Giáo án Bài 19. Chăn nuôi công nghệ cao

Tạo tình huống gợi vấn đề để HS nhận ra rằng dữ liệu cảm biến cần được kiểm tra trước khi tin tưởng và dùng để điều khiển.

GV chiếu tình huống: màn hình hệ thống ghi nhiệt độ chuồng nuôi luôn là $28\,^{\circ}\mathrm{C}$ trong suốt ba giờ liền, trong khi bảng theo dõi thời tiết bên ngoài cho thấy nhiệt độ thay đổi rõ rệt theo giờ.
Câu hỏi GV đặt ra: (1) Em có tin con số $28\,^{\circ}\mathrm{C}$ này phản ánh đúng điều kiện trong chuồng không? Vì sao? (2) Nếu bộ điều khiển chỉ dựa vào con số đó để quyết định bật hay tắt quạt, điều gì có thể xảy ra?

Dự kiến HS trả lời: (1) Không hoàn toàn tin, vì giá trị không đổi trong khi môi trường biến động nên có thể cảm biến bị lỗi hoặc tín hiệu bị treo. (2) Quạt có thể không chạy khi chuồng nóng hoặc chạy sai lúc, ảnh hưởng đến vật nuôi.
Kết luận bước đầu: cần nghi ngờ độ tin cậy của dữ liệu trước khi cho điều khiển hoạt động.

Giúp HS nêu được khái niệm cảm biến chăn nuôi, điều khiển phản hồi, phương án dự phòng và phân biệt vai trò của từng khái niệm.

Nhóm 4 HS đọc mục khái niệm trong sách hoặc trang NeoEdu, sau đó hoàn thành Phiếu học tập số 1.
Nhiệm vụ: (a) Ghi định nghĩa từng khái niệm bằng lời của nhóm; (b) Điền vai trò của từng khái niệm trong hệ thống (thu nhận thông tin, ra quyết định điều chỉnh, xử lí khi sự cố); (c) Nêu một ví dụ chăn nuôi cho mỗi khái niệm.
Kỹ thuật: khăn trải bàn. Mỗi HS viết ý kiến của mình vào ô riêng trên khăn, sau đó thống nhất ý kiến chung vào ô giữa.

Kết quả dự kiến trên Phiếu học tập số 1:

• Cảm biến chăn nuôi: thiết bị thu nhận trạng thái môi trường hoặc hệ thống để hỗ trợ quản lí. Ví dụ: cảm biến nhiệt đo nhiệt độ chuồng nuôi.
• Điều khiển phản hồi: điều chỉnh dựa trên so sánh dữ liệu với mục tiêu theo thiết kế. Ví dụ: bật quạt khi nhiệt độ vượt mức đã đặt.
• Phương án dự phòng: biện pháp đã chuẩn bị khi nguồn điện, dữ liệu hoặc thiết bị không hoạt động. Ví dụ: có người trực và quy trình xử lí khi mất tín hiệu.
  Kết luận rút ra: ba khái niệm không đồng nghĩa; cảm biến cung cấp thông tin, điều khiển phản hồi ra quyết định điều chỉnh, phương án dự phòng bảo đảm hệ thống vẫn được quản lí khi có sự cố.

Giúp HS giải thích được vòng phản hồi và các tiêu chí đánh giá hệ thống; hiểu robot cần người theo dõi và bảo trì.

GV hướng dẫn HS vẽ sơ đồ vòng phản hồi trên giấy A3 của nhóm, gồm bốn bước: đo, so với mục tiêu đã được chuyên gia chọn, điều khiển, kiểm kết quả, và có mũi tên quay về bước đo.
Sau đó nhóm thảo luận câu hỏi: (1) Nếu bước đo sai thì các bước sau có đúng không? (2) Robot cho ăn và vắt sữa có thay thế được người chăm sóc không? Vì sao? (3) Khi đánh giá một hệ thống, nhóm cần xét những tiêu chí nào?

Sơ đồ vòng phản hồi: Đo → So với mục tiêu đã chọn → Điều khiển (bật, tắt, điều chỉnh) → Kiểm kết quả → quay lại Đo.
Dự kiến câu trả lời: (1) Không; nếu dữ liệu đo sai thì quyết định so sánh và điều khiển đều sai. (2) Không; robot hỗ trợ công việc nhưng vẫn cần bảo trì, vệ sinh, giám sát sức khỏe và xử lí ngoại lệ bởi người có trách nhiệm. (3) Chi phí đầu tư, chi phí vận hành, năng lượng, độ tin cậy, phúc lợi vật nuôi, dữ liệu.
Kết luận: công nghệ chỉ phù hợp khi giải quyết được vấn đề cụ thể và có hiệu quả trong điều kiện cơ sở.

Củng cố khái niệm cảm biến, điều khiển phản hồi, phương án dự phòng và kĩ năng nhận xét hồ sơ, tính toán đơn giản.

GV tổ chức trò chơi «Đúng hay sai – Chọn đúng» theo cặp đôi. HS làm các bài sau:
Câu 1: Trong chăn nuôi công nghệ cao, mô tả nào giải thích chính xác «Cảm biến chăn nuôi»? A. Điều chỉnh dựa so sánh dữ liệu với mục tiêu theo thiết kế; B. Thiết bị thu nhận trạng thái môi trường hoặc hệ thống để hỗ trợ quản lí; C. Biện pháp đã chuẩn bị khi nguồn điện dữ liệu hoặc thiết bị không hoạt động.
Câu 2: Ghép từng khái niệm với vai trò riêng: Cảm biến chăn nuôi; Điều khiển phản hồi; Phương án dự phòng.
Câu 3: «Có robot thì không còn cần người chăm sóc, vệ sinh hoặc theo dõi phúc lợi.» Nhận định đúng hay sai?
Câu 4: Điền thuật ngữ phù hợp vào chỗ trống: Biện pháp đã chuẩn bị khi nguồn điện, dữ liệu hoặc thiết bị không hoạt động là {{1}}.
Câu 5: Sắp xếp theo thứ tự trước–sau quy trình xử lí hồ sơ: (a) Nêu phản ứng khi mất tín hiệu và người phụ trách; (b) Đọc mục tiêu điều kiện nuôi; (c) Kiểm dữ liệu cảm biến và độ tin cậy; (d) Mô tả quyết định theo sơ đồ được duyệt.
Câu 6: Hệ thống mô hình giảm thời gian một công việc từ 50 xuống 35 phút. Tiết kiệm bao nhiêu phần trăm? (chưa tính thời gian bảo trì nếu hồ sơ chưa cho)
Câu 7: Chọn đúng hai kết luận có căn cứ: A. Robot hỗ trợ công việc nhưng vẫn cần bảo trì, vệ sinh, giám sát sức khỏe và xử lí ngoại lệ bởi người có trách nhiệm; B. Có robot thì không còn cần người chăm sóc; C. Điều khiển phản hồi là điều chỉnh dựa so sánh dữ liệu với mục tiêu theo thiết kế.

Đáp án:
Câu 1: B.
Câu 2: Cảm biến chăn nuôi – thiết bị thu nhận trạng thái môi trường hoặc hệ thống để hỗ trợ quản lí; Điều khiển phản hồi – điều chỉnh dựa so sánh dữ liệu với mục tiêu theo thiết kế; Phương án dự phòng – biện pháp đã chuẩn bị khi nguồn điện, dữ liệu hoặc thiết bị không hoạt động.
Câu 3: Sai. Robot hỗ trợ công việc nhưng vẫn cần bảo trì, vệ sinh, giám sát sức khỏe và xử lí ngoại lệ bởi người có trách nhiệm.
Câu 4: Phương án dự phòng.
Câu 5: (b) → (c) → (d) → (a). Mỗi bước sau dựa vào thông tin hoặc quyết định của bước trước.
Câu 6: $\dfrac{50-35}{50} \times 100\% = 30\%$.
Câu 7: A và C.

Vận dụng kiến thức về độ tin cậy dữ liệu, phương án dự phòng và giới hạn an toàn để lập kết luận, đề xuất cho một hồ sơ giả định.

Tình huống: Cảm biến nhiệt báo giá trị cố định dù hồ sơ ngoài cho thấy môi trường biến động; bộ điều khiển vẫn dùng giá trị đó. Đề xuất. Đây là hồ sơ giả định, không yêu cầu thực hiện thao tác vật lí.
Các nhóm dùng Phiếu học tập số 2 để trình bày kết luận, bằng chứng và giới hạn an toàn. Nhóm nêu được: (1) Phải nghi ngờ độ tin cậy dữ liệu, không mặc nhiên coi môi trường ổn định. (2) Giá trị cố định mâu thuẫn thông tin khác có thể do lỗi tín hiệu hoặc cảm biến. (3) Báo người trực và dùng phương án dự phòng đã được duyệt, kiểm bằng chuyên môn trước khi điều khiển tiếp.
Không đề xuất tự đấu điện, nối tắt cảnh báo hoặc thử điều khiển trên đàn thật.

Kết luận mẫu: Dữ liệu cảm biến không đáng tin cậy trong tình huống này, cần dừng tin cậy tuyệt đối vào bộ điều khiển.
Bằng chứng: giá trị không đổi trong khi hồ sơ ngoài cho thấy môi trường biến động.
Đề xuất: (a) Báo người phụ trách trực; (b) Chuyển sang phương án dự phòng đã được duyệt; (c) Kiểm tra cảm biến và tín hiệu bằng chuyên môn trước khi cho điều khiển hoạt động lại; (d) Ghi lại hồ sơ đầy đủ.
Giới hạn an toàn: không tự đấu điện, không nối tắt cảnh báo, không thử điều khiển trên đàn thật.
Thang chấm (tối đa 1 điểm, mỗi tiêu chí 0,25 điểm): tiêu chí 1 nghi ngờ độ tin cậy dữ liệu (đủ 0,25; đúng nhưng thiếu căn cứ 0,125; sai hoặc thiếu 0); tiêu chí 2 giá trị cố định mâu thuẫn thông tin khác có thể do lỗi cảm biến (đủ 0,25; đúng nhưng thiếu căn cứ 0,125; sai hoặc thiếu 0); tiêu chí 3 báo người trực, dùng phương án dự phòng, kiểm bằng chuyên môn, nêu giới hạn an toàn (đủ 0,25; đúng nhưng thiếu 0,125; sai hoặc thiếu 0). Tiêu chí 4 nêu được hồ sơ mẫu có chuông cảnh báo nhưng thiếu người trực hoặc phương án dự phòng là chưa hoàn chỉnh (0,25).