Nước ngọt là tài nguyên thiên nhiên quý giả đối với con người. Theo thời gian, nước ngọt ngày cảng cạn kiệt và bị ô nhiễm. Dự báo, trong tương lai, nhiều vùng trên trái đất sẽ thiếu nước ngọt cho sinh hoạt và sản xuất. Đề có nước ngọt, nhiều nơi trong cả nước đã phải sử dụng nước ao, hồ hoặc nước giếng khoan. Tuy nhiên, các loại nguồn nước đó chưa phải là nước sạch, chưa sử dụng trực tiếp để phục vụ sinh hoạt. Việc biến các nguồn nước khác nhau thành nước sạch để sử dụng trong sinh hoạt trở thành một vấn đề rất được quan tâm trong cuộc sống.

Vận dụng những kiến thức đã học về thiết kế kĩ thuật, hãy thiết kế một sản phẩm đơn giản để giúp lọc được nước suối, nước giếng khoan, nước sông hồ thành nước sinh hoạt.

Nội dung tiến trình:

a. Nghiên cứu, tìm hiểu về các loại nguồn nước, các phương pháp, thiết bị lọc nước đã có trên thị trường, các chỉ số giới hạn cho phép của nước sinh hoạt.

b. Đề xuất các tiêu chi của sản phẩm lọc nước đơn giản từ nước ao, hồ, giếng khoan thành nước sinh hoạt như kích thước, vật liệu, công suất lọc, tiêu chuẩn chất lượng……

c. Để xuất, đánh giá và lựa chọn giải pháp lọc nước; hoàn thiện giải pháp cho sản phẩm lọc nước.

d. Tạo sản phẩm mẫu dựa trên giải pháp sản phẩm lọc nước đã lựa chọn. 5. Thử nghiệm sản phẩm lọc nước mẫu, đánh giá mức độ đáp ứng các tiêu chí đặt ra ban đầu của sản phẩm.

e. Hoàn thiện sản phẩm.

f. Báo cáo và giới thiệu về sản phẩm thiết kế.

a. Nội dung đánh giá

Quá trình thực hiện dự án:

– Kế hoạch và tiến độ thực hiện dự án

– Sự hài hoà giữa nhiệm vụ cá nhân và quá trình hợp tác

– Tính chủ động, sáng tạo của mỗi thành viên

– Sự tiến bộ của học sinh trong quá trình thực hiện dự án.

Sản phẩm thiết kế.

– Mức độ đáp ứng yêu cầu của nhiệm vụ;

– Tinh mới và tinh sáng tạo của giải pháp

– Độ bền và sự chắc chắn của sản phẩm.

– Tinh kinh tế của sản phẩm

– Tinh thẩm mĩ của sản phẩm thiết kế.

 

b. Hình thức và công cụ đánh giá

– Học sinh tự đánh giá.

– Các nhóm đánh giá chéo.

– Giáo viên và chuyển gia đánh giả

– Đánh giá qua bảng Rubric, binh luận, lẫy ý kiến khán giả trực tiếp hoặc sử dụng các phần mềm công nghệ.

a. Chia nhóm và phát hiện vấn đề

– Các nhóm xác định nhiệm vụ, chọn nhóm trưởng, thư kí và lập kế hoạch làm việc.

– Trả lời các câu hỏi sau.

+ Vấn đề cần giải quyết là gi?

+ Đề giải quyết vấn đề này, sản phẩm có chức năng gì?

 

b. Nghiên cứu tổng quan

Nội dung nghiên cứu

Nội dung nghiên cứu tổng quan bao gồm các kiến thức, kĩ năng, công nghệ có liên quan tới vấn đề thiết kế; các phương pháp, sản phẩm lọc nước đã có trên thị trường; những vấn đề liên quan tới người dùng…. Tham khảo Bảng 22.1.

Bảng 22.1. Nội dung nghiên cứu

Tiêu chuẩn chất lượng nước sinh hoạt

Bảng 22.2. Tiêu chuẩn chất lượng nước sinh hoạt

Một số phương pháp lọc nước

– Phương pháp cơ học: dùng các thiết bị làm sạch nước như lưới chắn, bể lắng, bề lọc, khử muối bằng mảng tiếp xúc trực tiếp.

– Phương pháp hoà học: dùng hoá chất để xử lí nước như dùng phên làm chất keo tụ, dùng vôi để kiềm hoá nước, dùng clo hoặc muỗi để khử trùng, khử Flo bằng thảo dược, khử hoả chất bằng “siêu cát” (cắt được bọc bằng graphite oxide), khử thạch tín (Asen) bằng nhựa phủ cysteine.

– Phương pháp lí học: dùng tia tử ngoại hay sóng siêu âm đề khử trùng nước điện phân nước mặn để khử muỗi; khử khi CO,hoà tan bằng phương pháp làm thoáng, xử lí nước bảng mảng thẩm thấu ngược kROCO, hoà tan bằng phương pháp

– Phương pháp sinh học: khử độc tố bằng vi khuẩn.

Hình 22.2. Một số giải pháp lọc nước đã có trên thị trường

Một số loại vật liệu được sử dụng để lọc nước

Bông, vải, than hoạt tinh, nhựa trao đổi ion, cát đen, cát vàng, cát thạch anh, sỏi lọc nước, cát mangan, hạt sử, đã khử sắt, đã nâng pH, màng lọc RO,…

Một số thiết bị đo các thành phần trong nước

– Bút đo TDS.

– Bộ Test KID đo nhanh Chlorine.

– Bút đo độ dẫn điện.

– Bút đo pH ECO.

– Máy phân tích clo tự do và clo tổng.

 

c. Yêu cầu đối với sản phẩm thiết kế

Sản phẩm được thiết kế phải thực hiện được chức năng đề ra và đạt một số yêu cầu kĩ thuật sau:

– Loại bỏ được những thành phần nào của nguồn nước đầu vào đề có nước sạch?

– Cần lọc được những tạp chất có kích thước nhỏ nhất là bao nhiêu?

– Cần sử dụng những vật liệu nào để lọc? Cần có mấy lớp vật liệu lọc?

– Sắp xếp các lớp lọc theo thứ tự nào cho hợp lí?

– Sản phẩm được lắp cố định hay có thể mang đi?

– Sản phẩm có dễ dàng bảo dưỡng và thay thế định kì các thành phần không?

Các nhóm đề xuất các tiêu chỉ cần đạt của sản phẩm, ý tưởng (tham khảo Bảng 22.3).

Bảng 22.3. Một số tiêu chí đánh giá sản phẩm lọc nước

 

d. Đề xuất, đánh giá và lựa chọn giải pháp

Nhóm thực hiện phương pháp động não để đưa ra các giải pháp. sau đó dùng kĩ thuật PMI để đánh giá các ý tưởng và giải pháp, chọn ra giải pháp tối ưu nhất.

– Chọn được vật liệu để loại bỏ được các tạp chất trong nước.

– Chọn được phương án thiết kế sản phẩm lọc nước.

 

e. Trình bày và đánh giá ý tưởng

– Nhóm trình bày ý tưởng trên bản vẽ chi tiết và bản vẽ lắp của sản phẩm lọc nước bao gồm các hình biểu diễn, kích thước, chú thích và bảng kê vật liệu, dụng cụ cần thiết. Có thể sử dụng các phần mềm vẽ kĩ thuật để dựng hình 3D và quan sát quá trình lắp ráp.

– Các nhóm báo cáo giải pháp, lắng nghe góp ý và phản biện trước lớp.

 

f. Tiến hành xây dựng nguyên mẫu và thử nghiệm

– Nhóm lập kế hoạch thực hiện cụ thể: nội dung, thời gian, địa điểm, phương thức, người thực hiện.

– Nhóm làm mô hình hoặc sản phẩm mẫu, tiến hành dùng thử.

– Ghi nhật ki. ghi lại các bước làm, những điều chỉnh, kết quả và giải thích; các thông số của yêu cầu cần đạt, giá trị các biến để tìm ra mối quan hệ với các biển khác (cần giữ nguyên các biến khi kiểm tra sự phụ thuộc của một biển vào một biến khác).

– Mức độ đánh giá sản phẩm:

+ Đánh giá định tính: thông qua quan sát quá trình hoạt động, sự thay đổi trạng thái của sản phẩm.

+ Đánh giá định lượng: dùng các phương pháp thí nghiệm, đo các chỉ số của nước trước và sau khi qua sản phẩm lọc. ghi chép và phân tích số liệu, xử lí số liệu để xây dụng các sơ đồ, đô thị, bàng biểu nhằm biểu thị mỗi quan hệ giữa các yếu tố thay đổi nếu cần (ví dụ: mối quan hệ giữa tốc độ lọc nước, chất lượng lọc nước với số lớp vật liệu lọc, độ dày của mỗi lớp vật liệu hay thứ tự của các lớp vật liệu. Cần cố định các yếu tố khi khảo sát một yếu tố nào đó). Trên cơ sở đó, đánh giá sản phẩm và rút ra các kết luận

+ Điều chỉnh và cải tiến sản phẩm: Dựa vào Bảng 22.3 để điều chỉnh thiết kế sau mỗi kết quả thử nghiệm.

 

g. Báo cáo và trình diễn sản phẩm theo nhóm

Tùy vào quy mô của các lớp tham gia, thời gian thực hiện, số lượng sản phẩm để lựa chọn và phối hợp các hình thức báo cáo khác nhau:

– Viết báo cáo, làm hồ sơ chính thức cho sản phẩm theo các nội dung của quy trình thiết kế. Nên có poster, giấy giới thiệu sản phẩm đi kèm với sản phẩm.

– Báo cáo trước lớp: thuyết trình, giới thiệu sản phẩm.

– Triển lãm sản phẩm.

– Tổ chức ngày hội kĩ thuật.