Giáo án Bài 24. Một số công nghệ cao trong trồng trọt

Kích thích tư duy, giúp HS nhận ra vấn đề tiết kiệm nước và kiểm soát môi trường trồng trọt, từ đó dẫn vào bài học.

GV chiếu hình ảnh hai cách tưới: tưới tràn trên luống rau và tưới bằng ống nhỏ giọt cắm sát gốc cây. GV đặt câu hỏi: (1) Hai cách tưới này khác nhau ở điểm nào? (2) Theo em, cách nào tiết kiệm nước hơn và vì sao? (3) Nếu muốn trồng rau trong nhà có mái che, em cần kiểm soát những yếu tố nào?

HS nêu được: cách tưới tràn cấp nước trên diện rộng, còn tưới nhỏ giọt cấp nước lượng nhỏ tới vùng rễ nên ít thất thoát hơn; trồng trong nhà có mái che cần kiểm soát nhiệt độ, độ ẩm và ánh sáng. Từ đó GV dẫn vào ba công nghệ của bài: tưới nhỏ giọt, nhà kính và IoT trồng trọt.

Nêu được khái niệm tưới nhỏ giọt và nhà kính; phân biệt được hai công nghệ này và nhận ra lợi ích, rủi ro của nhà kính.

HS làm việc theo nhóm 4 bằng kĩ thuật khăn trải bàn, đọc nội dung bài học về bản chất và điều kiện áp dụng của tưới nhỏ giọt và nhà kính, rồi hoàn thành Phiếu học tập số 1. Nhiệm vụ chính: (1) Tưới nhỏ giọt cấp nước như thế nào, cần thiết bị hoặc bảo trì gì để vận hành ổn định? (2) Nhà kính có thể quản lí những yếu tố nào? (3) So một lợi ích và một rủi ro của nhà kính.

Kiến thức HS rút ra: Tưới nhỏ giọt là cấp nước lượng nhỏ theo điểm tới vùng rễ qua hệ thống phù hợp; cần lọc, áp suất và bảo trì phù hợp. Nhà kính là kết cấu tạo môi trường có thể quản lí các yếu tố (nhiệt, ẩm, ánh sáng) theo thiết kế; nhà kính có thể quá nóng nếu thông gió hỏng. Ví dụ đáp án câu 3: Lợi ích là kiểm soát được ngoại cảnh; rủi ro là quá nóng, hỏng thông gió hoặc tăng chi phí và năng lượng. Nhà kính cần theo dõi và bảo trì, không tự động an toàn.

Nêu được khái niệm IoT trồng trọt; giải thích được vai trò của cảm biến, bộ xử lí, cơ cấu chấp hành và vì sao cần kiểm tra, xử lí lỗi.

HS làm việc theo cặp đôi, quan sát mẫu học cụ (cảm biến ẩm, bộ xử lí, bơm thấp áp) trên giấy hoặc trên màn hình mô phỏng, đọc nội dung về quy trình và kiểm soát. Nhiệm vụ: (1) IoT trồng trọt thu và trao đổi dữ liệu để làm gì? (2) Nêu trình tự các bước xây dựng và vận hành mô hình tưới tự động. (3) Vì sao lọc tắc hoặc cảm biến báo sai cần cảnh báo và kiểm tra người phụ trách, không chỉ đánh giá qua màn hình ứng dụng?

Kiến thức HS rút ra: IoT trồng trọt là thiết bị kết nối thu và trao đổi dữ liệu phục vụ quản lí cây. Trình tự đúng: xác định đại lượng và ngưỡng theo cây, chọn cảm biến, bộ xử lí và cơ cấu phù hợp, GV kiểm tra học cụ và tình huống lỗi, theo dõi dữ liệu thật và can thiệp an toàn. Lọc tắc hoặc cảm biến sai có thể làm dữ liệu sai; IoT đọc và gửi dữ liệu không tự bảo đảm cảm biến đúng nên cần đối chiếu chuẩn và báo người phụ trách.

Củng cố khái niệm ba công nghệ và vận dụng công thức tính phần trăm tiết kiệm nước trên số liệu giả định.

HS làm bài tập trắc nghiệm và ghép nối sau (đề lấy từ bài học): (1) Trong các mô tả sau, mô tả nào đúng về tưới nhỏ giọt? A. Ứng dụng hiện độ ẩm đúng màu hình đẹp chứng minh số đo đúng; B. Cấp nước lượng nhỏ theo điểm tới vùng rễ qua hệ thống phù hợp; C. Kết cấu tạo môi trường có thể quản lí các yếu tố theo thiết kế; D. Thiết bị kết nối thu và trao đổi dữ liệu phục vụ quản lí cây. (2) Ghép: Tưới nhỏ giọt, Nhà kính, IoT trồng trọt với ý nghĩa tương ứng. (3) Nhận định: 'Ứng dụng hiện độ ẩm đúng màu hình đẹp chứng minh số đo đúng' là đúng hay sai? (4) Điền vào chỗ trống: Kết cấu tạo môi trường có thể quản lí các yếu tố theo thiết kế được gọi là {{1}}. (5) Mức nước giảm từ $100\,\mathrm{L}$ xuống $70\,\mathrm{L}$ mỗi lượt, cùng điều kiện giả. Tính phần trăm tiết kiệm.

Đáp án: (1) B; (2) Tưới nhỏ giọt – cấp nước lượng nhỏ theo điểm tới vùng rễ; Nhà kính – kết cấu tạo môi trường quản lí yếu tố theo thiết kế; IoT trồng trọt – thiết bị kết nối thu và trao đổi dữ liệu phục vụ quản lí cây; (3) Sai, vì cần chuẩn và đối chiếu cảm biến, không lấy hình thức làm chứng cứ; (4) Nhà kính; (5) $\dfrac{(100-70)}{100}\times 100\% = 30\%$. Lưu ý: đây chỉ là số liệu giả định, chưa kết luận về năng suất hay chi phí.

Sắp xếp đúng thứ tự quy trình và đề xuất cách xử lí khi cảm biến báo sai, bảo đảm an toàn và trách nhiệm.

HS làm việc theo nhóm 4 với Phiếu học tập số 2 (phần B): (1) Sắp xếp các bước quy trình theo đúng quan hệ trước–sau: Theo dõi dữ liệu thật và can thiệp an toàn; Xác định đại lượng và ngưỡng theo cây; Giáo viên kiểm tra học cụ và tình huống lỗi; Chọn cảm biến, bộ xử lí, cơ cấu phù hợp. (2) Tình huống: cảm biến báo khô nhưng đất ướt, nhóm định bật bơm liên tục. Hãy sửa sai.

Đáp án câu 1: Xác định đại lượng và ngưỡng theo cây → Chọn cảm biến, bộ xử lí, cơ cấu phù hợp → Giáo viên kiểm tra học cụ và tình huống lỗi → Theo dõi dữ liệu thật và can thiệp an toàn. Đáp án câu 2 (thang 1 điểm: 0,5 nhận ra lỗi; 0,5 nêu hành động): Lỗi là tin cứng vào tín hiệu cảm biến, không kiểm tra. Sửa: dừng bơm theo quy trình, báo giáo viên, đối chiếu đơn vị, chuẩn và vị trí cảm biến; giữ giới hạn thời gian tưới và có người phụ trách xử lí.

Vận dụng kiến thức về ba công nghệ để đề xuất phương án tưới và kiểm soát môi trường cho một mô hình thực tế, đồng thời đánh giá lợi ích, rủi ro và giới hạn.

Mỗi nhóm nhận tình huống: gia đình muốn trồng rau trong vườn có mái che nhỏ và tiết kiệm nước. Nhóm thực hiện: (1) Chọn công nghệ phù hợp (tưới nhỏ giọt, nhà kính, IoT hoặc kết hợp) và nêu lí do. (2) Nêu ít nhất một lợi ích và một rủi ro của nhà kính trong mô hình này. (3) Nêu chỉ tiêu, mục tiêu và quy tắc xử lí lỗi cho hệ thống. Nhóm ghi kết quả ra giấy A0 hoặc bảng nhóm. Có thể giao hoàn thiện về nhà.

Sản phẩm mẫu: Chọn kết hợp tưới nhỏ giọt và IoT để theo dõi độ ẩm, vì tưới cấp nước tới vùng rễ và IoT giúp đọc dữ liệu từ xa. Lợi ích nhà kính: kiểm soát được ngoại cảnh; rủi ro: quá nóng nếu thông gió hỏng, tăng chi phí và năng lượng. Chỉ tiêu: đặt ngưỡng độ ẩm theo loại rau; mục tiêu: giữ cây đủ nước và tiết kiệm nước; quy tắc xử lí lỗi: khi cảm biến báo sai hoặc lọc tắc thì dừng hệ thống, báo người phụ trách và đối chiếu lại cảm biến. Không khẳng định hiệu quả khi chưa có số liệu thực.