SKKN Học sinh làm quen - Học thực hành với Arduino trong dạy học STEM và thực hành Công Nghệ 12

1 : Giới thiệu board Arduino. (5 phút)
GV dùng máy chiếu cho HS quan sát một số hình ảnh ứng dụng thú vị và ý nghĩa của Arduino trong các dự án đơn giản và thực tế.
Phân tích vì sao Arduino được ưa thích, lựa chọn, sử dụng rộng rãi, phù hợp với mọi người và hầu như các dự án từ nhỏ đến lớn.
Hoạt động 2: Tìm hiểu cơ bản về cấu tạo Arduino. (20 phút)
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
GV phát cho mỗi nhóm 1 board Arduino UNO R3.
- Mỗi nhóm quan sát cấu tạo của Arduino UNO R3, thảo luận.
GV đóng vai trò nhận xét, đưa ra kết luận cho các câu trả lời, bổ sung nhưng vấn đề còn thiếu.
Sau đó GV trình chiếu hình ảnh phân tích cấu tạo và các thông số cơ bản của Arduino UNO R3.
- Tiếp theo mỗi nhóm sẽ đưa ra các câu hỏi, thắc mắc về những gì mình nhìn thấy trên Arduino (tên linh kiện tích hợp, các chân,....), các nhóm còn lại suy nghĩ, thảo luận, có thể tìm hiểu qua mạng điện thoại, để trả lời (tất cả các nhóm đều tham gia hỏi và trả lời, trừ những câu trùng lặp).

Vi điều khiển
Atmega 328 (họ 8bit)
Điện áp hoạt động
5V-DC
Tấn số hoạt động
16 MHz
Dòng tiêu thụ
30mA
Điện áp vào giới hạn
6-20V – DC
Số chân Digital I/O
14 chân (6 chân PWM)
Số chân Analog
6 chân (độ phân giải 10 bit)
Dòng điện tối đa ra (5V)
500mA
Dòng điện tối đa ra (3.3V)
50mA
Hoạt động 3 : Tìm hiểu lập trình cơ bản. (15 phút)
Giao diện chương trình code:
GV phân tích cấu trúc cơ bản của chương trình code thông qua ví dụ về đèn Led nhấp nháy.
Nghĩa là:
Hàm setup() chỉ chạy một lần để cài đặt chân 13 hoạt động ở chế độ xuất tín hiệu bằng lệnh pinMode(13, OUTPUT);
Hàm loop() sẽ chạy lặp lại với 4 lệnh trong nó.
digitalWrite(13, HIGH); làm chân 13 xuất tín hiệu ở mức cao – nghĩa là làm LED L sáng.
delay(1000); “ngưng” chương trình 1000 mili giây. Trong khi “ngưng” như vậy thì trạng thái chân 13 vẫn ở mức cao – nghĩa là LED L vẫn còn sáng.
digitalWrite(13, LOW); làm chân 13 từ mức cao ở trên thành mức thấp – nghĩa là làm LED L tắt.
delay(1000); lại làm “ngưng” chương trình trong 1000 mili giây trước khi lặp lại câu lệnh đầu tiên trong hàm loop().
Để nạp code chỉ cần bấm vào mũi tên sang phải trên giao diện đó.
Hoạt động 4: Tổng kết (5 phút)
GV trực tiếp nạp code vào mạch cho HS quan sát đèn Led nháy theo chương trình trên.
GV giới thiệu một số cách để HS tìm hiểu, học về Arduino (các trang nhóm facebook, tài liệu, trang internet...)
Tiết 2: HS tập làm sản phẩm.
Hoạt động 1 : Xác định vấn đề (yêu cầu thiết kế, chế tạo). (3 phút)
Các chân số của Arduino cung cấp cho chúng ta 5V khi ở mức cao (led sáng), 0V khi ở mức thấp (led tắt) và ngõ ra xung là từ các chân số của Arduino gồm chân 5,6 (tần số 980HZ), các chân 3, 9, 10, 11(tần số 490HZ) có thể điều chế độ rộng xung bằng chương trình hoặc biến trở. Vì vậy hôm nay yêu cầu với mỗi nhóm là thiết kế, thay thế mạch tạo xung dùng Tranzitor các em đã được học và thực hành bằng mạch dùng Arduino.
Khi nạp code vào mạch, led sáng.
Thống kê được chu kì led sáng.
Hoạt động 2 : Nghiên cứu kiến thức nền và thảo luận các giải pháp thiết kế. (8 phút).
GV giao mỗi nhóm một hộp linh kiện đi kèm Arduino, trong đó có các linh kiện bán dẫn, biến trở...
HS tìm hiểu các linh kiện liên quan đến những ý tưởng của mình, có thể sử dụng điện thoại để tìm những thông tin liên quan.
Các nhóm quyết định chọn ra phương án thiết kế cho nhóm mình (sử dụng bao nhiêu led, dùng biến trở hay không, cách lắp dây...)
Hoạt động 3: Trình bày phương án thiết kế. (8 phút)
HS trình bày vào bản báo cáo ý tưởng, giải pháp thiết kế, nêu những linh kiện lựa chọn sử dụng, vẽ sơ đồ mạch thiết kế.
Hoạt động 4: Tiến hành lắp ráp mạch. (10 phút)
Các nhóm tiến hành lắp ráp theo sơ đồ thiết kế thống nhất của nhóm.
Hoạt động 5: (12 phút)
Trình bày và thảo luận về sản phẩm được chế tạo (8 phút).
Mỗi nhóm có 8 phút để chạy thử sản phẩm mạch của mình (nạp code sẵn do GV cung cấp) và tiến hành đếm, thống kê chu kì sáng của Led trên mạch, ghi vào mẫu báo cáo (phụ lục 01).
Điều chỉnh thiết kế (4 phút).
Trường hợp mạch của nhóm không chạy được, nhóm cần điều chỉnh lại khâu lắp ráp mạch.
ĐÁNH GIÁ VÀ TỔNG KẾT. (4 phút)
GV nhận xét, đánh giá tinh thần làm việc của mỗi nhóm, đồng thời ghi điểm vào bản báo cáo.
Sử dụng Arduino trong bài thực hành.
Một trong những mạch tôi lựa chọn đưa vào thực hành trong bài thực hành của Công Nghệ 12 là mạch đo điện dung của tụ điện, áp dụng vào bài 3 ‘‘Thực hành: Điện trở - Tụ điện - Cuộn cảm’’.
Sở dĩ trong đề tài tôi chọn hai lớp 12C1 và 12C4 dạy STEM và thực nghiệm thực hành vì lực học hai lớp tương đương nhau, sĩ số cũng tương đương nhau.
Giaó án lớp đối chứng 12C4:
Tiết 3 - Bài 3: THỰC HÀNH: ĐIỆN TRỞ - TỤ ĐIỆN – CUỘN CẢM
Mục tiêu:
Kiến thức:
Nhận biết và phân loại đươc các linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn cảm ngoài thực tế.
Kỹ năng:
Sử dụng đúng Đồng hồ vạn năng và bảng quy ước màu sắc điện trở.
Đọc và đo các số liệu kỹ thuật của các linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn cảm.
Thái độ:
Có ý thức tuân thủ các qui trình và các quy định an toàn, học tập nghiêm túc, tích cực.
Chuẩn bị:
GV:
Nghiên cứu kỹ nội dung bài 2 SGK và các tài liệu có liên quan.
Sử dụng thiết bị, phương tiện: Các loại linh kiện điện tử thật gồm cả loại tốt và xấu. Đồng hồ vạn năng.
HS:
Nghiên cứu kỹ bài 2 SGK và các tài liệu có liên quan.
Tìm hiểu các linh kiện, ngoài thực tế.
Tiến trình thực hành:
Ổn định lớp. (2 phút)
Ôn lại kiến thức . (5 phút)
Hãy nêu thông số kỹ thuật của điện trở trong mạch điện.
Hãy nêu thông số kỹ thuật của tụ điện trong mạch điện.
Hãy nêu thông số kỹ thuật của cuộn cảm trong mạch điện.
Quy trình. (30 phút)
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Hoạt động 1: (10 phút) Tìm hiểu cách đọc trị số qua vòng màu điện trở. Các vòng màu sơn trên điện trở tương ứng các chữ số sau:
Đen
Nâu
Đỏ
Cam
Vàng
Xanh lục
Xanh lam
Tím
Xám
Trắng
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Cách đọc: Điện trở thường có 4 vạch màu. Giá trị điện trở R= AB.10C ± D %
Màu thứ 4 chỉ màu sai số của điện trở.
Màu sai số:
Màu sắc
Không ghi màu
Ngân nhũ
Kim nhũ
Nâu
Đỏ
Xanh lục
Sai số
20%
10%
5%
1%
2%
0.5%

Ví dụ một điện trở có các vòng màu:
A= Xanh lục; B = Cam; C = Đỏ; D = Kim nhũ 
Giá trị điện trở là: R= 53.102 ± 5% = 5,3 KΩ
Hoạt động 2: (20 phút) Thực hành
GV cho HS quan sát các linh kiện cụ thể sau đó yêu cầu HS chọn ra:
- Các linh kiện điện trở.
- Các linh kiện cuộn cảm rồi xếp chúng theo từng loại.
- Các linh kiện tụ điện rồi xếp chúng theo từng loại.
Bước 1: Quan sát nhận biết các linh kiện.
Bước 2: Mỗi nhóm chọn ra 5 điện trở màu quan sát kỹ và đọc trị số của nó kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng kết quả điền vào bảng 01 mẫu báo cáo.
Bước 3: Mỗi nhóm chọn 3 cuộn cảm khác loại xác định tên các cuộn cảm kết quả điền vào bảng 02 mẫu báo cáo.
Bước 4: chọn ra 1 tụ điện có cực tính và 1 tụ điện không có cực tính và ghi các số liệu vào bảng 03 mẫu báo cáo.

4. Đánh giá kết quả thực hành. (5 phút)
- HS hoàn thành theo mẫu báo cáo (Phụ lục 02) và tự đánh giá.
- GV đánh giá kết quả đồng thời chấm bài HS.
5. Củng cố, bài tập về nhà. (3 phút)
- Giáo viên nhận xét quá trình thực hành, nhấn mạnh trọng tâm của bài.
- Yêu cầu HS về nhà xem trước bài 4 sgk
* Giáo án lớp thực nghiệm 12C1:
Tiết 3 - Bài 3: THỰC HÀNH: ĐIỆN TRỞ - TỤ ĐIỆN – CUỘN CẢM
Mục tiêu:
Kiến thức:
Nhận biết và phân loại đươc các linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn cảm ngoài thực tế.
Kỹ năng:
Sử dụng thành thạo Đồng hồ vạn năng và bảng quy ước màu sắc điện trở.
Đọc và đo các số liệu kỹ thuật của các linh kiện điện trở, tụ điện, cuộn cảm.
Sử dụng được mạch đo điện dung tụ điện bằng Arduino.
Thái độ:
Có ý thức tuân thủ các qui trình và các quy định an toàn, học tập nghiêm túc, tích cực.
Chuẩn bị:
GV:
Nghiên cứu kỹ nội dung bài 2 SGK và các tài liệu có liên quan.
Sử dụng thiết bị, phương tiện của trường: Các loại linh kiện điện tử thật gồm cả loại tốt và xấu, đồng hồ vạn năng.
Mạch đo tụ điện bằng Arduino UNO R3.
HS:
Nghiên cứu kỹ bài 2 SGK và các tài liệu có liên quan.
- Tìm hiểu các linh kiện, ngoài thực tế.
Tiến trình thực hành:
Ổn định lớp. (2 phút)
Ôn lại kiến thức. (5 phút)
Hãy nêu thông số kỹ thuật của điện trở trong mạch điện.
Hãy nêu thông số kỹ thuật của tụ điện trong mạch điện.
Hãy nêu thông số kỹ thuật của cuộn cảm trong mạch điện.
Quy trình. (30 phút)
Nội dung và quy trình thực hành: Chia lớp thành 4 nhóm.
Hoạt động của GV
Hoạt động của HS
Hoạt động 1: (10 phút) Tìm hiểu cách đọc trị số qua vòng màu điện trở. Các vòng màu sơn trên điện trở tương ứng các chữ số sau:
Đen
Nâu
Đỏ
Cam
Vàng
Xanh lục
Xanh lam
Tím
Xám
Trắng
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
Cách đọc: Điện trở thường có 4 vạch màu. Giá trị điện trở R= AB.10C ± D %
Màu thứ 4 chỉ màu sai số của điện trở.
Màu sai số:
Màu sắc
Không ghi màu
Ngân nhũ
Kim nhũ
Nâu
Đỏ
Xanh lục
Sai số
20%
10%
5%
1%
2%
0.5%
Ví dụ một điện trở có các vòng màu:
A= Xanh lục; B = Cam; C = Đỏ; D = Kim nhũ 
Giá trị điện trở là: R= 53.102 ± 5% = 5,3 KΩ
Hoạt động 2: (20 phút) Thực hành
GV cho HS quan sát các linh kiện cụ thể sau đó yêu cầu HS chọn ra:
- Các linh kiện điện trở.
- Các linh kiện cuộn cảm rồi xếp chúng theo từng loại.
- Các linh kiện tụ điện rồi xếp chúng theo từng loại.
Bước 1: Quan sát nhận biết các linh kiện.
Bước 2: Mỗi nhóm chọn ra 5 điện trở màu quan sát kỹ và đọc trị số của nó kiểm tra bằng đồng hồ vạn năng kết quả điền vào bảng 01 mẫu báo cáo.
Bước 3: Mỗi nhóm chọn 3 cuộn cảm khác loại xác định tên các cuộn cảm kết quả điền vào bảng 02 mẫu báo cáo.
Bước 4: chọn ra 1 tụ điện có cực tính và 1 tụ điện không có cực tính và ghi các số liệu vào bảng 03 mẫu báo cáo.
Đánh giá kết quả thực hành. (5 phút)
HS hoàn thành theo mẫu báo cáo (phụ lục 03) và tự đánh giá.
GV đánh giá kết quả đồng thời chấm bài HS.
Củng cố, bài tập về nhà. (3 phút)
Giáo viên nhận xét quá trình thực hành, nhấn mạnh trọng tâm của bài.
Yêu cầu HS về nhà xem trước bài 4 sgk.
Kết quả thực hiện đề tài.
Kết quả so sánh điểm thực hành bài 3 ‘‘Điện trở - Tụ điện - Cuộn cảm’’ của 2 lớp.
Sau bài thực hành của hai lớp, tôi đã tiến hành chấm điểm theo thang điểm trong bảng (phụ lục 04).
Kết quả xử lý điểm của lớp thực nghiệm 12C1 và lớp đối chứng 12C4 như sau:
Lớp
Sĩ số
Điểm
Điểm TB
6
7
8
9
10

12C1
37
0
0
19
9
9
8,7
12C4
39
0
10
19
10
0
8,0
So sánh điểm TB của hai lớp có thể thấy kết quả TB tổng điểm thực hành của lớp 12C1 cao hơn lớp 12C4. Kết quả đó cũng phù hợp với quan sát, đánh giá của tôi về tinh thần thực hành, hứng thú của mỗi HS trong nhóm nói riêng và cả lớp nói chung.
Một số hình ảnh tại lớp. 
Khảo sát ý kiến HS:
Để thấy rõ hơn hiệu quả của phương pháp cho HS tiếp cận, làm quen và làm việc với Arduino, ngoài việc quan sát thái độ học tập, mức độ tập trung, hứng thú của các nhóm HS, lấy điểm đánh giá đối chiếu, tôi cũng tổng hợp lấy ý kiến qua phiếu khảo sát ý kiến của HS (phụ lục 05).
Phiếu được phát cho HS hai lớp tham gia học STEM, tổng sĩ số 76 HS.
* Tổng hợp kết quả:
STT
Câu hỏi
Kết quả trả lời
1
Câu 1
Có : 76/76 = 100% ;
Không : 0/76 = 0%
2
Câu 2
Rất thích : 76/76 = 100% 
Không thích : 0/76 = 0%
3
Câu 3
Rất thích : 76/76 = 100%
 Không thích : 0/76 = 0%
4
Câu 4
Đã biết: 4/76 = 5,26% 
Chưa biết : 72/76 = 94,34%
5
Câu 5
Nhàm chán hơn : 0/76 = 0% 
Hào hứng hơn : 76/76 = 100%
6
Câu 6
Rất cần thiết và hữu ích: 70/76 = 92,11% 
Tùy trường hợp: 6/76 = 7,89%
7
Câu 7
Có: 76/76 = 100% ;
Không: 0/76 = 0%
. Tôi nhận thấy rằng:
Các hoạt động học tập được HS thực hiện tích cực, chủ động, hào hứng.
Hoạt động theo nhóm, các em đã thảo luận tập trung và thực hiện nhiệm vụ một cách nghiêm túc. Không có hiện tượng sao nhãng, làm việc riêng như một số tiết học thông thường..
Nhiều em thể hiện sự quan tâm tích cực bằng các câu hỏi thắc mắc và nhiệt tình trong quá trình thực hiện sản phẩm.
Đối với bài thực hành, nhìn chung dù sử dụng đồng hồ vạn năng hay mạch Arduino thì so sánh kết quả điểm bài thực hành giữa hai lớp cũng không quá chênh lệch, phần chênh lệch điểm nằm phần lớn ở điểm thái độ hứng thú, tinh thần làm việc nhóm Vì vậy vấn đề quan trọng ở đây là các em được làm quen, làm việc với mach sử dụng Arduino, và tinh thần thực hành của các em cũng hứng khởi và tập trung hơn so với thực hành đo bằng đồng hồ vạn năng.
PHẦN III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
Kết luận.
HS học với Arduino không chỉ thấy được ý nghĩa, niềm vui, hứng thú trong học tập, mà nó sẽ còn giúp HS tăng khả năng sáng tạo, học được một số kỹ năng khác hữu ích cho cuộc sống, và có thể tạo ra nhiều sản phẩm thú vị tùy khả năng của bản thân.
Tại cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho HS THPT nhiều mô hình sử dụng arduino đạt giải ví dụ như thùng rác thông minh, ngôi nhà thông minh... Trẻ em nhiều nơi đã được tiếp xúc, học lập trình và sáng tạo với Arduino. Đó là một trong những minh chứng rằng học Arduino không khó và nó thật sự cần thiết cho thời đại công nghệ hiện nay. Theo tìm hiểu, tôi được biết, một số tỉnh thành đã có những buổi tập huấn về Arduino cho GV.
Bản thân môn Công nghệ từ trước đến nay không có trong danh sách các kỳ thi quan trọng nên HS thường ít quan tâm, ít hứng thú. Để các em thay đổi cách nhìn, thái độ học tập cũng như phát huy vai trò của môn học thì GV tìm hiểu, đầu tư những phương pháp mới, phù hợp với HS ngày nay là điều cần thiết. Và sử dụng Arduino trong dạy học là một trong những phương pháp có triển vọng. HS có thể tự học qua điện thoại. Và đó cũng là tiền đề cho những năm học lên trung cấp nghề, cao đẳng, đại học sau này.
Kiến nghị.
Đề tài tôi thực hiện đang ở giai đoạn đầu, mới mang tính chất giới thiệu, cho HS tiếp xúc với Arduino, mới phần nào mang lại tinh thần học hỏi cho các em. Để có được hiệu quả thiết thực hơn, thấy rõ được những gì Arduino mang lại cho công tác dạy học thì phải trải qua cả quá trình và được thực nghiệm rộng rãi ở nhiều lớp, nhiều khối, trường học. Vì vậy, qua quá trình thực hiện đề tài sáng kiến kinh nghiệm này, để nâng cao chuyên môn cũng như chất lượng dạy học phù hợp với đổi mới, tôi xin mạnh dạn kiến nghị bản thân mình và các GV dạy Công Nghệ được tham gia những buổi tập huấn như trên.
Trên đây là một số ý kiến của tôi trong đề tài “HS làm quen - học thực hành với Arduion trong dạy học STEM và thực hành Công Nghệ 12”. Tôi hi vọng, đề tài có thể góp phần nhỏ vào công tác đổi mới PPDH hiện nay. Chắc chắn trong quá trình thực hiện không tránh khỏi những thiếu sót . Vì vậy, tôi rất mong muốn được sự góp ý của các cấp trên và đồng nghiệp để đề tài được hoàn chỉnh hơn.
IV. TÀI LIỆU THAM KHẢO.
Tư liệu dạy học điện tử môn Công nghệ, Nguyễn Trọng (chủ biên) – Nxb ĐHSP Hà Nội.
Phương pháp dạy học môn Công Nghệ Công Nghiệp, Nguyễn Văn Bính Nguyễn Sinh Thành - Nguyễn Văn Khôi.
Tài liệu bồi dưỡng giáo viên môn Công Nghệ 11, Bộ Giáo dục và Đào tạo.
Sách Vi điều khiển và ứng dụng Arduino dành cho người tự học - Phạm Quang Huy, Nguyễn Trọng Hiếu - Nhà xuất bản bách khoa Hà Nội.
Sách Hướng dẫn sử dụng Arduino - Thạc sĩ Trương Đình Nhơn, kỹ sư Phạm Quang Huy - Nhà xuất bản thanh niên.
Bài Tập Thực Hành Arduino – Lập Trình Điều Khiển Với Arduino – Nhà xuất bản Khoa Học và Kỹ Thuật.
Trang cộng đồng Arduino Việt Nam - 
Các nhóm facebook dành cho người học về Arduino.
Các trang youtube về Arduino trên internet.