Bài thu hoạch đề tài "Tạo sản phẩm giáo dục STEM"

Lí luận dạy học Toán và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM ----------
LÍ LUẬN DẠY HỌC TOÁN VÀ KHOA HỌC TỰ NHIÊN (SG419)
TẠO SẢN PHẨM GIÁO DỤC STEM Cán bộ hướng dẫn
Sinh viên thực hiện – Nhóm 14 Thầy Bùi Anh Tuấn 1. Huỳnh Đức B2000534 2. Phan Minh Nhựt B2013886 3. Nguyễn Tuấn Kiệt B2000535 4. Trần Nhựt Huy B2013879
Cần Thơ, Tháng 5/2021
Lí luận dạy học Toán và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3 MỤC LỤC I.
Cách thiết kế sản phẩm ....................................................................................................... 2
1. Các dụng cụ để thiết kế sản phẩm ......................................................................... 2 1.1
Cảm biến nhiệt độ ML35 ......................................................................................... 2
1.2. Arduino Uno R3 .......................................................................................................... 3
1.3. Màn hình LCD (Liquid Crystal Display) .................................................................... 3
1.4. Các vật liệu khác ......................................................................................................... 4
2. Cách thiết kế sản phẩm ......................................................................................... 4
2.1. Nguyên lí hoạt động chung ...................................................................................... 4
2.2. Thiết kế .................................................................................................................... 5
II. Đánh giá STEM: ................................................................................................................ 8
1. Yếu tố Khoa học ................................................................................................... 8
2. Yếu tố Công nghệ ................................................................................................. 8
3. Yếu tố Kĩ thuật ...................................................................................................... 8
4. Yếu tố Toán học .................................................................................................... 8
4.1. Đo tăng ..................................................................................................................... 8
4.2. Đo giảm .................................................................................................................... 9
III. Công dụng: ......................................................................................................................... 9
Lí luận dạy học Toán và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3 tru n Lời nói đầu
Trong sự phát triển của thời đại 4.0 thì khoa học kỹ thuật đóng vai trò vô cùng
quan trọng đối với mọi mặt của đời sống xã hội. Nhu cầu về sự tiện ích cũng như các
thiết bị thông minh đang dần chiếm ưu thế, vì vậy việc sáng tạo ra các công trình hay
sản phẩm khoa học kĩ thuật đang là nhu cầu cấp thiết của nhiều nước trên thế giới. Để
vận dụng vào môi trường sư phạm thì tạo sản phẩm giáo dục STEM là một sự lựa chọn hoàn hảo.
Để đáp ứng được yêu cầu của học phần Lí luận dạy học Toán và Khoa học tự
nhiên thì nhóm chúng em thực hiện đề tài “Mô hình khu vườn mini máy phun nước
tự động bằng cảm biến nhiệt”. Đây là dự án để chúng em hoàn thành sản phẩm giáo dục STEM.
Sau khi được sự hướng dẫn từ thầy, nhóm chúng em cũng đã chọn được đề tài cho
việc tạo mô hình sản phẩm giáo dục STEM. Nhưng do kiến thức, kinh nghiệm chưa đủ
nên vẫn còn nhiều thiếu sót. Chính vì vậy, nhóm em mong sự chỉ bảo, góp ý từ thầy và
các bạn nhóm khác để đề tài báo cáo được hoàn thiện hơn.
Lí luận dạy học Toán và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3 tru n
I. Cách thiết kế sản phẩm
1. Các dụng cụ để thiết kế sản phẩm
1.1 Cảm biến nhiệt độ ML35
Cảm biến nhiệt độ LM35 là một loại cảm biến tương tự rất hay được ứng dụng trong các
ứng dụng đo nhiệt độ thời gian thực. Vì nó hoạt động khá chính xác với sai số nhỏ, đồng thời với kích thước nhỏ.
Cấu tạo của LM35
Nguyên lý hoạt động : Nguyên lý hoạt động của thiết bị là đo hiệu điện thế đầu ra của LM35 để đo nhiệt độ.
Khi sử dụng, cảm biến LM35 không dùng để điều chỉnh nhiệt độ cho thiết bị. trong
thực tế thì độ chính xác của cảm biến sẽ khác nhau khi ở các môi trường làm việc khác nhau.
Ứng dụng của LM35
✓ Học tập nghiên cứu. ✓ Đo nhiệt độ pin.
✓ Đo nhiệt độ nguồn cấp trên board mạch.
✓ Giám sát nhiệt độ trong hệ thống HVAC.
✓ Được sử dụng làm cảm biến nhiệt độ máy điều hòa. 2
Lí luận dạy học Toán và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3 tru n
1.2. Arduino Uno R3
Arduino là sử dụng chip Atmega 328. Nó có 14 chân digital I/O, 6 chân đầu vào (Input)
analog, thạch anh giao động 16 Mhz.
1.3. Màn hình LCD (Liquid Crystal Display)
➢ Điện áp hoạt động là 5 V.
➢ Kích thước: 80 x 36 x 12.5 mm
➢ Chữ đen, nền xanh lá
➢ Khoảng cách giữa hai chân kết nối là 0.1 inch tiện dụng khi kết nối với Breadboard.
➢ Tên các chân được ghi ở mặt sau của màn hình LCD hổ trợ việc kết nối, đi dây điện.
➢ Có đèn led nền, có thể dùng biến trở hoặc PWM điều chình độ sáng để sử dụng ít điện năng hơn.
➢ Có thể được điều khiển với 6 dây tín hiệu. 3
Lí luận dạy học Toán và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3 tru n
1.4. Các vật liệu khác
- Động cơ bơm chìm mini
- Pin Lithium 600mA 3.7V 2.2 WH - Project board MB
- Dây bẹ 20cm (đực - đực, đực – cái, cái – cái)
- Băng keo cách điện Nano
- Pin sạc dự phòng và các loại bìa mô hình,...
2. Cách thiết kế sản phẩm
2.1. Nguyên lí hoạt động chung Arduino LM35 LCD Động cơ Uno R3
Trong giao tiếp giữa Arduino và LM35 cảm biến nhiệt độ này, Arduino Uno được sử dụng
để kiểm soát toàn bộ quá trình. Cảm biến nhiệt độ LM35 được sử dụng để đo nhiệt độ môi
trường, đầu ra của cảm biến là tín hiệu điện áp biến đổi theo nhiệt độ, cứ 10mV tương ứng với
1 độ C. Ví dụ, nếu điện áp đầu ra của cảm biến LM35 là 250mV, điều đó có nghĩa là nhiệt độ là khoảng 25 độ C.
Arduino đọc điện áp đầu ra của cảm biến nhiệt độ bằng cách sử dụng chân Analog A0
và thực hiện phép tính để chuyển đổi giá trị Analog này thành giá trị số của nhiệt độ hiện tại.
Sau khi tính toán Arduino gửi các tính toán hoặc nhiệt độ này đến màn hình LCD 16×2 bằng
cách sử dụng các lệnh thích hợp.
Sau khi đạt đến nhiệt độ nhất định theo thiết đặt sẵn, động cơ sẽ được điều khiển chạy
(phun nước). Khi nhiệt độ hạ thấp xuống động cơ sẽ ngừng hoạt động. 4
Lí luận dạy học Toán và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3 tru n 2.2. Thiết kế 2.2.1. Code 2.2.2. Nối dây
Nối 2 dây cấp điện từ board mạch Arduino ra Breadboard
Dây đỏ cắm từ cổng 5v → cấp điện +
Dây đen cắm từ cổng GND → cấp điện –
(Lưu ý 2 dây cắm ra phải nằm trên 2 cột khác nhau). Cấu tạo của Breadboard
như sau: Các lỗ nằm cùng 1 hàng DỌC là nối tiếp nhau (hay cùng nằm trên 1
cột). Các lỗ khác CỘT thì không liên quan gì nhau. Nếu cắm sai sẽ gây chập
mạch làm hư board Arduino.
Máy bơm được cấp nguồn 5V để có thể hoạt động. 5
Lí luận dạy học Toán và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3 tru n
2.2.3. Sơ đồ kết nối các thành phần của hệ thống
2.2.4. Hình ảnh LM35 trên mô hình thực tế: 6
Lí luận dạy học Toán và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3 tru n
2.2.5. Một vài hình ảnh lắp ráp
Mô hình đang được hoàn thiện (công đoạn ráp mạch vào khu vườn mini) 7
Lí luận dạy học Toán và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3 tru n II. Đánh giá STEM: 1. Yếu tố Khoa học
Trong mô hình khu vườn mini có cảm biến nhiệt độ để kích hoạt máy bơm
tự động, yếu tố khoa học được sử dụng bao gồm:
- Yếu tố về vật lí: Mạch điện tử được sử dụng trong suốt quá trình thực hiện
đề tài. Trong mạch có dùng 2 biến trở, bao gồm: biến trở điều chỉnh độ
sáng và biến trở điều chỉnh độ tương phản của màn hình LCD.
Các yếu tố về khoa học được kết hợp khá chặt chẽ, tạo nên hệ thống hoàn chỉnh.
- Yếu tố sinh học: mô hình này được thiết kế tưới cây tự động dùng riêng
cho mô hình trồng hoa. Nguyên lí hoạt động của mô hình dựa vào nhiệt
độ môi trường, nhiệt độ tăng cao hệ thống sẽ tự động tưới. Khuyết điểm
ở đây chính là cây đang ở nhiệt độ cao tưới nước vào sẽ dễ bị chết do sốc
nhiệt. Nhưng khi áp dụng cho mô hình trồng hoa thì ngược lại, do ở cây
hoa không có khí khổng nên việc tưới nước giữa trời nắng nóng không
ảnh hưởng. Ngược lại sẽ kích thích cho sự ra hoa.
Kiểm chứng: trong việc trồng hoa vạn thọ bán Tết, người nông dân thường
tưới hoa vào trời nắng nóng để thúc đẩy cho hoa ra đúng ngày và nở to.
2. Yếu tố Công nghệ
Vấn đề về Công nghệ trong quá trình tạo sản phẩm Giáo dục STEM được đặt lên hàng đầu.
Để có thể kích hoạt hệ thống cần kết hợp việc sử dụng máy tính (hay Loptop)
trong quá trình tạo sản phẩm. Phần mềm lập trình Arduino đóng vai trò trung
tâm trong việc đảm bảo mạch có chạy hay không bằng cách nạp code cho bảng mạch Arduino Uno R3.
Người làm sản phẩm phải am hiểu cách thức vận hành của mạch thì mới kích
hoạt hệ thống chạy được.
3. Yếu tố Kĩ thuật
Quá trình lắp ráp mạch cần được đảm bảo để mạch có thể hoạt động.
Các dây dẫn được lắp vào Breadboard phải đúng hệ thống mới chạy được.
Việc đi dây được tính toán kĩ lưỡng đảm bảo hệ thống không quá rườm rà.
Ngoài ra, nhóm còn dùng các bìa mô hình để tạo dựng thành một mô hình
khu vườn mini. Các thao tác như lắp ráp, cắt, dán được thực hiện một cách cẩn thận.
4. Yếu tố Toán học
Việc thiết kế rất cần đến việc tính toán: cần đo đạc để cắt các bìa mô hình,
hay tính toán cần thiết đặt bao nhiêu hệ thống dây tránh lãng phí.
Ngoài ra, nhóm còn đo nhiệt độ để xem về sai số như sau: 4.1. Đo tăng Giá trị STT thật(oC)
Giá trị (oC) (lấy trong 4 lần đo) 1 30 30 2 34 33.5 3 38 37.7 4 42 41.8 8
Lí luận dạy học Toán và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3 tru n 4.2. Đo giảm STT Giá trị thật(oC)
Giá trị (oC) (lấy trong 4 lần đo) 1 30 30 2 34 33.5 3 38 37.7 4 42 41.8 III. Công dụng:
“Mô hình khu vườn mini có máy phun nước tự động bằng cảm biến
nhiệt” nhận thấy được sự tối ưu khi ứng dụng nó vào thực tiễn. Có thể thấy, việc
tự động hóa ngày càng được nâng cao vì vậy vai trò của việc tạo mô hình tự động
cũng mang tính khả thi cao.
Với mô hình này cho phép cảm biến nhiệt đo nhiệt độ từ môi trường sau
đó xuất ra màn hình LCD. Đồng thời kích hoạt hệ thống tưới nước, làm mát tự
động nếu nhiệt độ quá mức quy định.
Hình ảnh thực tế của mô hình 9