arduino, giúp hiển thị các thông số tốc độ cơ bản cho phép người dùng quan sát. Mặt Trời là một quả cầu rỗng màu đỏ, được tích hợp một đèn pin rọi ánh sáng qua một lỗ tròn nhằm chiếu sáng một vùng nhất định, từ đó giúp học sinh tập trung và quan sát ánh sáng Mặt Trời gây ra hiện tượng ngày và đêm, nhật thực, nguyệt thực,… Trên mô hình được trang bị 2 sơ đồ về các mùa trong năm và sơ đồ các pha Mặt Trăng trong tháng. 2 sơ đồ trên cùng với chuyển động tương đối chính xác của các thiên thể sẽ giúp giáo viên giải thích và minh họa kỹ hơn các khái niệm mùa, tháng, pha mặt trăng.
Mô hình được tích hợp 2 cảm biến từ Hall nhằm xác định thời điểm xảy ra hiện tượng nguyệt thực. Một nam châm được gắn vào thanh quay quỹ đạo của Trái Đất, một nam châm được gắn vào quỹ đạo quay của Mặt Trăng. Khi 2 nam châm cùng
quét đồng thời qua cảm biến từ Hall (tương ứng với điều kiện nguyệt thực toàn phần xảy ra) thì hệ mô hình dừng lại, học sinh và giáo viên sẽ được quan sát vị trí 3 thiên thể thẳng hàng một cách trực quan và dễ dàng hơn. Khi tiếp tục thao tác trên nút nhấn tăng tốc và giảm tốc thì mô hình chuyển động bình thường.
Hình 2.11: 2 cảm biến từ Hall xác định thời điểm nguyệt thực
Hình 2.10: Mô hình Trái Đất – Mặt Trăng (a) và mô hình Mặt Trời (b)
(b) (a)