Giáo án Bài 21. Phương pháp, phương tiện hỗ trợ thiết kế kĩ thuật

Giúp HS nhận ra một nhiệm vụ thiết kế cần làm rõ dữ kiện, giới hạn an toàn và ràng buộc trước khi đề xuất giải pháp; từ đó dẫn vào ba phương pháp hỗ trợ thiết kế.

GV nêu tình huống: lớp học cần một giá sách đặt góc đọc, cao khoảng 1,2 m, đựng được sách giáo khoa và truyện, dễ di chuyển và không gây nguy hiểm khi học sinh chạm vào. HS trả lời nhanh các câu hỏi: (1) Cần biết những dữ kiện nào trước khi thiết kế? (2) Những giới hạn nào liên quan đến an toàn? (3) Nếu có nhiều ý tưởng, làm sao để chọn đúng phương án?

Danh sách 3 đến 5 câu hỏi làm rõ nhiệm vụ, ví dụ: kích thước tối đa, tải trọng dự kiến, vật liệu có sẵn, chi phí tối đa, yêu cầu chống đổ và mép không sắc. HS nhận ra: thiết kế cần dữ kiện và giới hạn rõ ràng trước khi chọn giải pháp.

HS nêu được nội dung động não và giải thích được vì sao cần tách pha tạo ý tưởng khỏi pha đánh giá có tiêu chí.

Nhóm 4–5 HS thực hiện động não cho nhiệm vụ “giá sách góc đọc lớp học”. Quy tắc: nêu nhiều ý tưởng, không phê bình trong pha tạo ý, ghi lại mọi ý kiến, khuyến khích ý kết hợp hoặc cải tiến ý người khác. Sau khi hết thời gian tạo ý, nhóm mới chuyển sang pha đánh giá: loại các ý không đạt ràng buộc đã nêu ở phần khởi động. Các ý tưởng ghi trên thẻ màu, dán lên bảng nhóm.

Mỗi nhóm có ít nhất 10 ý tưởng, ví dụ: khung bìa carton có thể gấp, giá gỗ ghép đóng sẵn, giá nhựa có bánh xe, giá treo tường, giá tre đan, giá thùng gỗ tái chế, kệ kim loại mỏng, kệ bằng ống nhựa PVC, giá gỗ có chân chống lật, giá kệ ghép bằng bìa cứng dày. Kiến thức HS rút ra: động não tạo nhiều ý tưởng trước, đánh giá sau, và đánh giá theo tiêu chí chứ không theo số phiếu.

HS nêu được vai trò của sơ đồ tư duy trong việc tổ chức ý và quan hệ quanh vấn đề trung tâm.

Từ danh sách ý tưởng của nhóm, HS vẽ sơ đồ tư duy với vấn đề trung tâm là “Giá sách góc đọc lớp học”. Các nhánh chính gồm: Vật liệu, Kích thước và tải trọng, An toàn, Chi phí, Dễ sửa và di chuyển. Mỗi nhánh gắn các ý tưởng liên quan. GV yêu cầu HS nối các nhánh bằng mũi tên nếu có quan hệ, ví dụ vật liệu ảnh hưởng đến tải trọng và chi phí.

Sơ đồ tư duy có vấn đề trung tâm ở giữa, ít nhất 5 nhánh chính; mỗi nhánh có 2–3 ý tưởng hoặc dữ kiện. Ví dụ: nhánh Vật liệu gồm gỗ ghép, carton, nhựa; nhánh An toàn gồm không có mép sắc, chân đế chống lật. Kiến thức HS rút ra: sơ đồ tư duy giúp nhìn thấy quan hệ giữa các ý, không thay thế việc kiểm chứng.

HS giải thích được cách lập bảng PMI, ghi mặt tốt, hạn chế và điều thú vị cần tìm hiểu, đồng thời phân biệt được giả thuyết với kết luận đã kiểm chứng.

Nhóm chọn 3 phương án từ danh sách đã loại: khung bìa rẻ, dễ sửa; gỗ cứng; nhựa nguyên bộ dễ lau. Nhóm điền bảng PMI theo Phiếu học tập số 1. Với mỗi phương án, nhóm phải ghi ít nhất một câu hỏi cần kiểm chứng, ví dụ: “Có ổn định khi tải lệch không?”. Nhóm không ghi là “đã đạt” nếu chưa thử nghiệm.

Bảng PMI cho ba phương án, ví dụ với giá bìa: Plus: nhẹ, dễ sửa; Minus: khả năng chịu ẩm cần kiểm; Interesting: có thể thay nắp riêng. Ghi chú: đây là giả thuyết, cần đặt phép thử vật liệu được duyệt trước khi kết luận. Kiến thức HS rút ra: PMI phân tích đa chiều, không chỉ chấm theo thích; mọi nhận định chưa thử đều là giả thuyết.

HS vận dụng kiến thức để nhận biết đúng khái niệm, sắp xếp quy trình và tính số phương án còn lại sau khi loại.

HS làm Phiếu học tập số 2 theo nhóm đôi, sau đó đối chiếu với bài tương tác trên trang NeoEdu. Nội dung gồm: trắc nghiệm chọn đúng mô tả của động não, ghép thuật ngữ với ý nghĩa, đánh dấu đúng/sai về việc bình chọn, sắp xếp bốn bước của quy trình, và tính số phương án còn lại.

Đáp án: (1) Động não là đáp án B: Tạo nhiều ý tưởng trước pha đánh giá có tiêu chí. (2) Động não – tạo nhiều ý tưởng trước pha đánh giá có tiêu chí; Sơ đồ tư duy – tổ chức ý và quan hệ quanh vấn đề trung tâm; PMI – phân tích mặt tốt, hạn chế và điều thú vị cần tìm hiểu. (3) Ý tưởng được nhiều phiếu nhất luôn được dùng dù vi phạm an toàn: Sai, vì bình chọn không thay điều kiện loại và bằng chứng. (4) Tổ chức ý và quan hệ quanh vấn đề trung tâm là sơ đồ tư duy. (5) Thứ tự đúng: Nêu vấn đề và quy tắc tạo ý → Tạo nhiều ý tưởng chưa phán xét sớm → Phân nhóm rồi phân tích PMI và ràng buộc → Chọn ý để tạo mẫu kiểm chứng. (6) $12 - 5 = 7$, còn 7 phương án cần xét.

HS phân biệt được vai trò của phương pháp tư duy và công cụ mô tả hình khi thiết kế; nhận ra giới hạn của công cụ.

GV nêu hai tình huống: (a) Nhóm đã có bản CAD đẹp của giá sách nhưng chưa phân tích ưu, nhược điểm; (b) Nhóm có 12 ý tưởng nhưng chưa vẽ bản phác thảo. HS trả lời câu hỏi: Phân biệt công cụ CAD và phương pháp động não trong thiết kế. Đồng thời, HS nhận xét tình huống nào cần bổ sung bước PMI trước khi chọn phương án.

Đáp án mẫu: Động não tạo phương án đa dạng; CAD mô tả và cụ thể hóa hình dạng, kích thước. Hai công cụ có thể phối hợp, nhưng bản CAD đẹp không thay thế việc đánh giá giải pháp. Tình huống (a) cần bổ sung PMI và kiểm tra ràng buộc; tình huống (b) cần chọn ý và phác thảo để kiểm chứng. Kiến thức HS rút ra: công cụ hỗ trợ không tự thay tri thức và bằng chứng.

HS vận dụng được cả ba phương pháp để lập hồ sơ thiết kế cho một vật dụng học tập có dữ kiện và giới hạn an toàn rõ ràng.

Nhóm chọn một vật dụng học tập cần thiết trong lớp, ví dụ giá để sách, hộp đựng dụng cụ hoặc kệ treo bảng nhóm. Nhóm xác định dữ kiện và giới hạn an toàn, tạo ít nhất 12 ý tưởng bằng động não, loại các ý vi phạm ràng buộc, còn lại ít nhất 7 phương án để phân tích PMI. Nhóm chọn một phương án để làm mẫu kiểm chứng, và lập hồ sơ gồm phác thảo, tiêu chí đánh giá, nguồn đã đọc và lí do loại ý. Phần còn lại hoàn thiện ở nhà.

Hồ sơ thiết kế gồm: bản dữ kiện và giới hạn; danh sách 12 ý tưởng; danh sách ý bị loại kèm lí do (ví dụ: $12 - 5 = 7$ phương án còn xét); bảng PMI cho ít nhất 2 phương án, có ghi câu hỏi cần kiểm chứng; sơ đồ tư duy tổ chức ý; phác thảo và tiêu chí chọn phương án mẫu. Kiến thức HS rút ra: hồ sơ lưu đầy đủ phác thảo, tiêu chí và nguồn, không xóa dấu vết ý tưởng bị loại.