Khoá luận tốt nghiệp Đại học: 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

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

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

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

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

Tổng quan ...................................................................................... 6 1.1.1.

Giới thiệu board mạch Arduino Uno ............................................. 8 1.1.2.

1.2. CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ VÀ CÁC CẢM BIẾN LIÊN QUAN . 10

LCD .............................................................................................. 10 1.2.1.

Module giao tiếp I2C cho LCD ................................................... 10 1.2.2.

Cảm biến từ Hall sensor KY 024 ................................................. 11 1.2.3.

1.3. ĐỘNG CƠ DC VÀ MODULE ĐIỀU KHIỂN ................................. 12

Động cơ DC một chiều ................................................................ 12 1.3.1.

Module điều khiển động cơ L298 ................................................ 13 1.3.2.

1.4. Lý luận dạy học bằng mô hình mô phỏng ......................................... 14

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

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

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

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.

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.

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.

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.

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.

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

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

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]

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.

NÚT NHẤN CẢM BIẾN TỪ HALL

BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM ARDUINO UNO R3

HIỂN THỊ MÀN HÌNH LCD MẠCH CẦU H L298

ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ DC

Hình 1.5: Sơ đồ khối sử dụng Arduino trong bộ thí nghiệm

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:

- 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).

(b) (a)

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.

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.

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

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.

- 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,...

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,…).

Quá trình hình thành kinh nghiệm

Ký hiệu Khái quát trừu tượng

Chữ viết Tiếng nói Ký hiệu Sơ đồ

Biểu tượng Hình ảnh biểu tượng trực quan Ảnh tĩnh Ảnh động Phim kết hợp âm thanh

Hoạt động trực tiếp

Giả cách Mô phỏng Đóng vai Hoạt động gián tiếp

Thật Thí nghiệm 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

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

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

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.

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.

các cảm biến vào hệ mô hình.

7. Lắp ráp hộp điều khiển và

2. Viết chương trình điều khiển động cơ thông qua nút nhấn và các cảm biến.

6. Xây dụng hệ mô hình 3. Nghiên cứu lý thuyết về hệ

hoàn chỉnh. Mặt Trời – Trái Đất – Mặt Trăng.

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:

- 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

𝑚

chiều và tỉ lệ chính xác theo công thức truyền động bằng bánh răng:

𝑛

𝑖 = = (−1)𝐾 [7] 𝐷𝑟𝑖𝑣𝑒𝑟 𝐷𝑟𝑖𝑣𝑒𝑛 ∏ 𝑧𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒𝑟 ∏ 𝑧𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒𝑛

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.

𝑧𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒𝑟, 𝑧𝑑𝑟𝑖𝑣𝑒𝑛: là số răng của bánh răng chủ động, bánh răng bị động.

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

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:

𝑖 = = (−1)3. = (−)2 𝐷𝑟𝑖𝑣𝑒𝑟 𝐷𝑟𝑖𝑣𝑒𝑛 80.40.40 40.40.40

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:

𝑖 = = 2. (−1)6. = (+)393,3 𝐷𝑟𝑖𝑣𝑒𝑟 𝐷𝑟𝑖𝑣𝑒𝑛 57.52.48.48.40.46 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:

𝑖 = = 2. (−1)4. = (+)12,35 𝐷𝑟𝑖𝑣𝑒𝑟 𝐷𝑟𝑖𝑣𝑒𝑛 57.52.32.26 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:

𝑖 = = 2. (−1)5. = (−)1 𝐷𝑟𝑖𝑣𝑒𝑟 𝐷𝑟𝑖𝑣𝑒𝑛 57.52.32.20.10 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.

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

khiển L298

màn hình LCD

Mạch điều Xuất dữ liệu ra

Điều khiển

động cơ DC

HỆ CƠ CHUYỂN ĐỘNG CỦA MÔ HÌNH

Hình 2.5: Sơ đồ khối bộ thí nghiệm

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

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

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

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

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)

(b) (a)

Hình 2.11: 2 cảm biến từ Hall xác định thời điểm nguyệt thực

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.

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

- Thực hiện hoạt động:

Hoạt động của giáo viên Hoạt động mong đợi 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. - 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?

- HS lấy bảng con - HS đọc to yêu cầu và trả lời câu hỏi

• 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 chọn đáp án đúng. - 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:

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, 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 sao?

Đố cả lớp, trong cuộc sống của chúng ta:

b) Khoảng thời gian phần Trái Đất được

Mặt Trời chiếu sáng gọi là gì?

c) Khoảng thời gian phần Trái Đất không được Mặt Trời chiếu sáng gọi là gì?

- GV cho HS nhân xét - Mở rộng: (đính hình ảnh lên Trái Đất, cho mô hình dừng lại)

- Quan sát, thảo luận: - Không, vì Trái Đất hình cầu nên Mặt Trời chỉ chiếu sáng được 1 phần. - Ban ngày - Ban đêm. - HS nhận xét - HS quan sát trả lời dựa theo mô hình.

• 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 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 cho biết: o Có phải lúc nào điểm A cũng được

chiếu sáng không? - HS quan sát theo nhóm Không. Điểm A đi từ vùng sáng vào vùng tối. Vì Trái Đất tự quay

quanh mình và quay quanh Măt Trời.

o Nếu không, các con hãy cho biết sự khác biệt và nguyên nhân dẫn đến sự 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

- GV cho HS quan sát, dựa vào hiểu biết 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 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? Hoạt động mong đợi ở học sinh - HS quan sát, dựa vào hiểu biết của học sinh và đưa ra kết luận. - 24 giờ.

• 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.

Nơi đó sẽ có ngày 24 giờ, nơi khác sẽ có đêm 24 giờ.

- Mở rộng vấn đề: Các con hãy tưởng tượng nếu Trái Đất ngừng quay quanh mình thì ngày và đêm 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

Trò chơi “Ô số may mắn” với các câu hỏi:

1. Cùng 1 lúc, Mặt Trời chiếu sáng ….. bề

mặt Trái Đất

2. Trái Đất quay 1 vòng quanh mình là bao Hoạt động mong đợi ở học sinh HS trả lời câu hỏi. 1. Một phần 2. 1 ngày, 24 giờ 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:

- 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.

- 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 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. - Hát tập thể. HS gắn thẻ từ vào chỗ còn trống.

5. Cùng 1 lúc, Mặt Trời chiếu sáng ….. bề

mặt Trái Đất

5. Một phần 6. 1 ngày, 24 giờ 7. Trái Đất luôn tự quay quanh

6. Trái Đất quay 1 vòng quanh mình là … 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:

• 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 Trời Trái Đất Mặt Trăng, dự đoán và điền vào 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:

- HS quan sát và điền vào phiếu bài tập - 365 hoặc 366 ngày, 12 tháng

• Một năm thường có bao nhiêu ngày, bao

- HS lắng nghe nhiêu tháng?

- 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 của giáo viên

- Cả lớp cùng quan sát mô hình Hệ Mặt Trời, Trái Đất, Mặt Trăng và thảo luận nhóm điền vào phiếu học tập: + Quan sát và cho biết trục của Trái Đất như thế nào khi Trái Đất chuyển động? Vẽ trục của Trái

Hoạt động mong đợi ở học sinh - HS quan sát mô hình Hệ Mặt Trời, Trái Đất, Mặt Trăng và thảo luận nhóm điền vào phiếu học tập: + Không đổi

+ HS tô màu. Trong 1 năm, có một thời gian bán cầu 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.

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 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 nghiêng về phía Mặt Trời. Thời gian đó, bán cầu Bắc là …..; còn ở bán cầu Nam là …….. Ngược lại, khi bán cầu Nam là …….. thì bán cầu Bắc là …… Khoảng thời gian chuyển giữa mùa ……….. sang …… là mùa thu; giữa ………… sang ………. là mùa xuân. Kết luận: Trục Trái Đất luôn nghiêng về 1 phía. Trong 1 năm, có một thời gian bán cầu 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.

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 của giáo viên Hoạt động mong đợi ở học sinh

- HS làm sản phẩm. - HS quan sát, suy luận và chạy đến góc thể hiện.

- GV hướng dẫn cho HS làm sản phẩm Cây bốn mùa bằng sơ đồ tư duy các thông tin cần nhớ. - Cả lớp tham gia Trò chơi “Vòng quay bốn mùa”: Chia lớp học thành 4 góc, mỗi góc ứng 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

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”

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.

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Arduino Uno R3 là gì, http://arduino.vn/bai-viet/42-arduino-uno-r3-la-gi, truy cập

ngày 28/3/2018.

[2] Basic Motor Information, http://www.nidec.com/en-NA/technology/motor/basic/

00004/, truy cập ngày29/3/2018.

[3] Electricity and Magnetism, http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/magnetic/

Hall.html , truy cập ngày 10/4/2018.

[4] Introduction to Arduino Uno (uses AVR ATMega 328), http://www.elecrom.com/

introduction-arduino-uno-uses-avr-atmega328/, truy cập ngày 28/3/2018.

[5] Know about 3 important ways for DC motor speed control, https://www.elprocus.

com/what-are-the-best-ways-to-control-the-speed-of-dc-motor/, truy cập ngày

18/4/2018.

[6] Overview Arduino Uno R3, https://store.arduino.cc/usa/arduino-uno-rev3, truy

cập ngày 29/3/2018.

[7] Th.S Trương Quang Trường, Bài giảng: Nguyên lý máy-chương 9: Cơ cấu bánh

răng, http://www2.hcmuaf.edu.vn/data/tqtruong/NLM_Chuong%209_3_He%20

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.

[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.

PHỤ LỤC

Bảng 3.1: Các thông số của Arduino Uno R3 [1]

ĐẶC ĐIỂM THÔNG SỐ SẢN PHẨM

ATmega328 họ 8bit Vi điều khiển

5V DC (chỉ được cấp qua cổng USB) Điện áp hoạt động

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

2 KB (ATmega328) SRAM

1 KB (ATmega328) EEPROM

Bảng 3.2: Bảng chức năng các chân của LCD [15]

CHÂN KÝ HIỆU CHỨC NĂNG

1 Vss Chân nối đất của LCD.

2 Chân nối nguồn dương. VDD

3 Chân chọn độ tương phản của màn V0

hình thông qua một biến trở.

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.

Cực âm (GND) cho đèn nền của 16

LCD.

Khoá luận tốt nghiệp Đại học: 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

Tags: