Xây dựng thí nghiệm sử dụng trong chủ đề

8. Cấu trúc khố luận

2.2.2. Xây dựng thí nghiệm sử dụng trong chủ đề

a.Mục đích thí nghiệm

Thiết kế đƣợc mạch điện tạo thành đàn trái cây đơn giản

b.Dụng cụ thí nghiệm

 1 Sơ đồ nguyên lí (phần điện) của chiếc đàn trái cây.

 1 board UnoX.

 1 bread board.

 1 buzzer.

 10 điện trở cĩ giá trị bất kì, trong đĩ tối thiểu cĩ 4 điện trở cĩ giá trị 1K Ohm.

 Một vài trái cây: 6 quả chuối, 6 quả cà chua và 6 quả dƣa chuột (các quả trong cùng một loại cĩ hình dạng, kích thƣớc bất kì).

 1 máy tính cài sẵn phần mềm Arduino.

 1 dây cổng kết nối board UnoX với máy tính.

 1 số dây cắm vào Bo mạch và dây nối cĩ mỏ kẹp cá sấu.

 1 cốc chứa nƣớc.

Hình 2.8. Dụng cụ thí nghiệm

c. Nguyên lí hoạt động

Hình 2.10. Sơ đồ nguyên lí (phần điện) của chiếc đàn trái cây

Hình 2.11. Sơ đồ nguyên lí xét với một nốt nhạc trong chiếc đàn trái cây

 Mỗi phím của chiếc đàn trái cây là 1 mạch chia điện áp giữa điện trở 1K Ohm và 1 miếng trái cây. Chạm vào miếng trái cây sẽ làm thay đổi điện áp giữa điện trở và miếng trái cây. UnoX cĩ thể đo mức thay đổi điện áp này bằng các ngõ vào analog.

 Để hồn thành mạch này, 1 tay cần phải chạm vào GND của UnoX, tay cịn lại sẽ chạm vào trái cây. Để kết nối trái cây với mạch điện, chỉ cần cắm trực tiếp dây cắm vào trái cây đĩ.

 Khi khơng chạm tay, mạch trở thành mạch hở.

 Khi chạm tay vào miếng trái cây, miếng trái cây sẽ đĩng vai trị là một điện trở. Nhƣ vậy, mạch điện trở thành mạch chia áp. Tùy thuộc vào giá

trị điện trở của miếng trái cây, giá trị analog đọc đƣợc sẽ nhỏ hơn một giá trị ngƣỡng, ở đây chọn là 1020. Lúc này, buzzer sẽ phát ra âm thanh đƣợc cài đặt sẵn.

 Ta chỉ cần sử dụng 4 phím đàn đƣợc kết nối vào các chân A0, A1, A2, A3. Tuy nhiên, ta cũng cĩ thể sử dụng nhiều trái cây hơn để tạo ra 1 chiếc đàn hồn chỉnh. [16]

d.Tiến trình thí nghiệm

Bƣớc 1: Lắp mạch điện trên bread board:

Lắp điện trở và các dây cắm trên bread board theo sơ đồ nguyên lí. Bƣớc 2: Gắn trái cây với các điện trở tƣơng ứng theo yêu cầu. Bƣớc 3: Kiểm tra mạch sau đĩ kết nối với máy tính.

Bƣớc 4: Tạo mạch kín để tạo ra âm thanh bằng cách một tay cần phải chạm vào GND của UnoX, tay cịn lại sẽ chạm vào trái cây.

Hình 2.12. Đàn trái cây cĩ 4 nốt nhạc khác cao độ 2.3. Tiến trình tổ chức

2.3.1. Kế hoạch tổ chức

a.Hình thức tổ chức

Sinh hoạt câu lạc bộ.

Thành viên câu lạc bộ vật lí của trƣờng THPT.

c. Địa điểm thời gian

Nhà đa năng.

d.Nội dung

Tổ chức hoạt động sinh hoạt câu lạc bộ với chủ đề “ Nốt nhạc trái cây”.

e. Chuẩn bị của ban tổ chức câu lạc bộ

 Chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm cho các đội chơi, 3 chiếc cờ hiệu lệnh và 1 đồng hồ bấm giờ, yêu cầu về nhiệm vụ, cách thức tổ chức của buổi sinh hoạt.

 Thành phần ban tổ chức (BTC) và các đội chơi:

Một học sinh là dẫn chƣơng trình (MC) và ba thầy (cơ) kiêm làm ban giám khảo (BGK) và làm ban cố vấn các đội chơi, một học sinh làm thƣ kí, tính tốn số điểm cho các đội thi. Thành viên câu lạc bộ chia đều thành các đội chơi, mỗi đội chơi là 5 ngƣời.

 Phần quà khuyến khích cho học sinh.

2.3.2. Gợi ý chi tiết hoạt động

a.Mục tiêu

Từ sơ đồ nguyên lí cơ bản của mạch điện tạo ra đàn trái cây đơn giản, thiết kế và lắp ráp đƣợc đàn trái cây cĩ 4 nốt cùng cao độ và 4 nốt khác cao độ.

b.Cách thức tổ chức

Cuộc thi với 3 vịng thi, đƣợc thực hiện trong thời gian quy định cho trƣớc.

c. Dụng cụ cho mỗi đội chơi

 1 Sơ đồ nguyên lí

 1 board UnoX

 1 bread board

 1 buzzer

 10 điện trở cĩ giá trị bất kì, trong đĩ tối thiểu cĩ 4 điện trở cĩ giá trị 1K Ohm.

 Một vài trái cây: 6 quả chuối, 6 quả cà chua và 6 quả dƣa chuột (các quả trong cùng một loại cĩ hình dạng, kích thƣớc bất kì).

 1 máy tính cài sẵn phần mềm Arduino.

 1 dây cổng kết nối board UnoX với máy tính.

 1 số dây cắm vào Bo mạch và dây nối cĩ mỏ kẹp cá sấu.

 1 cốc chứa nƣớc.

d.Giới thiệu về trị chơi

Tên trị chơi: Trị chơi “Nốt nhạc trái cây”, gồm 3 vịng thi nhƣ sau:

 Vịng I: Khởi động (thời gian 20 phút)

Tất cả các đội chơi cùng thi trong 20 phút. Thời gian vƣợt quá tối đa là 5 phút.

 Vịng II: Tăng tốc (thời gian 15 phút)

Tất cả các đội chơi chuẩn bị trong 3 phút, rồi lần lƣợt thi trong thời gian 5 phút. Thời gian vƣợt quá tối đa là 2 phút.

 Vịng III: Về đích (thời gian 45 phút)

 Nhiệm vụ III.1 (thời gian 30 phút): Tất cả đội chơi cùng thực hiện nhiệm vụ trong 30 phút. Thời gian vƣợt quá là 5 phút.

 Nhiệm vụ III.2 (thời gian 15 phút): Tất cả các đội chơi chuẩn bị trong 3 phút, rồi lần lƣợt thực hiện nhiệm vụ trong thời gian 5 phút. Thời gian vƣợt quá tối đa là 2 phút.

e. Thể lệ

 Hình thức thi:

+ Mỗi đội thi sẽ tham gia từng vịng thi trong thời gian quy định.

+ Trong quá trình thực hiện, khi cần cĩ trợ giúp của ban cố vấn, các đội sẽ phất cờ làm tín hiệu.

+ Sau mỗi nhiệm vụ của từng vịng thi, các đội sẽ tự chấm điểm chéo cho nhau và BGK chấm cho cả 3 đội chơi theo bảng tiêu chí cho trƣớc và cơng khai điểm số ngay sau nhiệm vụ đĩ.

+ Khi mỗi đội cĩ thắc mắc về số điểm của đội chơi mình, sẽ phất cờ làm tín hiệu và sẽ đƣợc ban cố vấn giải đáp. Nhƣng chỉ trong thời gian và hiệu lệnh chỉ dẫn của MC.

 Các đội sẽ chấm chéo nhau nhƣ sau: Đội chơi 1 sẽ chấm đội chơi 2, đội chơi 2 chấm đội chơi 3 và đội chơi 3 chấm đội chơi 1.

 Đánh giá:

 Điểm cho mỗi phần thi sẽ đƣợc dựa theo bảng tiêu chí đánh giá năng lực thực nghiệm của đội chơi theo bảng tiêu chí 2.3 và tiêu chí đánh giá sản phẩm theo bảng tiêu chí 2.4, sau đĩ đƣợc cho điểm theo phiếu đánh giá cho trƣớc (xem phụ lục 6, 7).

 Mỗi đội thực hiện xong quá 1 phút sẽ bị trừ 1 điểm, thời gian vƣợt quá tối đa sẽ đƣợc quy đinh riêng cho mỗi vịng thi.

 Điểm mỗi đội là điểm trung bình cộng theo thầy cơ chấm và các đội chấm chéo.

2.3.3. Tổ chức HĐTN với chủ đề “Nốt nhạc trái cây”

a.Hoạt động 1 - Ổn định tổ chức

Dẫn chƣơng trình (MC):

 Ổn định tổ chức.

 Giới thiệu đại biểu, thành phần ban cố vấn.

b.Hoạt động 2 - Đặt vấn đề

 Mục tiêu hoạt động: Đặt ra vấn đề cần giải quyết “Làm nhƣ thế nào để tạo ra “chiếc đàn trái cây” đơn giản?”

 Nội dung:

 MC đƣa ra một câu hỏi cho các bạn thành viên CLB: “Các bạn cĩ tin rằng với những trái cây nhƣ chuối, dƣa chuột hay cà chua, hoặc bất kì một loại trái cây nào… chúng ta cĩ thể tạo thành một chiếc đàn piano hay khơng?”

 Sau đĩ, cho CLB xem video về chiếc đàn trái cây, rồi dẫn dắt, giới thiệu mục đích của buổi sinh hoạt CLB: Sinh hoạt câu lạc bộ với chủ đề “Nốt nhạc trái cây” để tạo ra một chiếc đàn trái cây đơn giản.

 Địa chỉ video giới thiệu về chiếc đàn trái cây: https://www.youtube.com/watch?v=1QP5uQAxI9I

 Cách thức tổ chức thực hiện: MC hỏi vấn đáp các thành viên khác trong CLB.

 Sản phẩm: Tƣ duy ban đầu của các thành viên về chủ đề “Nốt nhạc trái cây”.

c. Hoạt động 3 - Tổ chức trị chơi “Nốt nhạc trái cây”

 Hoạt động 3.1 - Tổ chức vịng thi đầu tiên “Khởi động” (thời gian 20 phút)

 Nhiệm vụ: Sử dụng các dụng cụ cho trƣớc, hãy lựa chọn, lắp ráp các dụng cụ, tiến hành đƣợc thí nghiệm theo sơ đồ nguyên lí sau:

 Mục tiêu hoạt động: Học sinh đƣợc tự mình tiến hành các thao tác thí nghiệm: lựa chọn, lắp ráp dụng cụ thiết bị từ đĩ phát triển thành tố năng lực 3.1 và 3.3.

 Nội dung hoạt động:

 MC:

o Giới thiệu ngắn gọn mục đích của trị chơi: Tạo cơ hội cho các em tự tạo ra một chiếc đàn bằng trái cây.

o Phát phiếu yêu cầu nhiệm vụ (xem phụ lục 5), phiếu đánh giá chéo cho mỗi đội (xem phụ lục 7) và tuyên bố thể lệ trị chơi.

o Tổ chức cho mỗi đội nhận cố vấn của đội mình.

+ Mỗi đội chơi: Nhận cố vấn, nhận phiếu yêu cầu nhiệm vụ và phiếu đánh giá chéo các đội khác.

+ MC ra hiệu lệnh bắt đầu vịng thi và bắt đầu bật đồng hồ tính giờ. + Đội chơi:

o Tất cả các thành viên trong nhĩm cùng thực hiện nhiệm vụ: lựa chọn, lắp ráp đƣợc dụng cụ, thiết bị thí nghiệm.

o Nếu khĩ khăn sẽ phất cờ phát hiệu lệnh nhờ trợ giúp của ban cố vấn.

+ Ban cố vấn: Quan sát, hỗ trợ đội chơi mình cố vấn (nếu cĩ yêu cầu trợ giúp).

+ Thƣ ký: theo dõi thời gian thi của mỗi đội chơi.

+ MC tuyên bố tất cả các đội dừng phần chơi, bấm dừng đồng hồ sau khi hết 25 phút.

+ Đại diện một thầy cơ cố vấn sẽ hƣớng dẫn các đội chơi sử dụng mạch đã lắp để phát ra âm trên cịi buzzer thanh bằng cách: 1 tay cần phải chạm vào GND của UnoX, tay cịn lại sẽ chạm vào phần đầu của dây cắm nối tiếp với điện trở hƣớng ra ngồi.

+ Sau đĩ, lần lƣợt từng đội chơi, sẽ trình bày kết quả sản phẩm của mình.

+ Cuối cùng, ban giám khảo sẽ nhận xét và cho điểm các đội chơi. Mỗi đội chơi cũng sẽ đánh giá cho điểm lẫn nhau nhờ thang điểm trong phiếu đánh giá.

+ Các đội chơi cĩ quyền thắc mắc về số điểm, yêu cầu ban tổ chức và ban cố vấn giải đáp. (theo điều khiển của MC)

+ Thƣ ký: Tổng kết điểm vịng thi đầu tiên cho mỗi đội.

 Sản phẩm: Mạch điện nguyên lí (phần điện) của chiếc đàn trái cây giống nhƣ sơ đồ cho trƣớc. Hình ảnh minh họa:

Hình 2.13. Mạch điện nguyên lí (phần điện) của chiếc đàn trái cây

 Hoạt động 3.2 - Tổ chức vịng thi thứ hai “Tăng tốc” (thời gian 15 phút)

 Nhiệm vụ: Mỗi đội chơi bốc ngẫu nhiên một tên dụng cụ bất kì trong hai gĩi các dụng cụ: gĩi số 1 gồm Board UnoX, Bread board, buzzer; gĩi số 2 gồm điện trở, máy tính, cốc nƣớc, sau đĩ trình bày về cơng dụng, vai trị của hai dụng cụ này trong mạch điện vừa lắp xong.

 Mục tiêu hoạt động: Học sinh đƣợc tự mình trình bày đƣợc hiểu biết về chức năng, cơng dụng của thiết bị, dụng cụ trong sơ đồ mạch vừa lắp ở vịng thi 1, từ đĩ phát triển thành tố năng lực 3.1.

 Nội dung hoạt động:

+ MC: tổ chức cho các đội lên gắp thăm tên một dụng cụ mình phải trình bày lần lƣợt trong hai gĩi các dụng cụ: gĩi số 1 gồm Board UnoX, Bread board, buzzer; gĩi số 2 gồm điện trở, máy tính, cốc nƣớc.

+ Mỗi đội chơi: lần lƣợt lên trình bày về cơng dụng, chức năng 2 dụng cụ đĩ trong mạch vừa lắp trong thời gian 5 phút. Thời gian quá tối đa là 2 phút.

+ Ban cố vấn: Quan sát, hỗ trợ đội chơi mình cố vấn (nếu cĩ yêu cầu trợ giúp).

+ Thƣ ký: theo dõi thời gian thi của mỗi đội chơi.

+ MC tuyên bố tất cả các đội dừng phần chơi, bấm dừng đồng hồ sau khi hết 20 phút.

+ Sau đĩ, ban giám khảo sẽ nhận xét và cho điểm các đội chơi. Mỗi đội chơi cũng sẽ đánh giá cho điểm lẫn nhau nhờ thang điểm trong phiếu đánh giá.

+ Các đội chơi cĩ quyền thắc mắc về số điểm, yêu cầu ban tổ chức và ban cố vấn giải đáp. (theo điều khiển của MC)

+ Cuối cùng thƣ kí: Tổng kết điểm vịng thi 2 cho mỗi đội.

 Sản phẩm: Nội dung thuyết trình về chức năng, cơng dụng của dụng cụ, thiết bị.

 Hoạt động 3.3 - Tổ chức vịng thi thứ ba “Về đích” (thời gian 45 phút)

 Nhiệm vụ III.1 (thời gian 30 phút): Tiếp tục sử dụng những dụng cụ thí nghiệm cịn lại, dựa vào mạch điện kể trên hãy thiết kế và tiến hành thí nghiệm tạo ra một chiếc đàn trái cây trong từng trƣờng hợp sau:

 Bốn nốt nhạc cùng cao độ.

 Bốn nốt nhạc cĩ cao độ khác nhau.

Và trình bày phƣơng án thiết kế theo mẫu báo cáo sau:

 Mục đích của phƣơng án thí nghiệm?

 Dụng cụ thí nghiệm?

 Bố trí thí nghiệm? Nguyên lí hoạt động của chiếc đàn trái cây?

 Lý do khi đƣa ra phƣơng án thí nghiệm nhƣ trên?

 Một số sự cố các em đã hoặc cĩ thể gặp phải, khi tiến hành thí nghiệm, và cách khắc phục nĩ?

 Nhiệm vụ III.2 (thời gian 15 phút): Thuyết trình về chiếc đàn trái cây của đội mình dựa vào báo cáo thực hành hồn thành ở trên.

 Mục tiêu hoạt động: Học sinh tiếp tục đƣợc thiết kế, tiến hành thí nghiệm và đề xuất, tiến hành phƣơng án khắc phục sự cố trong quá trình thực hiện thí nghiệm từ đĩ phát triển thành tố năng lực 2.2, 3.1, 3.4, 3.5, 1.3, 2.4 và 4.5.

 Nội dung hoạt động:

+ MC ra hiệu lệnh bắt đầu vịng thi và bắt đầu bật đồng hồ tính giờ. + Các đội chơi:

o Tất cả các thành viên trong đội cùng thực hiện nhiệm vụ thiết kế phƣơng án thí nghiệm hồn thành trong báo cáo nhƣ gợi ý và lựa chọn, lắp ráp dụng cụ, thiết bị, tiến hành thí nghiệm, đồng thời khắc phục sự cố nếu cĩ.

o Nếu khĩ khăn sẽ phất cờ nhờ trợ giúp của ban cố vấn.

+ Ban cố vấn: Quan sát, hỗ trợ đội chơi mình cố vấn (nếu cĩ yêu cầu trợ giúp).

+ Thƣ ký: theo dõi thời gian thi của mỗi đội chơi.

+ MC tuyên bố tất cả các đội dừng phần chơi, bấm dừng đồng hồ sau khi hết 35 phút đầu tiên.

+ Sau đĩ, lần lƣợt từng đội chơi, sẽ thực hiện nhiệm vụ III.2 tiếp tục trong thời gian quy định nhƣ nhiệm vụ III.1.

+ Các đội chơi chuẩn bị trong 3 phút.

+ Mỗi đội chơi: lần lƣợt lên trình bày về cơng dụng, chức năng 2 dụng cụ đĩ trong mạch vừa lắp trong thời gian 5 phút. Thời gian quá tối đa là 2 phút.

+ Sau đĩ, ban giám khảo sẽ nhận xét và cho điểm các đội chơi. Mỗi đội chơi cũng sẽ đánh giá cho điểm lẫn nhau nhờ thang điểm trong phiếu đánh giá.

+ Các đội chơi cĩ quyền thắc mắc về số điểm, yêu cầu ban tổ chức và ban cố vấn giải đáp. (theo điều khiển của MC)

+ Cuối cùng thƣ ký: Tổng kết điểm vịng thi thứ ba cho mỗi đội.

 Sản phẩm: Chiếc đàn trái cây đơn giản. + Hình ảnh minh họa:

Hình 2.14. Hình ảnh minh họa chiếc đàn trái cây của mỗi đội chơi

+ Địa chỉ minh họa về kết quả sản phẩm của các đội chơi: https://www.youtube.com/watch?v=8Kgt8jaBmJI

d.Hoạt động 4 - Tổng kết trao giải

 Thƣ kí tổng hợp số điểm của các đội chơi.

 Dẫn chƣơng trình cơng bố điểm số và thứ tự các đội thi.

 Đại diện ban cố vấn lên trao giải cho các đội.

 Các đội chơi ghi nhận kết quả và đại diện mỗi đội lên nhận phần thƣởng.

e. Hoạt động 5 - Bế mạc buổi sinh hoạt

 Ghi nhận hoạt động của các thành viên trong buổi sinh hoạt và nêu một vài rút kinh nghiệm cho buổi sinh hoạt tiếp theo.

2.3.4. Vai trị phát triển NLTN của từng vịng thi

 Vịng 1 – Khởi động: Để lắp ráp đƣợc đúng sơ đồ nguyên lí, học sinh