Giáo án NLS chuyên đề Tin học 10 KHMT Bài 2: Bảng mạch điều khiển và cơ cấu chấp hành
Giáo án chuyên đề NLS Tin học 10 - Khoa học máy tính (bộ SGK thống nhất từ 2026 - 2027) Bài 2: Bảng mạch điều khiển và cơ cấu chấp hành. Với năng lực số được tích hợp, tiết học sẽ giúp học sinh tăng cường khả năng ứng dụng công nghệ mới vào việc tìm hiểu các chuyên đề học tập. KHBD này là file word, tải về dễ dàng.
=> Giáo án tích hợp NLS chuyên đề Tin học 10 Khoa học máy tính
Các tài liệu bổ trợ
Ngày soạn: …/…/…
Ngày dạy: …/…/…
BÀI 2: BẢNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ CƠ CẤU CHẤP HÀNH
(2 tiết)
I. MỤC TIÊU
1. 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.
Năng lực số:
- 1.1.NC1b: Duyệt, tìm kiếm và lọc dữ liệu, thông tin và nội dung số (HS tìm hiểu về bảng mạch điều khiển, một số thông tin chính liên quan tới các bảng mạch điều khiển của Adruino và Microbit trên Internet).
- 1.3.NC1b: Quản lí dữ liệu, thông tin và nội dung số (HS xây dựng bảng hệ thống hóa các thành phần, cổng vào/ra (I/O) và bộ phận điều khiển của bảng mạch G-Robot theo chức năng.).
- 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).
- 2.4.NC1a: Hợp tác thông qua công nghệ số (Sử dụng bảng điện tử Padlet để làm việc nhóm).
- 5.2.NC1b: Xác định nhu cầu và giải pháp công nghệ (HS lựa chọn động cơ phù hợp: chọn Servo cho cánh tay robot, chọn DC cho bánh xe di chuyển).
- 5.3.NC1a: Sử dụng sáng tạo công nghệ số (HS đề xuất ý tưởng ứng dụng kết hợp bảng mạch điều khiển và cơ cấu chấp hành trong các bài toán tự động hóa thực tế).
- 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 tuân thủ quy trình an toàn kiểm soát điện áp do con người làm chủ).
- 10.D2.1: Hệ thống AI (HS phân tích vai trò động cơ là khối đầu ra (Output) của hệ thống AI/Robot).
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.
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.
- 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.
- 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:
- 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.
b. 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.
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 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 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.
Gợi ý: 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, 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 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.
2. HOẠT ĐỘNG HÌNH THÀNH KIẾN THỨC
Hoạt động 1: Bảng mạch điều khiển
a. 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.
b. 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 (SGK - tr.11).
c. 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.
d. Tổ chức hoạt động:
…………………………………………..
…………………………………………..
…………………………………………..
Hoạt động 2: Động cơ - cơ cấu chấp hành chính trong robot
a. 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.
b. Nội dung: HS làm quen với một số loại động cơ trong robot.
c. 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.
d. Tổ chức hoạt động:
| HOẠT ĐỘNG CỦA GV - HS | DỰ KIẾN SẢN PHẨM | NLS/AI |
Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ học tập - GV cho HS đọc nhiệm vụ Hoạt động 3 SGK tr.12: Có hai loại động cơ thường dùng cho robot là động cơ DC và động cơ servo. Thảo luận để tìm hiểu về sự khác nhau giữa hai loại động cơ này. - GV cho HS thông tin mục 2a, kết hợp quan sát Hình ảnh 2.2, 2.4 SGK tr.12 và trình bày tính năng của từng loại động cơ: động cơ DC, động cơ servo:
- GV tổ chức thảo luận mở rộng: Trong hệ thống AI và Robot, động cơ đóng vai trò là cơ cấu chấp hành thuộc khối đầu ra (Output). Nếu bộ não AI (vi xử lý/máy tính) chịu trách nhiệm tư duy, ra quyết định và các cảm biến (Sensor) đóng vai trò thu thập thông tin, thì động cơ chính là công cụ để chuyển đổi các quyết định số đó thành hành động cơ học trong thế giới thực. Em hãy phân tích vai trò của động cơ trong khối đầu ra. - GV chiếu hình ảnh 2 sơ đồ kết nối của 2 loại động cơ với robot để HS quan sát:
- GV trình bày và cho HS quan sát cách ghép nối động cơ DC với bảng mạch thông qua hai cổng M1, M2; động cơ servo với bảng mạch thông qua các cổng đặc biệt. - Nếu có điều kiện, GV gọi HS lên trình bày hoặc thao tác ngay trên lớp cách ghép nối động cơ với robot giáo dục. - GV yêu cầu HS thảo luận nhóm đôi và hoàn thành Câu hỏi củng cố kiến thức 1, 2 SGK tr.14: 1. Vì sao các bảng mạch của robot thường có hai cổng kết nối động cơ DC? 2. Vì sao các robot lại thường có hai cổng kết nối động cơ servo? - GV khuyến khích HS đề xuất ý tưởng ứng dụng kết hợp bảng mạch điều khiển và cơ cấu chấp hành trong các bài toán tự động hóa thực tế. Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập - HS đọc nội dung thông tin mục 2, quan sát các hình, thảo luận và trả lời câu hỏi. - HS chú ý quan sát GV hướng dẫn cách ghép nối động cơ. - HS thảo luận nhóm đôi và hoàn thành Câu hỏi củng cố kiến thức. - GV hướng dẫn, hỗ trợ HS (nếu cần thiết). Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động và thảo luận - GV mời đại diện HS trả lời câu hỏi, xây dựng kiến thức bài mới. - GV mời HS khác nhận xét, bổ sung. Bước 4: Đánh giá kết quả thực hiện nhiệm vụ học tập - GV đánh giá, nhận xét, chuẩn kiến thức, chuyển sang nội dung mới. | 2. Động cơ - cơ cấu chấp hành chính trong robot a) Một số loại động cơ trong robot - Động cơ DC: là loại động cơ điện 1 chiều để thực hiện các chuyển động với vận tốc không đổi trong những khoảng thời gian xác định. - Động cơ servo: + Có khả nảng phản hồi vị trí cuối cùng của trục quay. + Trong robot, động cơ servo thường dùng để điều khiển các cử động nâng, hạ đến vị trí thích hợp. b) Kết nối động cơ với robot - Các bước kết nối động cơ DC (M1, M2) với robot: + Kết nối robot với nguồn điện. + Kết nối các động cơ DC M1, M2 với các cổng M1, M2. + Nạp lệnh điều khiển robot đi thẳng và kiểm tra hoạt động của động cơ DC M1, M2 bằng cách quan sát hai động cơ xoay cùng chiều. - Các bước kết nối động cơ servo với robot: + Kết nối robot với nguồn điện. + Kết nối các động cơ servo với cổng giao tiếp mở rộng bằng dây nối chuẩn RJxx. + Nạp lệnh điều khiển động cơ servo xoay các góc 0o, 90o, 180o và kiểm tra hoạt động của động cơ servo bằng cách quan sát góc quay của động cơ servo. - Câu hỏi (SGK - tr.14): 1. Vì robot cần 2 bánh xe tương ứng với 2 động cơ DC. 2. Vì 2 cổng kết nối động cơ servo cho phép chúng ta lắp ghép được một cánh tay robot đơn giản. | - 5.2.NC1b: HS lựa chọn động cơ phù hợp: chọn Servo cho cánh tay robot, chọn DC cho bánh xe di chuyển. - 10.D2.1: HS phân tích vai trò động cơ là khối đầu ra (Output) của hệ thống AI/Robot. - 10.A1.2: HS tuân thủ quy trình an toàn kiểm soát điện áp do con người làm chủ. - 5.3.NC1a: HS đề xuất ý tưởng ứng dụng kết hợp bảng mạch điều khiển và cơ cấu chấp hành trong các bài toán tự động hóa thực tế.
|
Vai trò của động cơ trong khối đầu ra: - Thực thi các lệnh điều khiển (Execution) + Động cơ nhận tín hiệu điện từ khối xử lý trung tâm (sau khi AI đã phân tích dữ liệu từ cảm biến). + Nó biến đổi điện năng thành cơ năng (chuyển động quay hoặc chuyển động tịnh tiến) để thực hiện chính xác các hành vi mà AI yêu cầu. - Tạo ra chuyển động và tương tác vật lý (Mobility & Interaction) + Di chuyển: Giúp robot dịch chuyển trong không gian (ví dụ: quay bánh xe của xe tự hành AGV/AMR, điều khiển cánh quạt của drone). + Thao tác vật lý: Điều khiển các khớp nối của cánh tay robot công nghiệp để gắp, nắm, hàn, hoặc lắp ráp linh kiện. - Hoàn thiện chu trình phản hồi "Cảm biến - Xử lý - Hành động" + Một hệ thống AI/Robot toàn diện luôn hoạt động theo chu trình khép kín: Nhận biết (Cảm biến) → Quyết định (AI/Vi xử lý) → Hành động (Động cơ/Khối đầu ra). + Thiếu động cơ, robot chỉ dừng lại ở mức một phần mềm máy tính thuần túy, không có khả năng tác động vật lý lên môi trường xung quanh. - Đảm bảo độ chính xác và an toàn cho hệ thống + Các loại động cơ hiện đại (như động cơ bước - Stepper motor, động cơ servo) tích hợp bộ mã hóa vòng quay (Encoder) giúp phản hồi ngược lại vị trí cho khối xử lý. + Vai trò này giúp khối đầu ra hoạt động cực kỳ chính xác (từng milimet hoặc từng độ), đảm bảo hệ thống AI vận hành an toàn, đúng quỹ đạo mong muốn. | ||
3. HOẠT ĐỘNG LUYỆN TẬP
a. 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.
b. Nội dung: HS đọc SGK, dựa vào các kiến thức vừa học để trả lời câu hỏi.
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, trả lời câu hỏi.
c. Sản phẩm học tập: Bài làm của học sinh, kĩ năng giải quyết nhiệm vụ học tập.
d. 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 (SGK - 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 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.
[1.1.NC1b: HS tổ chức tìm hiểu một số thông tin chính liên quan tới các bảng mạch điều khiển của Adruino và Microbit trên Internet.]
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 3: Cảm biến và phụ kiện dùng trong robot.