Nâng cao năng lực cạnh tranh nghề nghiệp sau tốt nghiệp sử dụng phương pháp dạy học theo dự án ở Trường Đại học Khoa học Tự nhiên
Mục tiêu
- Nghiên cứu và triển khai áp dụng công nghệ dạy học vào môn học
- Triển khai lồng ghép các dự án kỹ thuật, thực tập, bài tập lớn để giải quyết các bài toán ứng dụng ngoài thực tế vào chương trình môn học
- Xây dựng hệ thống các dự án mẫu, các bài thực tập cho người học theo chuyên ngành nghiên cứu định hướng ứng dụng
Phương pháp nghiên cứu
Sử dụng phương pháp nghiên cứu thực tiễn, tham khảo ý kiến chuyên gia, nhà tuyển dụng, phản hồi từ cựu sinh viên đã và đang làm việc trong các doanh nghiệp và phương pháp thực nghiệm sư phạm để tiến hành nghiên cứu
Nghiên cứu lý thuyết về áp dụng phương pháp học tập dựa trên dự án vào môn học mang tính đặc thù và định hướng chuyên sâu về đáp ứng nhu cầu nhân lực cho cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 hiên nay Vận dụng linh hoạt các công nghệ dạy học để giúp người học phát triển tối đa tư duy giải quyết bài toán thực tế bằng công nghệ và tự động hóa
4 Áp dụng thực tiễn thông qua điều tra, phản hồi, khảo sát sau khi triển khai ở các mô hình lớp học nhỏ hơn, các cấp học thấp hơn để rút ra các kết luận sư phạm cần thiết, hỗ trợ cho việc điều chỉnh nội dung và cách tiếp cận môn học Đưa được nội dung sinh hoạt ngoại khoá vào môn học khoa học cơ bản định hướng ứng dụng cao và là môn học chung của toàn trường, với đặc thù của một trường nghiên cứu sâu về khoa học cơ bản sẽ giúp người học có động cơ học tập đúng đắn và những điều kiện cần thiết về kỹ năng nghề nghiệp phù hợp với đòi hỏi của thời kỳ đổi mới, cũng như đáp ứng được yêu cầu nhân lực cho cuộc cách mạng 4.0 như hiện nay
Xây dựng và phát triển nội dung chương trình học lập trình nhúng cho sinh viên Trường Đại học Khoa học Tự nhiên, ĐHQGHN theo định hướng đổi mới chương trình đào tạo của nhà Trường
Phát triển hứng thú cho người học thông qua các hoạt động thực tiễn mà môn học đem lại
4 Tổng kết kết quả nghiên cứu Kết quả nghiên cứu mà đề tài đạt được bao gồm
- 10 bài thực hành lập trình nhúng kèm tài liệu hướng dẫn - Đề cương 05 bài tập lớn trong kỹ thuật điện tử
- 01 mô hình mẫu về hệ điều khiển thích nghi theo môi trường
5 Đánh giá về các kết quả đã đạt được và kết luận
5.1 10 bài thực hành lập trình nhúng Mục tiêu để xây dựng các bài thực hành phục vụ môn học lập trình nhúng nhằm giúp sinh viên kiến thức, những công nghệ về phần cứng cho các hệ thống nhúng, Sinh viên sẽ có khả năng phân tích nguyên lý mạch điện phần cứng với sơ đồ thể hiện ở hình 1
RF_CE RF_SCK RF_MISO
RF_CSN RF_MOSI RF_IRQ
1 RST 2 CE 3 DC 4 Din 5 Clk 6 VCC 7 BL 8 GND
GND NOKIA_RST NOKIA_CE NOKIA_DC NOKIA_DIN NOKIA_CLK NOKIA_BL V S S 1 V D D 2 V 0 3 R S 4 R /W 5 E 6 D 0 7 D 1 8 D 2 9 D 3 1 0 D 4 1 1 D 5 1 2 D 6 1 3 D 7 1 4 A 1 5 K 1 6
PC0 (A8) 35 PC1 (A9) 36 PC2 (A10) 37 PC3 (A11) 38 PC4 (A12) 39 PC5 (A13) 40 PC6 (A14) 41 PC7 (A15) 42
PA7 (AD7) 44 PA6 (AD6) 45 PA5 (AD5) 46 PA4 (AD4) 47 PA3 (AD3) 48 PA2 (AD2) 49 PA1 (AD1) 50 PA0 (AD0) 51
PF7 (ADC7/TDI) 54 PF6 (ADC6/TDO) 55 PF5 (ADC5/TMS) 56 PF4 (ADC4/TCK) PF3 (ADC3) PF2 (ADC2) PF1 (ADC1) PF0 (ADC0) 57 58 59 60 61
LED1 LED2 LED3 LED4 LED_a
LED_b LED_c LED_d LED_e LED_f LED_g
0 NET 1 VCC 2 RST 3 RXD 4 TXD 5 SIM800L GND SPKN SPKP MICN MICP RING DTR 6 7 8 9 10 11 D_SIM
GND RST_SIM_2 RX_SIM_2 TX_SIM_2
ADC1 ADC2 ADC3 ADC4 ADC5 ADC6 ADC7 MOSI
SCL TX_SIM_2 SDA RX_SIM_2
RESET RF_MISO RF_CSN RF_MOSI
NOKIA_CLK NOKIA_BL TX_BLUET RX_BLUET
TRIG 2 ECHO GND 3 4 HC-SR04 ultrasonic LED_dp
RS_LCD R/W_LCD E_LCD D4_LCD D5_LCD D6_LCD D7_LCD
Hình 1 Sơ đồ nguyên lý mạch điện trong bài thực tập
5 Khi thao tác trên board mạch, sinh viên sẽ được quan sát trực quan từng linh kiện thực tế, giúp họ không bỡ ngỡ sau khi ra trường, tiếp cận với các hệ thống điện tử, tự động hóa ngoài doanh nghiệp Board mạch thực hành được thể hiện ở hình 2 với khả năng mở rộng tải tiêu thụ, phát triển nhiều ứng dụng sau này
Hình 2 Board phát triển thực hành phần lập trình nhúng
Lập trình nhúng là môn học chuyên ngành tự chọn dành cho sinh viên hệ chất lượng cao chuyên ngành Máy tính và Khoa học thông tin Môn học nhằm trang bị cho người học những kiến thức cơ bản về các hệ thống nhúng, phân tích, đánh giá và phát triển phần mềm cho các hệ thống nhúng từ đơn giản đến phức tạp, hệ thống bài tập thực hành theo đó cũng được thiết kế theo bậc thang giúp sinh viên làm quen từ khái niệm cơ bản đến việc thiết kế các hệ thống phức tạp hơn đáp ứng yêu cầu của thực tiễn Phần mềm khuyến cáo sử dụng để lập trình là CodeVision bản dùng thử phù hợp với sinh viên khi biên dịch với bộ nhớ 4kByte
Bài 1 Làm quen với GPIO (General Purpose Input Output) [P.1]
Lập trình GPIO là lập trình đơn giản và cơ bản nhất, nhưng lại được sử dụng nhiều nhất, chúng ta điều khiển on/off bóng đèn, động cơ, hay rơle
Yêu cầu: Viết chương trình trình điều khiển đèn LED màu xanh lá cây nhấp nháy theo chu kỳ 1s
Viết chương trình điều khiển các đèn LED xanh dương, đỏ, đèn nền LCD, đèn nền Nokia sáng, tối theo các chu kỳ khác nhau
6 Viết chương trình điều khiển đóng/mở lần lượt các role từ R1 đến R4
Bài 2 Làm quen với GPIO (General Purpose Input Output) [P.2]
PIN cho phép ta đọc trạng thái của PORT Ta sẽ làm quen với ví dụ đọc trạng thái nút bấm
Yêu cầu: Viết chương trình khi bấm nút BT_1 thì đèn sáng, buông nút BT_1 ra thì đèn tắt
Viết chương trình bấm BT_1 lần 1 đèn sáng, lần 2 đèn tắt, lặp đi lặp lại liên tục
Sử dụng với các nút bấm BT_2, BT_3 và các role từ R1 đến R4
Bài 3 Giao tiếp LCD 16x2, GLCD 84x48 LCD (Liquid Crystal Display) là một thiết bị ngoại vi dùng để giao tiếp với người dùng một cách trực quan, một vài trường hợp muốn thể hiện sinh động hơn các ứng dụng, người ta cũng sử dụng màn hình graphic để có thể tùy biến giao diện
Yêu cầu: Viết chương trình hiển thị dòng chữ “Hello-World” hiện lên màn hình LCD, chú ý bật đèn nền màn hình
Viết chương trình bấm BT_1 lần 1 cả dòng chữ “Hello-World” chạy từ trái sang phải màn hình; bấm BT_1 lần 2 cả dòng chữ trên chạy từ phải sang trái màn hình, bấm BT_1 lần 3 thì xóa màn hình
Viết chương trình bấm BT_2 thì từng ký tự trong dòng chữ “Hello-World” chạy từ trái sang phải màn hình Bấm BT_2 lần 2 thì từng ký tự trong dòng chữ trên chạy ngược lại từ phải sang trái màn hình Bấm BT_2 lần 3 thì xóa màn hình
Bài 4 Giao tiếp GPIO + LCD Ở ví dụ này chúng ta mô phỏng lại một nhiệm vụ ngoài thực tế là đếm số người đi vào trong phòng, nếu như có người trong phòng chúng ta sẽ bật đèn, khi người đi ra khỏi phòng sẽ tắt đèn
Mỗi nút bấm được xem như một cảm biến tiệm cận
Yêu cầu: Viết chương trình bấm BT_1 trước, bấm BT_2 sau thì đếm sự kiện tăng dần, nếu bấm BT_2 trước, bấm BT_1 sau thì đếm sự kiện giảm dần, nếu sự kiện lớn hơn 0 thì bật đèn và đóng role 1; nếu sự kiện nhỏ hơn 0 thì xác lập sự kiện bằng 0 và tắt đèn đồng thời nhả role
Bài 5 Giao tiếp LED 7 đoạn LED 7 đoạn thực chất là 7 (hoặc 8) LED được nối chung Katot hoặc Anot với nhau, thường sử dụng để hiển thị số (Ai nghiên cứu món số học lúc 6h30 hàng ngày thì quen thuộc) ở các bảng giá, bảng số …
Yêu cầu: Viết chương trình hiển thị LED đơn 7 đoạn, hiển thị các số từ 0 đến 9
Viết chương trình đếm sự kiện nút bấm BT1 hiển thị lên LED đơn 7 đoạn các số từ 0 đến 9, khi sự kiện lớn hơn 9 thì reset về 0
7 Viết chương trình đếm và hiển thị các số từ 11,00 đến số 99,99, các số sau dấu phẩy thay đổi theo chu kỳ 0,1s
Bài 6 Giao tiếp bàn phím ma trận Bàn phím ma trận là tập hợp nhiều phím đơn được kết nối với nhau thành ma trận Để giao tiếp chúng ta sẽ quét theo hàng và cột để kiểm tra xem phím nào được bấm
Ban đầu, chúng ta ghi logic 1 vào R1, R2 và R3 ghi logic 0
Kiểm tra mức logic tại các cột C1,C2,C3 nếu cột nào có mức logic 1 thì phím tương ứng ở cột đó được bấm
Ví dụ cột C1 có mức logic 1 thì phím 0 được nhấn Nếu C2 có logic 1 thì phím 1 được bấm…
Lần lượt quét cho các hàng R2, R3 ta sẽ biết phím bất kỳ trong ma trận được bấm
Yêu cầu: Viết chương trình quét ma trận phím 3x3 và hiển thị số thứ tự phím lên LCD [Bài tập tự làm]
Viết chương trình nhập mật khẩu dạng *** lên màn hình LCD, nếu nhập đúng mật khẩu là số
Đánh giá về các kết quả đạt được
Đề cương 05 bài tập lớn trong kỹ thuật điện tử
Bài 1 Hệ thống giám sát và điều khiển môi trường lưu kho nông sản Bài tập yêu cầu thiết kế một hệ thống có khả năng theo dõi, giám sát và cảnh báo các thông số nhiệt độ, độ ẩm, cường độ ánh sáng, nồng độ khí CH4 trong môi trường lưu kho nông sản Khi hoạt động tùy vào dữ liệu các thông số mà hệ thống thu thập được để đưa ra những cảnh báo kịp thời đảm bảo chất lượng nông sản
Bài 2 Hệ thống bảo vệ rừng thông minh
10 Bài tập yêu cầu xây dựng hệ thống tự động hoá gồm nhiều trạm cảm biến được bố trí khắp khu vực rừng và đặc biệt chú trọng những khu vực tập trung phân bố các loài cây quý hiếm Mỗi trạm cảm biến khoanh vùng một diện tích rừng nhất định và có một cơ sở quản lý dữ liệu riêng và đặc trưng cho tọa độ địa lý được lấy từ vệ tinh GPS của khu vực đó Trạm cảm biến có khả năng thu thập, phân tích các dữ liệu và tổng hợp trên trang chủ Web, chúng đóng vai trò như một trạm quan trắc giám sát các thông số môi trường, giúp con người dễ dàng quản lý và tìm ra phương hướng giải quyết khi các chỉ số thay đổi đột ngột, đặc biệt với chức năng cảnh báo sớm cháy rừng và cảnh báo lâm tặc đang khai thác rừng trái phép nhằm đưa ra các biện pháp khắc phục một cách hiệu quả và kịp thời nhất
Bài 3 Hệ thống quan trắc và lọc bụi trong không khí Bài tập yêu cầu thiết kế hệ thống quan trắc và lọc bụi không khí ở nơi công cộng, với mục đích thu gom và lọc lượng không khí bị ô nhiễm sử dụng năng lượng thân thiện với môi trường Bên cạnh đó, hệ thống đóng vai trò như những vật trang trí, gần gũi, thân thiện với môi trường sống, đồng thời số liệu quan trắc về ô nhiễm bụi khí được lưu trữ và thể hiện trên bản đồ số online nhằm thuận tiện hơn trong việc chia sẻ thông tin và góp phần quảng bá ý thức bảo vệ môi trường
Bài 4 Robot phục vụ trong bệnh viện Bài tập yêu cầu thiết kế và xây dựng rô bốt với các kết cấu cơ khí linh động, hệ thống mạch điện tử chính xác để xử lý tín hiệu từ các cảm biến hiện đại như cảm biến tiệm cận, cảm biến hình ảnh và giao tiếp với nhau trong mạng không dây Theo đó rô bốt tự động di chuyển đến các vị trí cần phục vụ và thay thế y tá trong việc cấp phát thuốc, yếu phẩm cho bệnh nhân trong bệnh viện theo lộ trình đã được thiết lập trước
Bài 5 Giám sát, điều khiển môi trường trong nuôi trồng thủy sản tại cửa sông Bài tập yêu cầu thiết kế và chế tạo tích hợp công nghệ mạng cảm biến, mạng không dây và giảm thiểu tiêu hao năng lượng trong việc tự động hóa thu thập thông số về điều kiện môi trường sống nhằm nâng cao hiệu quả trong công tác cảnh báo, ngăn chặn những nguy cơ làm ảnh hưởng đến môi trường nước, từ đó giảm thiệt hại cũng như tăng năng suất nuôi trồng một cách tối ưu nhất
4.3 01 mô hình mẫu về hệ điều khiển thích nghi theo môi trường
Ngày nay, nền công nghiệp đang dần phát triển và được phổ biến rộng rãi hơn trong môi trường nhà kính Việc áp dụng máy móc, công nghệ vào sản xuất lương thực, thực phẩm luôn là một trong những mối quan tâm cần đặt lên hàng đầu đối với Việt Nam, đặc biệt là trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 hiện nay Điều đó không chỉ góp phần cải thiện năng suất mà còn có thể kiểm soát quá trình phát triển của cây trồng, giúp giảm thiểu sự phụ thuộc của nông nghiệp trước những yếu tố thiên nhiên như thời tiết, côn trùng gây hại, dịch bệnh vv Mục đích của bản báo cáo này là thiết kế và phát triển thiết bị điều khiển và hiển thị thông số của những yếu tố khí hậu trực tiếp ảnh hưởng đến sự phát triển, chất lượng cũng như năng suất của cây trồng trong nhà kính
Hình 3 Mô hình mẫu về hệ điều khiển thích nghi theo môi trường