Giáo án NLS chuyên đề Tin học 10 KHMT Bài 10: Điều khiển robot nhận biết vật cản

Ngày soạn: …/…/…

Ngày dạy: …/…/…

BÀI 10: ĐIỀU KHIỂN ROBOT NHẬN BIẾT VẬT CẢN

(2 tiết)

I. MỤC TIÊU

1. Kiến thức

Sau bài học này, HS sẽ:

• Biết các lệnh điều khiển cảm biến siêu âm của robot.
• Biết lập trình điều khiển được robot nhận biết vật cản trên sa bàn.

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: 

• HS trả lời các câu hỏi của phần củng cố, phần luyện tập và viết chương trình lập trình mở rộng ở phần vận dụng. Trong quá trình thực hiện các yêu cầu, HS được phát triển năng lực giải quyết vấn đề và kĩ năng lập trình cảm biến siêu âm.

Năng lực số:

• 1.1.NC1b: Duyệt, tìm kiếm và lọc dữ liệu, thông tin và nội dung số (HS áp dụng kỹ thuật tìm kiếm trên môi trường số để tra cứu thông tin về nguyên lý phát/nhận sóng siêu âm và ứng dụng thực tế của cảm biến siêu âm trong các dòng robot hút bụi, xe tự lái).
• 2.1.NC1a: Tương tác thông qua công nghệ số (HS xem video được tạo bởi công cụ AI và trả lời câu hỏi, sử dụng máy tính cá nhân hoặc thiết bị di động có kết nối Internet để làm bài tập trắc nghiệm củng cố trên môi trường số).
• 3.4.NC1a: Lập trình (HS tự thao tác kéo thả các khối lệnh lập trình cảm biến siêu âm, sử dụng câu lệnh rẽ nhánh if...else, vòng lặp vô hạn forever và khởi tạo biến nhớ dem_vat_can để điều khiển robot nhận biết, đếm và rẽ trái/phải/xoay 180° né tránh nhiều vật cản).
• 5.1.NC1a: Giải quyết các vấn đề kĩ thuật (HS tự chẩn đoán nguyên nhân và khắc phục sự cố kỹ thuật khi robot va chạm vật cản do cắm sai cổng kết nối I/O, thiết lập khoảng cách nhận biết quá ngắn dưới 10cm hoặc thiếu thời gian đợi wait).
• 6.2.NC1a: Sử dụng trí tuệ nhân tạo (HS sử dụng công cụ AI hoặc sản phẩm số do GV cung cấp để tiếp nhận thông tin, trả lời câu hỏi đơn giản).
• 1.1.NC1a: Duyệt, tìm kiếm và lọc dữ liệu, thông tin và nội dung số (HS tiếp cận, khai thác được thông tin từ nguồn học liệu số dưới sự hướng dẫn của GV).

Năng lực AI:

• 10.A1.2: Con người cần kiểm soát AI (HS giải thích được tại sao việc con người trực tiếp làm chủ kịch bản lập trình, chủ động thiết lập ngưỡng khoảng cách an toàn và kiểm tra thông số kỹ thuật là quan trọng để đảm bảo robot/AI vận hành an toàn, không gây va chạm vật lý).
• 10.C2.3: Một số ứng dụng AI trong học tập (HS sử dụng Chatbot AI hỗ trợ quá trình học tập: tra cứu, tham khảo gợi ý các phương án tối ưu hóa cấu trúc rẽ nhánh đếm vật cản).
• 10.C3.2: Cách đặt prompt phù hợp với mục tiêu cụ thể (HS thực hành đặt câu lệnh prompt rõ ràng, có ngữ cảnh và ràng buộc để yêu cầu Chatbot AI gợi ý các bước thuật toán mã giả cho bài toán robot xử lý khi gặp vật cản).

3. Phẩm chất

• HS có thái độ tự giác, hợp tác khi thảo luận nội dung bài học.
• HS trung thực hoàn thành đầy đủ các bài tập. 

II. THIẾT BỊ DẠY HỌC VÀ HỌC LIỆU

1. Đối với giáo viên

• SGK, KHBD Chuyên đề học tập Tin học 10 – Định hướng Khoa học máy tính.
• Phòng thực hành máy tính có kết nối Internet, máy chiếu.
• Cảm biến siêu âm để minh họa cụ thể phần lí thuyết về cảm biến.
• Lập trình hoàn thiện chương trình kéo thả như ví dụ ở Phần 2.
• Học liệu số & Công cụ AI:
• Bộ câu hỏi trắc nghiệm trên phần mềm Quizizz/website kenhhoctap.edu.vn.
• Video AI được tạo bằng các công cụ AI để khởi động bài học.
• Công cụ Chatbot AI (ChatGPT/Gemini).

2. Đối với học sinh

• SGK Chuyên đề học tập Tin học 10 – Định hướng Khoa học máy tính.
• Vở ghi. 

III. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC

1. HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG

a. Mục tiêu: Gợi mở cho HS biết robot có thể nhận biết và tránh được vật cản khi di chuyển.

b. Nội dung: GV đặt câu hỏi rồi chỉ định một số HS trả lời.

c. Sản phẩm học tập: HS trả lời câu hỏi dựa vào hiểu biết của bản thân.

d. Tổ chức thực hiện: 

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ:

- GV yêu cầu xem video AI được thiết kế để phục vụ bài dạy và trả lời câu hỏi xuất hiện trong video đó.

- GV đặt câu hỏi cho HS: Nếu trên đường đi robot gặp vật cản thì sẽ như thế nào? Làm thế nào để robot nhận ra được vật cản và làm gì để tránh vật cản đó?

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập: 

- HS xem video và suy nghĩ câu trả lời.

- 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: Robot sẽ tự động phát hiện và tránh được vật cản khi di chuyển, robot có thể: dừng lại hoặc đổi hướng di chuyển tùy thuộc vào chương trình lập trình điều khiển của con người.

Bước 4: Đánh giá kết quả thực hiện: 

- GV nhận xét, đánh giá và kết luận.

[6.2.NC1a: HS sử dụng công cụ AI hoặc sản phẩm số do GV cung cấp để tiếp nhận thông tin, trả lời câu hỏi đơn giản.

2.1.NC1a: HS thực hiện các tương tác cơ bản với học liệu số (xem video, trả lời câu hỏi trên môi trường số).

1.1.NC1a: HS tiếp cận, khai thác được thông tin từ nguồn học liệu số dưới sự hướng dẫn của GV.]

- GV dẫn dắt HS vào bài học: Trong bài học ngày hôm nay, chúng ta sẽ cùng nhau khám phá cách lập trình để điều khiển được robot nhận biết vật cản trên sa bàn – Bài 10: Điều khiển robot nhận biết vật cản.

2. HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC

Hoạt động 1: Cảm biến siêu âm

a. Mục tiêu: Giúp HS biết cách điều khiển cảm biến siêu âm.

b. Nội dung: 

- GV hướng dẫn HS đọc mục 1, tìm hiểu cách điều khiển cảm biến siêu âm.

- GV giải thích nguyên tắc hoạt động của cảm biến siêu âm (có sử dụng cảm biến đã chuẩn bị để minh họa), giải thích ý nghĩa câu lệnh và cấu trúc chương trình lập trình.

c. Sản phẩm học tập: HS hiểu được nguyên tắc hoạt động, câu lệnh lập trình, cấu trúc chương trình lập trình của cảm biến siêu âm.

d. Tổ chức hoạt động:

…………………………………………..

…………………………………………..

…………………………………………..

Hoạt động 2: Robot nhận biết và tránh vật cản

a. Mục tiêu: Giúp HS biết lập trình điều khiển robot tránh vật cản.

b. Nội dung: HS đọc nội dung mục 2 để tìm hiểu cách robot tránh vật cản như thế nào.

c. Sản phẩm học tập: HS hiểu và viết được chương trình lập trình cho robot sử dụng cảm biến siêu âm phát hiện và tránh vật cản.

d. Tổ chức hoạt động:

3. HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP

a. Mục tiêu: Thông qua hoạt động, HS được củng cố kiến thức về lập trình điều khiển robot nhận biết vật cản.

b. Nội dung: GV hướng dẫn HS lập trình trên máy.

c. Sản phẩm học tập: Bài làm của học sinh, kĩ năng giải quyết nhiệm vụ học tập.

d. Tổ chức hoạt động:

…………………………………………..

…………………………………………..

…………………………………………..

4. HOẠT ĐỘNG VẬN DỤNG

a. Mục tiêu: Vận dụng các kiến thức vừa học để giải quyết các vấn đề học tập và thực tiễn.

b. Nội dung: HS vận dụng kiến thức, hoàn thành bài tập.

c. Sản phẩm học tập: 

- HS biết nguyên lí các robot hút bụi sử dụng cảm biến siêu âm để cảm nhận vật cản.

- HS viết chương trình lập trình mở rộng theo yêu cầu.

d. Tổ chức hoạt động:

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập

- GV yêu cầu hoàn thành các bài tập 1, 2 phần Vận dụng (SGK - tr.48):

Bài 1. Em hãy tìm hiểu xem các robot hút bụi sử dụng cảm biến siêu âm để cảm nhận vật cản như thế nào.

Bài 2. Em viết chương trình mở rộng yêu cầu của chương trình minh họa trong Mục 2, yêu cầu robot xử lí vật cản như sau:

- Nếu gặp vật cản thứ nhất thì rẽ trái.

- Nếu gặp vật cản thứ hai thì rẽ phải.

- Nếu gặp vật cản thứ ba thì xoay 180 độ theo chiều ngược lại.

- Nếu gặp các vật cản tiếp theo thì lặp lại các yêu cầu như trên: robot sẽ rẽ trái, sau đó rẽ phải, sau đó xoay để đi ngược lại nếu gặp các vật cản tiếp theo.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập

- HS suy nghĩ, 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. Một robot hút bụi thường được tích hợp nhiều loại cảm biến như: cảm biến hồng ngoại giúp robot không bị rơi khi ở gần cầu thang, cảm biến siêu âm giúp robot chống va đập vào tường...

Cảm biến siêu âm vẫn hoạt động theo nguyên lí phát sóng siêu âm liên tục cho đến khi phát hiện vật cản trong khoảng đo đã được lập trình thì điều khiển robot hút bụi tránh vật cản.

[1.1.NC1b: HS áp dụng kỹ thuật tìm kiếm trên môi trường số để tra cứu cấu tạo và ứng dụng cảm biến siêu âm trong các sản phẩm công nghiệp thực tế như robot hút bụi.]

Bài 2. Chương trình điều khiển có thể như sau:

[3.4.NC1a: HS thiết kế thuật toán mở rộng điều khiển chu kỳ 3 trạng thái né tránh vật cản bằng ngôn ngữ mã giả và công cụ kéo thả.

10.A1.2: HS phân tích và nhận thức rõ: dù robot hút bụi hay AI có thông minh đến đâu thì các kịch bản né tránh an toàn đều dựa trên thuật toán và các tham số do con người lập trình, kiểm soát.]

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 11: Dẫn đường tự động cho robot.