Lí luận dạy học toán và khoa học tự nhiên

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ
KHOA SƯ PHẠM
----------

LÍ LUẬN DẠY HỌC TỐN VÀ KHOA HỌC TỰ NHIÊN
(SG419)
TẠO SẢN PHẨM GIÁO DỤC STEM

Cần Thơ, Tháng 5/2021

cảm biến
yền năng


Lí luận dạy học Tốn và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3môn cảm biến

truyền năng

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

II.

2.1.

Nguyên lí hoạt động chung ...................................................................................... 4

2.2.

Thiết kế .................................................................................................................... 5

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 Tốn và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3mơn cảm biến tru

n

Lời nói đầu

Trong sự phát triển của thời đại 4.0 thì khoa học kỹ thuật đóng vai trị vơ cùng
quan trọng đối với mọi mặt của đời sống xã hội. Nhu cầu về sự tiện ích cũng như các
thiết bị thơng minh đang dần chiếm ưu thế, vì vậy việc sáng tạo ra các cơng trình hay
sản phẩm khoa học kĩ thuật đang là nhu cầu cấp thiết của nhiều nước trên thế giới. Để
vận dụng vào mơi 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 Tốn và Khoa học tự
nhiên thì nhóm chúng em thực hiện đề tài “Mơ 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 mơ hình sản phẩm giáo dục STEM. Nhưng do kiến thức, kinh nghiệm chưa đủ
nên vẫn cịn 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 Tốn và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3môn cảm biến 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 Tốn và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3môn cảm biến 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 Tốn và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3môn cảm biến 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 mơ hình,...

2. Cách thiết kế sản phẩm

2.1. Ngun lí hoạt động chung

LM35

Arduino
Uno R3

LCD

Động cơ

Trong giao tiếp giữa Arduino và LM35 cảm biến nhiệt độ này, Arduino Uno được sử dụng
để kiểm sốt tồn bộ q 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 tốn Arduino gửi các tính tốn 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 Tốn và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3môn cảm biến 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 khơng 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 Tốn và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3môn cảm biến tru

n

2.2.3. Sơ đồ kết nối các thành phần của hệ thống

2.2.4. Hình ảnh LM35 trên mơ hình thực tế:

6


Lí luận dạy học Tốn và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3môn cảm biến tru

n

2.2.5. Một vài hình ảnh lắp ráp

Mơ hình đang được hồn thiện (cơng đoạn ráp mạch vào khu vườn mini)

7


Lí luận dạy học Tốn và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3môn cảm biến tru

n

II.

Đánh giá STEM:
1. Yếu tố Khoa học
Trong mơ 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 q 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: mơ hình này được thiết kế tưới cây tự động dùng riêng
cho mơ hình trồng hoa. Ngun lí hoạt động của mơ hình dựa vào nhiệt
độ mơi 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 mơ hình trồng hoa thì ngược lại, do ở cây

hoa khơng có khí khổng nên việc tưới nước giữa trời nắng nóng khơng
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 Cơng nghệ
Vấn đề về Cơng nghệ trong q 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 q trình tạo sản phẩm. Phần mềm lập trình Arduino đóng vai trị trung
tâm trong việc đảm bảo mạch có chạy hay khơng 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 tốn kĩ lưỡng đảm bảo hệ thống khơng q rườm rà.
Ngồi ra, nhóm cịn dùng các bìa mơ hình để tạo dựng thành một mơ 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 tốn: cần đo đạc để cắt các bìa mơ hình,
hay tính tốn cần thiết đặt bao nhiêu hệ thống dây tránh lãng phí.
Ngồi ra, nhóm cịn đo nhiệt độ để xem về sai số như sau:
4.1. Đo tăng
Giá trị
thật(oC)
Giá trị (oC) (lấy trong 4 lần đo)
STT
1

30
30
2
34
33.5
3
38
37.7
4
42
41.8
8


Lí luận dạy học Tốn và Khoa học tự nhiên – Bài thu hoạch 3môn cảm biến tru

n

4.2. Đo giảm
Giá trị thật(oC)
STT
1
30
2
34
3
38
4
42
III.

Giá trị (oC) (lấy trong 4 lần đo)
30
33.5
37.7
41.8

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 trị của việc tạo mơ hình tự động
cũng mang tính khả thi cao.
Với mơ hình này cho phép cảm biến nhiệt đo nhiệt độ từ mơi 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 mơ hình

9