›

Khóa luận Thiết kế mô hình mặt trời - trái đất - mặt trăng phục vụ giảng dạy thiên văn học cho học sinh tiểu học và trung học cơ sở

pdf 56 trang thiennha21 16/04/2022 7012
Download
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Khóa luận Thiết kế mô hình mặt trời - trái đất - mặt trăng phục vụ giảng dạy thiên văn học cho học sinh tiểu học và trung học cơ sở", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

  • pdfkhoa_luan_thiet_ke_mo_hinh_mat_troi_trai_dat_mat_trang_phuc.pdf

Nội dung text: Khóa luận Thiết kế mô hình mặt trời - trái đất - mặt trăng phục vụ giảng dạy thiên văn học cho học sinh tiểu học và trung học cơ sở

  1. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ VÕ TRẦN KHOA NGUYÊN THIẾT KẾ MÔ HÌNH MẶT TRỜI – TRÁI ĐẤT – MẶT TRĂNG PHỤC VỤ GIẢNG DẠY THIÊN VĂN HỌC CHO HỌC SINH TIỂU HỌC VÀ TRUNG HỌC CƠ SỞ KHÓA LUẬN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC TP. HỒ CHÍ MINH – 2018
  2. BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH KHOA VẬT LÝ VÕ TRẦN KHOA NGUYÊN THIẾT KẾ MÔ HÌNH MẶT TRỜI – TRÁI ĐẤT – MẶT TRĂNG PHỤC VỤ GIẢNG DẠY THIÊN VĂN HỌC CHO HỌC SINH TIỂU HỌC VÀ TRUNG HỌC CƠ SỞ Ngành: SƯ PHẠM VẬT LÝ Mã số: 102 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC CN. NGUYỄN TẤN PHÁT TP. HỒ CHÍ MINH - 2018
  3. i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin được gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc nhất đến Thầy Nguyễn Tấn Phát, người đã hướng dẫn em xuyên suốt trong quá trình thực hiện khóa luận này. Thầy đã tận tâm, tận tình chia sẻ và chỉ dạy mọi thứ cho em để hoàn thành thật tốt khóa luận. Em xin gửi lời cảm ơn từ tận đáy lòng đến Thầy Nguyễn Hoàng Long đã luôn giúp đỡ, hỗ trợ ý tưởng và kỹ thuật cho mô hình của em hoạt động một cách suôn sẻ và tốt nhất. Bên cạnh đó, em xin gửi lời tri ân đến Thầy Nguyễn Lâm Duy và Thầy Ngô Minh Nhựt đã luôn động viên, quan tâm, hỗ trợ và tạo động lực giúp em những lúc gặp khó khăn. Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các Thầy, Cô giảng viên khoa Vật lý và các khoa của trường Đại học Sư phạm Tp. Hồ Chí Minh đã truyền dạy kiến thức, kinh nghiệm và bản lĩnh nghề nghiệp cho em trong suốt chặng đường bốn năm đại học, các phòng ban, tổ bảo vệ đã tạo điều kiện thuận lợi cho em thực hiện khóa luận này. Cuối cùng, em xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân thương và các bạn trong phòng thí nghiệm Vật lý đại cương nâng cao đã luôn động viên, giúp đỡ, san sẻ về mặt vật chất và tinh thần trong suốt quãng thời gian qua. Em xin chân thành cảm ơn! Thành phố Hồ Chí Minh, ngày 20 tháng 4 năm 2018 Sinh viên Võ Trần Khoa Nguyên
  4. ii MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i MỤC LỤC ii DANH MỤC CÁC BẢNG iv DANH MỤC CÁC HÌNH v MỞ ĐẦU 1 I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1 II. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI 2 IV. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 3 V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 4 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN – CƠ SỞ LÝ THUYẾT 5 1.1. BOARD MẠCH VI XỬ LÝ ARDUINO 6 1.1.1. Tổng quan 6 1.1.2. Giới thiệu board mạch Arduino Uno 8 1.2. CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ VÀ CÁC CẢM BIẾN LIÊN QUAN . 10 1.2.1. LCD 10 1.2.2. Module giao tiếp I2C cho LCD 10 1.2.3. Cảm biến từ Hall sensor KY 024 11 1.3. ĐỘNG CƠ DC VÀ MODULE ĐIỀU KHIỂN 12 1.3.1. Động cơ DC một chiều 12 1.3.2. Module điều khiển động cơ L298 13 1.4. Lý luận dạy học bằng mô hình mô phỏng 14
  5. iii 1.4.1. Khái niệm phương tiện trực quan 14 1.4.2. Phương pháp dạy học trực quan 14 1.4.3. Phương tiện dạy học 15 1.4.4. Mô hình mô phỏng trong dạy học các môn tự nhiên xã hội và dạy học bộ môn Vật lý 17 CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 20 2.1. THIẾT KẾ MÔ HÌNH 20 2.1.1. Sơ đồ khối quá trình thiết kế và chế tạo 20 2.1.2. Hệ bánh răng truyền động 20 2.2. CHẾ TẠO MÔ HÌNH VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 25 2.2.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ mô hình mô phỏng hệ Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng: 25 2.2.2. Đánh giá bộ mô hình khóa luận đã thực hiện 27 2.3. GỢI Ý CÁCH ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TRONG DẠY HỌC 28 2.3.1. Cách thức hoạt động và cách áp dụng mô hình trong dạy học 28 2.3.2. Soạn thảo tiến trình dạy học ở cấp tiểu học một số bài có sử dụng bộ mô hình mô phỏng đã xây dựng 31 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO 46 PHỤ LỤC 48
  6. iv DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 3.1: Các thông số của Arduino Uno R3 [1] 48 Bảng 3.2: Bảng chức năng các chân của LCD [15] 48
  7. v DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1: Mô hình thiên văn của nhà sách thiết bị trường học 5 Hình 1.2: Hình ảnh mô hình sáng tạo dạy học tại một cuộc thi tại Hà Nội. 6 Hình 1.3: Một số board mạch Arduino hiện nay 7 Hình 1.4: Sơ đồ các chân của Arduino Uno [6] 8 Hình 1.5: Sơ đồ khối sử dụng Arduino trong bộ thí nghiệm 9 Hình 1.6: Sơ đồ chân LCD 16x2 [15] 10 Hình 1.7: Module chuyển I2C (a) và màn hình LCD tích hợp I2C (b) 11 Hình 1.8: Module cảm biến từ Hall KY 024 12 Hình 1.9: Sơ đồ chân IC L298 13 Hình 1.10: Tháp hiệu quả sử dụng phương tiện dạy học [8] 16 Hình 2.1: Tóm tắt quá trình thực hiện 20 Hình 2.2: Giao diện phần mềm Gearotic 3x 22 Hình 2.3: Sơ đồ hệ truyền động bằng bánh răng sử dụng trong mô hình 22 Hình 2.4: Sơ đồ hệ truyền động đầy đủ khi gắn vào motor DC 23 Hình 2.5: Sơ đồ khối bộ thí nghiệm 25 Hình 2.6: Một phần hệ truyền động bằng bánh răng 26 Hình 2.7: Quỹ đạo Mặt Trăng và sơ đồ các pha Mặt Trăng 26 Hình 2.8: Mô hình hệ Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng hoàn chình 27 Hình 2.9: Hình ảnh hộp điều khiển 28 Hình 2.10: Mô hình Trái Đất – Mặt Trăng (a) và mô hình Mặt Trời (b) 30 Hình 2.11: 2 cảm biến từ Hall xác định thời điểm nguyệt thực 30
  8. 1 MỞ ĐẦU I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Đất nước Việt Nam chúng ta đang có những sự chuyển mình toàn diện về kinh tế, văn hóa và giáo dục nhằm thực hiện được mục tiêu công nghiệp hóa – hiện đại hóa đất nước. Trong thời đại bùng nổ khoa học và thông tin, tri thức thực tiễn và sáng tạo là một trong những yếu tố then chốt và động lực để phát triển. Do đó, trách nhiệm rèn luyện và phát triển tương lai đất nước của ngành giáo dục và đào tạo là vô cùng to lớn. Giáo dục và đào tạo đã và đang có những thay đổi tích cực thông qua hàng loạt cải cách và đổi mới. Trong Nghị quyết Hội nghị lần thứ 8 của Ban Chấp hành Trung ương nêu rõ: “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại, phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kỹ năng của người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc. Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kỹ năng, phát triển năng lực.” [9]. Trong những năm qua, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã ban hành nhiều đổi mới về nội dung, chương trình, sách giáo khoa, sách tham khảo, dụng cụ và thiết bị dạy học, tăng cường và phát triển các phần mềm dạy học tích cực, tăng cường và đổi mới phương pháp dạy học ở các bậc học khác nhau. Tuy nhiên, việc áp dụng các phương pháp dạy học mới, tích cực vẫn còn gặp nhiều hạn chế khi đội ngũ giáo viên vẫn chưa làm quen và được đào tạo bài bản các phương pháp mới, trang thiết bị dạy học chưa đồng bộ, còn nhiều khó khăn và thiếu sót. Hiện nay, các mô hình phục vụ giảng dạy ở các cấp học còn rất thiếu thốn và hạn chế, đặc biệt là ở bộ môn Vật Lý. Việc giảng dạy Vật Lý thông qua các bộ dụng cụ, mô hình là một trong những phương pháp rất hiệu quả để truyền đạt những kiến thức khó và trừu tượng cho học sinh, đồng thời góp phần phát huy tư duy sáng tạo, năng lực tự tìm tòi, khám phá tri thức của người học.
  9. 2 Trong chương trình Tự nhiên và Xã hội ở cấp bậc tiểu học cũng như chương trình Vật Lý ở cấp bậc trung học cơ sở, thiên văn học là một phần kiến thức rất quan trọng. Tuy nhiên, học sinh chỉ được lĩnh hội các kiến thức ở phần này thông qua đọc chép, học thuộc lý thuyết hoặc quan sát qua tranh ảnh. Các bộ dụng cụ, mô hình phục vụ giảng dạy thiên văn học hiện còn rất hạn chế, chủ yếu là các sản phẩm nước ngoài nên không phù hợp với điều kiện giảng dạy ở nước ta. Từ những lý do nêu trên, đề tài khóa luận “THIẾT KẾ MÔ HÌNH MẶT TRỜI – TRÁI ĐẤT – MẶT TRĂNG PHỤC VỤ GIẢNG DẠY THIÊN VĂN HỌC CHO HỌC SINH TIỂU HỌC VÀ TRUNG HỌC CƠ SỞ” hướng đến việc xây dựng mô hình Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng là một mô hình mô phỏng đơn giản, nhỏ gọn nhưng được thiết kế với các tỉ lệ phù hợp với mục đích giảng dạy của người giáo viên. Mô hình này thể hiện tương đối chính xác tỉ lệ về tốc độ quay, số vòng quay của Trái Đất quanh Mặt Trời và Mặt Trăng quanh Trái Đất nhờ hệ thống bánh răng được truyền động từ một động cơ DC điều khiển bởi board mạch vi xử lý Arduino. Ngoài ra, bộ mô hình này còn thể hiện rõ trục nghiêng của Trái đất là 23,50, từ đó giải thích được hiện tượng các mùa trong năm, các pha của Mặt Trăng và hiện tượng nguyệt thực. Với ưu điểm nhỏ gọn, trực quan, có thể thay đổi được tỉ lệ tốc độ quay của các thiên thể, bộ mô hình này là một công cụ đắc lực cho các giáo viên trong việc giảng dạy các kiến thức thiên văn học cho học sinh cấp bậc tiểu học và trung học cơ sở. II. MỤC ĐÍCH ĐỀ TÀI Xây dựng được mô hình mô phỏng chuyển động tương đối của Mặt Trời, Trái Đất, Mặt Trăng với kích thước, vị trí, khoảng cách và tốc độ quay phù hợp; mô hình nhỏ gọn dễ quan sát cho các nhóm học; có hiển thị tốc độ quay lên LCD trong hộp điều khiển và các nút nhấn giúp người sử dụng dễ thực hiện các thao tác đơn giản.
  10. 3 III. ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU - Đối tượng nghiên cứu: Vi điều khiển Arduino và linh kiện điện tử; động cơ DC; hệ thống truyền chuyển động bằng bánh răng; kiến thức về chuyển động của hệ Mặt Trời, Trái Đất, Mặt Trăng; các tài liệu liên quan về ứng dụng dạy học qua các mô hình mô phỏng. - Phạm vi nghiên cứu: Kiến thức thiên văn học trong chương trình dạy học tự nhiên xã hội cấp tiểu học; chương trình Vật Lý các cấp trung học. IV. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU - Nghiên cứu kiến thức về board mạch vi xử lý Arduino. - Nghiên cứu các kiến thức về linh kiện điện – điện tử căn bản. - Nghiên cứu về các loại động cơ nói chung và động cơ DC nói riêng nhằm xây dựng cấu trúc mô hình. Nghiên cứu mạch điều khiển động cơ L298 để điều khiển động cơ DC. - Mô phỏng và chạy thử bảng mạch điều khiển động cơ trên phần mềm mô phỏng Proteus 8. - Nghiên cứu kỹ về hệ thống truyền động bằng bánh răng trên phần mềm Gearotic 3x nhằm tạo được hệ thống quay ổn định, chắc chắn và chính xác. - Vẽ bảng vẽ và thiết kế hệ thống truyền động bằng bánh răng. Từ đó kết hợp động cơ DC để thiết kế và lắp đặt mô hình mô phỏng. - Nghiên cứu các phương pháp dạy học tích cực hiện nay. - Đánh giá việc ứng dụng mô hình trong một tiết dạy tự nhiên xã hội thông qua giáo án bài dạy. Nêu rõ tính đổi mới thông qua việc sử dụng mô hình trong việc dạy và học. - Đánh giá tổng quan bộ mô hình mô phỏng, nêu ưu và nhược điểm. Từ đó đề xuất cải tiến phù hợp.
  11. 4 V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Tìm hiểu và nghiên cứu tài liệu về Điện– Điện tử, mạch Arduino, động cơ DC, hệ số truyền chuyển động bằng bánh răng. - Phương pháp lấy ý kiến chuyên gia: Tiếp thu ý kiến từ giảng viên hướng dẫn, bạn bè, thầy cô trong khoa cũng như thầy cô đang dạy tại các trường để thiết kế mô hình. - Phương pháp thực nghiệm: Kiểm tra hoạt động của hệ mô hình.
  12. 5 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN – CƠ SỞ LÝ THUYẾT Hiện nay các mô hình thiên văn được sử dụng trên thị trường dạy học chủ yếu là bộ mô hình hệ Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng của nhà sách thiết bị trường học Nguyễn Tri Phương. Hình 1.1: Mô hình thiên văn của nhà sách thiết bị trường học Hệ mô hình trên nhỏ gọn, tuy nhiên trên thực tế chưa quay chính xác về số vòng quay của Trái Đất, Mặt Trăng. Bên cạnh đó mô hình chưa trình bày được các pha và quỹ đạo quay của Mặt Trăng nghiêng khoảng 5°. Hệ mô hình đơn giản được cắm vào nguồn điện 12V-24V, thiếu khả năng tương tác với người sử dụng. Ngoài ra, tại các trường học hiện nay, giáo viên và học sinh chủ yếu học tập kiến thức thiên văn qua các mô hình tự chế tạo và trang trí, thô sơ, đơn giản, tuy nhiên khó quan sát, chủ yếu cung cấp cho học sinh kiến thức về màu sắc, kích thước, vị trí của các thiên thể trong hệ Mặt Trời.
  13. 6 Hình 1.2: Hình ảnh mô hình sáng tạo dạy học tại một cuộc thi tại Hà Nội. Bộ mô hình trong khóa luận của tôi dựa trên ý tưởng xây dựng một hệ cơ truyền động bằng bánh răng, cùng với trung tâm là board mạch vi xử lý điện tử nhằm nhận và phát các tín hiệu khi người sử dụng tương tác với mô hình. Bên cạnh đó mô hình sử dụng thêm các cảm biến nhằm phát hiện tượng đặc biệt xảy ra như nhật thực, nguyệt thực. Sau đây, tôi xin được phép đề cập tới các thiết bị, linh kiện sử dụng trong mô hình là board mạch Arduino, module điều khiển động cơ L298, động cơ DC, màn hình LCD, cảm biến từ Hall, nút nhấn và hệ thống bánh răng truyền chuyển động. 1.1. BOARD MẠCH VI XỬ LÝ ARDUINO 1.1.1. Tổng quan Arduino là một board mạch vi xử lý được làm sẵn và thiết kế chuyên biệt cho những người chuyên và không chuyên vẫn có thể thực hiện lập trình và thao tác điều khiển một cách dễ dàng với các thiết bị điện tử như đèn, động cơ, các cảm biến, Arduino ra đời tại Ivrea Interaction Design Institute tại thị trấn Ivrea, nước Ý và được đặt theo tên một vị vua của nước Ý thế kỷ thứ IX [11]. Được chính thức giới thiệu vào năm 2005 như là một công cụ thử nghiệm và học tập cho sinh viên không chuyên, ngày nay nó đã đạt tới quy mô toàn cầu. Hàng ngàn các đồ án, dự án trên khắp thế
  14. 7 giới, trong đó có Việt Nam đều sử dụng Arduino như là trái tim hoạt động chính. Với phần cứng được thiết kế và gia công sẵn bởi nhà sản xuất cùng với ngôn ngữ lập trình bắt nguồn từ C/C++ phổ biến và đơn giản, người dùng dễ dàng lên ý tưởng và chọn những thứ mình cần, ráp các thiết bị, nối dây vào Arduino và lập trình là có thể hoạt động được. Cùng với sự đơn giản và thuận tiện đó, điểm nổi bật Arduino là môi trường phát triển mở với vô vàn thiết bị hỗ trợ của cộng đồng, các thư viện và các phần mềm đi kèm lớn đến mức có thể xem như hệ sinh thái Arduino. Trải qua nhiều lần thay đổi và phát triển từ những mạch điện tử đơn giản sử dụng cổng RS-232 đến ngày nay là sử dụng Usb, mạch Arduino thực sự là một phần không thể thiếu dành cho học sinh, sinh viên, những người đam mê thiết kế mô hình và thiết bị điện tử. Một board mạch Arduino cung cấp cho người dùng sự tương tác đa dạng với: - Các thiết bị hiển thị (đèn, LCD, Oled, ). - Các thiết bị cảm biến. - Động cơ. - Các module chức năng hỗ trợ. Tùy theo kích thước và mục đích sử dụng mà hãng sản xuất đã có hàng loạt các phiên bản rất đa dạng. Hình 1.3: Một số board mạch Arduino hiện nay
  15. 8 Trong đề tài khóa luận của tôi, tôi sử dụng dòng Arduino cổng Usb hiện nay, đó là board mạch Arduino Uno. 1.1.2. Giới thiệu board mạch Arduino Uno 2.1.2.1. Thông số kỹ thuật Nhắc tới học lập trình và sử dụng Arduino thì cái tên Uno là một cái tên luôn được nhắc đến hàng đầu bởi sự đa dụng và phổ biến của nó trong việc đáp ứng tương đối đầy đủ nhu cầu của người mới học. Arduino Uno mang trong mình vi điều khiển AVR ATmega 328P sử dụng thạch anh có chu kỳ dao động là 16 MHz [4]. Với vi điều khiển này, các chân của Arduino Uno có các đặc điểm sau: - 14 ngõ đầu vào/ra đọc hoặc xuất tín hiệu với mức điện áp từ 0 -5V và dòng vào ra tối đa mỗi chân là 40 mA (từ 0 -13, trong đó có 6 chân cho phép xuất xung PWM (3) với độ phân giải 8 bit). - 6 chân nhận tín hiệu analog (từ A0 – A5). Trên board mạch còn có 1 nút reset, 1 cổng Usb, 1 ngõ cấp nguồn sử dụng jack 2.1mm lấy năng lượng trực tiếp từ nguồn bên ngoài. 68mm 50,5mm Hình 1.4: Sơ đồ các chân của Arduino Uno [6]
  16. 9 2.1.2.2. Chức năng của Arduino trong mô hình Với khả năng linh hoạt làm việc với đa dạng các cảm biến và module hỗ trợ, thiết kế board mạch nhỏ gọn, giá cả phù hợp so với các vi điều khiển khác cũng như vi máy tính - Raspberry Pi. Bên cạnh đó, môi trường lập trình mở của Arduino là Arduino IDE dựa trên nền tảng C/C++ quen thuộc cho những người làm kỹ thuật cũng như học sinh, sinh viên. Đề tài xoay quanh việc điều khiển tốc độ, ngắt/mở động cơ DC qua nút nhấn, từ đó kéo theo việc quay của hệ cơ, hiển thị tốc độ quay lên màn hình LCD. Arduino đóng vai trò trung tâm trong việc thực hiện những nhiệm vụ trên: - Sử dụng các chân digital 2, 3, 4, 5 làm nút nhấn. - Sử dụng các chân 6, 7, 9 có xung PWM nối vào module mạch công suất L298 thực hiện việc điều khiển tốc độ quay động cơ DC. - Sử dụng chân analog A4 (SDA) và A5 (SCL) hỗ trợ giao tiếp I2C LCD. - 2 cảm biến từ Hall sử dụng 2 chân analog là A0 và A1. CẢM BIẾN NÚT NHẤN TỪ HALL BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM ARDUINO UNO R3 MẠCH HIỂN THỊ MÀN CẦU H HÌNH LCD L298 ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC Hình 1.5: Sơ đồ khối sử dụng Arduino trong bộ thí nghiệm
  17. 10 1.2. CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ VÀ CÁC CẢM BIẾN LIÊN QUAN 1.2.1. LCD Trong lập trình, màn hình đóng vai trò là cầu nối giao tiếp giữa người và thế giới điện tử. Các loại màn hình phổ biến hiện nay là LCD, Oled, led, trong đó LCD được sử dụng rộng rãi do giá thành rẻ, dễ lập trình, bên cạnh đó việc hiển thị các ký tự rất đa dạng, có thể làm hình động và hơn thế nữa. Màn hình LCD 16x2 là màn hình có 16 ô mỗi 2 hàng, mỗi một ô có 40 pixel. 44mm 122mm Hình 1.6: Sơ đồ chân LCD 16x2 [15] 1.2.2. Module giao tiếp I2C cho LCD Khi nối trực tiếp các chân LCD vào board Arduino cần tối thiểu 6 chân cắm RS, RW, D4, D5, D6, D7, bên cạnh đó còn thêm các dây điều chỉnh độ tương phản, dây cắm nguồn vào LCD. Do đó, để đơn giản hóa cách kết nối LCD, module điều khiển LCD với giao tiếp I2C ra đời với một số đặc tính tối ưu sau:
  18. 11 - Giảm số dây cắm vào LCD còn 4 dây. - Điều khiển LCD dễ dàng qua giao tiếp I2C. - Tích hợp biến trở nhằm điều chỉnh độ tương phản của màn hình (từ 0- 250). (a) (b) Hình 1.7: Module chuyển I2C (a) và màn hình LCD tích hợp I2C (b) 1.2.3. Cảm biến từ Hall sensor KY 024 Module cảm ứng từ Hall sensor KY 024 là một cảm biến nhận biết từ trường ngoài như nam châm, dây dẫn có dòng điện chạy qua theo nguyên tắc hiệu ứng Hall [3]. Thiết bị có 4 đầu ra, một chân nối đất, một chân nối vào nguồn, 2 chân tín hiệu analog và digital. Thông qua chip A3141, khi gặp vật cản có gắn nam châm hay có từ trường mạnh, module KY 024 sẽ nhận biết từ trường và in tín hiệu analog hoặc tín hiệu digital của giá trị hiệu điện thế Hall truyền tới vi điều khiển nhằm xử lý thông tin. Trong mô hình của tôi sử dụng 2 cảm biến từ Hall nhằm nhận biết hiện tượng nguyệt thực.
  19. 12 Hình 1.8: Module cảm biến từ Hall KY 024 1.3. ĐỘNG CƠ DC VÀ MODULE ĐIỀU KHIỂN 1.3.1. Động cơ DC một chiều Động cơ DC (direct-current motor) là một thiết bị dùng để biến đổi năng lượng dòng điện một chiều thành năng lượng cơ học. Để làm rotor quay liên tục và đúng chiều, một bộ cổ góp điện và chổi than sẽ chuyển mạch dòng điện sau mỗi vị trí ứng với 1/2 chu kỳ [2]. Thông thường để điều khiển tốc độ động cơ DC, người ta sẽ điều chỉnh điện áp đưa vào bằng nhiều cách khác nhau [5]. Và kỹ thuật để thay đổi điện áp đưa vào được thường hay sử dụng đó là phương pháp điều xung-PWM. Trong mô hình đề tài khóa luận này, động cơ được sử dụng là động cơ DC một chiều có gắn hộp giảm tốc. Hộp giảm tốc là một hệ thống bánh răng truyền động. Việc gắn thêm một hộp giảm tốc sẽ giúp cho động cơ có tốc độ quay chậm hơn so với những động cơ DC bình thường khác, thêm vào đó là tăng lực kéo cơ học nhằm giúp học sinh quan sát dễ dàng ở tốc độ vừa phải, mô hình quay được mịn và chính xác hơn.
  20. 13 1.3.2. Module điều khiển động cơ L298 Nhằm điều khiển tốc độ và đảo chiều động cơ, mô hình còn sử dụng module chuyên dụng cho động cơ DC là module L298. Được sử dụng rộng rãi do dễ lập trình và điều khiển, chi phí thấp, IC L298 là mạch cầu đôi có khả năng hoạt động ở điện thế cao, dòng cao [12]. L298 có hai chân enable nhằm cho phép hoặc không có phép mạch cầu hoạt động độc lập với tín hiệu vào. Module L298 có thể điều khiển được 2 động cơ DC, dòng tối đa mỗi động cơ là 2A hoặc 1 động cơ stepper [12]. 43mm 43mm Hình 1.9: Sơ đồ chân IC L298 L298 gồm các chân: - 12V power và 5V power là các chân cấp nguồn trực tiếp đến động cơ. - GND là chân nối đất của nguồn cấp đến động cơ. - A enable (EnA) và B enable (EnB) là các chân lấy tín hiệu PWM từ Arduino để điều khiển tốc độ động cơ. - Input In1-4 là các chân tín hiệu digital từ Arduino đến L298.
  21. 14 - Output A và Output B dùng để nối vào 2 động cơ DC hoặc một động cơ stepper. 1.4. Lý luận dạy học bằng mô hình mô phỏng 1.4.1. Khái niệm phương tiện trực quan Phương tiện trực quan là những công cụ mà giáo viên và học sinh sử dụng trong quá trình dạy học nhằm tạo ra những biểu tượng, hình thành những khái niệm cho học sinh thông qua sự tri giác trực tiếp bằng các giác quan của các em [13]. 1.4.2. Phương pháp dạy học trực quan Dạy học trực quan (hay còn gọi là trình bày trực quan) là phương pháp dạy học sử dụng những phương tiện trực quan, phương tiện kỹ thuật dạy học trước, trong và sau khi nắm tài liệu mới, khi ôn tập, khi củng cố, hệ thống hóa và kiểm tra tri thức, kỹ năng, kỹ xảo [14]. Phương pháp dạy học trực quan được thể hiện dưới hình thức là minh họa và trình bày [14]: - Minh họa thường trưng bày những đồ dùng trực quan có tính chất minh họa như bản mẫu, bản đồ, bức tranh, tranh chân dung, hình vẽ trên bảng, - Trình bày thường gắn liền với việc trình bày thí nghiệm, những thiết bị kĩ thuật, chiếu phim đèn chiếu, phim điện ảnh, băng video. Trình bày thí nghiệm là trình bày mô hình đại diện cho hiện thực khách quan được lựa chọn cẩn thận về mặt sư phạm. Nó là cơ sở, là điểm xuất phát cho quá trình nhận thức - học tập của học sinh, là cầu nối giữa lí thuyết và thực tiễn. Thông qua sự trình bày của giáo viên mà học sinh không chỉ lĩnh hội dễ dàng tri thức mà còn giúp họ học tập được những thao tác mẫu của giáo viên, từ đó hình thành kĩ năng, kĩ xảo,
  22. 15 Ưu điểm của phương pháp dạy học trực quan là: - Giúp học sinh hình thành các khái niệm trên cơ sở quan sát trực tiếp các hiện vật đang học hay đồ dùng trực quan minh họa sự vật. - Giúp học sinh hiểu sâu, nhớ kỹ, đặc biệt là tri thức về hình ảnh trực quan và kinh nghiệm thường được lưu rất sâu trong não bộ. Bên cạnh đó đồ dùng dạy học trực quan giúp học sinh tăng khả năng nhận xét và quan sát sự vật, tăng trí tưởng tượng, tư duy và ngôn ngữ [13]. 1.4.3. Phương tiện dạy học Phương tiện dạy học (còn gọi là đồ dùng dạy học, thiết bị dạy học) là những công cụ giáo viên và học sinh sử dụng trong quá trình dạy học nhằm đạt được mục đích dạy học. Những công cụ này giúp giáo viên tổ chức, điều khiển quá trình dạy học thông qua các hoạt động nhằm nâng cao hiệu quả của việc dạy – học, giúp học sinh lĩnh hội khái niệm, định luật, hình thành các tri thức, kỹ năng, kỹ xảo, thái độ cần thiết [13]. Từ đây ta thấy được phương tiện dạy học là cầu nối giữa người dạy và người học. Thông qua đó, nội dung, mục đích và tri thức từ người dạy được người học tiếp thu một cách trực quan và sống động, làm cho chất lượng học tập được nâng cao rõ rệt. Các loại phương tiện dạy học chủ yếu trong nhà trường hiện nay: - Mẫu vật thật (đồ vật đời sống hằng ngày, thực vật, động vật, khoáng sản, ); các vật mô phỏng (tranh ảnh, mô hình, hình vẽ, phim, ). - Mô hình thí nghiệm và thiết bị thí nghiệm. - Thiết bị đa phương tiện (máy vi tính, máy chiếu, phòng nghe nhìn, ).
  23. 16 Quá trình hình thành kinh nghiệm Chữ viết Ký hiệu Khái quát trừu tượng Tiếng nói Ký hiệu Sơ đồ Ảnh tĩnh Biểu tượng Hình ảnh biểu Ảnh động tượng trực quan Phim kết hợp âm thanh Giả cách Mô phỏng Hoạt động Đóng vai gián tiếp Hoạt động Thật Thí nghiệm trực tiếp Đối tượng, quá trình, hiện tượng thật Hiệu quả sử dụng phương tiện dạy học Hình 1.10: Tháp hiệu quả sử dụng phương tiện dạy học [8] Hình trên được gọi là tháp hiệu quả sử dụng phương tiện dạy học. Trục đứng của tháp miêu tả việc hình thành kinh nghiệm từ hành động trực tiếp tới gián tiếp, sau đó tới biểu tượng và cuối cùng là trừu tượng, tức là đi từ cụ thể đến trừu tượng. Trục ngang miêu tả sự lĩnh hội của học sinh bằng các phương tiện dạy học tương ứng. Khi trình bày một vấn đề, ban đầu nên đưa mẫu thật, đối tượng hay thí nghiệm, là phương pháp hiệu quả nhất giúp học sinh hình dung vấn đề đang tiếp thu. Khi trình bày bằng lời nói, chữ viết sẽ giảm mức độ tiếp thu của học sinh. Do đó chỉ nên sử dụng phương
  24. 17 tiện ký hiệu sau khi đã có các khái niệm, biểu tượng tương quan sẽ giúp học sinh nắm chắc vấn đề đang được học. Khi dạy học, nên áp dụng đa dạng các phương tiện dạy học sẽ là cách tốt nhất đảm bảo tính giáo dục cao [8]. Việc sử dụng hiệu quả các phương tiện dạy học trong phương pháp dạy học trực quan đóng vai trò hết sức cần thiết: - Giúp học sinh hiểu bài và nhớ nội dung bài học tốt hơn. Bên cạnh đó phát huy năng lực tư duy, quan sát và khả năng kết luận vấn đề. - Cụ thể hóa và đơn giản những kiến thức trừu tượng, mô hình hoặc thiết bị phức tạp. - Giáo viên có thể sử dụng các phương tiện dạy học trực quan nhằm giúp tiết học trở nên sinh động, gần gũi với học sinh hơn. Qua đó học sinh vừa học được kiến thức trong nhà trường vừa kết hợp và giải quyết các nội dung thực tiễn. 1.4.4. Mô hình mô phỏng trong dạy học các môn tự nhiên xã hội và dạy học bộ môn Vật lý 1.4.4.1. Mô hình Một trong những cách nhằm thực hiện phương pháp dạy học trực quan, phát huy năng lực sáng tạo và tự học của học sinh là sử dụng mô hình khi dạy học. Khái niệm về mô hình được sử dụng với các định nghĩa rất khác nhau, theo định nghĩa của V.A.Stôphơ trong vật lý học, ta có : “Mô hình là một hệ thống được hình dung trong óc hay được thực hiện một cách vật chất, hệ thống đó phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tượng nghiên cứu hoặc tái tạo nó, bởi vậy việc nghiên cứu mô hình sẽ cung cấp cho ta những thông tin mới về đối tượng” . Do đó mô hình chỉ phản ánh một số tính chất của đối tượng. Đối với cùng một đối tượng, ta có thể có nhiều mô hình khác nhau, tùy thuộc vào tính chất phản ánh hay tư duy của người xây dựng mô hình đó. Vì vậy, mô hình không đồng nhất với
  25. 18 đối tượng mà chỉ là một công cụ nghiên cứu đối tượng [10]. Trong vật lý, mô hình có ba chức năng chính sau: - Mô tả sự vật, hiện tượng - Giải thích các tính chất và hiện tượng có liên quan đến đối tượng. - Tiên đoán các tính chất và hiện tượng mới. 1.4.4.2. Các loại mô hình sử dụng trong vật lý ▪ Mô hình vật chất: Mô hình vật chất là mô hình bằng vật thể, trên đó phản ánh những đặc trưng cơ bản về mặt cơ học, hình học, vật lý học, chức năng học, của đối tượng nghiên cứu. Loại mô hình này có chức năng mô tả và quan sát là chủ yếu, được sử dụng trong giai đoạn đầu của quá trình nhận thức cũng như quá trình dạy học khi cần cho học sinh đi từ những cái cụ thể và chân thực. ▪ Mô hình lý tưởng Mô hình lý tưởng là mô hình trừu tượng. Trên mô hình này, người ta thường chỉ áp dụng những thao tác tư duy lý thuyết. Các mô hình lý thuyết thường có rất nhiều loại, tùy theo mức độ trừu tượng khác nhau, bao gồm: mô hình ký hiệu, mô hình biểu tượng. Loại mô hình này được sử dụng trong quá trình hình thành nhận thức cao nhất của học sinh. 1.4.4.1. Phương pháp mô hình trong dạy học vật lý Việc giảng dạy bộ môn tự nhiên và xã hội cấp tiểu học, bộ môn vật lý cấp trung học không chỉ giới hạn trong việc chỉ truyền tải kiến thức hàn lâm cũng như các công thức tính toán cho học sinh, điều quan trọng không kém là hình thành cho học sinh năng lực tư duy sáng tạo, ham học hỏi, tìm tòi cái mới, nhận xét và đánh giá từ sơ lược tới chuyên sâu về bản chất sự vật hiện tượng trong tự nhiên. Do đó việc tổ chức hoạt động dạy – học ngày nay càng cần phải hướng tới việc dẫn dắt cho học sinh học tập theo cách sáng tạo và tìm tòi của các nhà khoa học. Thông qua đó, học sinh vừa
  26. 19 tiếp thu kiến thức mới, vừa dần hình thành và làm quen với cách xây dựng tri thức khoa học, vừa tự sáng tạo và tìm tòi tri thức riêng cho bản thân mình. Với tinh thần trên thì việc dạy học kết hợp phương pháp dạy học trực quan, cụ thể ở đây là dạy học thông qua các mô hình là một phương pháp cần thiết trong giảng dạy tại các trường hiện nay. Ưu điểm của việc sử dụng mô hình là chức năng nhận thức cao. Giáo viên có thể giúp học sinh hiểu rõ đối tượng nghiên cứu, phát hiện những khái niệm mới, đặc tính mới, quy luật mới vì sử dụng mô hình dạy học sẽ mang tính trực quan, sinh động, hình thành quy luật tư duy logic, dễ gây ấn tượng và thích thú cho học sinh, giúp các em thấy môn học gần gũi với đời sống và yêu thích môn học hơn. Đối với mô hình thật, trong nghiên cứu thì khá hạn chế sử dụng vì thông tin mang lại khi thao tác trên mô hình không nhiều. Trong dạy học thì mô hình thật đóng vai trò quan trọng, đặc biệt là những mô hình vật thể động, mô hình cấu tạo, mô hình trên phim ảnh vì đây là bước đầu cho học sinh quan sát những cái “thật”, những cái có thể và không có thể quan sát trực tiếp được. Ví dụ như mô hình hệ mặt trời, mô hình cấu tạo bên trong động cơ Stirling, mô hình cơ thể sinh vật, mô hình đường sức từ của nam châm, Đối với mô hình lý tưởng, tuy là bước cao và có tác dụng lớn trong quá trình nhận thức nhưng đây là mô hình đòi hỏi ở học sinh một trình độ tư duy trừu tượng nhất định, kiến thức và kinh nghiệm phong phú do đó chỉ phù hợp khi dạy học ở trung học phổ thông, đại học và cao hơn. Trong dạy học phổ thông, tùy theo hoàn cảnh cụ thể của trường, lớp học, nội dung và vấn đề bài dạy, giáo viên cần kết hợp hài hòa đa dạng các phương pháp dạy học phù hợp, bên cạnh đó vẫn đảm bảo phương pháp trực quan cho học sinh.
  27. 20 CHƯƠNG 2: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 2.1. THIẾT KẾ MÔ HÌNH 2.1.1. Sơ đồ khối quá trình thiết kế và chế tạo Bộ mô hình được thiết kế và chế tạo dựa trên các kiến thức điện – điện tử; lập trình C/C++ trên board mạch Arduino; nguyên lý hoạt động của cảm biến từ Hall; cấu tạo, nguyên lý hoạt động của động cơ DC một chiều; nguyên lý truyền chuyển động bằng bánh răng. Quá trình thiết kế và chế tạo bộ mô hình được tóm tắt theo sơ đồ hình 2.1. 1. Nghiên cứu lập trình Arduino. 8. Vận hành, đánh giá và gợi ý hướng dẫn sử dụng cho giáo viên. 2. Viết chương trình điều khiển 7. Lắp ráp hộp điều khiển và động cơ thông qua nút nhấn và các cảm biến vào hệ mô hình. các cảm biến. 3. Nghiên cứu lý thuyết về hệ 6. Xây dụng hệ mô hình Mặ t Trời – Trái Đất – Mặt Trăng. hoàn chỉnh. 4. Nghiên cứu hệ cơ chuyển 5. Lên ý tưởng, vẽ sơ đồ hệ cơ, động bằng bánh răng. tính toán tỷ lệ bánh răng phù hợp. Hình 2.1: Tóm tắt quá trình thực hiện 2.1.2. Hệ bánh răng truyền động Mô hình của khóa luận mô tả đầy đủ và tương đối chính xác các yếu tố sau:
  28. 21 - Trục Trái Đất luôn nghiêng 23,5° theo cùng một hướng khi chuyển động xung quanh Mặt Trời. - Chuyển động Mặt Trăng xung quanh Trái Đất là gần bằng 12 vòng trong một năm. - Trái Đất tự quay quanh trục của mình vào khoảng 393 ngày trong một năm. Mặt Trăng quay quanh hết 1 vòng Trái Đất trong khoảng 29 ngày. - Mặt Trăng chuyển động trên một quỹ đạo nghiêng góc 20° so với phương nằm ngang. - Mặt phẳng quỹ đạo của Mặt Trăng và Trái Đất cắt nhau ở 2 vị trí đặc biệt là điểm nút lên (ascending node) và điểm nút xuống (descending node). Việc đảm bảo các yếu tố trên xảy ra nhằm đáp ứng tương đối chính xác cho mô hình chủ yếu từ một bộ phận rất quan trọng – hệ truyền chuyển động bằng bánh răng. Trong đề tài khóa luận tốt nghiệp, tôi sử dụng phần mềm Gearotic 3x nhằm vẽ và tính toán module, số răng của bánh răng. Bên cạnh đó, phần mềm cho phép bố trí và sắp xếp hệ thống bánh răng theo ý muốn, giúp xây dựng hệ truyền động quay với chiều và tỉ lệ chính xác theo công thức truyền động bằng bánh răng: 푖푣푒 ∏ 푖 = = (−1)퐾 푖푣푒 [7] 푖푣푒푛 ∏푛 푖푣푒푛 Trong đó: Driver: là bánh răng chủ động. Driven: là bánh răng bị động. k: là số cặp bánh răng ngoài với nhau. m: là số bánh răng chủ động. n: là số bánh răng bị động. 푖푣푒 , 푖푣푒푛: là số răng của bánh răng chủ động, bánh răng bị động.
  29. 22 Hình 2.2: Giao diện phần mềm Gearotic 3x Hình 2.3: Sơ đồ hệ truyền động bằng bánh răng sử dụng trong mô hình
  30. 23 Hình 2.4: Sơ đồ hệ truyền động đầy đủ khi gắn vào motor DC Ký hiệu màu sắc trong sơ đồ hệ truyền động: • Màu xanh ngọc bích: bánh răng cố định gắn vào động cơ DC. • Màu xám: hệ bánh răng truyền động gắn trực tiếp vào trục động cơ DC. • Màu đỏ: hệ bánh răng truyền động cho việc tự quay quanh trục của Trái Đất. • Màu vàng: hệ bánh răng truyền động cho việc giữ cho trục trái đất luôn nghiêng 23,5° theo cùng một hướng khi Trái Đất chuyển động xung quanh Mặt Trời. • Màu đen: hệ bánh răng truyền động cho việc quay của Mặt Trăng xung quanh Trái Đất. Trong hệ mô hình trên, bánh răng 80T sẽ đứng yên, 3 bánh răng 40T cùng bánh răng 57T sẽ được nối liền vào trục động cơ DC. Do đó khi trục động cơ quay, hệ bánh răng màu xám sẽ chuyển động quay quanh răng 80T một vòng ngược chiều kim đồng hồ. Theo công thức trên, khi động cơ DC quay một vòng thì bánh răng 57T: 푖푣푒 80.40.40 푖 = = (−1)3. = (−)2 푖푣푒푛 40.40.40
  31. 24 Vậy khi động cơ DC quay hết một vòng, bánh răng 57T sẽ đi được 2 vòng, ngược chiều kim đồng hồ (ngược với bánh răng 80T). Xét tới hệ chuyển động của Trái Đất, Mặt Trăng, trục nghiêng Trái Đất: - Chiều quay và số vòng quay của Trái Đất khi bánh răng 57T quay được 2 vòng: 푖푣푒 57.52.48.48.40.46 푖 = = 2. (−1)6. = (+)393,3 푖푣푒푛 24.32.10.10.26.32 Vậy khi hoàn thành vòng quay 1 năm thì Trái Đất tự quay quanh trục của nó 393,3 vòng (sai số 7,75% nếu giả sử Trái Đất quay 365 ngày), cùng chiều quay với 57T → ngược chiều kim đồng hồ (quay từ Tây sang Đông). - Chiều quay và số vòng quay của Mặt Trăng khi bánh răng 57T quay được 2 vòng: 푖푣푒 57.52.32.26 푖 = = 2. (−1)4. = (+)12,35 푖푣푒푛 24.32.20.26 Vậy khi hoàn thành vòng quay 1 năm thì Mặt Trăng quay xung quanh Trái Đất 12,35 (sai số 2,92% nếu giả sử Mặt Trăng quay quanh Trái Đất trong 12 tháng), cùng chiều quay với 57T → ngược chiều kim đồng hồ. - Chiều quay và số vòng quay của trục nghiêng Trái Đất khi bánh răng 57T quay được 2 vòng: 푖푣푒 57.52.32.20.10 푖 = = 2. (−1)5. = (−)1 푖푣푒푛 24.32.20.38.65 Vậy khi hoàn thành vòng quay 1 năm thì trục nghiêng Trái Đất tự xoay quanh trục của nó 1 vòng (nghĩa là vị trí trục nghiêng luôn cùng một hướng), ngược chiều quay với 57T → cùng chiều kim đồng hồ. Thông qua việc xây dựng hệ truyền động bằng bánh răng trên, thì mô hình đáp ứng tương đối đầy đủ và chính xác cơ sở lý thuyết cho một mô hình Mặt Trời – Trái Đất – Mặt trăng.
  32. 25 2.2. CHẾ TẠO MÔ HÌNH VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 2.2.1. Sơ đồ nguyên lý hoạt động của bộ mô hình mô phỏng hệ Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng: Nút nhấn Cảm biến điều khiển từ Hall ARDUINO UNO R3 Xuất dữ liệu ra Mạch điều màn hình LCD khiển L298 Điều khiển động cơ DC HỆ CƠ CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH Hình 2.5: Sơ đồ khối bộ thí nghiệm
  33. 26 Hình 2.6: Một phần hệ truyền động bằng bánh răng Hình 2.7: Quỹ đạo Mặt Trăng và sơ đồ các pha Mặt Trăng
  34. 27 Hình 2.8: Mô hình hệ Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng hoàn chình 2.2.2. Đánh giá bộ mô hình khóa luận đã thực hiện Bộ mô hình Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng là bộ mô hình đáp ứng đầy đủ các nhu cầu và nội dung bài học trong chương trình hiện nay về kiến thức liên quan tới Trái Đất cũng như Mặt Trăng ở các cấp tiểu học và trung học. Ngoài ra, bên cạnh việc bổ sung và hoàn thiện hơn các mô hình dạy học thiên văn khác, mô hình còn có thêm các tính năng hữu ích khác đó là có hộp điều khiển, tăng khả năng tương tác cho người sử dụng. Thông qua hộp điều khiển, người sử dụng có thể tự do khiển tốc độ chuyển động của mô hình theo ba mức đã được quy định. Bên cạnh đó, việc xây dựng hệ truyền động theo bánh răng giúp tăng độ chính xác của mô hình, đảm bảo đúng kiến thức cho giảng dạy. Với kích thước vòng quay nhỏ, sinh động và bắt mắt, mô hình phù hợp cho hoạt động nhóm, dạy học theo góc, dạy học theo phương pháp quan sát, Tuy nhiên, bộ mô hình cũng còn có những nhược điểm sau: hệ truyền động bằng bánh răng xây dựng chưa tối ưu, do đó mô hình chưa diễn tả chính xác hiện tượng nguyệt thực, chưa diễn tả được hiện tượng nhật thực. Ngoài ra, bộ mô hình chưa có
  35. 28 lắp đặt bộ đếm ngày quay, do đó việc tính toán số ngày chỉ dựa theo lý thuyết tỷ số truyền bánh răng. Một điểm trừ là bộ mô hình chưa thật sự nhỏ gọn và bắt mắt, khó gây thu hút và hứng thú cho học sinh. 2.3. GỢI Ý CÁCH ỨNG DỤNG MÔ HÌNH TRONG DẠY HỌC 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. Hình 2.9: Hình ảnh hộp điều khiển
  36. 29 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
  37. 30 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. (a) (b) Hình 2.10: Mô hình Trái Đất – Mặt Trăng (a) và mô hình Mặt Trời (b) (a) (b) Hình 2.11: 2 cảm biến từ Hall xác định thời điểm nguyệt thực
  38. 31 2.3.2. Soạn thảo tiến trình dạy học ở cấp tiểu học một số bài có sử dụng bộ mô hình mô phỏng đã xây dựng Nội dung dạy học về kiến thức Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng trong chương trình cấp tiểu học là chủ đề “ Bầu trời và Trái Đất”, có tổng cộng 7 bài: - Bài 58: Mặt trời. - Bài 59: Trái Đất. Quả địa cầu. - Bài 60: Sự chuyển động của Trái Đất. - Bài 61: Trái Đất là hành tinh trong hệ Mặt Trời. - Bài 62: Mặt Trăng là vệ tinh của Trái Đất. - Bài 63: Ngày và đêm trên Trái Đất. - Bài 64: Năm tháng và mùa. Thông qua chủ đề này cần nêu lên và giới thiệu tổng quan về Trái Đất, cũng như giới thiệu các hiện tượng liên quan giữa Trái Đất và Mặt Trời. Chính vì vậy mà việc sử dụng mô hình trong dạy học về chủ đề này sẽ có nhiều tác dụng trong tổ chức các hoạt động học tập phát huy năng lực sáng tạo và quan sát của học sinh. Trong đề tài khóa luận, tôi tiến hành thực hiện giáo án tiến trình dạy học một số bài trong chủ đề “Bầu trời và Trái Đất” có sử dụng mô hình hệ Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng.
  39. 32 Bài 63: NGÀY VÀ ĐÊM TRÊN TRÁI ĐẤT A. Mục tiêu, hình thức tổ chức, phương pháp dạy - học, đồ dùng dạy học: 1. Mục tiêu - HS nêu được: • Thời gian để Trái Đất quay quanh mình nó là 01 ngày, 01 ngày có 24 giờ - HS giải thích được: • Hiện tượng ngày và đêm trên Trái Đất. • Khắp nơi trên Trái Đất đều có ngày và đêm kế tiếp nhau không ngừng. - HS hình thành một số kỹ năng khoa học cơ bản: • Kỹ năng quan sát, diễn đạt bằng lời nói, chữ viết, hình ảnh, • Kỹ năng hợp tác làm việc nhóm. - HS có thái độ tích cực, ham học hỏi, hứng thú tìm hiểu các hiện tượng trong đời sống tự nhiên. - Yêu thích học tập môn Tự nhiên – Xã hội. 2. Hình thức tổ chức - Tiết học được tổ chức trong lớp học. - Hoạt động cá nhân, nhóm, toàn lớp. 3. Phương pháp dạy - học - Phương pháp quan sát - Phương pháp đàm thoại - Trò chơi học tập 4. Đồ dùng dạy - học - Sách TNXH (lớp 3) - Mô hình Hệ Mặt trời, Trái Đất, Mặt Trăng. - Giáo án điện tử - Bảng nhóm, bút lông - Hình vẽ 3 HS có thể dán lên mô hình Trái Đất - Phiếu học tập - Bảng con B. Các hoạt động dạy - học chủ yếu 1. Hoạt động 1: - Mục tiêu: Kiểm tra bài cũ. - Hình thức tổ chức: Cá nhân, toàn lớp - Phương pháp dạy - học: Phương pháp đàm thoại - Đồ dùng dạy - học: Bảng con
  40. 33 - Thực hiện hoạt động: Hoạt động mong đợi Hoạt động của giáo viên ở học sinh ➢ BƯỚC 1: Ổn định lớp: - Tổ chức trò chơi “Thầy mời”. ➢ BƯỚC 2: KIỂM TRA BÀI CŨ - GV yêu cầu HS lấy bảng con. - HS lấy bảng con - Để thử xem lớp chúng ta đã hiểu bài học như thế nào, cô sẽ có hai câu hỏi dành cho cả lớp. • Trái Đất tham gia đồng thời mấy chuyển động? • Đó là những chuyển động nào? • Những chuyển động đó theo chiều nào? - GV yêu cầu HS đọc to yêu cầu câu hỏi và lựa - HS đọc to yêu cầu và trả lời chọn đáp án đúng. câu hỏi - GV mời các HS khác nhận xét, bổ sung (nếu có). Cuối cùng, GV nhận xét, bổ sung và chốt lại. - GV nhận xét chung về phần kiểm tra bài cũ. 2. Hoạt động 2: - Mục tiêu: • HS giải thích được: Hiện tượng ngày và đêm trên Trái Đất. • HS hình thành một số kỹ năng khoa học cơ bản: Kỹ năng quan sát, diễn đạt bằng lời nói, chữ viết, hình ảnh, ; Kỹ năng hợp tác làm việc nhóm. • HS có thái độ tích cực, ham học hỏi, hứng thú tìm hiểu các hiện tượng trong đời sống tự nhiên. - Hình thức tổ chức: Cá nhân, nhóm đôi, toàn lớp - Phương pháp dạy - học: • Phương pháp đàm thoại • Phương pháp quan sát - Đồ dùng dạy - học: • Mô hình hệ Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng • Hình vẽ 3 HS. • Phiếu học tập - Thực hiên hoạt động:
  41. 34 Hoạt động của giáo viên Hoạt động mong đợi ở học sinh - GV GIỚI THIỆU BÀI MỚI o Theo như bài trước, lớp chúng ta đã biết được rằng Trái Đất đồng thời tham gia 02 chuyển động: chuyển động tự quay quanh mình và chuyển động quanh Mặt Trời. o Vậy khi Trái Đất tự quay quanh mình hiện tượng gì sẽ xảy ra trên Trái Đất? o Ở bài học hôm nay, chúng ta sẽ cùng tìm hiểu để biết hiện tượng gì sẽ xảy ra trên chính Trái Đất khi Trái Đất tự quay quanh mình. - GV yêu cầu các nhóm HS thực hiện quan sát mô hình hệ Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng thảo luận, - Quan sát, thảo luận: trả lời câu hỏi. (Tắt đèn để quan sát được rõ hơn) • Ở tiết học trước, các con đã được làm quen, quan sát mô hình hệ Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng và biết được Trái đất của chúng ta luôn chuyển động không ngừng. • Bây giờ, thầy mời cả lớp cùng quan sát mô hình và thảo luận với bạn cùng bàn trả lời: o Trong khi Trái Đất quay tự quay quanh mình và quay quanh Mặt Trời: a) Mặt Trời có lúc nào cũng chiếu sáng toàn bộ bề mặt Trái Đất không? Tại - Không, vì Trái Đất hình cầu sao? nên Mặt Trời chỉ chiếu sáng Đố cả lớp, trong cuộc sống của chúng ta: được 1 phần. b) Khoảng thời gian phần Trái Đất được - Ban ngày Mặt Trời chiếu sáng gọi là gì? - Ban đêm. c) Khoảng thời gian phần Trái Đất không được Mặt Trời chiếu sáng gọi là gì? - HS nhận xét - GV cho HS nhân xét - Mở rộng: (đính hình ảnh lên Trái Đất, cho mô hình dừng lại) - HS quan sát trả lời dựa theo mô hình.
  42. 35 • Giả sử thầy có bạn Nguyên, bạn John và bạn Kally. • Dựa theo mô hình, các con cho thầy biết nơi mà bạn Nguyên bạn Kally và bạn John đang ở là ban ngày hay ban đêm? Kết luận: Trái Đất của chúng ta hình cầu, nên Mặt Trời chỉ chiếu sáng được 1 phần. Khoảng thời gian phần Trái Đất được Mặt Trời chiếu sáng gọi ban ngày. Và khoảng thời gian phần Trái Đất không được Mặt Trời chiếu sáng gọi là ban đêm. 3. Hoạt động 3: - Mục tiêu: • HS giải thích được: Khắp nơi trên Trái Đất đều có ngày và đêm kế tiếp nhau không ngừng. • HS có thái độ ham học hỏi, hứng thú với các hiện tượng trong đời sống tự nhiên. - Hình thức tổ chức: Cá nhân, nhóm đôi, toàn lớp - Phương pháp dạy - học: • Phương pháp đàm thoại • Phương pháp quan sát - Đồ dùng dạy - học: • Bút lông • Mô hình hệ Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng • Phiếu học tập - Hoạt động của GV và HS Hoạt động của giáo viên Hoạt động mong đợi ở học sinh - GV cho HS thực hành: Quan sát điểm A lần - HS quan sát theo nhóm lượt đi vào và đi ra khỏi vùng được chiếu sáng và rút ra kết luận. • Thầy có điểm A được đánh dấu trên Trái Đất. Các nhóm hãy quan sát điểm A và Không. cho biết: o Có phải lúc nào điểm A cũng được chiếu sáng không? Điểm A đi từ vùng sáng vào vùng tối. Vì Trái Đất tự quay
  43. 36 o Nếu không, các con hãy cho biết sự quanh mình và quay quanh Măt khác biệt và nguyên nhân dẫn đến sự Trời. khác biệt đó khi Trái Đất tự quay quanh mình và quay quanh Mặt Trời. o Sau đó, điền vào phiếu học tập. - GV cho HS nhân xét. Kết luận: Do Trái Đất tự quay quanh mình nên mọi nơi trên Trái Đất đều lần lượt được Mặt Trời chiếu sáng rồi lại vào bóng tối. Vì vậy trên bề mặt Trái Đất có ngày, đêm nối tiếp nhau không ngừng. 4. Hoạt động 4: - Mục tiêu: • HS nêu được: Thời gian để Trái Đất quay quanh mình nó là 01 ngày có 24 giờ. • HS có thái độ ham học hỏi, hứng thú với các hiện tượng trong đời sống tự nhiên. - Hình thức tổ chức: Cá nhân, nhóm đôi, toàn lớp - Phương pháp dạy - học: • Phương pháp đàm thoại • Phương pháp quan sát - Đồ dùng dạy - học: • Mô hình hệ Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng • Phiếu học tập - Thực hiện hoạt động: Hoạt động của giáo viên Hoạt động mong đợi ở học sinh - GV cho HS quan sát, dựa vào hiểu biết của học - HS quan sát, dựa vào hiểu biết sinh và đưa ra kết luận: của học sinh và đưa ra kết luận. • Từ điểm A, thầy cho Trái Đất quay đúng một vòng, có nghĩa là từ điểm đánh dấu trở về vị trí cũ. • Trong thực tế của chúng ta, nếu từ khi bắt - 24 giờ. đầu trời sáng (khoảng 5g sáng) đến chuyển sang tối khuya và trở lại đúng khi bắt đầu sáng (khoảng 5g sáng) là bao lâu?
  44. 37 • Và 1 vòng của Trái Đất tự quay quanh mình được quy ước đó là 01 ngày – 24 giờ. • Vậy Thời gian để Trái Đất quay được một vòng quanh mình nó là một ngày một ngày có 24 giờ. - Mở rộng vấn đề: Các con hãy tưởng tượng nếu Nơi đó sẽ có ngày 24 giờ, nơi Trái Đất ngừng quay quanh mình thì ngày và đêm khác sẽ có đêm 24 giờ. trên Trái Đất như thế nào? - Có những nơi trên Trái Đất sẽ có ngày 24 giờ hoặc đêm 24 giờ. 5. Hoạt động 5: - Mục tiêu: • Củng cố nội dung đã học. - Phương pháp: Trò chơi học tập - Hình thức tổ chức: Cá nhân, toàn lớp - Đồ dùng day học: Bài trình chiếu trò chơi. - Thực hiện hoạt động: Hoạt động của giáo viên Hoạt động mong đợi ở học sinh Trò chơi “Ô số may mắn” với các câu hỏi: HS trả lời câu hỏi. 1. Cùng 1 lúc, Mặt Trời chiếu sáng bề 1. Một phần mặt Trái Đất 2. 1 ngày, 24 giờ 2. Trái Đất quay 1 vòng quanh mình là bao 3. Trái Đất luôn tự quay lâu? quanh mình 3. Vì sao trên bề mặt Trái Đất có ngày, đêm 4. Ban ngày. Ban đêm. nối tiếp nhau không ngừng? 4. Khoảng thời gian phần Trái Đất được Mặt Trời chiếu sáng gọi là gì? Khoảng thời gian phần Trái Đất không được Mặt Trời chiếu sáng gọi là gì? Đằng sau các ô số chính là bức tranh gợi ý cho bài học sau “Năm, tháng, mùa”. 6. Hoạt động 6:
  45. 38 - Nhận xét tiết học - Dặn dò: • Mang theo bút màu, giấy A4. • Chuẩn bị bài “Năm, tháng, mùa” Bài dạy 64: NĂM, THÁNG VÀ MÙA A. Mục tiêu, hình thức tổ chức, phương pháp dạy - học, đồ dùng dạy học: 1. Mục tiêu - HS nêu được: • Thời gian để Trái Đất chuyển động được một vòng quanh Mặt Trời là 01 năm, 01 năm thường có 365 ngày và được chia thành 12 tháng, 01 năm thường có 04 mùa. - HS giải thích được: • Hiện tượng ngày, tháng, năm và các mùa. - HS hình thành một số kỹ năng khoa học cơ bản: • Kỹ năng quan sát, diễn đạt bằng lời nói, chữ viết, hình ảnh, • Kỹ năng hợp tác làm việc nhóm. - HS có thái độ tích cực, ham học hỏi, hứng thú tìm hiểu các hiện tượng trong đời sống tự nhiên. - Yêu thích học tập môn Tự nhiên – Xã hội. 2. Hình thức tổ chức - Tiết học được tổ chức trong lớp học. - Hoạt động cá nhân, nhóm, toàn lớp. 3. Phương pháp dạy - học - Phương pháp quan sát - Phương pháp đàm thoại - Trò chơi học tập 4. Đồ dùng dạy - học - Mô hình Mặt trời, Trái Đất, Mặt trăng. - Giáo án điện tử - Bảng phụ - Thẻ từ, Bảng câu hỏi. - Phiếu học tập
  46. 39 - Phiếu hướng dẫn - Bút màu - Giấy A4 - Hồ dán - Tranh ảnh các mùa. - Hình ảnh học sinh B. Các hoạt động dạy - học chủ yếu 1. Hoạt động 1: - Mục tiêu: Kiểm tra bài cũ. - Hình thức tổ chức: Cá nhân, toàn lớp - Phương pháp dạy - học: Phương pháp đàm thoại - Đồ dùng dạy - học: Thẻ từ, Bảng câu hỏi. - Thực hiện hoạt động: Hoạt động của giáo viên Hoạt động mong đợi ở học sinh ➢ BƯỚC 1: Ổn định lớp: Cả lớp hát bài “Trái - Hát tập thể. Đất này là của chúng mình” ➢ BƯỚC 2: KIỂM TRA BÀI CŨ Chơi trò chơi “Nhà khoa học thông thái” GV sẽ cử thành viên bất kỳ từ các nhóm thi đua điền cái thẻ từ vào chỗ trống thích hợp. HS gắn thẻ từ vào chỗ còn trống. 5. Cùng 1 lúc, Mặt Trời chiếu sáng bề 5. Một phần mặt Trái Đất 6. 1 ngày, 24 giờ 6. Trái Đất quay 1 vòng quanh mình là 7. Trái Đất luôn tự quay quanh 7. Vì . nên trên bề mặt Trái Đất có ngày, mình đêm nối tiếp nhau không ngừng. 8. Ban ngày. Ban đêm. 8. Khoảng thời gian phần Trái Đất được Mặt Trời chiếu sáng gọi là Khoảng thời gian phần Trái Đất không được Mặt Trời chiếu sáng gọi là Các nhóm chấm chéo cho nhau. Sau đó, GV nhận xét, ghi điểm. 2. Hoạt động 2: - Mục tiêu:
  47. 40 • HS giải thích được hiện tượng Trái Đất chuyển động được một vòng quanh Mặt Trời là 01 năm, 01 năm có 12 tháng. • HS hình thành kỹ năng hợp tác làm việc nhóm. • HS có thái độ tích cực, ham học hỏi, hứng thú tìm hiểu các hiện tượng trong đời sống tự nhiên. - Hình thức tổ chức: Cá nhân, nhóm, toàn lớp - Phương pháp dạy - học: • Phương pháp đàm thoại • Phương pháp quan sát - Đồ dùng dạy - học: • Mô hình hệ Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng • Phiếu học tập - Thực hiên hoạt động: Hoạt động của giáo viên Hoạt động mong đợi ở học sinh - GV GIỚI THIỆU BÀI MỚI: Ở bài học trước, các con đã biết Trái Đất thực hiện 02 chuyển động: tự quay quanh mình và tự quay quanh Mặt Trời. Trái Đất tự quay quanh mình được 01 vòng chính là 01 ngày đêm trên Trái Đất. Vậy Trái Đất quay được 01 vòng xung quanh Mặt Trời là bao lâu và có những hiện tượng gì sẽ xuất hiện trên Trái Đất khi nó thực hiện quay 1 vòng xung quanh Mặt Trời, thầy mời cả lớp cùng đến với bài học ngày hôm nay “Năm, tháng, mùa”. - GV yêu cầu HS quan sát mô hình Hệ Mặt - HS quan sát và điền vào phiếu Trời Trái Đất Mặt Trăng, dự đoán và điền vào bài tập phiếu hoc tập. Theo em, khi chuyển động được một vòng quanh Mặt Trời, Trái Đất đã tự quay quanh mình được bao nhiêu vòng? - GV gọi vài HS trả lời câu hỏi trước lớp: - 365 hoặc 366 ngày, 12 tháng
  48. 41 • Một năm thường có bao nhiêu ngày, bao nhiêu tháng? - HS lắng nghe - GV dẫn dắt: • Thời gian Trái Đất tự quay quanh mình là 1 ngày. (tiết học trước) • 1 năm có 365 hoặc 366 ngày. Kết luận: Thời gian để Trái Đất chuyển động được một vòng quanh Mặt Trời là một năm, 12 tháng. 3. Hoạt động 3 - Mục tiêu: • HS giải thích được: Hiện tượng các mùa. • HS giải thích được hiện tượng Trái Đất chuyển động được một vòng quanh Mặt Trời là 01 năm, 01 năm có 12 tháng. • HS hình thành kỹ năng hợp tác làm việc nhóm. • HS có thái độ tích cực, ham học hỏi, hứng thú tìm hiểu các hiện tượng trong đời sống tự nhiên. - Hình thức tổ chức: Cá nhân, nhóm, toàn lớp - Phương pháp dạy - học: • Phương pháp đàm thoại • Phương pháp quan sát - Đồ dùng dạy - học: • Mô hình hệ Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng • Phiếu học tập • Quả địa cầu mô hình bằng xốp (đường kính khoảng 4cm có cắm trục nghiêng. - Thực hiện hoạt động: Hoạt động mong đợi Hoạt động của giáo viên ở học sinh - Cả lớp cùng quan sát mô hình Hệ Mặt Trời, - HS quan sát mô hình Hệ Mặt Trái Đất, Mặt Trăng và thảo luận nhóm điền vào Trời, Trái Đất, Mặt Trăng và phiếu học tập: thảo luận nhóm điền vào phiếu + Quan sát và cho biết trục của Trái Đất như thế học tập: nào khi Trái Đất chuyển động? Vẽ trục của Trái + Không đổi
  49. 42 Đất vào hình vẽ dựa theo những gì các con quan sát được từ mô hình. + Quan sát mô hình Hệ Mặt Trời, Trái Đất và + HS tô màu. Mặt Trăng: HS hãy tô màu (vàng, cam, ) cho vùng nhận được nhiều ánh sáng, nhiệt độ từ phía Mặt Trời vào 4 quả địa cầu ứng với 4 vị trí trên. + Quan sát mô hình Hệ Mặt Trời, Trái Đất và Mặt Trăng với vòng xoay các mùa. HS điền vào chỗ trống các từ thích hợp: Trong 1 năm, có một thời gian bán cầu Bắc Trong 1 năm, có một thời gian nghiêng về phía Mặt Trời. Thời gian đó, bán cầu bán cầu Bắc nghiêng về phía Bắc là ; còn ở bán cầu Nam là Mặt Trời. Thời gian đó, bán cầu Ngược lại, khi bán cầu Nam là thì bán cầu Bắc là mùa hạ; còn ở bán cầu Bắc là Nam là mùa đông. Khoảng thời gian chuyển giữa mùa Ngược lại, khi bán cầu Nam là sang là mùa thu; giữa sang mùa hạ thì bán cầu Bắc là mùa . là mùa xuân. đông. Khoảng thời gian chuyển giữa mùa hạ sang mùa đông là mùa Kết luận: Trục Trái Đất luôn nghiêng về 1 thu; giữa mùa đông sang mùa phía. Trong 1 năm, có một thời gian bán cầu hạ. là mùa xuân. Bắc nghiêng về phía Mặt Trời. Thời gian đó, bán cầu Bắc là mùa hạ; còn ở bán cầu Nam là mùa đông. Ngược lại, khi bán cầu Nam là mùa hạ thì bán cầu Bắc là mùa đông. Khoảng thời gian chuyển giữa mùa hạ sang mùa đông là mùa thu; giữa mùa đông sang mùa hạ là mùa xuân.
  50. 43 4. Hoạt động 4 - Mục tiêu: • Củng cố nội dung bài học. • HS giải thích được hiện tượng Trái Đất chuyển động được một vòng quanh Mặt Trời là 01 năm, 01 năm có 12 tháng. • HS hình thành kỹ năng hợp tác làm việc nhóm. • HS có thái độ tích cực, ham học hỏi, hứng thú tìm hiểu các hiện tượng trong đời sống tự nhiên. - Hình thức tổ chức: Cá nhân, nhóm, toàn lớp - Phương pháp dạy - học: • Phương pháp đàm thoại • Phương pháp quan sát • Trò chơi học tập - Đồ dùng dạy - học: • Mô hình hệ Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng • Phiếu hướng dẫn • Bút màu • Giấy A4 • Hồ dán • Tranh ảnh các mùa • Hình ảnh học sinh - Thực hiện hoạt động: Hoạt động mong đợi ở học Hoạt động của giáo viên sinh - GV hướng dẫn cho HS làm sản phẩm Cây bốn - HS làm sản phẩm. mùa bằng sơ đồ tư duy các thông tin cần nhớ. - Cả lớp tham gia Trò chơi “Vòng quay bốn - HS quan sát, suy luận và chạy mùa”: Chia lớp học thành 4 góc, mỗi góc ứng đến góc thể hiện. với 01 mùa. Các em học sinh được chia thành 8 nhóm ứng với 8 hình ảnh bạn nhỏ trên Trái Đất. Khi mô hình di chuyển và dừng lại, vị trí của bạn nhỏ trên mô hình Trái Đất trong mô hình Hệ Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng dừng lại ở vị trí là
  51. 44 mùa nào – các em học sinh ở nhóm đó sẽ đứng vào góc thể hiện mùa đó. - GV tổng kết nội dung bài và nhận xét. 5. Hoạt động 5: - Nhận xét tiết học - Dặn dò: • Chuẩn bị bài “Các đới khí hậu”
  52. 45 CHƯƠNG 3: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Mô hình hệ Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng đã tóm tắt trong bản thân nó một lượng kiến thức tương đối đầy đủ, chi tiết và cặn kẽ. Mô hình có tính ứng dụng cao trong dạy học ở tiểu học, trung học cơ sở và trung học phổ thông, mang nhiều tính năng nổi bật với khả năng tương tác cho người sử dụng thông qua một hộp điều khiển có các nút nhấn và màn hình LCD. Hiện nay, các mô hình thiên văn học của hệ thống nhà sách thiết bị trường học chưa đảm bảo tính chính xác, lượng tri thức thu được còn hạn chế. Riêng đối với mô hình mà tôi xây dựng, do được lắp đặt hệ thống truyền động bằng bánh răng chi tiết và tương đối chính xác, nên mô hình biểu diễn và cung cấp kiến thức tương đối chuẩn, trực quan hơn, dễ sử dụng trong giảng dạy và nghiên cứu. Với định hướng phát triển và ứng dụng trong dạy học, bộ mô hình đáp ứng tốt nhu cầu giảng dạy các môn Tự nhiên và Xã hội, Vật lý, Địa lý và các môn học khác ở các cấp tiểu học và trung học cơ sở. Thông qua các mô hình trực quan như trên, khóa luận hy vọng sẽ góp phần đổi mới trong phương pháp dạy học đáp ứng nhu cầu phát triển năng lực tự học và sáng tạo mà Bộ Giáo dục đã đề ra. Bên cạnh đó, mô hình mong muốn sẽ là công cụ đắc lực trong việc phát triển và nghiên cứu thiên văn học cho giới trẻ. Trong tương lai, mô hình cần chỉnh sửa và hoàn thiện hơn với việc xây dựng thêm hệ cơ giúp quỹ đạo của Trái Đất chuyển động theo elip, một yếu tố giúp tăng độ chính xác và chuẩn kiến thức. Bên cạnh đó, mô hình cần phát triển và cải tiến việc xác định thời điểm quay, thời điểm nhật thực, nguyệt thực, bộ đếm thời gian chuyển động của Trái Đất. Mô hình cần xây dựng hệ cơ mới phù hợp, từ đó có thể phát triển thành một hệ mô hình vũ trụ - Orrery hoàn chỉnh.
  53. 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Arduino Uno R3 là gì, truy cập ngày 28/3/2018. [2] Basic Motor Information, 00004/, truy cập ngày29/3/2018. [3] Electricity and Magnetism, Hall.html , truy cập ngày 10/4/2018. [4] Introduction to Arduino Uno (uses AVR ATMega 328), introduction-arduino-uno-uses-avr-atmega328/, truy cập ngày 28/3/2018. [5] Know about 3 important ways for DC motor speed control, com/what-are-the-best-ways-to-control-the-speed-of-dc-motor/, truy cập ngày 18/4/2018. [6] Overview Arduino Uno R3, truy cập ngày 29/3/2018. [7] Th.S Trương Quang Trường, Bài giảng: Nguyên lý máy-chương 9: Cơ cấu bánh răng, banh%20rang.pdf, truy cập ngày 10/4/2018, [8] Bruner, J.S ((1974): Learning Through Experience and Learning Through Media, In: Olso, Media and Symbols. The 73rd Yearbook of the NSSE, I, ChiKago.pp. 120- 150. [9] Nghị quyết Hội nghị Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo (2013), tr.5. [10] Ngô Quốc Thịnh, Lý luận dạy học Vật lý ở trường THPT, Nxb Hà Nội, tr. 75. [11] Phạm Quang Huy, Nguyễn Trọng Hiếu (2016), Vi điều khiển và ứng dụng Arduino dành cho người tự học, NXB Bách khoa Hà Nội.
  54. 47 [12] STMicroelectronics (2000), L298 – Dual full-bridge driver, p.1. [13] Thái Tuy Duyên (2008), Phương pháp dạy học truyền thống và đổi mới, Nxb Giáo Dục. [14] Trần Đình Châu – Đặng Thu Thủy – Phan Thị Luyến, Tài liệu bồi dưỡng thường xuyên giáo viên THPT - Module THPT 18:Phương pháp dạy học tích cực, tr. 85-87. [15] Xiamen Amotec Display (2009), Specifications of LCD module, China.
  55. 48 PHỤ LỤC Bảng 3.1: Các thông số của Arduino Uno R3 [1] ĐẶC ĐIỂM THÔNG SỐ SẢN PHẨM Vi điều khiển ATmega328 họ 8bit Điện áp hoạt động 5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB) Tần số hoạt động 16 MHz Dòng tiêu thụ khoảng 30mA Điện áp vào khuyên dùng 7-12V DC Điện áp vào giới hạn 6-20V DC Số chân Digital I/O 14 (6 chân hardware PWM) Số chân Analog 6 (độ phân giải 10bit) Dòng tối đa trên mỗi chân I/O 30 mA Dòng ra tối đa (5V) 500 mA Dòng ra tối đa (3.3V) 50 mA Bộ nhớ flash 32 KB (ATmega328) với 0.5KB dùng bởi bootloader SRAM 2 KB (ATmega328) EEPROM 1 KB (ATmega328) Bảng 3.2: Bảng chức năng các chân của LCD [15] CHÂN KÝ HIỆU CHỨC NĂNG 1 Vss Chân nối đất của LCD. 2 VDD Chân nối nguồn dương. 3 V0 Chân chọn độ tương phản của màn hình thông qua một biến trở.
  56. 49 4 RS Chân chọn thanh ghi của LCD. Cụ thể - RS=0 thì LCD ở chế độ như xóa màn hình, bật tắt con trỏ. - RS=1 thì LCD ở chế độ ghi dữ liệu. 5 R/W Chân chọn chế độ đọc ghi. Khi R/W=0 thì LCD hoạt động ở chế độ ghi và khi R/W=1 thì LCD hoạt động ở chế độ đọc. 6 E Chân cho phép (Enable) được sử dụng để LCD chốt dữ liệu khi có dữ liệu truyền đến chân dữ liệu. 7-14 D0 – D7 Các chân dữ liệu 8 bit được gửi lên LCD hoặc đọc nội dung của LCD. 15 Cực dương (VCC) cho đèn nền của LCD. 16 Cực âm (GND) cho đèn nền của LCD.