Chương trình hỗ trợ dạy và học môn hình học lớp 11

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÒCH KHOA KHOA KHOA HỌC VỊ KỸ THUẬT MỊY TÍNH LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC CHƯƠNG TRÌNH HỖ TRỢ DẠY VỊ HỌC MŨN HÌNH HỌC LỚP 11 NGỊNH: KHOA HỌC MỊY TÍNH HỘI ĐỒNG: KHOA HỌC MỊY TÍNH GVHD: THS TRẦN GIANG SƠN GVPB: NGUYỄN NGỌC LỄ Ềo0oỀ SVTH: NGUYỄN PHẠM PHƯƠNG VY - 1614198 TP Hồ Chí Minh, Tháng 02/2021 - - KHOA: KH & KT MÁY TÍNH KHMT NGUY NGÀNH: KHOA H VY ÁY TÍNH 04/09/2021 28/02/2022 tên) _ _ _ MSSV: 1614198 KHOA KH & KT MÁY TÍNH -Ngày 28 tháng 2022 (Dà ) Vy MSSV: 1614198 Ngành (chuyên ngành): : 79 52 : 17 - - hình /10 KHOA KH & KT MÁY TÍNH Ng MSSV: 1614198 CH -Ngày 28 tháng 02 2022 Ngành (chuyên ngành): 78 52 17 - - a S , lý do? b c 8.5/10 Lời cam đoan Nhóm xin cam đoan luận văn tốt nghiệp đề tài “Chương trình hỗ trợ dạy học mơn Hình học lớp 11” hồn tồn nghiên cứu riêng nhóm hướng dẫn góp ý Thạc sĩ Trần Giang Sơn Những nội dung trình bày phần lớn nhóm thu thập phân tích đánh giá chọn lọc trình nghiên cứu khơng chép, đạo văn Những nội dung từ cơng trình nghiên cứu, nhận xét, tài liệu khác nhóm sử dụng tham khảo tất có trích dẫn, thích nguồn gốc theo quy định Nhóm xin chịu trách nhiệm lời cam đoan nội dung luận văn Nếu có xảy vấn đề vi phạm quyền, trách nhiệm hồn tồn thuộc nhóm nghiên cứu khơng liên quan đến Trường đại học Bách Khoa - Đại học quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh Sinh viên thực đề tài i Lời cảm ơn Để đề tài luận văn hồn chỉnh đến ngày hơm nay, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy Trần Giang Sơn, người tận tình hướng dẫn giải đáp thắc mắc cho em suốt trình thực đề tài Em chân thành biết ơn tận tình dạy dỗ, giúp đỡ thầy cô Khoa Khoa học Kỹ thuật Máy tính truyền đạt kinh nghiệm, kiến thức, giảng vô sâu sắc hữu ích để em hồn thành tốt đề tài luận văn tốt nghiệp đại học Cuối cùng, em gửi lời cảm ơn đến gia đình, người thân, bạn bè, người quan tâm, động viên, giúp đỡ thể chất lẫn tinh thần để em có đủ trí lực, sức khỏe hồn thành tốt đề tài luận văn tốt nghiệp đại học Với lòng biết ơn chân thành, em xin gửi lời chúc sức khỏe, lời biết ơn lời chúc tốt đẹp đến thầy Trần Giang Sơn thầy cô Khoa Khoa học Kỹ thuật Máy tính - Trường Đại Học Bách Khoa Đại Học Quốc Gia Thành phố Hồ Chí Minh ii Tóm tắt Việc dạy học môi trường Trung học Phổ thông tình trạng sách vở, thiếu tính trực quan Điều khiến việc dạy giáo viên việc tiếp thu kiến thức học sinh trở nên khó khăn khơng có điều khiện quan sát thực tế Cụ thể hơn, mơn hình học lớp 11, 12 nói chung hình học khơng gian nói riêng, gần trở thành nỗi ám ảnh với nhiều hệ học sinh Lý việc vẽ hình giấy cho nhìn hai chiều, khó quan sát tưởng tượng hình vẽ khơng gian ba chiều Như vậy, cần chương trình có khả mơ rõ ràng trực quan hình vẽ tạo trình học mơn hình học khơng gian, đáp ứng đầy đủ nhu cầu vẽ quan sát nhiều góc độ giáo viên học sinh Đồng thời, chương trình cho phép tùy biến hình vẽ theo nhiều cách để phù hợp với yêu cầu đề Để thuận tiện đơn giản nhất, hình vẽ vẽ thông qua OpenGL, thư viện đa tảng, đa ngôn ngữ cho việc kết xuất đồ họa 2D 3D iii Mục lục Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Tóm tắt iii Danh sách Bảng vii Danh Sách Hình vẽ viii Thuật ngữ từ viết tắt x Giới thiệu đề tài 1.1 Động nghiên cứu 1.2 Mục tiêu đề tài 1.2.1 Kết cần đạt 1.3 Các giai đoạn thực đề 1.4 Ý nghĩa đề tài 1.5 Cấu trúc báo cáo luận văn 1 2 5 10 10 10 tài Cơng trình nghiên cứu liên quan 2.1 GeoGebra 2.1.1 Giới thiệu 2.1.2 Thực nghiệm với Geogebra 2.1.3 Một số thực nghiệm khác 2.1.4 Đánh giá 2.2 Cabri 3D 2.2.1 Giới thiệu 2.2.2 Thực nghiệm với Cabri 3D iv Mục lục 2.2.3 Đánh giá 11 Kiến thức tảng 3.1 Lý thuyết hình học 11 3.1.1 Hình học phẳng 3.1.2 Hình học khơng gian 3.2 OpenGL 3.2.1 OpenGL 3.2.2 Cơ chế hoạt động OpenGL 3.2.3 Tác dụng OpenGL 3.2.4 Các hàm OpenGL sử dụng chương 3.3 MFC (Microsoft Foundation Classes) 3.3.1 Single-Document Interface (SDI): 3.3.2 Multiple-Document Interface (MDI): trình Thiết kế chương trình 4.1 Kiến trúc hệ thống 4.2 Các đối tượng chương trình 4.2.1 Các class ứng với mơ hình MDI MFC 4.2.2 Các class namespace mơ hình tốn - Problem 4.3 u cầu hệ thống 4.3.1 Yêu cầu phi chức 4.3.2 Yêu cầu chức 12 12 12 17 25 25 26 26 27 30 31 31 32 32 36 36 36 39 39 40 Hiện thực chương trình 5.1 Các tốn khó khăn gặp phải 5.1.1 Lượng tính tốn nhiều 5.1.2 Bài tốn thay đổi góc nhìn thao tác chuột (trong không gian 3D) 5.1.3 Bài toán hiển thị nét đứt cho đường bị khuất (trong không gian 3D) 5.1.4 Bài toán kéo dài đường thẳng tới giao điểm 5.2 Giao diện chương trình 5.2.1 Hiển thị mục luc - danh sách toán thiết kế sẵn 5.2.2 Hiển thị danh sách đối tượng hình vẽ toán 5.2.3 Thay đổi thuộc tính hình vẽ 56 56 56 58 59 61 62 62 63 64 v Mục lục 5.2.4 5.2.5 5.2.6 5.2.7 5.2.8 5.2.9 5.2.10 5.2.11 5.2.12 Phóng to/ Thu nhỏ Tịnh tiến Thay đổi góc nhìn Thêm hình vẽ có sẵn Hiển thị thuộc tính Trình bày tốn theo bước Hiển thị cửa số song song Biểu mẫu thêm hình vẽ Thanh công cụ Tổng kết 6.1 Kết đạt 6.2 Đánh giá chương trình 6.2.1 Ưu điểm 6.2.2 Nhược điểm 6.3 Hướng phát triển Tài liệu tham khảo 65 67 68 69 70 71 72 73 74 76 76 76 77 77 77 78 vi 5.2 Giao diện chương trình 5.2.3 Thay đổi thuộc tính hình vẽ Hình 5.5: Thay đổi thuộc tính: Đổi màu 64 5.2 Giao diện chương trình Hình 5.6: Thay đổi thuộc tính: Hiện -> ẩn 5.2.4 Phóng to/ Thu nhỏ 65 5.2 Giao diện chương trình Hình 5.7: Phóng to / Thu nhỏ 66 5.2 Giao diện chương trình 5.2.5 Tịnh tiến Hình 5.8: Dịch chuyển 67 5.2 Giao diện chương trình 5.2.6 Thay đổi góc nhìn Hình 5.9: Thay đổi góc nhìn 68 5.2 Giao diện chương trình 5.2.7 Thêm hình vẽ có sẵn Hình 5.10: Thêm hình vẽ có sẵn 69 5.2 Giao diện chương trình 5.2.8 Hiển thị thuộc tính Hình 5.11: Hiển thị thuộc tính 70 5.2 Giao diện chương trình 5.2.9 Trình bày tốn theo bước Hình 5.12: Trình bày toán theo bước 71 5.2 Giao diện chương trình Hình 5.13: Trình bày tốn theo bước 5.2.10 Hiển thị cửa số song song 72 5.2 Giao diện chương trình Hình 5.14: Hiển thị cửa sổ song song 5.2.11 Biểu mẫu thêm hình vẽ 73 5.2 Giao diện chương trình Hình 5.15: Biểu mẫu thêm điểm 3D Hình 5.16: Biểu mẫu tạo đường thẳng đoạn thẳng 3D 5.2.12 Thanh công cụ 74 5.2 Giao diện chương trình Hình 5.17: Thanh cơng cụ 75 Tổng kết 6.1 Kết đạt Có nhìn tổng quát đề tài: Chương trình hỗ trợ dạy học mơn Hình học lớp 11 Tìm hiểu thư viện đồ họa OpenGL, kiến trúc MDI MFC kiến thức liên quan Ngoài nhóm nhận thấy ứng dụng thực tiễn, ý nghĩa việc ứng dụng công nghệ thông tin trực quan hóa mơ hình 2D 3D vào việc dạy học môi trường Trung học Phổ thơng, đặc biệt mơn tốn Trong q trình tìm hiểu, nhóm trau dồi, mở rộng thêm nhiều kiến thức, nâng cao khả lập trình, thiết kế hệ thống, rèn luyện khả nghiên cứu, tìm hiểu tài liệu, 6.2 Đánh giá chương trình Là chương trình dạy học hình học lớp 11 cho học sinh theo sách giáo khoa hình học lớp 11 Chương trình thể tốt tốn sách giáo khoa, có góc nhìn đầy đủ tốn, trình bay hình ảnh rõ ràng, trực quan Là cơng cụ hỗ trợ đắc lực việc truyền đạt giáo viên tiếp thu kiến thức học sinh 76 6.3 Hướng phát triển 6.2.1 Ưu điểm Ẹ Sử dụng ngơn ngữ Tiếng Việt Ẹ Có sẵn mơ hình tốn sách giáo khoa hình học lớp 11 để giáo viên học sinh dùng trực tiếp mà không cần dựng lại mơ hình Ẹ Thiết kế giao diện đơn giản thân thiện với người dùng Ẹ Hình ảnh mượt, chân thật Ẹ Thiết kế đa cửa sổ, quan sát lúc nhiều toán, thuận tiện cho việc so sánh toán Ẹ Thiết kế toán theo bước, hiển thị mơ tả tốn mơ tả bước, giúp giáo viên dễ giảng dạy giúp học sinh dễ nắm bắt hiểu rõ quy trình vẽ chứng minh tốn Ẹ Hiển thị thuộc tính, thơng tin hình vẽ cho phép thay đổi số thuộc tính, thuận tiện cho việc quan sát, chỉnh sửa, tính tốn kiểm tra đáp án 6.2.2 Nhược điểm Ẹ Chưa có thao tác trực tiếp hình nhiều, tác vụ thay đổi, tạo hình vẽ thông qua biểu mẫu cửa sổ khác 6.3 Hướng phát triển Ẹ Hỗ trợ thao tác trực tiếp hình như: Bắt điểm trực tiếp, hỗ trợ tự động chọn điểm, vẽ đường thẳng song song, chọn đường thẳng, chọn mặt phẳng, vẽ đường thẳng nối điểm Ẹ Hoản thiện giao diện người dùng: Tạo nút thêm, xóa, vẽ trực quan Các tính thêm xóa vẽ trực tiếp hình Ẹ Phát triển ứng dụng đa tảng 77 Tài liệu tham khảo [1] Drawing A 3D Scene Using OpenGL in C/C++ https://www.c-sharpcorner.com/article/drawing-a-3d-scene-usingopengl-in-ccpp/[Trực tuyến][Truy cập 10/12/2020] [2] Mark Segal, Kurt Akeley (22/10/2019) The OpenGL R Graphics System: A Specification (Version 4.6 (Core Profile)) [3] OpenGL https://en.wikipedia.org/wiki/OpenGL[Truy cập 10/12/2020] [4] Đoàn Quỳnh, Văn Như Cương, Phạm Khắc Ban, Tạ Mân (10/12/2019) Sách giáo khoa Hình học 11 Nâng cao [5] Alexander Overvoorde, January 2019 Modern OpenGL Guide test [6] Docs / Microsoft C++, C, and Assembler / MFC https://docs.microsoft.com/vi-vn/cpp/mfc[Truy cập 10/12/2021] [7] Windows / Apps / Win32 / Desktop Technologies / Graphics and Gaming / OpenGL cập https://docs.microsoft.com/en-us/windows/win32/opengl[Truy 10/12/2021] 78 ... hình tốn sách giáo khoa hình học lớp Vì nhóm nghiên cứu OpenGL để tạo chương trình giải vấn đề hình học cấp Trung học Phổ thơng nói chung, mà chủ yếu tập trung vào chương trình hình học lớp 11. .. hành Hình hộp chữ nhật hình hộp đứng có hình chữ nhật Hình lập phương hình hộp có tất mặt hình vng 23 3.1 Lý thuyết hình học 11 Hình 3.22: Hình lăng trụ đứng Hình 3.23: Hình hộp chữ nhật Hình. .. dựng sẵn mơ hình với tốn hình học phẳng hình học khơng gian sách giáo khoa toán lớp 11, thao tác với mơ hình thuận tiện cho việc học giảng dạy Đồng thời hỗ trợ người dùng xây dựng mơ hình với tốn