Giáo án Bài 4. Một số công nghệ mới

Kích thích sự tò mò, giúp HS nhận ra công nghệ mới có thể tạo ra sản phẩm quen thuộc theo cách khác truyền thống và xác định nhiệm vụ học tập của bài.

HS quan sát mẫu giá đỡ bằng nhựa in 3D và trả lời hai câu hỏi:

• Câu 1: Theo em, chiếc giá đỡ này được tạo ra bằng cách nào: cắt từ tấm nhựa lớn hay tạo từ một loại công nghệ khác?
• Câu 2: Ngoài in 3D, em đã nghe đến những công nghệ mới nào (ví dụ: nhà thông minh, vật liệu siêu nhỏ, máy tự tưới cây)?

Câu trả lời dự kiến: Giá đỡ được tạo ra bằng cách đắp từng lớp vật liệu từ dữ liệu số (In 3D). HS có thể nêu các công nghệ đã nghe như nhà thông minh, điện thoại nhận dạng khuôn mặt, vật liệu nhẹ. GV ghi nhận và nêu nhiệm vụ: xác định In 3D, IoT, công nghệ nano là gì, khác nhau thế nào và giới hạn của chúng.

HS nêu được khái niệm In 3D, mô tả được quy trình chế tạo và nhận biết được lợi ích, giới hạn của công nghệ này.

Nhóm 4 HS hoàn thành Phiếu học tập số 1 (mục A) bằng cách:

• Đọc thông tin GV cung cấp về In 3D và quan sát mẫu giá đỡ.
• Sắp xếp năm bước quy trình: yêu cầu sản phẩm, mô hình số, chia lớp, chế tạo, đo kiểm.
• Nêu hai lợi ích và hai giới hạn của in 3D giá đỡ so với cắt tấm thông thường.
  Câu hỏi GV đặt ra: “Vì sao In 3D có thể tạo hình phức tạp mà cắt tấm khó làm được?” và “Lớp càng mỏng thì có chắc chắn sản phẩm nhanh hơn, bền hơn không?”

Kết quả dự kiến:

• Khái niệm: In 3D là chế tạo vật thể bằng thêm vật liệu theo từng lớp từ dữ liệu số.
• Quy trình: yêu cầu sản phẩm → mô hình số → chia lớp → chế tạo → đo kiểm.
• Lợi ích: tạo được hình dạng phức tạp; có thể đổi thiết kế nhanh.
• Giới hạn: độ bền và vật liệu phụ thuộc vào cách đắp lớp; thời gian và chi phí tăng khi số lượng lớn.
• Lưu ý: lớp mỏng thường cần nhiều lớp hơn, chưa chứng minh luôn nhanh hơn hay bền hơn; không suy mẫu đẹp là chịu lực an toàn.

HS nêu được khái niệm IoT và giải thích được vai trò của việc kết nối thiết bị, trao đổi dữ liệu có kiểm soát quyền truy cập.

Nhóm 4 HS đọc thông tin về IoT, hoàn thành mục B của Phiếu học tập số 1: điền vào bảng hai cột “Thiết bị – dữ liệu được trao đổi” và “Quyền truy cập cần có”. Câu hỏi GV đặt ra: “Nếu nhiều thiết bị trong nhà cùng gửi dữ liệu lên mạng, điều gì cần được kiểm soát?”

Kết quả dự kiến:

• Khái niệm: IoT là kết nối thiết bị và trao đổi dữ liệu theo hệ thống.
• Ví dụ HS có thể nêu: cảm biến, thiết bị điều khiển trong nhà kết nối với điện thoại qua mạng.
• Ý cần nhấn mạnh: IoT phải có quyền truy cập và phân quyền rõ ràng, chỉ người được cấp quyền mới xem hoặc điều khiển thiết bị.

HS nêu được khái niệm công nghệ nano và phân biệt được tự động hóa theo quy tắc cố định với AI học từ dữ liệu.

Nhóm 4 HS hoàn thành mục C của Phiếu học tập số 1:

• Nêu khái niệm công nghệ nano và cho biết vì sao vật liệu ở kích thước nhỏ có thể có tính chất được thiết kế.
• So sánh máy tự động theo quy tắc cố định với AI học từ dữ liệu theo bảng hai cột.
  Câu hỏi GV đặt ra: “Mọi máy tự chạy đều là trí tuệ nhân tạo đúng không? Vì sao?”

Kết quả dự kiến:

• Khái niệm: công nghệ nano là khai thác đặc tính vật liệu ở kích thước nano.
• Không phải mọi vật liệu nhẹ đều là vật liệu nano.
• Máy tự động theo quy tắc cố định (ví dụ hẹn giờ) không cần học từ dữ liệu.
• AI xây dựng mô hình từ dữ liệu, cần kiểm tra trên dữ liệu mới và chỉ hoạt động trong phạm vi cho phép.
• Ý kết luận: không đồng nhất mọi tự động hóa với AI.

HS củng cố khái niệm In 3D, IoT, công nghệ nano; vận dụng tính số lớp và phân biệt được cơ chế của máy tự động với AI.

Cá nhân HS làm bài tập 1 đến 5 (trắc nghiệm, ghép đôi, điền khuyết, sắp xếp). GV chiếu đề trên máy chiếu, HS ghi đáp án vào vở. Sau đó các cặp đổi vở kiểm tra chéo.
Bài tập:

• Bài 1: Mô tả nào đúng về In 3D? A. Chế tạo vật thể bằng thêm vật liệu theo từng lớp; B. Kết nối thiết bị và trao đổi dữ liệu theo hệ thống; C. Khai thác đặc tính vật liệu ở kích thước nano; D. Mọi máy chạy tự động đều là trí tuệ nhân tạo học từ dữ liệu.
• Bài 2: Ghép thuật ngữ với ý nghĩa: In 3D, IoT, Công nghệ nano.
• Bài 3: Đúng hay sai: “Mọi máy chạy tự động đều là trí tuệ nhân tạo học từ dữ liệu.”
• Bài 4: Điền vào chỗ trống: Kết nối thiết bị và trao đổi dữ liệu theo hệ thống được gọi là …
• Bài 5: Sắp xếp các bước của quy trình in 3D theo đúng thứ tự.

Đáp án:

• Bài 1: A. Chế tạo vật thể bằng thêm vật liệu theo từng lớp.
• Bài 2: In 3D – Chế tạo vật thể bằng thêm vật liệu theo từng lớp; IoT – Kết nối thiết bị và trao đổi dữ liệu theo hệ thống; Công nghệ nano – Khai thác đặc tính vật liệu ở kích thước nano.
• Bài 3: Sai. Tự động có thể chỉ theo quy tắc cố định; AI/học máy là cơ chế khác.
• Bài 4: IoT.
• Bài 5: Chốt yêu cầu sản phẩm mẫu → Tạo mô hình số theo kích thước → Chuẩn bị lớp và chế tạo dưới người phụ trách → Đo kiểm rồi điều chỉnh dữ liệu thiết kế.

HS vận dụng phép chia để tính số lớp in và phân tích cơ chế hoạt động của hai loại máy tưới.

Cặp đôi HS làm bài tập 6 đến 8:

• Bài 6: Mô hình cao 20 mm, chiều dày mỗi lớp 0,2 mm, bỏ qua sai số. Cần bao nhiêu lớp?
• Bài 7: Phân biệt máy tưới theo đồng hồ với mô hình AI dự đoán nhu cầu từ dữ liệu.
• Bài 8: Nêu hai lợi ích và hai giới hạn của in 3D giá đỡ so với cắt tấm thông thường.

Đáp án:

• Bài 6: $\dfrac{20\ \mathrm{mm}}{0{,}2\ \mathrm{mm}}=100$ lớp. Thời gian in còn phụ thuộc đường chạy, tốc độ và vật liệu.
• Bài 7: Máy hẹn giờ chạy theo lịch cố định, không cần học. AI xây mô hình từ dữ liệu và phải kiểm trên dữ liệu mới. Cả hai cần giám sát và chỉ hoạt động trong phạm vi phù hợp. (Thang điểm: 0,5 cơ chế; 0,5 kiểm tra/giới hạn.)
• Bài 8: Lợi ích: tạo hình phức tạp, đổi thiết kế nhanh. Giới hạn: độ bền và vật liệu theo lớp; thời gian và chi phí khi số lượng lớn. Phải đo kiểm, không suy mẫu đẹp là chịu lực an toàn. (Thang điểm: 0,5 lợi ích; 0,5 giới hạn.)

HS vận dụng kiến thức về In 3D, IoT, công nghệ nano để đề xuất giải pháp cho nhiệm vụ có dữ kiện và giới hạn an toàn rõ ràng.

Nhóm 4 HS hoàn thành Phiếu học tập số 2: Nhiệm vụ là đề xuất một giải pháp cho chiếc giá đỡ chậu cây trong lớp học, yêu cầu cao 20 mm, lớp in 0,2 mm, bỏ qua sai số. Nhóm trả lời:

• Nên dùng In 3D hay cắt tấm? Vì sao?
• Có cần IoT để theo dõi trạng thái giá đỡ không? Nếu có, cần phân quyền thế nào?
• Nêu hai điều kiện an toàn khi chế tạo và hai bước đo kiểm trước khi đưa vào sử dụng.

Sản phẩm dự kiến của nhóm:

• Lựa chọn: In 3D phù hợp nếu cần hình dạng riêng và đổi thiết kế nhanh; có thể nêu cắt tấm nếu sản phẩm đơn giản và số lượng lớn, với lý do rõ ràng.
• Số lớp: $\dfrac{20\ \mathrm{mm}}{0{,}2\ \mathrm{mm}}=100$ lớp.
• An toàn: chỉ HS quan sát máy đã được GV quản lí; không chạm đầu nóng, không hít bụi nhựa.
• Đo kiểm: kiểm kích thước và kiểm độ chắc chắn bằng thử tải phù hợp; không kết luận chịu lực chỉ qua hình dáng đẹp.