Giáo án chuyên đề tin học 10 khoa học máy tính kết nối bài 2: Bảng mạch điều khiển và cơ cấu chấp hành

Ngày soạn: …/…/…

Ngày dạy: …/…/…

BÀI 2: BẢNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH (2 TIẾT)

1. MỤC TIÊU
2. Kiến thức

Sau bài học này, HS sẽ:

• Biết được nguyên lí hoạt động và một số bộ phận chính của bảng mạch điều khiển.
• Biết được động cơ là cơ cấu chấp hành chính trong robot.

2. Năng lực

• Năng lực chung:
• Giải quyết được những nhiệm vụ học tập một cách độc lập, theo nhóm và thể hiện sự sáng tạo.
• Góp phần phát triển năng lực giao tiếp và hợp tác qua hoạt động nhóm và trao đổi công việc với giáo viên.
• Năng lực riêng:
• Thông qua các hoạt động, HS hình thành được năng lực phân tích và giải quyết vấn đề, kĩ năng phát triển tư duy lôgic, kĩ năng giao tiếp và trình bày vấn đề.
• Ngoài ra, HS còn có thể phát triển năng lực sáng tạo, năng lực và kĩ năng chia sẻ, năng lực ứng dụng kiến thức đã học vào giải quyết các vấn đề thực tế.

3. Phẩm chất

• Hình thành ý thức trách nhiệm, phẩm chất làm việc chăm chỉ, chuyên cần.
• Năng động, chịu khó tìm tòi, sáng tạo.

1. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU
2. Đối với giáo viên

• Sách chuyên đề học tập Định hướng khoa học máy tính 10, SGV, Kế hoạch bài dạy.
• Máy tính cài một số phần mềm lập trình điều khiển robot để nếu có điều kiện thì cho HS quan sát trực tiếp trên lớp, ví dụ các phần mềm sau: makeCode, Arduino IDE, GaraBlock, mBlock, Easycodev, Scratch…
• Hình ảnh một số robot giáo dục hoàn chỉnh sử dụng bảng mạch chính Arduino, hình ảnh động cơ DC, động cơ servo.
• Một số động cơ và bảng mạch G-Robot.
• Máy tính, máy chiếu (nếu có).

2. Đối với học sinh: Sách chuyên đề học tập Định hướng khoa học máy tính 10, vở ghi, bút.

III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC

1. HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG
2. Mục tiêu:

- HS biết được vai trò quan trọng của bảng mạch điện tử trong robot.

- Tạo tâm thế hứng khởi, hào hứng cho HS trước khi vào bài học mới.

1. Nội dung: HS quan sát hình ảnh một số mẫu robot, thảo luận để tìm hiểu vai trò của bảng mạch điện tử đối với robot.
2. Sản phẩm học tập: HS trả lời câu hỏi dựa vào hiểu biết của bản thân.
3. Tổ chức thực hiện:

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ:

- GV trình chiếu hình ảnh của một số robot giáo dục hoàn chỉnh, các sản phẩm IoT sử dụng bảng mạch Arduino và giới thiệu: Hình 2.1 là hai mẫu robot được sử dụng để giảng dạy và thực hành. Trên các robot có nhiều dây điện kết nối các bộ phận của robot với một bảng mạch điện tử.

- GV đặt câu hỏi: Các em hãy thảo luận để tìm hiểu vai trò của bảng mạch điện tử đối với robot.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập: HS chú ý theo dõi, suy nghĩ câu trả lời.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động, thảo luận: HS dựa vào hiểu biết của bản thân để đưa ra câu trả lời, HS khác nhận xét bổ sung.

- Đáp án: Bảng mạch điện tử có vai trò quan trọng giúp kết nối và điều khiển hoạt động của các bộ phận robot.

Bước 4: Đánh giá kết quả thực hiện: GV nhận xét câu trả lời của HS, trên cơ sơ đó dẫn dắt vào bài học:

Trong bài học ngày hôm nay, chúng ta sẽ đi tìm hiểu sâu hơn về nguyên lí hoạt động và một số bộ phận chính của bảng mạch điều khiển trong thiết kế robot – Bài 2: Bảng mạch điều khiển và cơ cấu chấp hành.

1. HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

Hoạt động 1: Bảng mạch điều khiển

1. Mục tiêu:

- HS nắm được khái niệm về bảng mạch điều khiển, cách thức hoạt động và các linh kiện thành phần cơ bản của bảng mạch điều khiển.

- Biết được cấu tạo và các linh kiện trên bảng mạch G-Robot.

1. Nội dung: GV hướng dẫn HS đọc mục 1, HS trả lời các câu hỏi trong Hoạt động 1, 2 để xây dựng kiến thức bài học mới và củng cố kiến thức bằng cách trả lời Câu hỏi (SCĐ - tr.11).
2. Sản phẩm học tập:

- HS hiểu được cách thức hoạt động của bảng mạch điều khiển và vai trò của nó trong thiết kế robot.

- Nhận biết được bảng mạch G-Robot và chỉ ra vị trí một số linh kiện trên bảng mạch.

1. Tổ chức hoạt động:

Hoạt động 2: Động cơ - cơ cấu chấp hành chính trong robot

1. Mục tiêu: HS biết được một số động cơ hay dùng cho robot giáo dục, tính năng chính của từng loại động cơ và biết cách ghép nối động cơ với bảng mạch điều khiển của robot.
2. Nội dung: HS làm quen với một số loại động cơ trong robot.
3. Sản phẩm học tập: HS nhận biết được một số động cơ hay dùng cho robot giáo dục, tính năng chính của từng loại động cơ và biết cách ghép nối động cơ với bảng mạch điều khiển của robot.
4. Tổ chức hoạt động:

1. HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP
2. Mục tiêu: HS được củng cố kiến thức về:

- Nguyên lí hoạt động và một số bộ phận chính của bảng mạch điều khiển.

- Cách kết nối động cơ với robot.

1. Nội dung: HS đọc SCĐ, dựa vào các kiến thức vừa học để trả lời câu hỏi.
2. Sản phẩm học tập: Bài làm của học sinh, kĩ năng giải quyết nhiệm vụ học tập.
3. Tổ chức hoạt động:

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS thảo luận nhóm đôi, hoàn thành các bài tập 1, 2 phần Luyện tập (SCĐ - tr.14):

Bài 1. Tại sao lại gọi bảng mạch điều khiển là bộ não của robot?

Bài 2. Nếu chúng ta lắp động cơ bên trái vào cổng M2, động cơ bên phải vào cổng M1 thì lắp đúng hay sai? Giải thích lí do.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS trao đổi theo nhóm đôi, thực hiện nhiệm vụ.

- GV hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- HS xung phong trình bày kết quả.

- HS khác lắng nghe, nhận xét, chỉnh sửa.

Kết quả:

Bài 1. Vì bảng mạch điều khiển đóng vai trò tiếp nhận các dữ liệu, xử lí và điều khiển các cơ cấu chấp hành dựa trên kết quả xử lí.

Bài 2. Lắp sai, robot sẽ chuyển động ngược lại với các lệnh điều khiển do vị trí động cơ bị lắp ngược. Ví dụ: robot sẽ đi lùi nếu nhận lệnh đi thẳng.

Bước 4: Đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức.

1. HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG
2. Mục tiêu: Vận dụng các kiến thức vừa học quyết các vấn đề học tập và thực tiễn.
3. Nội dung: HS vận dụng kiến thức, trả lời câu hỏi.
4. Sản phẩm học tập: Bài làm của học sinh, kĩ năng giải quyết nhiệm vụ học tập.
5. Tổ chức hoạt động:

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu HS hoàn thành các bài tập 1, 2 phần Vận dụng (SCĐ - tr.14):

Bài 1. Nếu robot sử dụng đèn pin để chạy động cơ DC, theo em khi nguồn điện của pin xuống thấp thì công suất của động cơ DC có bị ảnh hưởng không?

Bài 2. Truy cập Internet để tìm hiểu một số thông tin chính liên quan tới các bảng mạch điều khiển của Adruino và Microbit (vài nét về lịch sử hình thành; mục đích sử dụng; ngôn ngữ lập trình dùng cho bảng mạch đó...)

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS trao đổi theo nhóm, thực hiện nhiệm vụ.

- GV hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết).

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận

- HS xung phong trình bày kết quả.

- HS khác lắng nghe, nhận xét, chỉnh sửa.

Kết quả:

Bài 1. Có ảnh hưởng. Công suất của động cơ DC sẽ giảm khi nguồn điện của pin giảm xuống thấp. Vì công suất là thông số cho biết lượng điện năng tiêu thụ trong một đơn vị thời gian cũng sẽ giảm tương ứng.

Bài 2. HS tự truy cập Internet và tìm hiểu.

Thông tin tham khảo:

*Arduino:

- Arduino là một bo mạch vi điều khiển do một nhóm giáo sư và sinh viên nước Ý thiết kế và đưa ra đầu tiên vào năm 2005. Mạch Arduino được sử dụng để cảm nhận và điều khiển nhiều đối tượng khác nhau. Nó có thể thực hiện nhiều nhiệm vụ lấy tín hiệu từ cảm biến đến điều khiển đèn, động cơ, và nhiều đối tượng khác. Ngoài ra mạch còn có khả năng liên kết với nhiều module khác nhau như module đọc thẻ từ, thernet shield, sim900A... để tăng khả ứng dụng của mạch.

- Phần cứng bao gồm một board mạch nguồn mở được thiết kế trên nền tảng vi xử lý AVR Atmel 8bit, hoặc ARM, Atmel 32-bit… Hiện phần cứng của Arduino có tất cả 6 phiên bản, Tuy nhiên phiên bản thường được sử dụng nhiều nhất là Arduino Uno và Arduino Mega.

Cấu tạo của Arduino Uno R3

* Microbit:

- Microbit được giới thiệu lần đầu tiên vào năm 2015. Nó đem đến giải pháp thích hợp cho trẻ em bắt đầu học những bước cơ bản về lập trình.

- Xét theo khía cạnh của kỹ thuật, Microbit được hiểu là một bảng mạch có kích thước bằng lòng bàn tay, bao gồm 25 bóng đèn LED và có thể lập trình để hiển thị ra chữ cái, số và dạng khác.

- Một số microbit phổ biến nhất hiện nay: Microbit V2, bo mạch mở rộng Microbit (Waveshare)...

Bước 4: Đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập

- GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức.

* Hướng dẫn về nhà

- Ôn lại các kiến thức đã học.

- Đọc và chuẩn bị trước bài sau - Bài 3: Cảm biến và phụ kiện dùng trong robot.