Giáo án Bài 3. Ngôi nhà thông minh

HS bước đầu nhận ra ngôi nhà có thể tự nhận biết và phản ứng với môi trường; xác định được vấn đề cần tìm hiểu: thiết bị nhận tín hiệu và điều khiển như thế nào.

GV chiếu tình huống: “Khi em đi vào hành lang tối, đèn tự bật; khi em ra khỏi phòng, đèn tự tắt. Làm thế nào đèn biết có người?” Đặt thêm câu hỏi: “Vì sao nhà không cần công tắc vẫn sáng đèn đúng lúc?” và “Theo em, thiết bị nào đã nhận biết được có người?”

Câu trả lời dự kiến: Có thiết bị cảm biến chuyển động phát hiện người, gửi tín hiệu để đèn tự bật tắt. HS nêu được nhiệm vụ bài học: tìm hiểu ngôi nhà thông minh gồm những thành phần nào và hoạt động theo chuỗi nào.

HS mô tả được vai trò của cảm biến, bộ điều khiển và thiết bị đầu ra; giải thích được cảm biến chuyển động không tự chiếu sáng mà chỉ cung cấp tín hiệu cho bộ điều khiển đèn.

Nhóm 4 HS hoàn thành Phiếu học tập số 1: đọc mục “Kiến thức và cách nhận biết” trong SGK, xác định cảm biến, bộ điều khiển, thiết bị đầu ra trong hai ví dụ (đèn hành lang và rèm cửa khi nắng mạnh), sau đó vẽ sơ đồ chuỗi điều khiển. Câu hỏi thảo luận: (1) Cảm biến chuyển động làm nhiệm vụ gì? (2) Vì sao cảm biến không tự chiếu sáng? (3) Bộ điều khiển cần so sánh điều kiện nào trước khi ra lệnh?

Sơ đồ chuỗi: Cảm biến (nhận tín hiệu: có người, cường độ sáng) → Bộ điều khiển (xử lí, so sánh với điều kiện đã đặt) → Thiết bị đầu ra (bóng đèn, mô tơ rèm). Kiến thức HS rút ra: hệ thống nhận thông tin từ cảm biến, xử lí điều kiện rồi điều khiển thiết bị; cảm biến chuyển động chỉ cung cấp tín hiệu, bộ điều khiển mới quyết định bật đèn. Ví dụ rèm: cảm biến nhận cường độ sáng mạnh → bộ điều khiển so sánh với ngưỡng đặt → mô tơ đóng rèm.

HS nêu được ba mục tiêu của ngôi nhà thông minh (tiện ích, an ninh/an toàn, sử dụng năng lượng hiệu quả) và ghép được chức năng với ví dụ; giải thích được đặc điểm tiết kiệm năng lượng.

Kĩ thuật mảnh ghép: lớp chia thành nhóm chuyên gia ba mục tiêu (tiện ích, an ninh/an toàn, tiết kiệm năng lượng). Mỗi nhóm đọc phần kiến thức, ghép thẻ ví dụ phù hợp: hẹn giờ bật bình tưới; cảnh báo mở cửa trái phép; tắt đèn khi phòng không có người. Sau đó HS ghép lại nhóm mới để chia sẻ. Câu hỏi: Đèn hành lang chỉ bật khi tối và có người có tiết kiệm năng lượng không? Vì sao đèn luôn bật cả ngày thì không?

Kết quả ghép: Tiện ích – hẹn giờ bật bình tưới bằng mô hình an toàn; An ninh – cảnh báo mở cửa trái phép; Tiết kiệm năng lượng – tắt đèn khi phòng không có người. Kiến thức HS rút ra: mỗi ví dụ nhấn mạnh một mục tiêu, thực tế một hệ thống có thể có nhiều lợi ích. Đặc điểm tiết kiệm năng lượng: điều khiển theo nhu cầu, giảm thời gian chiếu sáng không cần thiết (đáp án đúng là đèn hành lang chỉ bật khi tối và có người).

HS vận dụng kiến thức về cảm biến, bộ điều khiển, lợi ích và nhận định đúng sai để làm bài tập nhanh, củng cố kiến thức trọng tâm.

Cặp đôi làm lần lượt 4 bài: (1) Thiết bị nào thu nhận dấu hiệu có người đi qua? A. Cảm biến chuyển động; B. Bóng đèn; C. Loa phát nhạc; D. Mô tơ rèm. (2) Sắp xếp chuỗi điều khiển rèm khi nắng mạnh theo đúng thứ tự. (3) Nhận định a) Cần bảo vệ mật khẩu điều khiển; b) Cảm biến luôn đúng trong mọi hoàn cảnh; c) Nên có cách vận hành dự phòng khi lỗi mạng; d) Lắp nhiều thiết bị chắc chắn giảm tiền điện. Đúng hay sai? (4) Đèn mô hình trước bật 6 giờ/ngày, sau đặt điều khiển còn 4 giờ/ngày. Trong 7 ngày giảm bao nhiêu giờ? Có thể sử dụng học liệu NeoEdu để kiểm tra đáp án nhanh.

Đáp án: (1) A – Cảm biến tạo tín hiệu đầu vào; bóng đèn, loa, mô tơ là thiết bị đầu ra. (2) Cảm biến nhận cường độ sáng → Bộ điều khiển so sánh điều kiện đặt → Mô tơ thực hiện đóng rèm. (3) a) Đ; b) S; c) Đ; d) S – Bảo mật và dự phòng cần thiết; cảm biến có giới hạn; thiết bị thêm cũng tiêu thụ năng lượng. (4) 14 giờ – Mỗi ngày giảm $6 - 4 = 2$ giờ; 7 ngày giảm $2 \times 7 = 14$ giờ.

HS vận dụng kiến thức để đề xuất phương án dự phòng và bảo mật cho khóa điện tử, thiết kế quy tắc điều khiển đèn lớp học dựa trên ánh sáng và người sử dụng.

Nhóm 4 HS hoàn thành Phiếu học tập số 2. Tình huống 1: Cửa dùng khóa điện tử không mở do pin yếu. Gia đình nên chuẩn bị gì trước khi sử dụng hệ thống? Tình huống 2: Thiết kế quy tắc bật đèn lớp học dựa vào ánh sáng và người sử dụng. Nhóm ghi quy tắc dạng “Nếu … thì …”, kèm phương án tiết kiệm và phương án dự phòng.

Tình huống 1: Đọc hướng dẫn của nhà sản xuất, theo dõi cảnh báo pin và chuẩn bị phương án mở dự phòng được hãng cho phép; không phá khóa, không chia sẻ mã cửa công khai; khi có lỗi cần liên hệ người lớn hoặc đơn vị hỗ trợ. Tình huống 2: Nếu có người và ánh sáng tự nhiên không đủ thì bật đèn; khi không có người thì tắt; nếu trời đủ sáng thì ưu tiên ánh sáng tự nhiên nhưng không để chói lóa; có công tắc thủ công để GV xử lí khi cảm biến sai.