Giáo án Bài 2. Hệ thống kĩ thuật

Huy động kinh nghiệm của HS về hệ thống tự điều chỉnh và nêu được vấn đề: vì sao một số hệ thống cần thông tin đầu ra quay lại.

GV chiếu hai tình huống: (1) bộ tưới chạy theo lịch cố định mỗi ngày, không kiểm tra độ ẩm đất; (2) bộ tưới bật hoặc tắt theo độ ẩm đất được đo. HS trả lời câu hỏi: Bộ nào có thể tự điều chỉnh khi thời tiết thay đổi? Vì sao?

HS nêu được: bộ (2) tự điều chỉnh được vì có thông tin đo được (độ ẩm đất) quay lại để quyết định bật hoặc tắt; bộ (1) không dùng thông tin đầu ra nên không tự điều chỉnh. Từ đó HS xác định nhiệm vụ học tập: tìm hiểu hệ thống kĩ thuật và vai trò của phản hồi.

Phân biệt được Đầu vào, Phản hồi, Đầu ra và vai trò của từng thành phần trong mô hình bộ tưới học tập.

HS làm việc nhóm 4 người với Phiếu học tập số 1. Nhóm đọc mục Bản chất và điều kiện áp dụng, xem sơ đồ mô hình (cảm biến ẩm, bộ xử lí, bơm điện áp thấp) và hoàn thành bảng phân loại. Câu hỏi GV đặt ra: (a) Giá trị ẩm mục tiêu và tín hiệu từ cảm biến thuộc nhóm nào? (b) Lệnh bật hoặc tắt bơm thuộc nhóm nào? (c) Độ ẩm đo sau khi tưới quay lại để làm gì?

Bảng phân loại đúng: Đầu vào gồm giá trị mục tiêu độ ẩm, tín hiệu cảm biến ẩm, năng lượng cấp cho mô hình (điện áp thấp). Xử lí gồm so sánh tín hiệu đo với quy tắc bật khi ẩm dưới $40\%$, tắt khi trên $50\%$. Đầu ra gồm lệnh bật hoặc tắt bơm và lượng nước tưới. Phản hồi là độ ẩm đo sau khi tưới được đưa quay lại bộ xử lí. Kết luận của HS: Đầu vào là nguồn lực và thông tin đưa vào; Phản hồi là thông tin đầu ra quay lại phục vụ điều chỉnh; Đầu ra là kết quả hệ tạo ra theo chức năng và điều kiện.

Giải thích được sự khác nhau giữa hệ hở và hệ kín, tính được độ thiếu hụt theo quy tắc mô hình và nêu được giới hạn của phản hồi khi cảm biến lỗi.

HS làm việc cặp đôi với Phiếu học tập số 2 (so sánh hệ hở và hệ kín; ví dụ tính toán). Ví dụ: theo quy tắc mô hình, bật bơm nếu ẩm dưới $40\%$; giá trị đo là $32\%$. Hỏi: còn thiếu bao nhiêu điểm phần trăm tới $40\%$? Câu hỏi thêm: Nếu cảm biến kẹt ở $0\%$ thì hệ sẽ làm gì? Cần thêm biện pháp nào?

Bảng so sánh: hệ hở không dùng thông tin đầu ra để điều chỉnh (ví dụ tưới theo lịch cố định); hệ kín có phản hồi, đầu ra đo được quay lại để điều chỉnh. Phép tính: $40 - 32 = 8$, tức thiếu $8$ điểm phần trăm (không phải $8\%$ so với $32$). Giới hạn: phản hồi không tự bảo đảm đúng; cảm biến kẹt $0\%$ khiến hệ có thể tưới thừa, nên cần giới hạn thời gian tưới và có người giám sát.

Củng cố nhận biết Đầu vào, Phản hồi, Đầu ra và quy tắc tính toán thông qua các câu hỏi trắc nghiệm, ghép thuật ngữ, đúng sai và điền từ.

GV tổ chức trò chơi chia 4 đội. Lần lượt chiếu các câu hỏi: (1) Mô tả nào đúng về Đầu vào? A. Kết quả hệ tạo ra theo chức năng và điều kiện; B. Có phản hồi nghĩa là mọi hỏng cảm biến đều tự được sửa; C. Nguồn lực và thông tin được đưa vào hệ; D. Thông tin đầu ra quay lại phục vụ điều chỉnh. (2) Ghép: Đầu vào, Phản hồi, Đầu ra với nội dung tương ứng. (3) Đúng hay sai: 'Có phản hồi nghĩa là mọi hỏng cảm biến đều tự được sửa.' (4) Điền từ: 'Thông tin đầu ra quay lại phục vụ điều chỉnh được gọi là {{1}}.' (5) Tính: quy tắc bật bơm khi ẩm dưới $40\%$, giá trị đo $32\%$, còn thiếu bao nhiêu điểm phần trăm?

Đáp án: (1) C. (2) Đầu vào – Nguồn lực và thông tin được đưa vào hệ; Phản hồi – Thông tin đầu ra quay lại phục vụ điều chỉnh; Đầu ra – Kết quả hệ tạo ra theo chức năng và điều kiện. (3) Sai, vì phản hồi cần đo và xử lí đúng; lỗi cảm biến vẫn có thể làm điều khiển sai. (4) Phản hồi. (5) $40 - 32 = 8$ điểm phần trăm.

Vận dụng kiến thức để phân tích một bộ tưới kín theo ba khối và phản hồi, đồng thời giải thích vì sao không nên chỉ tin lệnh bật khi cảm biến báo sai.

Nhiệm vụ 1: Phân tích bộ tưới kín theo ba khối (đầu vào, xử lí, đầu ra) và chỉ ra phản hồi cùng giới hạn an toàn. Nhiệm vụ 2: Độ ẩm thực tế rất cao nhưng cảm biến báo $0\%$. Vì sao không chỉ tin lệnh bật? Hệ nên xử lí thế nào? HS làm cá nhân, sau đó chia sẻ trong nhóm.

Nhiệm vụ 1 (thang điểm tham khảo 1 điểm): Đầu vào gồm mục tiêu độ ẩm, giá trị cảm biến và năng lượng điện áp thấp; xử lí là so sánh với quy tắc bật khi dưới $40\%$, tắt khi trên $50\%$; đầu ra là lệnh bơm và lượng nước; phản hồi là độ ẩm đo sau tưới quay lại; giới hạn là mô hình chỉ thấp áp, trên giấy, không tự đấu điện. Nhiệm vụ 2 (thang điểm tham khảo 1 điểm): Cảm biến có thể lỗi nên hệ dựa vào thông tin sai (0,5 điểm); hệ cần dừng theo quy trình, báo giáo viên và kiểm tra đối chiếu, không tự gây ngập hay chạm bơm đang hoạt động (0,5 điểm).