Khám phá cách công nghệ có thể cứu mạng người trong giáo án kỹ thuật thú vị – cách làm ngôi nhà thông minh! Động đất có thể gây ra sự tàn phá và thiệt hại về tính mạng cũng như tài sản, nhưng các tòa nhà chống động đất có thể đứng vững và giữ an toàn cho mọi người.
Trong dự án này, học sinh sẽ xây dựng các tòa nhà chống động đất kiểu mẫu và đo chuyển động của chúng trong một trận động đất mô phỏng bằng điện thoại di động và ứng dụng cảm biến. Nghe thật là vĩ đại đúng không nào, còn gì hạnh phúc bằng khi chúng ta có thể sáng tạo ra những giải pháp để bảo vệ chúng ta cũng như những người xung quanh! Thế thì bắt đầu tìm hiểu ngay thôi nào!
Mục lục
Đồ dùng cần thiết
- Vật liệu gia dụng được sử dụng để làm mặt bàn rung
- Điện thoại thông minh có ứng dụng cảm biến như phiphox
- Băng dính hai mặt
- Đồng hồ bấm giờ
- Thước
- Hộp cát tông nhỏ hoặc hộp bảo quản thực phẩm bằng nhựa
- Mảnh bìa cứng lớn hơn để làm đế của “ngôi nhà”
- Bìa cát tông sóng
- Viên bi
- Dây cao su, bông gòn, cục tẩy, lò xo
- Ghim, kẹp giấy, kẹp giấy, ống hút, dây, kim bấm…
- Vật có trọng lượng tương đương với điện thoại (hộp bút chì, túi nhựa đựng đầy tiền xu,…)
Tại sao phải cần những ngôi nhà thông minh
Động đất có thể gây ra nhiều thiệt hại nghiêm trọng về người và của nhất là nhà ở. Để giảm thiệt hại cho các tòa nhà, các kỹ sư đã phát triển nhiều kỹ thuật khác nhau để làm cho các tòa nhà có khả năng chống động đất. Một phương pháp liên quan đến việc đặt nền móng của một tòa nhà trên các ổ trục cho phép cả tòa nhà di chuyển. Có một số loại vòng bi chịu động đất khác nhau, nhưng nhìn chung, chúng có một số đặc điểm chung:
- Chúng cô lập nền của tòa nhà khỏi sự chuyển động của mặt đất, cho phép tòa nhà và mặt đất di chuyển độc lập với nhau.
- Chúng có một lực phục hồi (giống như một lò xo) đưa tòa nhà trở lại vị trí ban đầu của nó sau một trận động đất.
- Chúng có tác dụng giảm chấn (ma sát) giúp hấp thụ năng lượng từ trận động đất và ngăn tòa nhà dao động qua lại trong thời gian dài
- Vòng bi có chức năng tương tự như giảm xóc trên ô tô. Khi bạn lái xe qua ổ gà, giảm xóc sẽ giúp tránh rung động truyền sang người ngồi trên xe. Tương tự như vậy, vòng bi giúp ngăn chặn các chuyển động đột ngột của mặt đất truyền lên tòa nhà.
>> Có thể bạn sẽ quan tâm: Cách xây dựng và thiết kế bài giảng STEM tại trường
Giới thiệu về cách làm ngôi nhà thông minh
- Đầu tiên, hãy học sinh xem video dưới đây về trận động đất
- Cho học sinh xem video về hệ thống cách ly thường thấy nhằm né tránh khỏi động đất, đây là một trong những cách làm ngôi nhà thông minh
Bạn quan sát thấy gì trong đoạn phim?
Video cho thấy hai tòa nhà mô hình trên một bàn lắc lớn. Tòa nhà bên trái được xây trực tiếp trên mặt đất. Tòa nhà bên phải có một hệ thống cách ly cơ sở giúp cô lập nó khỏi sự chuyển động của mặt đất. Như bạn có thể thấy trong video, điều này giúp tòa nhà bên phải ít bị chao đảo hơn và tránh bị sụp đổ. Đây là một trong những cách làm ngôi nhà thông minh để né tránh động đất
Tại sao các hệ thống bảo vệ động đất lại quan trọng như thế này?
Kiến thức của học sinh về chủ đề này có thể phụ thuộc vào nơi bạn sống và khu vực có dễ xảy ra động đất hay không. Động đất có thể gây ra thiệt hại về tính mạng và tàn phá các tòa nhà. Các hệ thống giúp các tòa nhà đứng thẳng trong trận động đất có thể cứu sống và giảm đáng kể chi phí sửa chữa.
- Giới thiệu ứng dụng cảm biến cho học sinh của bạn, cụ thể là gia tốc kế. Khi sử dụng ứng dụng phiphox, họ sẽ cần sử dụng cảm biến gia tốc kế và đo gia tốc tuyệt đối.
- Giải thích rằng điện thoại có tích hợp gia tốc kế là thiết bị điện tử có thể phát hiện chuyển động. Gia tốc kế được sử dụng để điều khiển chuyển động trong điện thoại và bộ điều khiển trò chơi điện tử.Các ứng dụng cảm biến khác nhau như phiphox cho phép bạn ghi lại dữ liệu từ gia tốc kế và hiển thị dưới dạng biểu đồ.
- Sử dụng băng dính xốp hai mặt để dán điện thoại vào đầu hộp các tông nhỏ, với màn hình hướng lên trên.
- Khi sử dụng ứng dụng phiphox, hãy mở cảm biến gia tốc kế (không có g) và chuyển đến tab “Tuyệt đối” để đo gia tốc tuyệt đối. Nhấn nút phát để bắt đầu ghi âm.
- Lắc hộp các-tông qua lại vài lần, sau đó nhấn nút tạm dừng để dừng ghi. Lưu dữ liệu của bạn để phân tích dữ liệu.
- Hiển thị biểu đồ cho lớp của bạn và xác định gia tốc tối đa mà điện thoại cảm nhận được. Bạn có thể sử dụng công cụ chọn dữ liệu để chọn bất kỳ điểm dữ liệu nào trong biểu đồ của mình và xem các giá trị của nó
- Bây giờ, đặt hộp lên trên một số điểm đánh dấu hoặc các vật tròn khác lên trên một miếng bìa cứng gợn sóng.
- Bắt đầu một bản ghi âm mới và lắc miếng bìa cứng qua lại một vài lần. Cố gắng hết sức để lắc nó với cùng tốc độ mà bạn đã lắc hộp. Bạn nên chú ý rằng hộp không di chuyển qua lại nhiều như các tông. Do các con lăn, các tông có thể di chuyển qua lại bên dưới hộp.
- Dừng ghi, lưu dữ liệu và hiển thị biểu đồ cho lớp của bạn. Một lần nữa, hãy xác định gia tốc tối đa mà điện thoại cảm nhận được và so sánh giá trị của nó với khi bạn lắc hộp trực tiếp.
Biểu đồ cho chúng ta biết điều gì? Làm thế nào để hai đồ thị so sánh? Điều này liên quan như thế nào đến video bạn vừa xem?
Lắc tấm bìa cứng qua lại mô phỏng chuyển động của mặt đất trong trận động đất. Khi bạn lắc hộp trực tiếp, nó giống như một tòa nhà được gắn trực tiếp vào mặt đất. Tòa nhà di chuyển nhiều hơn, vì vậy gia tốc tối đa cao hơn. Khi bạn đặt hộp trên con lăn, chúng hoạt động giống như hệ thống cách ly cơ sở khỏi video. Mặt đất có thể di chuyển qua lại bên dưới tòa nhà, và tòa nhà không di chuyển nhiều. Điều này làm cho khả năng tăng tốc tối đa thấp hơn.
Một số vấn đề tiềm ẩn khi chỉ đặt một tòa nhà trên các con lăn như trong phần trình diễn là gì?
Các câu trả lời có thể bao gồm: không có gì để ngăn tòa nhà lăn khỏi một trong hai mép và không có gì để buộc tòa nhà quay trở lại vị trí ban đầu sau trận động đất. Hệ thống cách ly cơ sở thực cho phép xây dựng định di chuyển qua lại, nhưng chúng cũng bao gồm các tính năng này, bạn muốn đảm bảo tòa nhà của mình hoạt động tốt trở lại nơi nó bắt đầu!
>> Tìm hiểu thêm: Hướng dẫn sử dụng Scratch online từ A đến Z
Khám phá
- Chia lớp thành các nhóm từ 2-4 học sinh.
>> Một số mô hình nhà thông minh nên tham khảo để kết hợp cùng bài giảng: Ngôi nhà đồ chơi thông minh Home:Bit
- Thiết lập các quy tắc kiểm tra bằng thước và đồng hồ bấm giờ. Ví dụ: “lắc tòa nhà của bạn qua lại +/- 1 cm, 20 lần trong 10 giây.” Mặc dù không thể lặp lại hoàn hảo điều này mỗi khi kiểm tra bằng tay, nhưng nó sẽ cung cấp cho sinh viên ý tưởng cơ bản về mức độ rung lắc mà thiết kế của họ có thể chịu được.
- Hướng dẫn mỗi nhóm sử dụng worksheet của học sinh để động não và phác thảo các thiết kế của họ trước khi bắt đầu xây dựng.
- Hãy để mỗi nhóm thu thập tài liệu của họ và bắt đầu xây dựng hệ thống cách ly cơ sở của họ. Nếu bạn chỉ có một chiếc điện thoại, học sinh có thể kiểm tra thiết kế của mình tại bàn học mà không cần sử dụng điện thoại.
- Gắn một vật nặng tương đương điện thoại lên nóc nhà trong quá trình thực hiện các bước ở cách làm ngôi nhà thông minh. Điều này rất quan trọng vì tổng khối lượng của ngôi nhà sẽ ảnh hưởng đến cách nó rung chuyển. Nếu bạn thử nghiệm với một hộp bìa cứng trống trên bàn làm việc, sau đó gắn điện thoại tại trạm thử nghiệm chính thức, kết quả có thể thay đổi đáng kể.
- Lắc qua lại phần đế bìa cứng. Hãy nhớ sử dụng thước đo và đồng hồ bấm giờ để kiểm soát mức độ bạn lắc đế, sử dụng các quy tắc đã thiết lập cho cả lớp.
- Quan sát xem ngôi nhà di chuyển như thế nào. Nó có chuyển động nhiều như bìa cứng không? Nó có giữ nguyên vị trí trong khi các tông di chuyển qua lại bên dưới nó không? Cách làm ngôi nhà thông minh có ảnh hưởng nhiều đến nó không?
- Khi các nhóm riêng lẻ đã sẵn sàng, họ có thể đến trạm thử nghiệm để kiểm tra thiết kế của mình bằng điện thoại được trang bị ứng dụng cảm biến.
- Dán điện thoại lên nóc nhà bằng băng dính xốp hai mặt, với màn hình hướng lên trên. Đảm bảo kích thước dài của điện thoại thẳng hàng với hướng bạn sẽ rung chuyển tòa nhà.
- Khi sử dụng ứng dụng phiphox, hãy mở cảm biến gia tốc kế (không có g) và chuyển đến tab “Tuyệt đối” để đo gia tốc tuyệt đối. Nhấn nút phát để bắt đầu ghi âm.
- Ngừng lắc đế và nhấn nút tạm dừng để dừng ghi. Lưu dữ liệu của bạn để phân tích dữ liệu.
- Xác định gia tốc cực đại mà điện thoại cảm nhận được. Bạn có thể sử dụng công cụ chọn dữ liệu để chọn bất kỳ điểm dữ liệu nào trong biểu đồ của mình và xem các giá trị của nó. Sau đó ghi giá trị gia tốc cực đại vào phiếu học sinh.
Tổng kết
Trên đây là giáo án STEM – sáng tạo cách làm ngôi nhà thông minh. Dự án tuyệt vời này không chỉ cho trẻ thêm nhiều kiến thức về tự nhiên, mà còn khiến chúng có trách nhiệm hơn với thế giới mình đang sống. Để tham khảo thêm nhiều bài giảng thú vị khác, bạn có thể truy cập tại đây.
Để tìm hiểu thêm về các đồ chơi, giáo cụ STEAM cho bé, vui lòng liên hệ OhStem qua:
Fanpage: https://www.facebook.com/ohstem.aitt
Hotline: 08.6666.8168
Youtube: https://www.youtube.com/c/ohstem
OhStem – Đơn vị cung cấp công cụ và giải pháp giáo dục STEAM cho mọi lứa tuổi tại Việt Nam
