– 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 vị), nghiên cứu tài liệu, thuyết trình, bảng đánh giá Rubric…

 

a. 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.

– 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.

 

b. 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 bởi 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.

 

c. Phương pháp điều tra

– Phương pháp điều tra bằng bằng 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 minh 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 trinh thiết kế kĩ thuật nhằm thu thập thông tin để xác định mục tiêu nghiên cứu, xác định vấn đề cần giá sản phẩm. Các hình thức tiến hành điều tra gồm phỏng vấn trực tiếp, phỏng vấn qua điện thoại, qua thư tin hoặc qua internet.

 

d. 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) đề 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, tim hiểu tổng quan và xác định yêu cầu của sản phẩm

 

e. Phương pháp SCAMPER

– SCAMPER (tên phương pháp được cấu tạo từ chữ các 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 tinh phát triển một sản phẩm mới, dựa vào việc đặt ra và giải đáp những câu hỏi thuộc 07 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 trinh 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.

– 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, giẫy 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 về 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 kinh (Panme), êke, com pa, đồng hồ bấm giờ, nhiệt kể, 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, mắt cắt, máy hàn, súng bắn keo, máy in 3D, bút in 3D

Hình 21.2. Phương tiện hỗ trợ quá trình 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.

 

a. 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

– Ví dụ: Khi quan sát hay ghi hình học sinh ngồi học, thấy có trường hợp bàn ghế vừa với người nhưng em đó vẫn hay ngồi chạm người vào bàn và cái 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 vỏ 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.

Hình 21.3. Tình huống thực tiễn

 

b. Tìm hiểu tổng quan

– Trong một số trường hợp, ý tưởng xuất hiện ngay trong tâm tri. 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 vẫn 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 bảy bằng sơ đồ tư duy để hiểu tổng thể về vấn đề.

– Tim hiểu các giải pháp đã có trên thị trường, sử dụng bảng phân tích điểm mạnh, điểm yếu và tinh thú vị của chúng. Trên cơ sở đó hình thành giải pháp mới.

– 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 để trước bản học, dụng cụ giữ người với ghế,… Phân tích các sản phẩm để thấy có sự bắt tiện khi dùng, không thoải mái và không gọn gàng và đặc biệt là không có sự nhắc nhỏ khi để mắt quả gắn vở.

– Cần tạo ra một sản phẩm gọn nhẹ, dễ sử dụng có thể phát tín hiệu cảnh báo khi học sinh ngồi sát bản và mắt sát vỏ dưới mức an toàn.

Hình 21.4. Tìm hiểu tư thế ngồi học đúng qua internet

 

c. 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, tinh an toàn, tinh kinh tế, tinh thẩm mĩ, tính thân thiện với môi trường…. Khi đó, sử dụng bảng kiểm hoặc bảng đánh giá Rubric để liệt kê các tiêu chi cần đạt của ý tưởng giúp những tiêu chi 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 21.2. Ví dụ về yêu cầu cần đạt của sản phẩm MÁY BẢO KHOẢNG CÁCH

 

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

– 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 hoả và sắp xếp những suy nghĩ một cách trực quan.

– 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, bảo động qua đèn và còi hoặc loa,…

– 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, tinh 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 cần nhắc trước khi lựa chọn một giải pháp để giải quyết vấn đề.

Bảng 21.3. Ví dụ về phân tích các giải pháp giúp cảnh báo ngồi sai tư thế đã đưa ra để lựa chọn.

+ 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).

 

e. Xây dựng nguyên mẫu

– Giải pháp cần được trình bày cụ thể về hình dạng, kích thước, vật liệu, yêu cầu kĩ thuật, vi tri tương đối giữa các chi tiết trên bản về 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 khi như dũa, khoan cầm tay, cưa cầm tay, máy cưa, máy khoan, máy cắt, máy hàn, … đề gia công vật liệu. – Sử dụng bảng kể nếu rõ các chi tiết làm nguyên mẫu của sản phẩm.

Bảng 21.4. Ví dụ về bảng kể các chi tiết làm sản phẩm cảnh báo ngồi học sai tư thế

Hình 21.5. Thiết kế sản phẩm

 

f. 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 ki 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 đề đánh giá tinh hữu dụng và tiện lợi của sản phẩm.

– Sau đó, hoàn thiện sản phẩm và lập hồ sơ kĩ thuật cho sản phẩm.

– Vi dụ: Nguyên mẫu của sản phẩm cảnh báo tư thế ngồi học sai và quá trình thử nghiệm:

Hình 21.6. Thử nghiệm sản phẩm

 

g. 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.