Trang 119
Sau khi học xong bài này, em sẽ:
Trình bày được phương pháp thực hiện, phương tiện hỗ trợ trong từng bước của quá trình thiết kế kĩ thuật.
Hình 21.1
Quá trình thiết kế kĩ thuật gắn liền với tư duy thiết kế và quy trình thiết kế kĩ thuật gồm nhiều bước. Trong mỗi bước, có thể sử dụng phương pháp, kĩ thuật và các phương tiện nào để quá trình thiết kế kĩ thuật đạt hiệu quả cao, tạo ra sản phẩm tối ưu và vượt trội?
I - MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP VÀ KĨ THUẬT CHUNG HỖ TRỢ THIẾT KẾ KĨ THUẬT
Các phương pháp và kĩ thuật được sử dụng nhiều nhất trong quá trình thiết kế kĩ thuật là phương pháp động não (Brainstorming), phương pháp sơ đồ tư duy (Mindmap), phương pháp điều tra, phương pháp SCAMPER, kĩ thuật đặt câu hỏi.
Ngoài ra, còn có các phương pháp và kĩ thuật khác như: Checklist (bảng kê), PMI (phân tích điểm mạnh yếu và tính thủ vi), nghiên cứu tài liệu. thuyết trình. bảng đánh giá Rubric ...
1. Phương pháp động não (Brainstorming)
Phương pháp động não được sử dụng để huy động những ý tưởng mới mẻ, sáng tạo hoặc phân tích để giải quyết vấn đề trong quá trình thiết kế kĩ thuật. Phương pháp này hoạt động thông qua thảo luận, nêu các ý tưởng tập trung vào vấn đề, không hạn chế các ý tưởng, từ đó rút ra những ý tưởng vượt trội nhất.
Luyện tập
Cùng với các bạn khác trong nhóm, sử dụng phương pháp động não để xác định một vấn đề về ảnh hưởng của tư thế ngồi của học sinh khi học tới sức khoẻ của các em.
Trang 120
Phương pháp động não có thể được sử dụng trong tất cả các bước của quy trình thiết kế kĩ thuật. Trong đó, phương pháp này được sử dụng nhiều trong các bước xác định vấn đề; đề xuất, đánh giá và lựa chọn giải pháp thử nghiệm, kiểm chứng giải pháp; trong các bước điều chỉnh thiết kế để hoàn thiện sản phẩm.
2. Phương pháp sơ đồ tư duy (Mindmap)
Sơ đồ tư duy là phương pháp dùng những từ khoá chính kết hợp cùng những đường nối, mũi tên, hình ảnh, kí hiệu, màu sắc,... theo các quy tắc đơn giản, dễ hiểu của riêng người viết, từ đó xây dựng một sơ đồ tổng quát và cô đọng nhất, giúp hệ thống hoá và sắp xếp những suy nghĩ một cách trực quan, giúp cho việc tổng hợp, phân tích thông tin để giải quyết một vấn đề hay ghi nhớ một cách hiệu quả.
Phương pháp sơ đồ tư duy được sử dụng trong một số giai đoạn của quy trình thiết kế như: giai đoạn xác định vấn đề, tìm hiểu tổng quan và xác định yêu cầu giúp thể hiện rõ bối cảnh cụ thể của vấn đề, đánh giá nguồn lực để giải quyết vấn đề, làm rõ các yêu cầu kĩ thuật cũng như các yêu cầu cần đạt của sản phẩm.
Luyện tập
Hãy lập sơ đồ tư duy thể hiện những vấn đề cần lưu ý khi thiết kế một chiếc bàn học sinh tiểu học.
3. Phương pháp điều tra
Phương pháp điều tra bằng bảng hỏi là một phương pháp thu thập thông tin, được thực hiện cùng một lúc với nhiều người theo một bảng hỏi in sẵn. Người được hỏi trả lời ý kiến của mình bằng cách đánh dấu vào các ô tương ứng theo một quy ước riêng.
Phương pháp điều tra được tiến hành trong giai đoạn xác định vấn đề, kiểm chứng giải pháp của quy trình thiết kế kĩ thuật nhằm thu thập thông tin để xác định mục tiêu nghiên cứu xác định vấn đề cần giải quyết, yêu cầu cần đạt của sản phẩm và đánh giá sản phẩm. Các hình thức tiến hành điều tra gồm phỏng vấn trực tiếp, phỏng vấn qua điện thoại, qua thư tín hoặc qua internet.Luyện tập
Đề xuất các câu hỏi và lập kế hoạch phỏng vấn phụ huynh, học sinh về mong muốn của bàn học của học sinh tiểu học.
4. Kĩ thuật đặt câu hỏi
Kĩ thuật đặt câu hỏi là một kĩ thuật tư duy bằng hệ thống các câu hỏi có mục đích, trình tự rõ ràng để tìm hiểu, thu thập thông tin, phát hiện và nghiên cứu sâu một vấn đề. Từ đó, lập và xây dựng kế hoạch đề giải quyết vấn đề, thiết kế và cải tiến sản phẩm theo yêu cầu thực tiễn và nhu cầu của người dùng. Kĩ thuật đặt câu hỏi phổ biến nhất là kĩ thuật 5W1H. Kĩ thuật này sử dụng các câu hỏi Cái gì (What), Ở đâu (Where); Khi nào (When); Tại sao (Why); Ai (Who); Như thế nào (How) để đặt câu hỏi và trả lời đảm bảo sự quan tâm toàn diện tới các khía cạnh của vấn đề cần quan tâm.
Kĩ thuật đặt câu hỏi được sử dụng trong hầu hết các giai đoạn của thiết kế kĩ thuật. Trong đó, kĩ thuật này được sử dụng có hiệu quả cao trong giai đoạn xác định vấn đề, tìm hiểu tổng quan và xác định yêu cầu của sản phẩm.
Trang 121
5. Phương pháp SCAMPER
SCAMPER (tên phương pháp được cấu tạo từ chữ cái đầu của một nhóm từ tiếng Anh) là phương pháp tư duy sáng tạo nhằm cải thiện sản phẩm, quy trình, dịch vụ,... đã có hay dự tính phát triển một sản phẩm mới, dựa vào việc đặt ra và giải đáp những câu hỏi thuộc bảy phương diện khác nhau. Các phương diện gồm: Thay thế (Substitute); Kết hợp (Combine); Thích nghi (Adapt); Thay đổi (Modify); Đổi cách dùng (Put to other uses); Loại ra (Eliminate); Sắp xếp lại, đảo ngược (Rearrange, Reverse). Kĩ thuật này đảm bảo sự đa dạng về góc nhìn, thủ thuật để hình thành ý tưởng sáng tạo mới trong hoạt động thiết kế kĩ thuật.
Phương pháp SCAMPER được sử dụng trong các giai đoạn của quy trình thiết kế kĩ thuật như: đề xuất, đánh giá, lựa chọn giải pháp và xây dựng nguyên mẫu cho giải pháp, điều chỉnh thiết kế. Nhờ vậy các giải pháp, sản phẩm trở nên sáng tạo và hiệu quả hơn.
Luyện tập
Lựa chọn một mẫu bàn học của học sinh tiểu học, sử dụng phương pháp SCAMPER để đề xuất các cải biến cho sản phẩm đó.
II – CÁC PHƯƠNG TIỆN HỖ TRỢ THIẾT KẾ KĨ THUẬT
Các phương tiện chính để thực hiện các bước của thiết kế kĩ thuật gồm các tài liệu, sơ đồ, sách báo, mạng internet, giấy và bút màu, máy tính và các phần mềm thiết kế, mô phỏng, máy quay video, dụng cụ đo, máy móc và dụng cụ gia công vật liệu, ...
– Các vật dụng ghi chép: các loại bút màu, bút nhớ, giấy nhớ, giấy màu, ...
– Thiết bị điện tử và các phần mềm: máy tính, điện thoại thông minh (chụp ảnh, ghi âm, ghi hình, ghi chú,...), các phần mềm hỗ trợ soạn thảo, tính toán, trình chiếu, lập sơ đồ tư duy, vẽ Poster (Word, Excel, PowerPoint, Mindmap,...); các phần mềm hỗ trợ vẽ kĩ thuật như AutoCAD, SolidWorks, Tinkercad, ScatchUp, ... cho phép biểu diễn vật thể dưới nhiều góc độ để quan sát hình ảnh 2D và 3D; phần mềm khảo sát và xử lí thông tin, phần mềm tìm kiếm thông tin, phần mềm hỗ trợ in 3D, ...
– Dụng cụ đo: thước đo độ dài, thước đo góc, dụng cụ đo đường kính (Panme), ê ke, com pa, đồng hồ bấm giờ, nhiệt kế, bình chia độ,...
– Vật liệu: tấm mica, tấm xốp, tấm nhựa, gỗ, tấm kim loại, cuộn dây in 3D,...
– Dụng cụ và thiết bị gia công vật liệu: cưa tay, dũa, đục, máy khoan, máy cắt, máy hàn, súng bắn keo, máy in 3D, bút in 3D, ...
a) Dụng cụ và thiết bị hỗ trợ vẽ, thiết kế
b) Máy in 3D
Hình 21.2. Phương tiện hỗ trợ quá trình thiết kế kĩ thuật
Trang 122
Khám phá
Quan sát Hình 21.2c, hãy gọi tên và mô tả công dụng của một số dụng cụ, thiết bị gia công vật liệu em biết.
c) Một số dụng cụ và thiết bị gia công vật liệu
Hình 21.2. Phương tiện hỗ trợ quá trình thiết kế kĩ thuật
III – ÁP DỤNG CÁC PHƯƠNG PHÁP, PHƯƠNG TIỆN VÀO THIẾT KẾ KĨ THUẬT
Các phương pháp và phương tiện hỗ trợ nêu trên được vận dụng linh hoạt trong nhiều giai đoạn khác nhau của thiết kế kĩ thuật.
1. Xác định vấn đề
Mọi vật xung quanh chúng ta đều ẩn chứa những dấu hiệu của khoa học kĩ thuật và cuộc sống là một kho tàng các phát minh. Chúng được tạo ra để đáp ứng nhu cầu và giải quyết những vấn đề, những điều bất tiện trong đời sống của con người.
Để xác định vấn đề, cần quan sát mọi vật và mọi người xung quanh, thường xuyên trò chuyện, áp dụng kĩ thuật đặt câu hỏi 5W1H để biết được nhu cầu và hiểu rõ khó khăn của họ. Ghi lại các câu trả lời để hiểu rõ vấn đề. Có thể dùng bản khảo sát trên các phần mềm để phân tích thông tin nhanh và chính xác. Chụp ảnh, ghi hình cũng giúp phân tích thông tin tốt hơn và xác định đúng vấn đề.
Trang 123
|
Em có biết tác hại của việc ngồi học sai tư thế không? Ví dụ: Khi quan sát hay ghi hình học sinh ngồi học, thấy có trường họp bàn ghế vừa với người nhưng em đó vẫn hay ngồi chạm người vào bàn và củi mặt sát vở, điều này gây hại cho cột sống cũng như thị lực. Nếu thiết kế được một sản phẩm giúp em được nhắc nhở và điều chỉnh lại khoảng cách mắt so với vở thì sẽ phòng ngừa được những tác hại trên. Trò chuyện hay thực hiện khảo sát để biết rõ hơn về tình trạng này ở học sinh. |
Vận dụng
Em hãy chọn một không gian, một chủ đề hoặc một đối tượng xung quanh em để quan sát và tập đặt câu hỏi, phát hiện điều bất tiện hay một vấn đề cần giải quyết (nhà ăn của trường học, nhà bếp, mùa màng, người lao động, các vật dụng,... ). màng, người lao động, các vật dụng
2. Tìm hiểu tổng quan
Trong một số trường hợp, ý tưởng xuất hiện ngay trong tâm trí. Nhưng để có được giải pháp khả thi và tốt nhất, cần nghiên cứu thêm thông tin về vấn đề cần giải quyết: kiến thức nào giúp giải quyết vấn đề này, có ai giải quyết vấn đề này chưa, giải pháp của họ có đặc điểm gì.
- Áp dụng phương pháp điều tra, thiết kế các bảng hỏi để khảo sát vấn đề hoặc phỏng vấn người sử dụng sản phẩm, trải nghiệm dịch vụ giúp cung cấp thông tin chi tiết và đa chiều.
– Sử dụng công cụ tìm kiếm thông tin để tìm những kiến thức cần thiết, tra cứu các tài liệu, các nghiên cứu khoa học và các sản phẩm liên quan đến vấn đề cần giải quyết. Trình bày bằng sơ đồ tư duy để hiểu tổng thể về vấn đề.
− Tìm hiểu các giải pháp đã có trên thị trường, sử dụng bảng phân tích điểm mạnh, điểm yếu và tính thú vị của chúng. Trên cơ sở đó hình thành giải pháp mới.
Trang 124
|
Ví dụ: Tìm hiểu kiến thức về tư thế ngồi học đúng: mắt cách vở từ 25 cm – 30 cm. Tìm hiểu các sản phẩm đã có trên thị trường giúp học sinh ngồi đúng tư thế như: sản phẩm đỡ cằm, chiếc hộp điều chỉnh góc nhìn với tư thế ngồi đễ trước bàn học, dụng cụ giữ người với ghế,... Phân tích các sản phẩm để thấy có sự bất tiện khi dùng, không thoải mái và không gọn gàng và đặc biệt là không có sự nhắc nhở khi để mắt quá gần vở. |
3. Xác định yêu cầu cần đạt của sản phẩm
Sản phẩm cần được xem xét trên nhiều quan điểm và phương diện khác nhau như tính khả thi, hiệu quả làm việc, các chỉ số kĩ thuật, tính an toàn, tính kinh tế, tính thẩm mĩ, tính thân thiện với môi trường.... Khi đó, sử dụng bảng kiểm hoặc bảng đánh giá Rubric để liệt kê các tiêu chí cần đạt của ý tưởng giúp những tiêu chí quan trọng sẽ không bị bỏ sót.
Sản phẩm thiết kế cần thoả mãn các thông số kĩ thuật và phù hợp với các giới hạn của thiết kế.
Bảng 21.1. Ví dụ về yêu cầu cần đạt của sản phẩm MÁY BÁO KHOẢNG CÁCH
| STT | Yêu cầu cần đạt của sản phẩm | Đạt |
| 1 | Phát hiện tư thế ngồi sai | Mắt cách vở dưới 30 cm thì có tín hiệu cảnh báo. |
| 2 | Thông báo tư thế ngồi đúng | Mắt cách vở trên 30 cm, tắt cảnh báo. |
| 3 | Nhiều người dùng được | Tuỳ chỉnh được cho học sinh nhiều độ tuổi. |
| 4 | Thẩm mĩ, gọn, dễ chế tạo | Trong phạm vi 15 cm × 18 cm, càng nhỏ càng tốt. |
| 5 | Thoải mái, an toàn | Để phía trước vỡ, không bị vướng khi viết bài, không gây nguy hiểm cho trẻ khi sử dụng. |
| 6 | Giá cả hợp lí | Rẻ hơn các sản phẩm cùng mục đích đã có. |
4. Đề xuất, đánh giá, lựa chọn giải pháp
a) Đưa ra ý tưởng
Tìm kiếm giải pháp bằng phương pháp động não (Brainstorming), tạo ra càng nhiều ý tưởng, cơ hội xuất hiện những giải pháp tốt càng cao.
Sử dụng sơ đồ tư duy (Mindmap) trong giai đoạn này giúp hệ thống hoá và sắp xếp những suy nghĩ một cách trực quan.
Trang 125
Ví dụ: Khi khoảng cách bị vi phạm, có thể tạo ra cảnh báo bằng nhiều cách khác nhau:
- Chạm vào dây mềm, mảnh buộc ngang trước mặt, làm chuông kêu.
- Chạm vào công tắc của chuông hay nút bấm đóng mạch điện làm chuông reo
- Dùng cảm biến hồng ngoại để nhận tín hiệu, báo động qua đèn và còi hoặc loa, ...
b) Đánh giá và lựa chọn giải pháp
Khi tập hợp được nhiều giải pháp, loại bỏ một số giải pháp không khả thi. Áp dụng phương pháp động não đảo ngược (phương pháp phê phán các giải pháp) khi chỉ còn 3 đến 4 giải pháp để tiết kiệm thời gian đánh giá và tìm ra giải pháp tối ưu.
Áp dụng kĩ thuật phân tích ưu điểm, nhược điểm, tính thú vị của từng giải pháp để đánh giá đa chiều và tìm ra giải pháp sáng tạo, độc đáo.
Trong trường học, khả năng gia công, tài chính và thời gian là những giới hạn cần được cân nhắc trước khi lựa chọn một giải pháp để giải quyết vấn đề.
Bảng 21.2. Ví dụ về phân tích các giải pháp giúp cảnh báo ngồi sai tư thế đã đưa ra để lựa chọn
| Giải pháp | Ưu điểm | Nhược điểm | Sự thú vị |
| Căng dây kéo chuông | Đơn giản, chi phí thấp. | Không thoải mái khi đọc và quan sát vở. | Nghe tiếng chuông reo vui. |
| Chạm vào công tắc chuông phía trước | Nhỏ gọn hơn thiết bị giữ cằm và có tín hiệu, thoải mái. | Vẫn chiếm không gian của vở, vùng tác động nút bấm nhỏ nên có thể né tránh. | Thi thoảng bấm cho chuông reo cho tỉnh ngủ. |
| Dùng cảm biến | Không vướng tầm tay viết vở, vùng nhận tin hiệu rộng, không có tác động trực tiếp nào lên cơ thể. | Chế tạo phức tạp hơn mạch điện thông thường | Có nhiều dạng cảnh báo: ánh sáng, còi kêu, lời nói, ... |
Để tạo ra tín hiệu nhắc nhở hiệu quả và sự thoải mái về không gian khi hoạt động, sản phẩm cần có một mạch điện tử sử dụng cảm biến để nhận thông tin, xử lí và phản hồi thông qua đèn và còi (hoặc loa).
5. Xây dựng nguyên mẫu
Giải pháp cần được trình bày cụ thể về hình dạng, kích thước, vật liệu, yêu cầu kĩ thuật, vị trí tương đối giữa các chi tiết trên bản vẽ phác, bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp thông qua các
hình biểu diễn khác nhau.
- Các phần mềm hỗ trợ vẽ kĩ thuật như AutoCAD, SolidWorks, Tinkercad, ScatchUp.... cho phép biểu diễn vật thể dưới nhiều góc độ để quan sát hình ảnh 2D và 3D. Các phần mềm lập trình hỗ trợ trong việc tạo ra các chi tiết phức tạp một cách chính xác, nhanh chóng từ bản thiết kế trên máy tính, mô phỏng hoạt động của sản phẩm.
- Sử dụng các dụng cụ cầm tay và thiết bị gia công cơ khí như dũa, khoan cầm tay, cưa cầm tay, máy cưa, máy khoan, máy cắt, máy hàn,... để gia công vật liệu.
- Sử dụng bảng kê nêu rõ các chi tiết làm nguyên mẫu của sản phẩm.
Trang 126
Bảng 21.3. Ví dụ về bảng kê các chi tiết làm sản phẩm cảnh báo ngồi học sai tư thế
| STT | Tên chi tiết | Kích thước | Số lượng | Ghi chú |
| 1 | Cảm biến siêu âm UltraSonic HY-SRF05 | 43 mm x 20 mm x 17 mm | 1 | Linh kiện điện tử |
| 2 | LED thường màu đỏ | Đường kính đèn 3 mm, đèn cao 5,08 mm, tổng chiều cao là 15,5 mm | 1 | Linh kiện điện tử |
| 3 | LED thường màu xanh | Đường kính đèn 3 mm, đèn cao 5,08 mm, tổng chiều cao là 15,5 mm | 1 | Linh kiện điện tử |
| 4 | Còi chip 5 V | Đường kính 12 mm, cao 9,7 mm | 1 | Linh kiện điện tử |
| 5 | Điện trở 1 KΩ | Dài 6,5 mm, đường kính 2 mm, chân cắm 0,5 mm | 2 | Linh kiện điện tử |
| 6 | Điện trở 10 Ω | Dài 6,5 mm, đường kính 2 mm, chân cắm 0,5 mm | 1 | Linh kiện điện tử (có thể chọn giả trị R khác) |
| 7 | Bảng mạch thử | 165 x 55 x 10 mm | 1 | Linh kiện điện tử |
| 8 | Board Arduino Uno R3 | 68,6 x 53,4 mm | 1 | Linh kiện điện tử |
| 9 | Dây Cáp Arduino Uno R3 | Dài 30 cm | 1 | Linh kiện điện tử |
| 10 | Dây nối đực – đực | Dài 10 cm | 14 | Linh kiện điện tử |
| 11 | Dây nối đực – cái | Dài 10 cm | 10 | Linh kiện điện tử |
| 12 | Bìa các tông | Khoảng 450  | 1 | Vật liệu |
| 13 | Pin (từ 5 V đến 9 V) | Dài 48,8 mm, rộng 26 mm và sâu 16,9 mm | 1 | Nguồn điện |
a) Bản vẽ lắp
b) Nguyên mẫu
c) Thiết kế mạch điện tử
Hình 21.5. Thiết kế sản phẩm
Trang 127
6. Thử nghiệm, kiểm chứng giải pháp
Nguyên mẫu được đưa vào thử nghiệm trong môi trường thực tế (hoặc được tái hiện giống với thực tế) để kiểm tra các yêu cầu kĩ thuật. Sử dụng nhật kí để ghi chép các thông số và kết quả tương ứng với điều kiện thử nghiệm để tiến tới xử lí dữ liệu, điều chỉnh và cải tiến nguyên mẫu nếu cần.
So sánh kết quả với bảng các yêu cầu cần đạt của sản phẩm để đánh giá mức độ thành công của sản phẩm. Dùng bảng khảo sát để thu thập ý kiến người sử dụng để đánh giá tính hữu dụng và tiện lợi của sản phẩm.
Sau đó, hoàn thiện sản phẩm và lập hồ sơ kĩ thuật cho sản phẩm.
Ví dụ: Nguyên mẫu của sản phẩm cảnh báo tư thế ngồi học sai và quá trình thử nghiệm:
Đèn xanh sáng
a) Khi ngồi học đúng tư thế
– Đèn đỏ sáng
– Còi kêu
b) Khi ngồi học sai tư thế
Hình 21.6. Thử nghiệm sản phẩm
7. Lập hồ sơ kĩ thuật
Đối với bài tập thiết kế kĩ thuật của học sinh, kết quả học tập được báo cáo qua hồ sơ kĩ thuật của sản phẩm và các hoạt động công bố ý tưởng được tổ chức tại các đơn vị giáo dục. Báo cáo có thể trình bày dưới dạng tập văn bản, triển lãm, poster, sách, phim tài liệu, ... Hoạt động phổ biến nhất là tổ chức ngày hội kĩ thuật, triển lãm các sản phẩm có kèm theo tập hồ sơ sản phẩm.
Vận dụng
1. Hãy nêu các phương pháp hỗ trợ cho quá trình thiết kế kĩ thuật trong từng giai đoạn. Hãy áp dụng kĩ thuật đặt câu hỏi để phát hiện một vấn đề trong nhà em hoặc ở nơi em sống.
2. Đề xuất một số phương tiện hỗ trợ thiết kế kĩ thuật phù hợp với việc giải quyết vấn đề em vừa nêu.
