Khám phá máy bay nông nghiệp Drone

Việc tạo cho trẻ môi trường học viết mã và lập trình dễ hơn bao giờ hết. Với giáo án STEM môn Toán bên dưới, trẻ có thể tham gia hoạt động mô phỏng một chương trình lập trình máy bay không người lái – Drone và việc học tập diễn ra vô cùng dễ dàng, đơn giản. Qua đó, trẻ sẽ được làm quen kỹ năng lập trình với ngôn ngữ Scratch và có môi trường để xây dựng nền tảng tư duy lành mạnh.

Chuyên đề STEM liên quan: Toán, Vật lý, Kỹ thuật.

Bậc học: THCS (Lớp 6-8), THPT (Lớp 9-12).

Mục tiêu chính

Trong bài học này, người học sẽ được tìm hiểu về mô hình lập trình Drone và khả năng thu thập thông tin của chúng. Người học sẽ khám phá khả năng thu thập thông tin của máy bay không người lái sử dụng các cảm biến (chẳng hạn như IR và UV) và học cách lập trình Drone.

Kiến thức tích hợp

Ngôn ngữ lập trình scratch

Scratch là một ngôn ngữ lập trình được phát triển bởi nhóm nghiên cứu thuộc MIT Media Lab. Scratch được thể hiện trực quan, sống động và có thể sử dụng trực tuyến dành hoặc offline dành cho trẻ em. Người dùng có thể tạo các dự án trực tuyến ngay trên trang web của Scratch. Với sự đơn giản, dễ sử dụng, dịch vụ scratch đã dịch sang hơn 70 ngôn ngữ và được sử dụng rộng rãi ở hầu hết các nơi trên thế giới.

Lập trình 

Lập trình là công việc mà người lập trình sử dụng các ngôn ngữ lập trình hoặc các code (mã lệnh) cùng với các tiện ích có sẵn để xây dựng nên một phần mềm, trang web, trò chơi, hình động, ứng dụng…  Các sản phẩm hoạt động theo các mệnh lệnh đã được lập trình viên lập trình sẵn thông qua các thiết bị điện tử.

Thực hành hoạt động mô phỏng lập trình máy bay nông nghiệp Drone trên Scratch MIT

Bước 1: Đăng nhập vào trang web của Scratch https://scratch.mit.edu/projects/116115355/. Sau đó, nhấp vào nút “Xem bên trong” ở góc trên cùng bên phải.

Lưu ý: Người học phải tạo tài khoản trên trang để tham gia hoạt động này. Người học có thể lựa chọn thay đổi ngôn ngữ phù hợp.

Bước 2: Giao diện của Scratch được chia làm 3 khu vực:

Giao diện hoạt động mô phỏng lập trình máy bay Nông nghiệp Drone.

• Khu vực 1: Sân khấu với đối tượng ở đây là bối cảnh một khu rừng và mẫu Drone.
• Khu vực 2: Nơi người học lập trình với hệ thống các câu lệnh để điều khiển các đối tượng.
• Khu vực 3: Các lệnh hỗ trợ người học trong quá trình lập trình.

Bước 3: Nhấp vào lá cờ màu xanh lá cây ở khu vực 1 để yêu cầu Drone di chuyển theo lập trình đã cho trước và quan sát xem điều gì sẽ xảy ra (Lưu ý sự thay đổi của các chỉ số bên dưới). Ở đây đã có mẫu lập trình cho trước hoàn chỉnh với: 

• Khối lệnh màu vàng cam “sự kiện” được coi là lệnh tổng với yêu cầu người học nhấp vào lá cờ màu xanh.
• Bên dưới có các lệnh nhỏ để thực thi cụ thể lệnh tổng là tọa độ x: 200, y: 150, thời gian di chuyển 1s mà máy bay không người lái sẽ di chuyển đến khi nhấp vào lá cờ màu xanh.

Bước 4: Bạn có thể thay đổi tọa độ di chuyển của Drone tùy thích, bằng cách kéo các khối lệnh “chuyển động” có màu xanh lam vào Khu vực 2 và kết nối khối này với khối mang lệnh liên quan ở phía trên nó. Sau đó, người học có thể sử dụng bất kỳ khối lệnh “chuyển động” nào để điều khiển quỹ đạo Drone theo ý họ muốn. Người học có thể thay đổi thông số trên mỗi khối lệnh bằng cách nhấp vào số đó và nhập số liệu mong muốn.

Bước 5: Một lần nữa, hãy nhấp vào lá cờ màu xanh lá cây để yêu cầu Drone di chuyển và xem điều gì sẽ xảy ra.

Bước 6: Bây giờ hãy nhấp vào Phông nền Khu vực 1 ở phía dưới bên phải. Sau đó thực hiện thao tác:

•  Nhấp vào tab “Phông nền” ở chính giữa phía trên Khu vực 3. 
•  Chọn phông nền “thiệt hại đồng ruộng / Cây trồng” hình ở thứ tự số 3.

Thao tác tạo phông nền và “chướng ngại vật” cho Drone

Ở bước này, chúng ta đang tạo các “chướng ngại vật: ổ gà, cây bị hư hại, cây trồng bị nhiễm bệnh, tấm năng lượng mặt trời. Sau đó, ứng với mỗi chướng vật sẽ thể hiện bởi biểu tượng có màu khác nhau. Với mẫu lập trình sẵn chỉ có biểu tượng hình tròn màu cam biểu hiện cho cây  bị hư hại. Người học có thể thay đổi (thêm/ bớt) các biểu tượng thể hiện “chướng ngại vật” theo ý muốn.

Bước 7: Bây giờ hãy nhấp vào tab “Code” ở giữa phía trên của khu vực 3, sau đó nhấp vào biểu tượng Drone ở khu vực 1. Người học có thể thay đổi lệnh điều khiển máy bay sao cho phù hợp với các biểu tượng đã thêm/ bớt so với lệnh lập trình cũ. Hãy sử dụng các lệnh “Cảm biến” màu xanh dương nhạt + các lệnh “Các biến số” màu cam đậm để Drone phát hiện ra các chướng ngại vật. Đồng thời chèn thêm các lênh “âm thanh”và chuyển đổi đối tượng để mô hình Drone có thể hiển thị và thông báo khi cảm ứng được các “chướng ngại vật”.

Bước 8: Xóa khối “chuyển động” đã thêm trước đó và thay vào đó là khối chuyển động với yêu cầu tọa độ mới với x = 200, y = 0.

Bước 9: Một lần nữa, hãy nhấp vào lá cờ màu xanh lá cây để yêu cầu Drone di chuyển và xem điều gì sẽ xảy ra. Lưu ý rằng số lượng cây trồng bị nhiễm bệnh được quan sát thấy tăng lên khi máy bay không người lái bay qua các khu vực màu đỏ. Bây giờ người học có thể bắt đầu ngay một dự án mới cho riêng mình. 

Câu hỏi

1. Bằng quan điểm của bạn, hãy đưa ra lời khuyên và giải thích lý do cho những vấn đề quan trọng người học cần phải đạt được trong hoạt động? 
2. Mô tả một số thách thức bạn phải đối mặt khi lập trình Drone.
3. Mô tả một số chiến lược bạn đã sử dụng để vượt qua những thách thức đó.
4. Tóm tắt kết quả của bạn. Kết quả bạn có đạt được mục tiêu đề ra không? Có bao nhiêu cây trồng bị nhiễm bệnh đã được tìm thấy bởi lập trình Drone của bạn? 
5. Bạn có thích dự án này không? Bạn đã học được gì? Điều gì làm bạn ngạc nhiên?

Các thách thức

• Người học phải tóm tắt được những gì họ phải thực hiện trong mô phỏng lập trình Drone và họ phải đảm bảo sử dụng các thuật ngữ “tiêu chí” và “ràng buộc” một cách chính xác.
• Để hoạt động mô phỏng lập trình đạt hiệu quả tốt, người học phải thiết kế và sắp xếp các câu lệnh lập trình logic và phải chính xác theo trình tự phù hợp.

Tiêu chí đánh giá

• Người học có thể nắm vững kiến thức lập trình cơ bản với ngôn ngữ lập trình Scratch.
• Người học có thể tự lập trình game cơ bản, tạo hoạt ảnh… bằng ngôn ngữ lập trình Scratch.
• Nắm vững kiến thức và quy trình lập trình đường bay cho máy bay nông nghiệp Drone.
• Người học có thể tự thiết kế và lập trình đường bay cho Drone theo ý tưởng của riêng mình.

Quan sát kết quả thực hành

Người học được tay thao tác một mô phỏng lập trình mô hình máy bay nông nghiệp Drone trực tuyến tại trang web của Scratch sẽ đem lại cho họ những bài học trực quan nhất, môi trường rèn luyện thực tế nhất. Qua đó, người học sẽ có những kiến giải thực tế và chân xác hơn các lý thuyết khô khan trên giáo án. Với mục tiêu hướng dẫn và giới thiệu người học làm quen với lập trình nên hoạt động trên có yêu cầu khá đơn giản, đây sẽ là cơ sở cho người học tự tay thực hiện các mẫu lập trình nâng cao hơn trong tương lai.

Hy vọng với hoạt động mô phỏng lập trình cho Drone trên sẽ đem đến cho người học những bài học thú vị và hấp dẫn về lĩnh vực lập trình, viết mã. Hãy khuyến khích trẻ thực hiện thêm nữa các hoạt động tương tự để trẻ có môi trường phát triển kỹ năng và não bộ một cách toàn diện nhất.