Bài học STEM: Lập trình robot vận chuyển hàng tự hành (Tin học 4 - Công nghệ 4)

1. Bối cảnh và ý nghĩa bài học

Trong Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 cấp Tiểu học, môn Tin học 4 bắt đầu trang bị cho học sinh năng lực lập trình trực quan với các khái niệm về cấu trúc tuần tự và thuật toán điều khiển, trong khi môn Công nghệ 4 giúp các em tiếp cận thế giới kỹ thuật và đồ chơi công nghệ.

Bài học STEM này khai thác thiết bị thuộc danh mục khung Thông tư 86/2026/TT-BGDĐT (nhóm bộ robot giáo dục lập trình cấp Tiểu học - mã chủng loại th-12). Thông qua mô hình chú robot tự hành làm nhiệm vụ giao hàng trong kho thông minh, học sinh được trải nghiệm thực tế cách kết hợp giữa cơ cấu chuyển động cơ khí và tư duy giải thuật điều khiển.

2. Mục tiêu bài học (Bám sát yêu cầu cần đạt GDPT 2018)

• Kiến thức Tin học: Nhận biết và sử dụng được các khối lệnh điều khiển di chuyển cơ bản (tiến, lùi, quay trái, quay phải, dừng lại) và khối lệnh lặp để điều khiển robot hoàn thành lộ trình định sẵn.
• Kỹ năng Công nghệ: Nhận biết cấu tạo cơ bản của robot bánh xe (động cơ, khung vỏ, nguồn pin, cảm biến dò đường hoặc cảm biến khoảng cách); hiểu nguyên lý cơ cấu chuyển động bánh xe.
• Năng lực chung & Phẩm chất: Rèn luyện tư duy logic từng bước, kỹ năng ước lượng khoảng cách và góc quay, tinh thần hợp tác nhóm và sự kiên trì khi kiểm thử chương trình.

3. Thiết bị và vật liệu chuẩn bị

• Robot giáo dục: Robot bánh xe lập trình giáo dục tích hợp bo mạch điều khiển và cảm biến (nền tảng phù hợp học sinh tiểu học).
• Cảm biến: Cảm biến dò đường (Line Follower) hoặc cảm biến siêu âm phát hiện vật cản.
• Sa hình / Bản đồ thực hành: Tấm bạt hoặc giấy A0 vẽ sẵn lộ trình vạch đen mô phỏng mạng lưới đường đi trong trung tâm logistics / nhà kho, có các ô "Kho xuất hàng" và "Điểm nhận hàng".
• Hàng hóa mô phỏng: Các khối lập phương nhẹ (nhựa, xốp hoặc giấy carton nhẹ) làm bưu kiện.
• Thiết bị lập trình: Máy tính bảng hoặc máy tính có cài đặt phần mềm lập trình kéo thả trực quan.

4. Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học (Thời lượng: 70–90 phút)

Hoạt động 1: Khởi động và giao nhiệm vụ (10 phút)

• Giáo viên cho học sinh xem video ngắn về các chú robot tự hành (AGV) đang tự động phân loại và chở hàng hóa trong kho hàng hiện đại.
• Đặt câu hỏi kích thích khám phá: Làm thế nào để robot biết đi đúng đường từ điểm nhận bưu kiện đến vị trí giao hàng mà không bị đâm vào chướng ngại vật?
• Giao thử thách cho các nhóm: Lập trình điều khiển robot di chuyển từ điểm A (Kho bưu kiện) đến điểm B (Khu vực giao hàng) và dừng lại an toàn.

Hoạt động 2: Khám phá robot và lập kế hoạch đường đi (20 phút)

• Các nhóm quan sát robot thực tế: xác định vị trí hai bánh xe chủ động, bánh đa hướng phía trước và vị trí nút nguồn.
• Trải sa hình, học sinh dùng thước dây hoặc đếm ô để ước lượng quãng đường và các góc rẽ (rẽ 90 độ sang trái hoặc sang phải).
• Vẽ sơ đồ các bước di chuyển của robot ra giấy nháp trước khi chạm vào máy tính (tư duy thuật toán từng bước).

Hoạt động 3: Lập trình và hiệu chỉnh chuyển động (30 phút)

• Học sinh mở phần mềm lập trình kéo thả trên máy tính bảng:

1. Kéo khối lệnh Bắt đầu khi nhấn nút.
2. Ghép lệnh Đi thẳng [X] cm (hoặc Đi thẳng với tốc độ [V] trong [T] giây).
3. Ghép lệnh Rẽ phải [90] độ và tiếp tục Đi thẳng [Y] cm.
4. Ghép lệnh Dừng lại khi đến đích.

• Kết nối robot qua Bluetooth, nạp chương trình và bấm chạy thử nghiệm trên sa hình.

Hoạt động 4: Thử nghiệm thực tế và giải quyết lỗi (20 phút)

• Đặt robot lên điểm xuất phát và đặt bưu kiện nhỏ lên lưng robot.
• Quan sát robot chạy: Đa số các nhóm sẽ gặp tình trạng robot rẽ chưa đủ góc 90 độ hoặc đi quá vạch đích do ma sát sàn lớp học.
• Học sinh tự điều chỉnh lại thông số thời gian rẽ hoặc công suất động cơ trong từng khối lệnh, sau đó cho robot chạy lại nhiều lần đến khi chuẩn xác.

Hoạt động 5: Thi đấu giao hàng và tổng kết (10 phút)

• Tổ chức thử thách nhỏ: Nhóm nào lập trình giúp robot giao hàng đến đích chính xác nhất và nhanh nhất.
• Giáo viên cùng học sinh nhận xét, củng cố kiến thức về tầm quan trọng của việc ra lệnh chính xác theo trình tự trong lập trình.