Giới thiệu dự án

Trong bối cảnh cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0 và quá trình chuyển đổi căn bản theo Chương trình Giáo dục Phổ thông 2018 (Thông tư 32/2018/TT-BGDĐT), giáo dục STEM (Science, Technology, Engineering, Mathematics) đã trở thành định hướng chiến lược theo Chỉ thị số 16/CT-TTg của Thủ tướng Chính phủ nhằm đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao. Tuy nhiên, theo các khảo sát sư phạm thực tế, hơn 68% học sinh trung học phổ thông (THPT) gặp khó khăn khi tiếp thu các kiến thức cơ học vật rắn do tính trừu tượng cao, thiếu trực quan hóa thực nghiệm và phương pháp giảng dạy còn nặng về truyền thụ lý thuyết một chiều.

Dự án nghiên cứu "Tổ chức dạy học một số kiến thức chương 'Cân bằng và chuyển động của vật rắn' – Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM" được thiết kế nhằm giải quyết triệt để điểm nghẽn này. Đề tài tập trung chuyển hóa kiến thức hàn lâm thành dự án kỹ thuật thực tế: thiết kế, chế tạo và vận hành "Mô hình Cần cẩu tháp" đa chuyển động.

                  +------------------------------------------+
                  |  THÁCH THỨC SƯ PHẠM VẬT LÍ TRUYỀN THỐNG   |
                  |  - Lý thuyết trừu tượng, nặng công thức   |
                  |  - Thiếu gắn kết thực tiễn kỹ thuật      |
                  |  - Học sinh thụ động, thiếu NL GQVĐVST   |
                  +--------------------+---------------------+
                                       |
                                       v
                  +------------------------------------------+
                  |     GIẢI PHÁP STEM: MÔ HÌNH CẦN CẨU THÁP |
                  |  Tích hợp 6 bước EDP & 5 pha dạy học     |
                  +--------------------+---------------------+
                                       |
           +---------------------------+---------------------------+
           v                                                       v
+-----------------------+                               +-----------------------+
|  KIẾN THỨC VẬT LÍ 10  |                               | TƯ DUY KỸ THUẬT & NL  |
| - Quy tắc Momen lực   |                               | - Thiết kế mô hình    |
| - Hợp lực song song   |                               | - Mạch đảo chiều DC   |
| - Cân bằng chân đế    |                               | - Đánh giá & tối ưu   |
+-----------------------+                               +-----------------------+

Mục tiêu dự án

  1. Chuẩn hóa khung lý luận và quy trình sư phạm: Xây dựng quy trình dạy học tích hợp liên môn dựa trên Quy trình Thiết kế Kỹ thuật (Engineering Design Process - EDP) 6 bước, hiện thực hóa qua chuỗi 5 hoạt động học tập định hướng phát triển Năng lực Giải quyết vấn đề và Sáng tạo (NL GQVĐVST).
  2. Thiết kế chủ đề STEM "Mô hình cần cẩu tháp": Xây dựng bộ học liệu hoàn chỉnh gồm 5 phiếu học tập, phiếu khăn trải bàn, bản hướng dẫn gia công kỹ thuật và tiêu chí đánh giá (Rubrics) chuẩn hóa.
  3. Chế tạo nguyên mẫu cơ điện: Chế tạo thành công mô hình cần cẩu tháp hoạt động trên nguồn điện DC 6V với 3 bậc tự do (nâng/hạ tải, di chuyển con chạy, xoay cần 360 độ).
  4. Thực nghiệm sư phạm và định lượng kết quả: Triển khai thực nghiệm tại lớp 10C8 Trường THCS - THPT Hoa Sen (Quận 9, TP.HCM) để kiểm chứng giả thuyết khoa học và đánh giá mức độ tiến bộ năng lực học sinh qua các công cụ thống kê toán học.

Phạm vi và giới hạn

  • Phạm vi nội dung: Các bài học cốt lõi thuộc Chương III - Vật lí 10 (Cân bằng của vật rắn có trục quay cố định, Quy tắc hợp lực song song cùng chiều, Các dạng cân bằng và Cân bằng của vật có mặt chân đế).
  • Phạm vi đối tượng: Học sinh khối 10 chương trình GDPT, lớp thực nghiệm 10C8 (sĩ số 36 học sinh).
  • Giới hạn kỹ thuật: Thiết bị sử dụng vật liệu composite gỗ/que đè lưỡi kết hợp động cơ giảm tốc DC công suất nhỏ, điện áp vận hành dưới 9V DC nhằm đảm bảo an toàn tuyệt đối trong môi trường học đường.

Phân tích và thiết kế giải pháp

Phân tích hiện trạng

Tiêu chí phân tích Dạy học truyền thống (Thuyết giảng) Thí nghiệm biểu diễn (Cookbook Lab) Dạy học STEM: Mô hình Cần cẩu tháp
Mức độ tương tác Thụ động, giáo viên truyền thụ một chiều Thao tác rập khuôn theo quy trình có sẵn Chủ động giải quyết vấn đề kỹ thuật mở
Bản chất kiến thức Tách rời từng bài học lý thuyết Kiểm chứng định luật một cách đơn lẻ Tích hợp liên môn (Vật lí - Công nghệ - Toán)
Kỹ năng hình thành Ghi nhớ, giải toán giấy đơn thuần Thao tác thiết bị chuẩn Tư duy thiết kế, chế tạo, tối ưu hóa và sửa lỗi
Gắn kết thực tế Rất thấp, mang tính quy ước Trung bình Rất cao (Mô phỏng máy xây dựng công trình)
Phát triển NL GQVĐVST Mức độ cơ sở (Level 1) Mức độ trung bình (Level 2) Mức độ xuất sắc (Level 3 - Level 4)

Phân loại yêu cầu dự án (MoSCoW)

  • Must have (Bắt buộc): Mô hình đứng vững trên mặt chân đế khi mang tải; cơ cấu tời nâng/hạ khối lượng $\ge 50\text{ g}$; cần xoay được nhờ motor; cần cẩu cân bằng dựa trên nguyên lý momen lực và đối trọng.
  • Should have (Nên có): Con chạy (trolley) di chuyển dọc cánh tay đòn linh hoạt; công tắc điều khiển đảo chiều độc lập cho từng động cơ; khung giàn gia cố giảm biến dạng.
  • Could have (Có thể có): Hệ thống đèn LED báo trạng thái hoạt động; thiết kế mô-đun hóa dễ tháo lắp.
  • Won't have (Không làm): Bộ điều khiển vi xử lý lập trình (Arduino/ESP32) hoặc sóng vô tuyến phức tạp nhằm tối ưu chi phí và tập trung vào kiến thức Vật lí cơ bản.

Thiết kế hệ thống

Kiến trúc động học và cơ điện

[Khung đế gỗ 40x40 cm] <---+--- [Trụ tháp que đè lưỡi 45 cm]
                           |
                           +---> [Trục xoay Motor DC 2.5-12 RPM] (Đi qua Khối tâm Hệ)
                                       |
                 +---------------------+---------------------+
                 |                                           |
         [Cánh tay đòn chính]                        [Cần đối trọng]
                 |                                           |
     [Con chạy + Motor Tời]                          [Khối đối trọng]
                 |                                   (Quy tắc Momen lực)
         [Khối tải m = 50-100g]

Nền tảng kiến thức và cơ sở kỹ thuật

  1. Quy tắc Momen lực (Rotational Equilibrium): Để cần cẩu không bị lật quanh trục đỡ khi vươn cần mang tải, tổng momen lực tác dụng lên trục quay phải triệt tiêu: $$\sum M_{O} = 0 \iff P_{\text{tải}} \cdot d_{\text{tải}} + P_{\text{cần}} \cdot d_{\text{cần}} = P_{\text{đối_trọng}} \cdot d_{\text{đối_trọng}}$$
  2. Quy tắc hợp lực song song cùng chiều & Vị trí khối tâm: Xác định điểm đặt của hợp lực trọng trường $\vec{P}_{\text{hệ}} = \vec{P}_1 + \vec{P}_2$: $$\frac{F_1}{F_2} = \frac{d_2}{d_1} \implies x_G = \frac{\sum m_i x_i}{\sum m_i}$$ Trục xoay động cơ phải được lắp trùng với trục thẳng đứng đi qua trọng tâm $G$ của toàn bộ phần quay để triệt tiêu momen uốn tác dụng lên trục motor.
  3. Điều kiện cân bằng mặt chân đế: Giá của trọng lực toàn hệ thống phải luôn xuyên qua diện tích mặt chân đế $S_{\text{base}} = 40 \times 40\text{ cm}^2$: $$\vec{P}{\text{tổng}} \cap S{\text{base}} \neq \emptyset$$
  4. Mạch điện điều khiển phân cực (DPDT Switch Logic): Sử dụng công tắc gạt 6 chân 3 vị trí (ON-OFF-ON) để đảo chiều dòng điện cấp vào động cơ DC mà không cần mạch cầu H bán dẫn:
                         \           /
                         /           \

Bảng trạng thái công tắc DPDT đảo chiều cực tính:
+-------------------+----------------+----------------+---------------------+
| Vị trí gạt        | Cực Chân 2     | Cực Chân 5     | Trạng thái Động cơ  |
+-------------------+----------------+----------------+---------------------+
| Gạt Tiến (Forward)| +6V (VCC)      | 0V (GND)       | Quay thuận (Nâng/Ra)|
| Trung gian (OFF)  | Hở mạch        | Hở mạch        | Dừng (Braking)      |
| Gạt Lùi (Reverse) | 0V (GND)       | +6V (VCC)      | Quay nghịch (Hạ/Vào)|
+-------------------+----------------+----------------+---------------------+

Phương pháp nghiên cứu và tiến trình sư phạm

Quy trình thực hiện tích hợp giữa Tiến trình Khoa học và Quy trình Thiết kế Kỹ thuật (EDP) gồm 5 hoạt động:

[HĐ 1: Xác định vấn đề] 
[HĐ 2: Nghiên cứu kiến thức nền & Đề xuất giải pháp]
[HĐ 3: Trình bày & Thống nhất bản thiết kế]
[HĐ 4: Chế tạo nguyên mẫu & Thử nghiệm]
[HĐ 5: Báo cáo, Đánh giá & Hoàn thiện]

Implementation và kết quả

Quy trình gia công và chế tạo

Hệ thống được chế tạo hoàn chỉnh qua 4 phân đoạn kỹ thuật nghiêm ngặt:

  1. Chế tạo khung thân trụ và cánh tay đòn:
    • Cắt ghép và liên kết que đè lưỡi kích thước $2 \times 15\text{ cm}$ bằng keo Cyanoacrylate chuyên dụng tạo thành 4 thanh dầm chính dài $45\text{ cm}$.
    • Dán ốp đôi tạo thành 2 cột trụ chịu tải tiết diện $4\text{ cm}$, gia cố hệ thanh giằng chéo tam giác để tăng mô-men kháng uốn.
  2. Gia công con chạy (Trolley) và cụm tời nâng:
    • Ghép 6 thanh que đè lưỡi và que kem $1 \times 15\text{ cm}$ tạo khung trượt con chạy vuông góc, gắn kết động cơ giảm tốc TT Motor V1 (tỷ số truyền 1:48).
    • Lắp đặt hệ thống ròng rọc dẫn hướng dây dù $2\text{ mm}$ chịu lực kéo.
  3. Lắp ráp cụm xoay tháp:
    • Sử dụng động cơ giảm tốc trục kim loại DC $3\text{--}9\text{V}$, dải tốc độ $2.5\text{--}12\text{ vòng/phút}$.
    • Khoan định vị chính xác tâm xoay trên đế gỗ dán $40 \times 40\text{ cm}$, ép trục truyền động trực tiếp vào tháp cần cẩu.
  4. Tích hợp mạch điện động lực:
    • Đấu nối 3 cụm công tắc DPDT 6 chân điều khiển 3 động cơ riêng biệt: Motor Tời, Motor Con Chạy, Motor Mâm Xoay.
    • Sử dụng nguồn 4 pin AA $1.5\text{V}$ (tổng điện áp $6\text{V}$), liên kết qua trạm đầu nối Domino 2 chấu.
       [BỘ KHUNG CẦN CẨU THÁP HOÀN THIỆN]
       
               Cần đối trọng            Tháp đỉnh         Cánh tay đòn vươn (45 cm)
             +----------------+            /\            +========================+
             | [Khối đ.trọng] |===========+  +===========| [Con chạy] -> [Ròng rọc]
             +----------------+           |  |           +===========|============+
                                          |  |                       |
                                    [Trục xoay Motor]            [Dây tời]
                                          |  |                       |
                                          |  |                   [Móc tải]
                                    +------------+               (m = 50g)
                                    | Trụ tháp   |
                                    | dầm kép    |
                                    | (h = 45cm) |
                                    +------------+
                                          ||
                                 +==================+
                                 |  Mặt đế 40x40cm  |
                                 +==================+

Kiểm thử và Đánh giá thực nghiệm

Thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại Lớp 10C8 - Trường THCS - THPT Hoa Sen, chia làm 6 nhóm học sinh thực hiện toàn bộ quy trình thiết kế và chế tạo.

Dữ liệu đánh giá định lượng Năng lực GQVĐVST

Bảng phân phối mức độ phát triển năng lực qua các giai đoạn:
+------------------------------------+------------------+-------------------+
| Tiêu chí Năng lực thành phần       | Giai đoạn đầu (%)| Giai đoạn cuối (%)|
+------------------------------------+------------------+-------------------+
| 1. Phát hiện và làm rõ vấn đề      | 42.5%            | 88.9%             |
| 2. Đề xuất giải pháp & Thiết kế    | 36.1%            | 83.3%             |
| 3. Tổ chức chế tạo & Xử lý lỗi     | 30.5%            | 80.5%             |
| 4. Tư duy độc lập & Đánh giá lại   | 25.0%            | 75.0%             |
| Trung bình toàn diện năng lực      | 33.5%            | 81.9%             |
+------------------------------------+------------------+-------------------+

Biểu đồ tiến bộ Năng lực Giải quyết vấn đề và Sáng tạo (NL GQVĐVST):
Giai đoạn đầu  : [====                     ] 33.5%
Giai đoạn cuối : [===================      ] 81.9% (+48.4%)

Hiệu năng kỹ thuật của sản phẩm mô hình

  • Khả năng nâng tải tối đa: $100\text{ g}$ tại đầu cần ($d = 35\text{ cm}$), $150\text{ g}$ tại giữa cần ($d = 20\text{ cm}$) mà không gây biến dạng trục.
  • Thời gian vận hành liên tục: Đạt 45 phút trên bộ 4 pin AA tiêu chuẩn.
  • Tốc độ quay mâm xoay: $6.5\text{ vòng/phút}$, vận hành êm ái nhờ căn chuẩn trục qua tâm quán tính.
  • Tỷ lệ hoàn thành sản phẩm: 6/6 nhóm (100%) chế tạo thành công mô hình hoạt động đầy đủ chức năng cơ bản; 4/6 nhóm có giải pháp gia cố giàn dầm sáng tạo.

Đổi mới và đóng góp

  1. Chuyển dịch mô thức sư phạm (Pedagogical Paradigm Shift): Chuyển từ việc tiếp thu lý thuyết thụ động sang việc "Học qua làm" (Learning by Doing). Học sinh tiếp thu các định luật cơ học vật rắn (Momen lực, Cân bằng tĩnh) thông qua việc trực tiếp căn chỉnh khối lượng đối trọng và tính toán mô-men uốn của cần cẩu.
  2. Tối ưu hóa thiết bị dạy học giá thành rẻ: Phát triển bộ KIT thực nghiệm STEM từ vật liệu quen thuộc, có thể tái sử dụng với tổng chi phí sản xuất thấp, giúp mọi trường học tại Việt Nam đều có thể áp dụng mà không phụ thuộc vào các phòng thí nghiệm ngoại nhập đắt tiền.
  3. Tích hợp liên môn hoàn chỉnh: Dự án tạo sự giao thoa liền mạch giữa Vật lí 10 (Cơ học cân bằng), Công nghệ (Kỹ thuật gia công dán ghép, sơ đồ mạch điện DC), Toán học (Hình học không gian, tỷ lệ nghịch cánh tay đòn) và Kỹ thuật (Quy trình thiết kế lặp EDP).
  4. Bộ công cụ đánh giá Rubrics chuẩn hóa: Cung cấp bảng tiêu chí định lượng chi tiết cho giáo viên phổ thông để đánh giá chính xác từng mức độ biểu hiện hành vi của học sinh theo khung năng lực Chương trình GDPT 2018.

Ứng dụng thực tế và triển khai

                     +---------------------------------------+
                     |  MÔ HÌNH DẠY HỌC STEM CẦN CẨU THÁP    |
                     +-------------------+-------------------+
                                         |
         +-------------------------------+-------------------------------+
         |                               |                               |
         v                               v                               v
+------------------+           +-------------------+           +-------------------+
| TRƯỜNG THPT CÔNG |           | TRƯỜNG TƯ THỤC /  |           | CÁC TRUNG TÂM     |
| LẬP ĐẠI TRÀ      |           | QUỐC TẾ           |           | TRẢI NGHIỆM STEM  |
| - Tiết học chính |           | - Dự án chuyên    |           | - Hoạt động ngoại |
|   khóa Vật lí 10 |             sâu liên môn      |             khóa cuối tuần    |
| - Chi phí tối ưu |           | - Nâng cấp mạch   |           | - Thi đấu robot & |
|   cho lớp đông   |             Arduino/IoT       |             kết cấu cơ học    |
+------------------+           +-------------------+           +-------------------+

Phân tích chi phí và hiệu quả kinh tế (BOM Matrix)

Bảng dự toán chi phí nguyên vật liệu cho 01 bộ KIT nhóm 6 học sinh:
+----+------------------------------------+----------+-------------------+
| STT| Danh mục vật tư                    | Số lượng | Đơn giá (VNĐ)     |
+----+------------------------------------+----------+-------------------+
| 1  | Que đè lưỡi gỗ y tế (bịch 100 que) | 1 bịch   | 15,000            |
| 2  | Động cơ giảm tốc TT Motor Vàng     | 2 cái    | 36,000            |
| 3  | Động cơ giảm tốc mâm xoay DC 3-9V  | 1 cái    | 35,000            |
| 4  | Công tắc gạt đảo chiều DPDT 6 chân | 3 cái    | 15,000            |
| 5  | Khay pin 4 AA + Dây dẫn + Domino   | 1 bộ     | 18,000            |
| 6  | Đế gỗ ép 40x40 cm + Ròng rọc + Dây | 1 bộ     | 25,000            |
|    | TỔNG CHI PHÍ HOÀN THIỆN CHO 1 KIT  |          | 144,000 VNĐ       |
+----+------------------------------------+----------+-------------------+

Với mức chi phí dưới 150,000 VNĐ/bộ, giải pháp cho phép nhà trường phổ thông triển khai trên quy mô đại trà cho toàn khối 10 với hệ số hoàn vốn đầu tư giáo dục (Educational ROI) vượt trội, có thể tái sử dụng các cụm động cơ và công tắc qua nhiều năm học.

Hạn chế và hướng phát triển

Hạn chế kỹ thuật hiện tại

  • Độ bền cơ học của vật liệu: Que đè lưỡi bằng gỗ bồ đề dễ bị cong vênh dưới tác động của độ ẩm và lực siết keo không đều giữa các mối nối.
  • Độ chính xác gia công: Gia công cắt gọt thủ công bằng kéo chuyên dụng của học sinh còn tạo sai số góc $\pm 3^\circ$, ảnh hưởng đến độ đồng trục của tháp.
  • Hệ thống điều khiển mở: Chưa có cơ chế tự ngắt hành trình (Limit Switch) khi con chạy đi hết biên độ của cánh tay đòn.

Hướng phát triển tiếp theo

  • Ứng dụng công nghệ chế tạo số: Thiết kế lại các khớp nối cơ khí bằng phần mềm CAD 3D và cắt laser gỗ Plywood hoặc in 3D nhựa PLA nhằm nâng cao độ chính xác lắp ghép.
  • Nâng cấp điều khiển tự động hóa: Tích hợp vi điều khiển Arduino Nano, cảm biến tải trọng (Loadcell HX711) và màn hình LCD để hiển thị trực tiếp giá trị momen lực tức thời: $$M = F \cdot d$$
  • Mở rộng chủ đề học tập: Phát triển thành chuỗi chuyên đề liên kết: Cần trục cảng biển, Cầu treo dây văng, Cầu bập bênh thủy lực.

Đối tượng hưởng lợi

+-------------------------------------------------------------------------------+
|                      BẢNG TỔNG HỢP GIÁ TRỊ HƯỞNG LỢI                           |
+-------------------+-----------------------------------------------------------+
| Nhóm đối tượng    | Giá trị và Lợi ích định lượng                             |
+-------------------+-----------------------------------------------------------+
| Học sinh          | - Nắm vững 100% bản chất định luật cân bằng vật rắn.      |
|                   | - Tăng 48.4% điểm đánh giá năng lực giải quyết vấn đề.    |
|                   | - Hình thành kỹ năng làm việc nhóm và an toàn lao động.   |
+-------------------+-----------------------------------------------------------+
| Giáo viên Vật lí  | - Sở hữu giáo án STEM hoàn chỉnh theo công văn 3089/BGDĐT.|
|                   | - Có bộ tiêu chí Rubrics đánh giá năng lực chuẩn xác.     |
|                   | - Dễ dàng tổ chức tiết thao giảng, hội thi sáng tạo KHKT. |
+-------------------+-----------------------------------------------------------+
| Trường phổ thông  | - Hiện thực hóa yêu cầu đổi mới của Chương trình GDPT 2018|
|                   | - Chi phí đầu tư cơ sở vật chất cực thấp (<150k/bộ KIT).  |
|                   | - Nâng cao chỉ số hài lòng và hứng thú học tập (>92%).    |
+-------------------+-----------------------------------------------------------+

Câu hỏi thường gặp

1. Yêu cầu kỹ thuật và công cụ cần thiết để triển khai dự án này tại lớp học là gì?

Dự án không đòi hỏi phòng Lab chuyên dụng. Giáo viên và học sinh chỉ cần các công cụ cơ bản gồm: kéo cắt cành chuyên dụng (để cắt que gỗ), súng bắn keo nến, keo dán sắt 502, mỏ hàn chì hoặc đầu nối dây điện nhanh (domino), thước kẻ và máy khoan mini cầm tay dùng pin.

2. Làm thế nào để giải quyết hiện tượng cần cẩu bị nghiêng hoặc lật khi nâng vật nặng?

Hiện tượng này xuất phát từ việc vi phạm điều kiện cân bằng momen lực. Học sinh cần thực hiện 2 biện pháp kỹ thuật: (1) Tăng khối lượng hoặc kéo dài cánh tay đòn của khối đối trọng theo công thức $P_{\text{đối_trọng}} \cdot d_{\text{đối_trọng}} = P_{\text{tải}} \cdot d_{\text{tải}}$; (2) Đảm bảo trục đỡ đi qua khối tâm của hệ và mở rộng diện tích mặt chân đế.

3. Việc đấu nối dây mạch điện có gây nguy hiểm điện giật cho học sinh không?

Tuyệt đối an toàn. Hệ thống vận hành hoàn toàn bằng nguồn điện một chiều DC $6\text{V}$ (từ 4 viên pin AA $1.5\text{V}$), nằm trong ngưỡng điện áp an toàn sinh học (dưới $24\text{V}$), không gây nguy cơ giật điện hay cháy nổ trong môi trường lớp học.

4. Thời lượng triển khai dự án trong kế hoạch giáo dục là bao nhiêu tiết?

Dự án được tối ưu hóa trong 3 đến 4 tiết học chính khóa (hoặc tích hợp trong 1 buổi sinh hoạt chuyên đề STEM 180 phút):

  • Tiết 1: Giao nhiệm vụ, nghiên cứu kiến thức nền (Momen lực, hợp lực song song).
  • Tiết 2: Báo cáo và bảo vệ phương án thiết kế (Kỹ thuật khăn trải bàn).
  • Tiết 3: Chế tạo, lắp ráp, thử nghiệm và tối ưu mô hình.
  • Tiết 4: Báo cáo sản phẩm, trình diễn nâng tải và đánh giá tổng kết.

5. Dự án này có thể tích hợp đánh giá điểm kiểm tra định kỳ cho học sinh không?

Hoàn toàn có thể. Bảng tiêu chí đánh giá Rubrics được thiết kế theo các mức độ biểu hiện hành vi của Thông tư 22/2021/TT-BGDĐT, cho phép giáo viên lấy điểm đánh giá thường xuyên (hệ số 1) hoặc điểm đánh giá định kỳ phần thực hành - dự án học tập.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp "Tổ chức dạy học một số kiến thức chương 'Cân bằng và chuyển động của vật rắn' – Vật lí 10 theo định hướng giáo dục STEM" đã chứng minh tính đúng đắn của giả thuyết khoa học: Việc kết hợp giữa Quy trình Thiết kế Kỹ thuật (EDP) và nội dung kiến thức Vật lí thông qua chế tạo mô hình Cần cẩu tháp không chỉ giúp học sinh làm chủ sâu sắc các nguyên lý cơ học cổ điển mà còn nâng cao vượt bậc năng lực giải quyết vấn đề, tư duy kỹ thuật và tính sáng tạo thực tiễn.

Mô hình học tập này mở ra giải pháp kiểu mẫu, có tính khả thi cao và dễ dàng nhân rộng cho các trường trung học phổ thông trên cả nước trong công cuộc chuyển đổi toàn diện nền giáo dục Việt Nam theo định hướng phát triển phẩm chất, năng lực người học.