báo cáo bài tập lớn đề tài xây dựng hệ thống lớp học thông minh sử dụng phương pháp lập trình hướng đối tượng

Với phương pháp này, khả năng tương tác giữa giáo viên và học sinhsẽ được cải thiện rất nhiều, giáo viên có thể dễ dàng quản lý học sinh và học sinhđược chủ động hơn trong khi học, tạo r

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ QUỐC DÂN

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN

MÔN: LẬP TRÌNH HƯỚNG ĐỐI TƯỢNG

Đề tài: “Xây dựng hệ thống lớp học thông minh sử dụng phươngpháp lập trình hướng đối tượng.”

Lớp học phần: Lập trình hướng đối tượng (221)_01Giảng viên: Phạm Minh Hoàn

Lớp: Khoa Học Máy tính 62Nhóm số: 05

Hà Nội, tháng 4 năm 2022

THÀNH VIÊN NHÓM

Vi Hoàng Hải (Trưởng nhóm) 11201272

Link sản phẩm : https://github.com/minquang/bai_tap_lon_oop

1.4.4 T đ ng điê u khi n h thống an ninh, an toàn t đ ngự ộểệự ộ 13

1.4.5 T đ ng điê u khi n h thống các thiêt b hốỗ tr gi ng d y khácự ộểệịợ ảạ 14

CHƯƠNG 2: PHẦN TÍCH BÀI TOÁN XẦY D NG H THỐỐNG L P H C THỐNG MINHỰỆỚỌ 14

2.1 Phân tch các đối tượng c a h thốngủệ 14

LỜI MỞ ĐẦU

Trong xã hội toàn cầu hóa ngày nay, học tập là việc cần làm trong suốt cuộc đời không chi để đứng vững trong thị trường việc làm đầy cạnh tranh mà còn giúp nâng cao kiến thức văn hóa và xã hội của mỗi người

Chúng ta cần học những kỹ năng mới, đồng thời bồi dưỡng nâng cao những kỹ năng sẵn có và tìm ra những cách thức mới và nhanh hơn để học những kỹ năng này Nền kinh tế thế giới đang bước vào giai đoạn kinh tế tri thức Vì vậy, việc nâng cao hiệu quả chất lượng giáo dục, đào tạo sẽ là nhân tố sống còn quyết định sự tồn tại và phát triển của mỗi quốc gia, công ty, gia đình và cá nhân Hơn nữa, việc học tập không chi bó gọn trong việc học phổ thông, học đại học mà là học suốt đời

Việc ứng dụng và phát triển mạnh mẽ công nghệ thông tin, truyền thông trong giáodục và đào tạo tất yếu dẫn đến việc hình thành mô hình giáo dục thông minh Điển hình ở đây được nhắc đến là tầm quan trọng của “lớp học thông minh”- được coi lànền móng cho sự phát triển của nền giáo dục.

Sau đây là báo cáo của nhóm chúng em về đề tài xây dựng hệ thống lớp học thông minh Chúng em chân thành cảm ơn thầy Phạm Minh Hoàn đã hướng dẫn chúng em lên ý tưởng và thực hiện đề tài này Trong quá trình làm còn nhiều thiếu sót, mong thầy cùng các bạn đóng góp ý kiến để chúng em hoàn thiện hơn sản phẩm của mình!

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN HỆ THỐNG LỚP HỌC THÔNG MINH

1.1 Đă 8t v Ān đê

Giáo dục thông minh đang là xu hướng mới trong giáo dục toàn cầu Để xâydựng một quốc gia thông minh, nhiều quốc gia đã tìm cách xây dựng nền giáo dụcthông minh để nuôi dưỡng các thế hệ công dân thông minh.

Sự bùng nổ về công nghệ giáo dục đã và đang tạo ra những phương thức giáodục mới, thúc đẩy mạnh mẽ đến sự phát triển của nền giáo dục mang tính chuyểnđổi sâu sắc vì con người Một trong những phương thức giáo dục mới hứa hẹn sẽđem đến một luồng gió mới cho nền giáo dục Việt Nam đó là mô hình lớp họcthông minh Với phương pháp này, khả năng tương tác giữa giáo viên và học sinhsẽ được cải thiện rất nhiều, giáo viên có thể dễ dàng quản lý học sinh và học sinhđược chủ động hơn trong khi học, tạo ra những tiết học thú vị nâng cao chất lượnggiáo dục và đào tạo.

Không chp vâ qy, yêu cầu chuyển đổi mô hình lớp học là yếu tố cần thiết chogiáo dục, để có thể theo kịp với những thay đổi mới nhất của thời đại máy tính,công nghệ và đáp ứng nhu cầu đào tạo công dân thời đại mới Theo xu hướng này,lớp học thông minh đang được thực hiện như một sự đổi mới và hiện đại hóatrường học và đã lan rộng đến nhiều quốc gia khác trên thế giới.

1.2 Giới thiệu vê hệ thống lớp h漃⌀c thông minh

Lớp học Thông minh là lớp học được nâng cấp công nghệ nhằm trau dồi giáodục bằng cách mở ra cánh cửa tiếp cận các phương pháp dạy và học kỹ thuật sốcho cả giáo viên và học sinh bằng cách phối hợp những tiến bộ mới nhất trong

tâm đến giáo dục trong học sinh bằng cách giới thiệu chúng với học tập điện tửtrong thời gian thực với sự trợ giúp của âm thanh và video, đa phương tiện, hìnhảnh, hội nghị web trực tuyến, thuyết trình PPT, hoạt ảnh 2D & 3D,

Công nghệ lớp học thông minh đảm bảo việc giáo dục tiếp cận mọi học sinhvới các mức độ hiểu biết khác nhau như nhau Hơn nữa, việc thực hiện loại hìnhgiáo dục trong lớp này giúp tăng cường sự tương tác và cộng tác giữa học sinh-giáo viên Giáo viên có thể điều hành lớp học và giám sát bài học trên máy của họcsinh được chọn hoặc tất cả các máy học sinh trong lớp chp với một vài thao tác đơngiản trên máy của giáo viên Ngược lại, học sinh sử dụng máy tính bảng để gửi câuhỏi, câu trả lời tới màn hình tương tác của giáo viên Lớp học thông minh tạo môitrường tốt nhất cho học sinh học tập có chất lượng, là nơi phát huy tính tích cực, tríthông minh của học sinh, hỗ trợ dạy học phát triển năng lực

Không giống như lớp học Ảo, lớp học thông minh có xu hướng tập trungnhiều hơn vào các kỹ thuật dạy và học trong lớp học Ngoài ra, việc phối hợp côngnghệ giáo dục này với Internet mang đến cho sinh viên cơ hội học tập trực tuyếndựa trên web với máy tính và các thiết bị thông minh cũng như làm cho các giảngviên sử dụng các công cụ giảng dạy sáng tạo để giảng dạy ảo bằng các chươngtrình tương tác Mỗi công cụ trong số các công cụ dạy học trên đều dựa trên côngnghệ mạnh mẽ, thân thiện, dễ sử dụng, nhưng tất cả đều được thiết kế hoạt độngmột cách đồng bộ để làm sinh động nội dung giảng dạy, nâng cao hứng thú họctập, tạo cho giáo viên và học sinh một môi trường học tập sinh động, thú vị và đạthiệu quả cao, giúp cải thiện rõ rệt kết quả học tập của học sinh.

1.2.1.khái niệm smartclass

Khi các trường học đóng cửa vào đầu đại dịch, ngành giáo dục ngay lập tức cốgắng thích ứng với việc học tập từ xa Các lớp học được tổ chức trực tuyến thông

qua các công cụ hội nghị truyền hình, các bài tập được nộp trực tuyến và cácphương tiện ảo khác như học tập tương tác đã được sử dụng Những sự thích nghinày chp là bước khởi đầu cho tương lai của giáo dục

Giờ đây, các doanh nghiệp đã thích nghi và đang dần chuyển đổi kỹ thuật số,chúng ta sẽ bắt đầu thấy sự chuyển đổi này cũng đang lan sang các lĩnh vực khác,giống như trong lĩnh vực chăm sóc sức khỏe và giáo dục Mặc dù chúng ta chp thấymột tỷ lệ nhỏ giáo dục tương lai được thực hiện do đại dịch, nhưng có rất nhiềutiềm năng trong lĩnh vực này.

Lớp học thông minh là lớp học được trang bị kỹ thuật số với rất nhiều phươngpháp dạy và học sử dụng công nghệ Nó có thể là một cái gì đó đơn giản như kếthợp các thành phần âm thanh và hình ảnh vào một bài học, điều mà nhiều lớp họcđang làm ngày nay (và cũng đã làm như vậy trong quá khứ) Nó cũng có thể là mộtcái gì đó tiên tiến như thực hiện một cuộc phẫu thuật y tế thực hành bằng cách sửdụng thực tế ảo Ngoài ra, một lớp học thông minh cũng giúp giáo viên thông quacông nghệ Có những ứng dụng đã được thiết kế để hỗ trợ giáo viên trong việcsoạn giáo án hoặc thậm chí cung cấp cho họ khả năng lưu một lớp học được giảngdạy trực tuyến để tham khảo trong tương lai.

Một số trường đại học cũng sử dụng mô phỏng nhân tạo cho các môn kỹ thuậtnhư ô tô hoặc hàng không vũ trụ Sinh viên có thể sử dụng trí thông minh nhân tạođể mô phỏng các mô hình của các bộ phận ô tô khác nhau, cho phép họ kiểm tracác bộ phận của động cơ mà không thực sự phải chế tạo chúng Sau khi mô phỏngvượt qua bài kiểm tra, họ có thể tiếp tục và xây dựng một nguyên mẫu Điều nàygiúp họ tiết kiệm thời gian và nguồn lực, giúp quá trình học tập hiệu quả hơn rấtnhiều.

Nhiều phụ huynh và sinh viên đại học có thể lo lắng về khía cạnh cộng tác vàxã hội của lớp học thông minh Với hầu hết các giao tiếp phụ thuộc vào công nghệ,có thể có một rào cản trong giao tiếp Tuy nhiên, một số chuyên gia cho rằng làmviệc trong một môi trường liên quan đến học tập tương tác thông qua công nghệthực sự khuyến khích sự hợp tác thông qua thảo luận và dự án nhóm.

1.3 Xác định yêu cầu b'i toán xây dựng hệ thống lớp h漃⌀c thông minh

Xây dựng hệ thống lớp học thông minh với mục tiêu:

- Hệ thống kiểm soát ra vào, điểm danh thông minh và bảo vệ an ninh cholớp học.

- Hệ thống thiết bị hỗ trợ giảng dạy giúp tăng tương tác giữa người dạy vàngười học.

- Hệ thống bảo vệ an toàn cho lớp học: cảnh báo cháy, chữa cháy tự động.- Hệ thống kết nối điều khiển tự động bằng smartphone, cấp quyền truy cậpđiều khiển.

- Lớp học thông minh kết hợp điều khiển chiếu sáng smart - class, hệ thốnglọc, điều hoà không khí.

Từ việc sử dụng các thiết bị tiên tiến tự động hoá tối ưu tạo cảm giác hứngthú, tiện lợi cho người học:

- Các thiết bị tự động bật khi có người trong phòng và tắt khi không cóngười trong phòng.

- Các thiết bị được kết nối liên kết: khi máy chiếu trạng thái bất đồng thờimàn chiếu cũng tự động hạ xuống các đèn tự động giảm độ sáng, rèm cửađóng vào.

- Hệ thống nghe nhìn tương tác thông minh như máy chiếu tương tác, bảngtương tác, màn hình led tương tác…

- Phòng thiết lập nhiệt độ phù hợp và cho phép điều chpnh bằng smartphone(dựa vào cảm biến nhiệt).

- Hệ thống báo cháy sử dụng cảm biến nhiệt, khi cảm nhận được nhiệt độngoài ngưỡng an toàn sẽ phát ra cảnh báo đồng thời kích hoạt hệ thống chữacháy tự động.

1.4 Chức năng v' mô tả cách thức hoạt động của hệ thống

1.4.1 Điểm danh sử dụng công nghệ quét m+ ID v' d Āu vân tay.

Trong xã hội rộng lớn hơn, ước tính mỗi người chúng ta dành ba tuần làm việctrong năm để xác thực bản thân với máy tính và những người khác Đây là thờigian dành cho việc cung cấp tài liệu nhận dạng, đặt lại mật khẩu, ký tài liệu, xếphàng đợi điện thoại,

Việc điểm danh trong lớp học thông minh được thực hiện bằng hệ thống xác

Toàn bộ lịch sử ra vào, thời gian ra, thời gian vào sẽ được hệ thống lưu vào cơsở dữ liệu và dưa về phần mềm quản lý hoc sinh, sinh viên Việc điểm danh đượcthực hiện hoàn toàn tự động.

Qua đó,tiết kiệm được thời gian cũng như tiết kiệm được một phần chi phíđiện năng Cách thức hoạt động:

 Do cảm biến sẽ quét toàn bộ khu vực phòng

 Với bộ cảm biến phát hiện chuyển động, khi chung ta đi vào vùng quétcủa đèn, đèn sẽ bật sáng ngay lập tức và tắt đi sau

1.4.3 Tự động điêu chỉnh hệ thống nhiệt độ phòng h漃⌀c

Hệ thống nhiệt độ phòng học được điều khiển thông minh qua bảng điềukhiển, smartphone hoặc điều khiển tự động thông qua cảm biến nhiệt độ.

Hệ thống an ninh, an toàn tự động phát hiện người ra vào, phát hiện các sự cốgây mất an toàn như cháy nổ; hệ thống IP camera ghi hình, hàng rào điện tử… Đưara thông tin cảnh báo khi có sự cố xảy ra.

1.4.5 Tự động điêu khiển hệ thống các thiết bị hỗ trợ giảng dạy khác

Các thiết bị hỗ trợ giảng dạy được điều khiển tự động nhằm tăng tương tác khihọc tập:

 Hệ thống máy chiếu và màn hình. Hệ thống âm thanh.

 Hệ thống máy tính và mạng.

CHƯƠNG 2: PHÂN TÍCH BÀI TOÁN XÂY DỰNG HỆ THỐNG LỚP HỌC THÔNG MINH

2.1 Phân tích các đối tượng của hệ thống

2.1.1 Lớp Thiết bị

Các thiết bị được cài đặt trong phòng học: Camera, Điều hòa, cửa,…là các đốitượng thuộc lớp Thiết bị (Class ThietBi) Class ThietBi có những thuộc tính vàphương thức sau:

 Thuộc tính: Tên thiết bị (String), Trạng thái (int) Phương thức: Nhập, Xuất, Cài đặt trạng thái

* Hàm nhập tên thiết bị:

* Hàm xuất tên thiết bị:

 Phương thức: Nhập, Xuất, Cài đặt trạng thái (Bật, Tắt) kế thừa từ lớpThiết bị

Cửa trong phòng học là các đối tượng thuộc lớp cửa, lớp Cửa được kế thừa từ Lớp Thiết bị.

 Thuộc tính: Tên (String) kế thừa từ lớp Thiết bị , Trạng thái (int) kế thừa từ lớp Thiết bị

 Phương thức: Nhập, Xuất, Cài đặt trạng thái (Bật, Tắt) kế thừa từ lớp Thiết bị

2.2 Mô tả quy trình nghiệp vụ của hệ thống

- Quy trình ra vào và điểm danh

Khi sinh viên đến sẽ có máy quét nhận diện thẻ sinh viên Mỗi sinh viên đều đã có mỗi dữ liệu được lưu trữ qua từng ID qua đó dữ liệu ghi được sẽ được đối chiếu với dữ liệu máy quét quét được Nếu hợp lệ của sẽ được tự động mở để sinh viên có thể vào phòng học Đồng thời chức năng năng điểm danh cũng được tự động thực hiện nếu sinh viên được vào lớp Ngược lại khi dữ liệu không khớp sinh viên không thể vào lớp tham gia buổi học.

- Quy trình nghiệp vụ của phòng học

Khi con người di chuyển qua các vùng được lắp đặt, đèn thông minh sẽ tắt ngay sau đó khi không có chuyển động cho vùng quét, đồng thời tăng giảm độ sáng thích hợp với từng điều kiện từ thời tiết hay các tiết học Nhiệt độ của phòng

sẽ được cảm biến đo tự động qua đó điều hòa sẽ tự điều chpnh về nhiệt độ thích hợp như đã được cài đặt Bên cạnh đó, sự điều chpnh của giảng viên hay sinh viên sẽ được ưu tiên hơn khi người dùng muốn thay đổi nhiệt độ

- Quy trình an ninh phòng học

Các cảm biến sẽ đo được các tình trạng như vỡ kính, nhiệt độ, khói, … qua đó sẽ gửi về bộ nguồn để thông báo hay tự động hoạt động theo nguyên lý đã được tạo.

Sơ đồ mô tả quy trình hoạt động của hệ thống:

Sinh viên, giảng viên thuộc lớp học có thể ra vào điều chpnh các thiết bị thông minh trong phòng học Đồng thời được thông báo khi sự cố an ninh phòng học xảy ra.

Các thiết bị thông minh: cửa, đèn, camera, điều hòa,… được điều chpnh 1 cáchtự động và chịu sự thay đổi ưu tiên của người sử dụng

Bộ phận quản lý: Nhận thông báo từ sự cố an ninh và chịu trách nhiệm cho các thiết bị hoạt động bình thường cũng như cải thiện tính hiệu quả chất lượng của lớp học

Quy trình vận hành lớp học thông minh:Đầu giờ:

Quy trình ra vào và điểm danh:

Khi sinh viên đến sẽ có máy quét nhận diện thẻ sinh viên Mỗi sinh viên đều đã có dữ liệu được lưu trữ qua từng ID qua đó dữ liệu ghi được sẽ được đối chiếu với dữ liệu máy quét quét được Nếu hợp lệ cửa sẽ được tự động mở để sinh viên có thể vào phòng học Đồng thời chức năng điểm danh cũng được tự động thực hiện nếu sinh viên được vào lớp Ngược lại khi dữ liệu không khớp sinh viên không thể vào lớp tham gia buổi học.

Quy trình vận hành các thiết bị:

Khi có người trong lớp học các thiết bị cảm biến sẽ cảm nhân được chuyển động trong vùng quét Qua đó sẽ bật các thiết bị như đèn thông minh, đồng thời nhiệt độ phòng học sẽ được đo bằng cảm biến và điều hòa sẽ được chpnh về nhiệt độ thích hợp như đã được cài đặt Giảng viên hoặc sinh viên có thể điều chpnh lại nhiệt độ, điều hòa sẽ ưu tiên hơn khi người dùng muốn thay đổi.

Quá trình học:

Các thiết bị hỗ trợ giảng dạy sẽ được khởi động để giúp tăng tương tác giữa giảng viên và sinh viên

Cuối giờ:

Khi mọi người ra khỏi phòng học, trong vùng quét không còn quét được có người ở trong lớp học, hệ thống sẽ tắt hết cả thiết bị trong lớp học bao gồm đèn, điều hòa,…

Quy trình an ninh phòng học:

Các cảm biến sẽ đo được các tình trạng như vỡ kính, nhiệt độ, khói,… qua đó sẽ gửi về bộ nguồn để thông báo hay tự động hoạt động theo nguyên lý đã được tạonhư kích hoạt cảnh báo,…

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG HỆ THỐNG LỚP HỌC THÔNG MINH VÀO THỰC TẾ

3.1 Thiết kế hệ thống

3.1.1 Phương pháp, ngôn ngữ lập trình v' công nghệ sử dụng

*Phương pháp lập trình hướng đối tượng:

- Khái niệm lập trình hướng đối tượng

Lập trình hướng đối tượng (Object Oriented Programming - OOP) là mộtphương pháp lập trình dựa trên khái niệm về lớp và đối tượng OOP tập trung vàocác đối tượng thao tác hơn là logic để thao tác chúng, giúp code dễ quản lý, tái sửdụng được và dễ bảo trì

Phương pháp OOP là phương pháp lập trình lấy đối tượng làm nền tảng đểxây dựng thuật giải, xây dựng chương trình.

Phương pháp OOP là thiết kế chương trình xoay quanh dữ liệu của hệthống.

Phương pháp OOP không cho phép dữ liệu chuyển động tự do trong hệthống.

-Một số khái niệm cơ bản trong lập trình hướng đối tượngoĐối tượng:

Đối tượng trong OOP bao gồm 2 thành phần chính:

 Thuộc tính (Attribute): là những thông tin, đặc điểm của đối tượng Phương thức (Method): là những hành vi mà đối tượng có thể thực hiệnĐể dễ hình dung, ta có một ví dụ thực tế về đối tượng là smartphone Đốitượng này sẽ có:

 Thuộc tính: màu sắc, bộ nhớ, hệ điều hành… Phương thức: gọi điện, chụp ảnh, nhắn tin, ghi âm…