TỪ Ý TƯỞNG STEM ĐẾN GIẢI BA CẤP THÀNH PHỐ: HỆ SINH THÁI VAC THÔNG MINH TÍCH HỢP IOT VÀ NĂNG LƯỢNG MẶT TRỜI

Tại Lễ tổng kết và trao giải diễn ra ngày 30/10/2026 trong khuôn khổ Chương trình DIGIFEST Đồng Nai 2026, sản phẩm của nhóm học sinh Trường TH–THCS Phú Hội là một trong ba sản phẩm tiêu biểu của phường Nhơn Trạch được vinh danh. Thành tích này càng có ý nghĩa khi cuộc thi năm nay thu hút hơn 2.000 giải pháp thuộc nhiều lĩnh vực, từ đồ dùng học tập, phần mềm tin học đến các sản phẩm thân thiện với môi trường và giải pháp kỹ thuật ứng phó với biến đổi khí hậu. Trong số 268 giải pháp được lựa chọn tham gia vòng thi cấp thành phố, sản phẩm của hai em đã tạo được dấu ấn nhờ ý tưởng kết hợp mô hình nông nghiệp truyền thống với công nghệ hiện đại.

Đằng sau thành tích đó là một ý tưởng xuất phát từ những vấn đề gần gũi trong đời sống. Đồng Nai là địa phương có thế mạnh về phát triển nông nghiệp và chăn nuôi. Tuy nhiên, tình trạng nắng nóng kéo dài, thời tiết thất thường và những tác động của biến đổi khí hậu đang đặt ra nhiều thách thức đối với hoạt động sản xuất. Cây trồng dễ thiếu nước, khô héo; vật nuôi có nguy cơ bị sốc nhiệt; trong khi việc thường xuyên kiểm tra, tưới nước, cho ăn và theo dõi môi trường bằng phương pháp thủ công đòi hỏi nhiều thời gian, công sức. Từ thực tế đó, dưới sự hướng dẫn của cô Lê Nguyễn Anh Thư, hai em đã hình thành ý tưởng xây dựng một mô hình VAC có khả năng tự động hóa một số hoạt động chăm sóc, giám sát môi trường và tận dụng nguồn năng lượng tự nhiên.

Chia sẻ về ý tưởng thực hiện đề tài, cô Lê Nguyễn Anh Thư, giáo viên hướng dẫn, cho biết: “Bản thân là giáo viên Khoa học tự nhiên, trong quá trình giảng dạy, tôi luôn mong muốn học sinh không chỉ tiếp thu kiến thức trong sách giáo khoa mà còn biết vận dụng vào thực tế cuộc sống. Mô hình vườn – ao – chuồng vốn rất quen thuộc trong sản xuất nông nghiệp, đặc biệt là ở địa phương Đồng Nai. Tuy nhiên, trước sự phát triển của khoa học công nghệ hiện nay, tôi mong muốn cùng các em tìm hiểu cách ứng dụng những công nghệ mới để nâng cao hiệu quả của mô hình truyền thống. Đó cũng là lý do cô trò lựa chọn thực hiện đề tài này. Thông qua dự án, tôi mong muốn các em có cơ hội vận dụng kiến thức liên môn, phát huy khả năng sáng tạo, rèn luyện kỹ năng giải quyết vấn đề và thấy được khoa học hoàn toàn có thể góp phần tạo ra những giá trị thiết thực cho cuộc sống”.

Sản phẩm được phát triển dựa trên mô hình VAC truyền thống gồm Vườn – Ao – Chuồng, trong đó các khu vực được bố trí có sự liên kết và hỗ trợ lẫn nhau. Khu vực vườn được thiết kế nhà kính, hệ thống đèn chiếu sáng, quạt làm mát và phun sương; khu vực ao có hồ cá, máy bơm và hệ thống tuần hoàn nước; khu vực chuồng được bố trí máng cho gà ăn tự động. Chất thải chăn nuôi được định hướng thu gom, xử lý và ủ thành phân hữu cơ phục vụ trồng trọt; một số nguồn nguyên liệu thực vật phù hợp được tận dụng làm thức ăn cho vật nuôi. Nước từ hồ cá được bơm lên khu vực trồng cây thủy sinh, sau đó chảy qua bộ phận lọc trước khi quay trở lại hồ, mô phỏng chu trình tuần hoàn nước trong hệ sinh thái VAC. Qua đó, mô hình thể hiện ý tưởng tận dụng tài nguyên, hạn chế lãng phí và hướng đến phương thức sản xuất nông nghiệp thân thiện với môi trường.

Điểm nổi bật tạo nên giá trị sáng tạo của sản phẩm là việc ứng dụng công nghệ Internet vạn vật (IoT) thông qua vi điều khiển ESP32 kết hợp với nền tảng Blynk IoT. ESP32 đóng vai trò là bộ điều khiển trung tâm, tiếp nhận dữ liệu từ các cảm biến, xử lý thông tin và truyền dữ liệu lên điện thoại thông minh thông qua kết nối Internet. Nhóm sử dụng cảm biến DHT11 để đo nhiệt độ, độ ẩm không khí và cảm biến ánh sáng để theo dõi điều kiện chiếu sáng trong mô hình. Các thông số được cập nhật khoảng 10 giây một lần trên ứng dụng Blynk, giúp người dùng dễ dàng theo dõi tình trạng môi trường mà không cần trực tiếp đến từng khu vực.

Thông qua giao diện Blynk IoT, người dùng có thể điều khiển các thiết bị như quạt mini, máy bơm nước, đèn sân vườn, đèn nhà kính và hệ thống phun sương. Đặc biệt, mô hình được thiết lập hai chế độ hoạt động gồm điều khiển thủ công và tự động theo cảm biến. Khi nhiệt độ môi trường vượt quá 32°C, quạt mini sẽ tự động hoạt động nhằm hỗ trợ làm mát khu vực nhà kính. Khi môi trường thiếu ánh sáng, đèn sân vườn sẽ tự động bật và ngắt khi ánh sáng đạt mức phù hợp. Đối với hệ thống phun sương, khi độ ẩm không khí giảm xuống dưới 40%, thiết bị sẽ tự động kích hoạt; khi độ ẩm tăng vượt 60%, hệ thống sẽ ngừng hoạt động nhằm hạn chế lãng phí nước và tránh độ ẩm quá cao.

Không chỉ hỗ trợ chăm sóc cây trồng, nhóm còn sáng tạo hệ thống cho gà ăn tự động bằng động cơ Servo. Khi người dùng nhấn nút điều khiển trên điện thoại, ESP32 sẽ tiếp nhận tín hiệu và điều khiển Servo quay cần gạt để mở cửa xả thức ăn trong khoảng 2 giây. Sau đó, động cơ tự động quay về vị trí ban đầu và đóng cửa xả. Cơ cấu này giúp mô phỏng quá trình cho vật nuôi ăn tự động, góp phần giảm thao tác thủ công và hạn chế thất thoát thức ăn. Bên cạnh đó, hệ thống còn được tích hợp chức năng cảnh báo từ xa. Khi nhiệt độ môi trường vượt quá 45°C, ứng dụng Blynk IoT sẽ gửi thông báo đến điện thoại thông minh để người dùng kịp thời kiểm tra và có biện pháp xử lý phù hợp.

Một giải pháp đáng chú ý khác là việc tích hợp năng lượng mặt trời vào quá trình vận hành. Tấm pin năng lượng mặt trời được bố trí tại vị trí có khả năng tiếp nhận ánh sáng, kết hợp với bộ điều khiển sạc và pin lưu trữ để tích trữ điện năng. Nguồn điện sau đó được chuyển đổi phù hợp nhằm cung cấp cho ESP32 và các thiết bị trong mô hình. Việc tận dụng năng lượng mặt trời không chỉ góp phần giảm sự phụ thuộc vào nguồn điện lưới mà còn thể hiện định hướng sử dụng năng lượng tái tạo, phù hợp với xu thế phát triển nông nghiệp xanh và bền vững.

Đặc biệt, mô hình không chỉ dừng lại ở việc ứng dụng công nghệ trong chăm sóc và quản lý trang trại mà còn mở rộng sang hoạt động quảng bá sản phẩm trên nền tảng số. Nhóm đã xây dựng website giới thiệu trang trại bằng Google Sites, tích hợp mã QR trực tiếp trên mô hình. Khi sử dụng điện thoại thông minh quét mã QR, người dùng có thể truy cập website để tìm hiểu thông tin về mô hình, xem danh mục sản phẩm, giá bán, tình trạng còn hàng, hình ảnh thực tế và thông tin liên hệ. Đây là cách làm sáng tạo, giúp kết nối mô hình nông nghiệp với hoạt động giới thiệu sản phẩm và tiếp cận người tiêu dùng thông qua công nghệ số.

Để hoàn thành sản phẩm, hai em đã trải qua nhiều công đoạn từ tìm hiểu kiến thức, hình thành ý tưởng, phác thảo thiết kế, lựa chọn vật liệu, lắp ráp mô hình, kết nối linh kiện điện tử đến lập trình và thử nghiệm. Trong quá trình thực hiện, từng bộ phận như cảm biến, quạt, máy bơm, đèn chiếu sáng, hệ thống phun sương và động cơ Servo đều được kiểm tra, điều chỉnh nhằm đảm bảo khả năng phối hợp trong toàn hệ thống. Quá trình này đòi hỏi sự kiên trì, tinh thần hợp tác và khả năng vận dụng kiến thức liên môn về sinh học, vật lý, công nghệ và tin học. Dưới sự hướng dẫn của giáo viên, các em từng bước biến ý tưởng ban đầu thành một sản phẩm có hình hài và các chức năng hoạt động cụ thể.

Nhắc lại quá trình thực hiện đề tài, em Nguyễn Khôi Vỹ chia sẻ: “Khó khăn lớn nhất của chúng em là lập trình và kết nối các thiết bị trong mô hình VAC, làm sao để hệ thống tưới cây, chăm sóc ao cá và chuồng nuôi có thể hoạt động tự động, đồng bộ với nhau. Vì đây là những kiến thức chưa được học trong chương trình nên ban đầu chúng em khá bỡ ngỡ. Dưới sự hướng dẫn của cô giáo, chúng em được học cách kết nối cảm biến, viết code và điều khiển các thiết bị. Trong quá trình thử nghiệm, có lúc cảm biến nhận tín hiệu chưa chính xác hoặc thiết bị hoạt động chưa đúng yêu cầu. Hai chúng em đã cùng nhau kiểm tra, điều chỉnh chương trình và thử nghiệm nhiều lần để khắc phục. Qua đó, chúng em học thêm được nhiều kiến thức mới và hiểu rằng để hoàn thiện một sản phẩm khoa học cần phải kiên trì, biết phối hợp và không ngừng cải tiến”.

Điểm sáng tạo của mô hình không chỉ nằm ở việc sử dụng các thiết bị công nghệ riêng lẻ mà còn ở sự kết hợp giữa nhiều giải pháp trong cùng một hệ thống. Từ mô hình VAC truyền thống, nhóm đã phát triển thành một hệ sinh thái có khả năng theo dõi điều kiện môi trường, điều khiển thiết bị từ xa, tự động hóa một số hoạt động chăm sóc, tuần hoàn nước và tận dụng năng lượng mặt trời. Việc tích hợp thêm website và mã QR còn mở rộng khả năng ứng dụng công nghệ số trong quảng bá sản phẩm nông nghiệp. Qua đó, sản phẩm hướng đến mục tiêu giảm công lao động, hỗ trợ tiết kiệm tài nguyên, nâng cao hiệu quả quản lý và góp phần bảo vệ môi trường.

Đánh giá về tinh thần nghiên cứu và những nỗ lực của hai học sinh trong quá trình thực hiện, cô Lê Nguyễn Anh Thư cho biết, “Với vai trò giáo viên hướng dẫn, điều khiến tôi vui nhất không chỉ là kết quả đạt được mà còn là sự trưởng thành của các em qua từng giai đoạn. Các em hiểu rằng một sản phẩm khoa học không dừng lại ở phiên bản đầu tiên mà cần không ngừng nghiên cứu, cải tiến để ngày càng hoàn thiện hơn”.

Không chỉ mang ý nghĩa về mặt kỹ thuật, sản phẩm còn là minh chứng cho hiệu quả của việc đưa giáo dục STEM vào hoạt động học tập và nghiên cứu khoa học trong nhà trường. Thông qua quá trình thực hiện, học sinh có cơ hội vận dụng kiến thức đã học để giải quyết những vấn đề thực tiễn, đồng thời rèn luyện tư duy sáng tạo, kỹ năng làm việc nhóm, khả năng lập trình và tinh thần chủ động tìm tòi, khám phá.

Từ một ý tưởng bắt nguồn từ những vấn đề gần gũi của đời sống nông nghiệp, hai em đã mạnh dạn vận dụng kiến thức khoa học công nghệ để tạo nên một sản phẩm có ý nghĩa thực tiễn. Đây cũng là minh chứng rằng sáng tạo khoa học không nhất thiết phải bắt đầu từ những điều lớn lao, mà có thể xuất phát từ chính những quan sát, trăn trở và mong muốn cải thiện cuộc sống xung quanh. Với niềm đam mê nghiên cứu và tinh thần không ngừng học hỏi, những ý tưởng như vậy sẽ tiếp tục được nuôi dưỡng, phát triển, góp phần hình thành thế hệ trẻ năng động, sáng tạo và sẵn sàng đóng góp cho sự phát triển của quê hương.