Giáo án Tổng kết Chương III

Nhắc lại khái niệm nhu cầu, tiêu chí thiết kế và ràng buộc; xác định nhiệm vụ tổng kết chương III.

HS quan sát tình huống: giữ sách gọn trên bàn rộng 60 cm, kinh phí tối đa 80000 đ, không cạnh sắc.
GV đặt câu hỏi:

• Câu 1: Đâu là nhu cầu (vấn đề cần giải quyết)?
• Câu 2: Những điều kiện nào là ràng buộc (giới hạn phải tuân theo)?
• Câu 3: Hãy đề xuất một tiêu chí kiểm được cho giá sách.

• Nhu cầu: giữ sách gọn trên bàn học.
• Ràng buộc: bàn rộng 60 cm; kinh phí tối đa 80000 đ; không cạnh sắc.
• Tiêu chí kiểm được (dự kiến): giá rộng không quá 30 cm; giữ được ba quyển sách theo tải do GV duyệt; không lật khi thử nhẹ; dễ đặt và lấy sách.
• Kết luận: tiêu chí phải đo được, ràng buộc là giới hạn, nhu cầu là vấn đề.

Sắp xếp đúng thứ tự bảy bước của quy trình thiết kế kĩ thuật và nêu được vai trò của bằng chứng thử trong từng bước.

Nhóm 4 HS, dùng tờ giấy A0 làm khăn trải bàn có ô cho 7 bước.
Nhiệm vụ 1: Sắp xếp thẻ bước theo thứ tự quy trình (xác định vấn đề, nghiên cứu thông tin, xác định yêu cầu, đề xuất và đánh giá giải pháp, tạo nguyên mẫu, thử và hoàn thiện, báo cáo).
Nhiệm vụ 2: Ghi vào Phiếu học tập số 1 việc cần làm và bằng chứng của từng bước.
Câu hỏi GV: Vì sao khi thử chưa đạt phải quay lại bước trước? Vì sao không nên chọn sản phẩm trước rồi mới tìm số liệu để bênh?

Thứ tự đúng: 1. Xác định vấn đề; 2. Nghiên cứu thông tin; 3. Xác định yêu cầu; 4. Đề xuất và đánh giá giải pháp; 5. Tạo nguyên mẫu; 6. Thử và hoàn thiện; 7. Báo cáo.
Kiến thức HS rút ra: quy trình có tính lặp; khi thử chưa đạt phải điều chỉnh giải pháp và thử lại; cần ghi cả phương án bị loại và lí do để người khác hiểu quyết định. Số bước có thể gộp, nhưng quan hệ bằng chứng phải rõ ràng.

Giải thích được các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế, công thái học và cách xử lí xung đột tiêu chí; vận dụng được bốn nguyên tắc tối ưu, đơn giản hóa và khung 6R.

Nhóm 4 HS vẽ sơ đồ tư duy với nhánh trung tâm 'Thiết kế kĩ thuật', gồm ba nhánh: 'Yếu tố ảnh hưởng', 'Nguyên tắc thiết kế', 'Bền vững và 6R'.
Câu hỏi GV:

• Câu 1: Kể các yếu tố ảnh hưởng đến thiết kế.
• Câu 2: Công thái học xem xét điều gì? Vì sao không dùng một kích thước ghế cho mọi người?
• Câu 3: Nêu một ví dụ xung đột giữa các tiêu chí và cách chọn ưu tiên.
• Câu 4: Vì sao đơn giản hóa không đồng nghĩa với bỏ chức năng bảo vệ?
• Câu 5: Kể sáu chữ R và cho ví dụ.

Sơ đồ tư duy nhóm gồm các nội dung chính:

• Yếu tố ảnh hưởng: chức năng, người dùng, công thái học, vật liệu, công nghệ chế tạo, thẩm mĩ, kinh tế, môi trường, điều kiện xã hội.
• Công thái học: nghiên cứu sự phù hợp giữa con người và sản phẩm khi sử dụng; không mặc định một kích thước hợp mọi cơ thể.
• Xung đột ví dụ: nhẹ và chịu lực; rẻ và tuổi thọ; cần nêu ưu tiên và điều kiện loại.
• Bốn nguyên tắc: lặp để cải tiến bằng bằng chứng; đơn giản hóa vẫn đáp ứng yêu cầu; chọn giải pháp tối ưu theo toàn bộ ràng buộc; tối thiểu tài chính khi các giải pháp tương đương mức đáp ứng.
• Đơn giản hóa không bỏ bảo vệ an toàn; tiết kiệm không dùng vật liệu chưa rõ khả năng.
• 6R: Recycle (tái chế), Reduce (giảm), Rethink (xem lại giải pháp), Repair (sửa chữa), Reuse (dùng lại), Refuse (từ chối giải pháp chưa tốt cho môi trường).

Nêu được vai trò của động não, sơ đồ tư duy và PMI; mô tả các pha của dự án và giải thích vì sao kết quả lưu lượng hay độ trong không chứng minh chất lượng nước.

Cặp đôi hoàn thành Phiếu học tập số 2.
Nhiệm vụ 1: Nêu mục đích của động não (tạo nhiều ý tưởng trước khi đánh giá có tiêu chí) và của PMI (liệt kê điểm tốt, điểm hạn chế, điều thú vị cần tìm hiểu).
Nhiệm vụ 2: Sắp xếp bảy pha của dự án thiết kế sản phẩm đơn giản (lọc cặn cơ học trên nước mẫu) theo thứ tự.
Nhiệm vụ 3: Trả lời câu hỏi: nếu nước sau lọc trong, có kết luận được nước uống trực tiếp an toàn không? Vì sao?

• Động não: tạo nhiều ý tưởng, chưa đánh giá ngay; sau đó phân nhóm và đánh giá theo tiêu chí.
• PMI: Plus (điểm tốt), Minus (điểm hạn chế), Interesting (điều cần tìm hiểu thêm).
• Bảy pha dự án: nghiên cứu nguồn nước, sản phẩm và quy định; đề xuất tiêu chí; đề xuất, đánh giá và chọn giải pháp; tạo nguyên mẫu; thử theo tiêu chí có biến kiểm soát và nhật kí; cải tiến; báo cáo, tự đánh giá và đánh giá chéo.
• Ranh giới: nước trong không chứng minh đạt chuẩn sinh hoạt hay uống được; TDS, EC, pH chỉ phản ánh chỉ tiêu tương ứng; nguyên mẫu giữ cặn chỉ cho thấy khả năng giữ hạt cặn trong phạm vi thử. Muốn kết luận chức năng làm nước sinh hoạt cần thiết kế đúng yêu cầu hiện hành, có phụ trách chuyên môn và bằng chứng phòng kiểm nghiệm; chưa có thì ghi 'chưa được kiểm chứng'.

Củng cố khái niệm nhu cầu, quy trình, yếu tố ảnh hưởng, nguyên tắc, phương pháp và dự án qua bài tập trắc nghiệm 1 đến 6.

GV trình bày bảng phụ với 6 câu trắc nghiệm. Mỗi câu HS giơ thẻ A, B, C hoặc D.
Câu 1: Mô tả nào đúng về Nhu cầu? A. Yêu cầu có thể dùng đánh giá mức đáp ứng của giải pháp; B. Giới hạn mà giải pháp phải tuân theo; C. Một bản phác thảo đẹp tự chứng minh sản phẩm chịu tải an toàn; D. Vấn đề hoặc mong muốn cần được giải quyết.
Câu 2: Mô tả nào đúng về Nguyên mẫu? A. Điều chỉnh giải pháp dựa trên kết quả đánh giá; B. Thử không đạt thì nên xóa dữ liệu lỗi để báo cáo chỉ còn lần thành công; C. Bản thử để kiểm ý tưởng hoặc yêu cầu xác định; D. Thu bằng chứng đáp ứng tiêu chí trong điều kiện đã nêu.
Câu 3: Mô tả nào đúng về Công thái học? A. Một kích thước ghế theo số trung bình luôn vừa mọi người; B. Nghiên cứu sự phù hợp giữa con người và sản phẩm trong sử dụng; C. Các giai đoạn từ tạo sản phẩm đến sử dụng và xử lí sau dùng; D. Chọn cân bằng giữa các tiêu chí có thể xung đột.
Câu 4: Mô tả nào đúng về Đơn giản hóa? A. Giảm phức tạp không cần thiết nhưng giữ yêu cầu cốt lõi; B. Tạo điều kiện kiểm sửa thay thế phù hợp; C. Mức tận dụng vật liệu theo phạm vi và mục tiêu tính; D. Bỏ nắp bảo vệ làm máy đơn giản hơn nên luôn là thiết kế tốt.
Câu 5: Mô tả nào đúng về Động não? A. Tổ chức ý và quan hệ quanh vấn đề trung tâm; B. Phân tích mặt tốt, hạn chế và điều thú vị cần tìm hiểu; C. Ý tưởng được nhiều phiếu nhất luôn được dùng dù vi phạm yêu cầu an toàn; D. Tạo nhiều ý tưởng trước pha đánh giá có tiêu chí.
Câu 6: Mô tả nào đúng về Nguyên mẫu lọc cặn? A. Đánh giá theo phép đo và tiêu chuẩn phù hợp mục đích sử dụng; B. Nước nhìn trong sau lọc qua cát chắc chắn uống được; C. Bộ thử để giữ hạt cặn trong phạm vi xác định; D. Thể tích chất lỏng thu được trên một đơn vị thời gian.

Đáp án: Câu 1: D (nhu cầu là vấn đề hoặc mong muốn cần giải quyết). Câu 2: C (nguyên mẫu là bản thử để kiểm ý tưởng hoặc yêu cầu xác định). Câu 3: B (công thái học nghiên cứu sự phù hợp giữa con người và sản phẩm trong sử dụng). Câu 4: A (đơn giản hóa giảm phức tạp không cần thiết nhưng giữ yêu cầu cốt lõi). Câu 5: D (động não tạo nhiều ý tưởng trước khi đánh giá có tiêu chí). Câu 6: C (nguyên mẫu lọc cặn là bộ thử giữ hạt cặn trong phạm vi xác định).
HS nêu được lí do loại phương án sai: câu 2 (B) xóa dữ liệu lỗi là gian dối; câu 3 (C) là vòng đời sản phẩm, không phải công thái học; câu 4 (D) bỏ bảo vệ không phải đơn giản hóa; câu 5 (C) vi phạm an toàn; câu 6 (B) suy diễn sai về khả năng uống được.

Vận dụng phép tính phần trăm, trung bình và chi phí để đánh giá phương án; nhận biết giới hạn của kết quả tính toán.

Cặp đôi làm bốn bài tính (bài 7 đến 10) trong Phiếu học tập số 2, sau đó trả lời câu hỏi phụ: kết quả có chứng minh được điều gì không?
Bài 7: Bàn rộng 60 cm, giá dự kiến rộng 30 cm. Giá chiếm bao nhiêu phần trăm bề rộng bàn?
Bài 8: Tiêu chí giữ 3 quyển; mẫu lần 1 giữ 2 quyển. Mức đạt theo số quyển, làm tròn 1 chữ số, là bao nhiêu phần trăm?
Bài 9: Ghế B giá 450000 đ, dùng giả định 5 năm, không tính khoản khác. Chi phí mua bình quân mỗi năm là bao nhiêu đồng?
Bài 10: Tấm 100 × 60 cm, cắt được bốn miếng 30 × 20 cm, bỏ qua hao hụt đường cắt. Diện tích dùng chiếm bao nhiêu phần trăm?

Đáp án: Bài 7: $\dfrac{30}{60}\times 100 = 50\%$; còn phải xét chiều sâu và lối dùng bàn. Bài 8: $\dfrac{2}{3}\times 100 \approx 66{,}7\%$; chưa đạt tiêu chí ba quyển. Bài 9: $\dfrac{450000}{5} = 90000$ đ/năm, chỉ là chi phí mua bình quân, chưa phải tổng chi phí vòng đời. Bài 10: $\dfrac{4\times 30\times 20}{100\times 60}\times 100 = 40\%$; cần sơ đồ cắt để biết thực hiện được.
Kết luận HS rút ra: số liệu tính toán chỉ phản ánh đúng chỉ tiêu được tính; không thay thế phép thử thực tế và không chứng minh an toàn hay độ bền lâu dài.

Vận dụng quy trình, tiêu chí, ràng buộc và nguyên tắc tối ưu để đề xuất, so sánh hai phương án hộp đựng học cụ và ghi hồ sơ thiết kế.

Tình huống: lớp cần một hộp đựng học cụ dùng chung. Ràng buộc: kinh phí tối đa 80000 đ; vật liệu lấy từ tấm 100 × 60 cm; không cạnh sắc; giáo viên gia công phần cắt.
Nhóm 4 HS hoàn thành Phiếu học tập số 3:

• Nhiệm vụ 1: Nêu nhu cầu và lập ít nhất ba tiêu chí kiểm được.
• Nhiệm vụ 2: Đề xuất hai phương án (ví dụ: nắp tháo rời bằng mối ghép dễ tháo; nắp cố định có bản lề) và so sánh theo tiêu chí, công thái học, chi phí, môi trường.
• Nhiệm vụ 3: Chọn một phương án, ghi phương án bị loại và lí do; nêu cách thử và người kiểm.
  Câu hỏi GV: Vì sao cần ghi phương án bị loại? Phương án nào thể hiện nguyên tắc tiết kiệm vật liệu nhưng không bỏ bảo vệ an toàn?

Hồ sơ mẫu gồm:

• Nhu cầu: giữ học cụ gọn và dễ lấy.
• Tiêu chí: rộng không quá 30 cm; chứa đủ học cụ theo danh mục GV duyệt; không cạnh sắc; mở nắp bằng một tay.
• Phương án A: nắp tháo rời, mối ghép dễ tháo, ít chi tiết, tận dụng tấm 100 × 60 cm theo sơ đồ cắt (bốn miếng 30 × 20 cm, dùng khoảng $40\%$ diện tích tấm theo mô hình chưa tính đường cắt).
• Phương án B: nắp bản lề, nhiều chi tiết hơn, dễ hỏng khớp.
• Chọn phương án A vì ít chi tiết, dễ bảo trì và đáp ứng ràng buộc; loại B vì nhiều chi tiết và chi phí cao hơn.
• Cách thử: đựng học cụ theo danh mục, kiểm tra nắp không bung khi mang đi; GV là người kiểm.
  Lưu ý: hồ sơ giấy không chứng minh sản phẩm đã đạt chức năng; cần nguyên mẫu và thử lại.