Luận văn thạc sĩ Công nghệ thông tin: Nghiên cứu đề xuất mô hình lớp học thông minh trên nền tảng IoT

Mô hình dạy học Online Học trực tuyến Online là hình thức học sử dụng thiết bị điện tử thông qua mạng internetkết nối với trường học, trung tâm, cơ sở đào tạo có hệ thống lữu trữ sẵn các

ĐẠI HỌC QUOC GIA TP HCMTRUONG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THONG TIN

“cò HK CR

HA SON NHAT

TEN DE TAI: NGHIEN CUU DE XUAT MO HINH LOP HQC THONG MINH TREN NEN TANG IOT.

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HỌC:

TS NGUYEN MINH SƠN

TP HO CHÍ MINH - NAM 2021

LỜI CẢM ƠN

Tôi xin chân thành cám ơn khoa Sau Đại Học, bộ môn Công Nghệ Thông Tin, Trường

Đại học Công nghệ thông tin TP.HCM đã chấp thuận và tạo điều kiện cho tôi thực hiện

để tài luận văn này

Tôi xin chân thành cám ơn TS Nguyễn Minh Sơn, Trưởng khoa kỹ thuật máy tính, Trường Đại học Công nghệ thông tin TP.HCM đã tận tình định hướng, hướng dẫn và

giúp đỡ tôi trong suốt thời gian thực hiện đề tài này Tôi xin chân thành cảm ơn các quýthầy cô đã tận tình giảng dạy truyền đạt nhiều kiến thức quý báu cho tôi trong suốt thờigian học tập vừa qua Tôi cũng xin thé hiện lòng biết ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè vađồng nghiệp đã luôn bên cạnh, ủng hộ cũng như động viên tỉnh thần cho tôi trong suốtthời gian học tập, nghiên cứu vừa qua Mặc dù tôi đã có gắng hoàn thành luận văn trongkhả năng bản thân và thời gian cho phép tuy nhiên không tránh khỏi những thiếu sót, tôikính mong nhận được nhiều góp ý và nhận xét từ quý thầy cô

TPHCM, tháng 3 năm 2022

Ký tên

Hà Sơn Nhật

LỜI CAM ĐOANNhững nội dung trình bày trong luận văn là những kiến thức của riêng cá nhân tôi

tích lũy trong quá trình học tập, nghiên cứu, không sao chép lại một công trình nghiên

cứu hay luận văn của bắt cứ tác giả nào khác

Trong nội dung của luận văn, những phan tôi nghiên cứu, trích dẫn đều được nêutrong phan các tài liệu tham khảo, có nguồn góc, xuất xứ, tên tuổi của các tác giả, nhà

xuất bản rõ ràng

Những điều tôi cam kết hoàn toàn là sự thật, nếu sai, tôi xin chịu mọi hình thức xử

lý kỷ luật theo quy định.

TPHCM, ngày 28 tháng 3 năm 2022

Người cam đoan

Hà Sơn Nhật

CHUONG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Lý do chọn dé tài

1.2 Mục tiêu của đề tài

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

1.4 Nội dung, phương pháp nghiên cứu

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

2.1 Các mô hình giảng dạy trong lớp học thông minh

2.1.1 Mô hình dạy — học Offline (Face to face)

2.1.2 Mô hình dạy học Online

2.2 Phân loại các loại lớp học thông minh

2.3 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về mô hình lớp học thông minh

2.3.1 Nghiên cứu ở nước ngoài

2.3.1.1 “Lớp học thông minh quan trọng của chúng trong việc tru;

đạt giáo dục” của tác giả ANU_V trong Embibe.com [2

2.3.1.2 “Tương lai của giáo dục là đây: Lớp học thông minh” trên

Blingnetworks.com [3] II

2.3.1.3 “Lớp học Thông minh là gì? Phân loại

edsis.in [4]

2.3.2 Nghiên cứu trong nước

2.3.2.1 “Lớp học thông minh — mô hình hiện đại giáo dục thời đại 4.0” của

CHƯƠNG 4: HIỆN THUC VA DEMO

4.1 Kiến trúc demo của mô hin

4.2 Một số kết quả hiện thực cho mô hình

4.2.1 Demo ứng dụng bàn học thông min!

4.2.2 Demo ứng dụng bục giảng thông minh.

4.2.3 Demo trang web day học online

4.2.4 Demo trang web quản lý dạy — họ:

CHUONG 5: KET LUẬN VA HƯỚNG PHAP TRIÊN.5.1 Kết luận:

5.1.1 Những điêu đạt được:

5.1.2 Những hạn chê:

5.2 Hướng phát triển:

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 2 I Phân loại mô hình trong lớp học thông minh

Hình 2 2 Hình ảnh về Smart class của ANU_ V2]

Hình 2 3 Smart class cua Blinqnetworks[3]

Hình 2 4 Thiết lập cơ bản Smart class [4]

Hình 2 5 Smart class với thiết bị cá nhân cao cap [4]

Hình 2 6 Smart class với kính thực tế ảo cao cấp [4]

Hình 2 7 Mô hình chuyền dịch

Hình 3 1 Sơ đồ tổng thé của mô hình

Hình 3 2 Sơ đồ kiến trúc tổng quát của mô hình lớp học thông minh

Hình 3 3 Sơ đồ biểu diễn mối quan hệ tương tác giữa bàn học thông minh (học sinh)

12d

với bục giảng thông minh (giảng vién)

Hình 3 4 Flow giải thuật điều khién các thiết bị IoT từ bục giảng thông minh và giám

sát trạng thái thiết bị IoT trong lớp học thông minh

Hình 3 5 Flow giải thuật nhận dạng khuôn mặt của sinh viên và giảng viên tại bục

giảng thông minh và bàn học thông minh

Hình 3 6 Giải thuật video streaming chia sẻ bài giảng trong lớp học hybrid 25

Hình 3 7 Sơ đồ mô tả chức năng của bục giảng thông minh: điểm danh sinh viên,

kiểm tra sinh viên tham gia lớp học, điều khiển các thiết bị thông minh trong lớp học,

chia sé bai giang va xem théng ké

Hinh 3 8 Nvidia Jetson Nano [8]

Hình 3 9 Thông số JETSON NANO DEVELOPER KIT cơ bản

Hình 3 10 Mặt trước — sau của màn hình Waveshare

Hình 3 11 Kết nối giữa màn hình waveshare và NVIDIA jets

Hình 3 12 Camera Logitech HD C270

Hình 3 13 Sơ đồ chân của ESP8266

Hình 3 14 Tổng quan kiến trúc WebRTC [12]

Hình 3 15 facial landmark xác định 68 điểm trên khuôn mặt

Hình 3 16 Mô tả quy trình tiếp nhận và xử lý dữ liệu mạng CNN [17]

Hình 3 17 Mô tả quá trình tích chập và kết quả đầu ra tương ứng

21 Chuỗi các vector ảnh sau khi phân tách

22 Van đề suy thoái mang neural [18]

23 ResNet sử dụng kết nối tắt xuyên qua một hay nhiều lớp [19] 48

24 Minh hoạ cho ví dụ

DANH MỤC CÁC BẢNGBang 2 1 Ưu và nhược điểm của các mô hình day học đang có

Bang 2 2 Phân tích ưu và nhược điểm của các ứng dụng dạy học online thông dụng 7

.30

38

Al

58

Bang 3 1 Các thông số kĩ thuật của Jetson Nano

Bang 3 2 Các thành phần nhỏ được tính hợp trong WebRTC

Bảng 3 3 Cấu hình máy chủ

Bảng 3 4 Các thành phần của Qt

Bang 4 1 Bảng số liệu thời gian thực thi hệ thống Error! Bookmark not defined

DANH MỤC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIET TAT

Cụm tù/Kí hiệu Mô tả

KNN K-Nearest Neighbors

CNN Convolutional Neural Network

THTM Trường hoc thông minh

IoT Internet of Things

CNTT Công nghệ thông tin

VR Virtual Reality

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU

1.1 Lý do chọn đề tài

Chúng ta đã và đang bước vào thời đại mới - thời đại mang tên “công nghệ 4.0”

với những phát minh giúp cho cuộc sống của con người thay đổi một cách chóng mặt

Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học và công nghệ đang “xâm nhập” vào hệ thống giáo

dục của nước nhà Mang theo nhiều nguồn năng lượng mới, tươi trẻ gợi cho người học

nhiều thích thú với việc tiếp thu kiến thức tại trường học Sự bùng né về công nghệ giáodục đã và đang tạo ra những phương thức giáo dục mới, thúc đây mạnh mẽ đến sự pháttriển của nền giáo dục mang tính chuyển đổi sâu sắc vì con người Một trong nhữngphương thức giáo dục mới hứa hẹn sẽ đem đến một luồng gió mới cho nền giáo dục Việt

Nam đó là mô hình lớp học thông minh Trong xu hướng hội nhập hiện nay, việc ứng

dụng CNTT trong việc giảng day đang phát trién mạnh mẽ và ngày càng khẳng định vai

trò to lớn cho giáo dục Trong đó, sử dụng mô hình lớp học thông minh (hay phòng học

thông minh) đang là xu hướng mà các trường học hướng đến trong thời đại công nghệ

số hiện nay

Ngoài ra, trong tình hình dịch bệnh phức tạp như hiện nay, đôi lúc học sinh — sinh

viên không thể tới trường học trực tiếp, trong khi học hoàn toàn bằng học online thì hiệuquả không thực sự cao Vì vậy, mô hình lớp học thông minh kết hợp cả hai cách tổ chức

day học vừa online vừa offline là một giải pháp giúp cho quá trình dạy - học đạt hiệu

quả tốt hơn

1.2 Mục tiêu của đề tài

Mục tiêu tổng quát: Nghiên cứu các mô hình lớp học ảo, lớp học có tích hợp công

nghệ mới Đề xuất lớp học thông minh dựa trên nền tảng IoT

+* Mục tiêu cụ thể:

v Nghiên cứu mô hình lớp học ảo, lớp học online, lớp học tích hợp công nghệ

giảng dạy hiện đại Phân tích ưu và nhược điểm của các loại lớp học nay về:công nghệ, chỉ phí, giảng dạy, kiểm tra đánh giá, quản lý và vận hành

Y Nghiên cứu các đặc trưng của các mô hình lớp học thông mình trên thế giới

Phân tích các đặc trung chung của lớp học thông mình này Đánh giá các ưu

điểm và nhược điểm của các lớp học thông minh từ các nghiên cứu này trên thế

giới.

+ Đề xuất mô hình lớp học thông minh theo điều kiện VN dựa trên các tham số:

quản lý, giáo viên/giảng viên, sinh viên/học sinh, cha mẹ/phụ huynh, và các dịch

1.3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

% Đối tượng nghiên cứu: Hệ thống nhúng có kết nói với camera, màn hình cảm ứng,

các thiết bị IoT; các bài báo, các công bố khoa học, các thuật toán thị giác máy tính

s* Phạm vi nghiên cứu: Trong giới han của luận văn thạc sĩ này, em tập trung nghiên cứu phân tích ác mô hình lớp học hiện có, hiện thực các thuật toán thị

giác máy tính và tối ưu khả năng xử lý của hệ thống nhúng

1.4 Nội dung, phương pháp nghiên cứu

s* Phương pháp: sử dụng phương pháp phân tích, tổng hợp và so sánh dé rút ra ưu vànhược điểm của các ứng dụng dạy học đang có và các mô hình lớp học thông minh

hiện có.

Nội dung:

4

*⁄ Tìm hiểu tài liệu và tham khảo các bài báo, công bồ khoa học, mã nguồn, cộng

đồng phát triển về nội dung liên quan đến luận văn

*⁄ Tìm hiểu các ngôn ngữ, các thư viện hỗ trợ giải quyết các bài toán liên quan đến

nội dung luận văn.

Y Trao đổi với giảng viên hướng dẫn dé tìm hướng giải quyết các nội dung vướng

mặc.

Y Tìm hiểu các thiết bị phù hợp cho luận văn

CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN

2.1 Các mô hình giảng dạy trong lớp học thông minh

2.1.1 Mô hình dạy — học Offline (Face to face)

Học trực tiếp (offline — face to face) là hình thức giáo viên và học viên trao đổi, tương

tác trực tiếp với nhau thông qua việc sử dụng các thiết bị thông minh Bài giảng, bài tap,

phiếu học tập, kiểm tra đánh giá học viên thông qua bục giảng thông minh, màn hình

cảm ứng và các thiết bị di động kết nối vào Học viên có thê trao đổi, làm việc nhómtrực tiếp hoặc thông qua các thiết bị thông minh

2.1.2 Mô hình dạy học Online

Học trực tuyến (Online) là hình thức học sử dụng thiết bị điện tử thông qua mạng internetkết nối với trường học, trung tâm, cơ sở đào tạo có hệ thống lữu trữ sẵn các bài giảng

điện tử Học viên và giảng viên có thé trao đôi thông tin bài học, tương tác với nhau và

học viên có thể nhận tài liệu hay các bài tập liên quan đến bài học từ giảng viên nhờvào một số phần mềm cần thiết đi kèm Ngoài ra, giảng viên còn có thể truyền tải các

hình ảnh minh hoạ và âm thanh, nội dung qua các băng thông rộng hoặc kết nối mạng

LAN, WiMax, mạng Wifi, Các phần mềm quản lý giúp giáo viên, Ban giám hiệu quản

lý hoạt động của học sinh một cách tốt hơn

2.2 Phân loại các loại lớp học thông minh

“thời gian ngồi” động đều diễn ra

trong lớp học trực tuyên; có thê

truyền thống được có hoặc khôngthay thế bằng bao gồm địnhcác hoạt động dựa | | hướng mặt đối

trên internet mặt hoặc bài kiểm

tra do bạn soạn.

=

More online

Hình 2 | Phân loại mô hình trong lớp hoc thông minh

s* Phân tích ưu và nhược điểm của các mô hình lớp học đang sử dụng hiện nay:

Bảng 2 | Ưu và nhược điểm của các mô hình dạy học đang có

Dạy — học

Online

- Tiết kiệm quỹ thời gian: Thay vi

dành thời gian cho việc di lại, di

chuyền, giáo viên có thể sử dụng quỹ

thời gian đó để lên một thời gian biểuphù hợp, dành thêm nhiều thời gian

soạn bài giảng, giảng dạy và thực hiện các tác vụ trong lớp.

- Học viên cũng có thể linh hoạt và

chủ động trong việc lựa chọn thời gian phù hợp.

- It có sự tương tác trực tiép giữa

giảng viên và sinh viên, giữa các

sinh viên với nhau dẫn đến giảngviên khó nắm bat được những điểmmạnh, điểm yếu của sinh viên để

chỉnh sửa.

- Học viên phải sử dụng các thiết bị

công nghệ trong khoảng thời gian

dài dẫn đến nhiều hậu quả như về

tâm sinh lý, sức khỏe

- Nâng cao kha năng giảng day, quan

lý học viên tốt hơn, giúp giảng viên

dành nhiều thời gian hơn cho việc

giảng dạy và đánh giá học viên.

- Cho phép các thông tin bài giảng,

bài tập được lưu trữ tự động trên máy

chủ, cloud, giảng viên có thể đánh

giá, bình luận, chấm điểm học viên

thông qua những câu trả lời đã lưu.

- Không bị ảnh hưởng quả nhiều bởi

không gian và thời gian: sinh

viên không cần phải cố định địa

điểm học tap tại trường, trung

tâm, không cần phải có mặt đúng giờ,

tuy nhiên, kê cả khi bạn là người dạy

hay người học thì vẫn có thé thực hiện

công việc của mình ở bắt cứ nơi đâu,

bắt cứ khi nào

- Linh động hơn: với việc đào tạo qua

mạng, người dùng có thể chủ động và

linh hoạt hơn từ việc lựa chọn hình

thức học là học qua mạng trên website

hay các khóa học trực tuyến với giáo

viên theo hình thức tương tác hoặc là

thời gian học Ngoài ra, học viên còn

có thể tự động điều chỉnh tốc độ học

tập theo khả năng, va còn có thé nang

cao thêm kiến tức thông qua những tài

liệu của thư viện trực tuyến

- Giúp cho sinh viên có thể tiếp cận

được các khóa học ở khắp nơi trên thế

- Học viên ít có điêu kiện phát biéu,

nêu quan điểm cá nhân dẫn đến khả

năng trình bày, diễn đạt trước đám đông, khả năng làm việc nhóm bị

hạn chế

- Bị chỉ phối bởi công nghệ như thiết

bị, đường truyền internet

giới, tiếp thu được nhiêu nguôn tri thức của nhân loại.

- Giúp cho giảng viên và học viên tiết

kiệm được chỉ phí đi lại, cơ sở giáo

dục giảm chỉ phí về năng lượng, bảotrì sửa chữa cơ sở vật chất và nhiều

- Trong môi trường lớp học, học sinh

có thể trao đổi và tương tác trực tiếp

với giảng viên nhờ đó cảm giác tự tin

trong học tập sẽ được xây dựng ở học

sinh xung quanh khả năng tiếp cậncác chủ đề mới của họ

- Một phan thiết yếu của trải nghiệm

lớp học truyền thống là sự tương tác

giữa các học sinh và làm việc cùng

nhau trong các dự án nhóm Những

dự án này có thê được hoàn thành

trong môi trường trực tuyến nhưng

không cho phép có cùng mức độ

tương tác xã hội và học tập không chính thức trong môi trường lớp học.

- Một lớp học truyền thống có mộtlịch trình nhất định, với thời hạn vàthời gian ấn định để hoàn thành côngviệc Sinh viên cần học cách làm việc

trong môi trường có áp lực cao, đây là

một kỹ năng có thể chuyển giao cho

- Tôn chi phí cho việc đi lại 1 địa

điểm cố định của cả của sinh viên và

giảng viên

- Bài giảng thường không được lưu

lại, học viên khó có thể xem lại khicần thiết

- Sinh viên vắng học thường phải bỏ

qua bài giảng của giảng viên.

- Việc quản lý lớp học, quản lý nhà

trường thường tốn nhiều thời gian

các lĩnh vực khác trong cuộc sông của

họ.

- Việc phải đặt câu hỏi trong toàn bộ

lớp học hoặc tranh luận về quan điểm

của bạn trước giáo viên sẽ tạo niềm

tin vào khả năng nói trước đám đông

của học sinh Những kỹ năng này rất

khó thực hiện trong một lớp học trực

tuyến

- Không khí lớp học giúp cho học viên

phần chắn hơn, tập trung hơn vào việctiếp thu kiến thức

* Phân tích ưu và nhược điểm của các ứng dụng day học trực tuyến pho biến

hiện tại:

Bảng 2 2 Phân tích ưu và nhược điểm của các ứng dụng dạy học online thông dụng

Hop trực tuyén, gọi điện va chat ở

mọi lúc mọi nơi.

Dữ liệu được tập hợp về một nơi duy

nhất để tập trung làm việc, hỗ trợ lưu

trữ dung lượng lớn.

Dễ đàng đặt lịch cho các cuộc họp và

nhắc các thành viên tham gia cuộcgọi

Khả năng bảo mật dữ liệu cao

Khó tạo nhóm và mời thành viên với

người mới; giao diện không thân

thiện, khó sử dụng.

Để sử dụng được tính năng Meeting

recording hoặc một số tính nang cao

cấp phải trả thêm phí

Cách sắp xếp cấu trúc tệp khó hiều.Phần mềm nặng, làm thiết bị khởi

động chậm.

Meet

Chât lượng hình ảnh và âm thanh ôn định.

Được google hỗ nhiều tiện ích mở

rộng: duyệt vào phòng, điểm danh,cung cấp phụ đề thời gian thực

Tạo và mời thành viên họp nhanh

chóng, đặt lịch cuộc họp dễ dàng,

không bị giới hạn thời gian.

Dễ sử dụng, không yêu cầu nhiều tàinguyên của thiết bị, hỗ trợ nhiều nền

tảng.

Tat cả thông tin hoặc dữ liệu được

chia sẻ trong cuộc trò chuyện trong

cuộc họp sẽ bị mắt sau khi cuộc họp

kết thúc

Các tính năng cao cấp chưa được

tích hợp cho tài khoản miễn phí

Số lượng người có thể tham gia hạn

chế, nó không được khuyến khích sửdụng trong các cộng đồng lớn

Zoom

Cho chât lượng hội họp khá tôt

Giao diện người dùng thân thiện

Số lượng người có thé tham gia cuộc

họp lớn, thuận tiện cho sử dụng trong

các cộng đồng lớn

Ứng dụng nhẹ, không yêu cầu nhiều

tài nguyên, tiêu thụ điện năng ít.

Giới hạn thời gian cuộc gọi (40

phút) và các tính năng cao cấp với

tài khoản miễn phí

Yêu cầu đường truyền băng thông

rộng

Chất lượng âm thanh chưa 6n định

Tinh năng bao mật không cao

Từ những phân tích trên, tôi đề xuất một mô hình lớp học kết hợp cả hai mô hình vừahọc offline (face to face) và học online là mô hình hybrid learning có những đặc điểm

sau.

v Hybrid learning [1] chính là hoạt động giảng day online và offline thành một

thể thống nhất, người học có thể chọn online hoặc offline tùy theo điều kiện bản

thân, chỉ cần thông báo trước cho người dạy Tùy vào nội dung và sự phân bổ

của người học mà người dạy có thể thoải mái điều chỉnh buổi học sao cho đạt

chất lượng mong muốn

Y Lớp học kiểu hybrid learning sẽ kết hợp tốt các lợi ích giữa học online va offline

Các lợi ích đó bao gồm:

= Sử dụng thời gian hợp lý: ở mô hình này thì người học có thé xem các tài liệuhọc tập ngay tại trên lớp thay vì tốn thời gian ghi chép Người dạy vừa truyềnđạt kiến thức vừa có hình ảnh minh họa Điều này sẽ khơi gợi sự tập trung và

hứng thú từ người học vì nó là một quá trình giao tiép liên tục từ hai phía.

" Cải thiện trải nghiệm của người học: ở mô hình hybrid learning, người dạy

phải tận dụng cuộc họp ảo đi chung với các công việc cộng tác giữa hai loại

người học đề tạo mối liên kết nhằm giữ “lửa” lớp học Người dạy phải tạo ra

được các mục tiêu và ham muốn tìm hiểu ở người học, từ đó họ sử dụng cácthiết bị thông minh dé liên tục dao sâu và tương tác ngược lại Điều này làm

cho người học có cảm giác tham gia xây dựng lớp học và hiểu kỹ những vấn

đề đã được đặt ra

= Xây dựng lớp học và hoạt động: ở đây, người dạy có thé tự do xây dựng cáchoạt động hoặc mô hình cho lớp học Có thé là ít thời gian offline hơn bình

thường nhưng thêm thời gian online Tùy vào yêu cầu của người học và nội

dung bài học mà linh hoạt thời gian và địa điêm.

= Thoải mái xây dựng nội dung: đây chính là một yếu tố lợi của hyprid nhưng

là một vấn đề khó khăn quan trọng nhất Việc xây dựng nội dung phải đượclên kế hoạch kỹ lưỡng nhất nhằm cân bằng tương tác giữa người online và

offline Việc cân bằng nhiều yếu tố hơn chính là một sức ép cho người dạy

Họ phải cần thận từng phần để cần nhấn mạnh hoặc bỏ qua nhằm đạt hiệu quảtối ưu và giữ được sự chú ý từ người học

2.3 Các nghiên cứu trong và ngoài nước về mô hình lớp học thông minh

2.3.1 Nghiên cứu ở nước ngoài

2.3.1.1 “Lớp học thông minh và tầm quan trọng của chúng trong việc

truyền đạt giáo dục” của tác giả ANU_V trong Embibe.com [2]

Lớp học thông minh là gì?

Lớp học thông minh là phương pháp hiện đại cung cấp chất lượng giáo dục cho

học sinh để có kết qua học tap tốt hơn với sự hỗ trợ của công nghệ Các lớp học truyền

thống đang mat dan tính hiệu quả vì tat cả các trường học đều đang điều chỉnh phòng

học thông minh trong các cơ sở giáo dục của họ Các lớp học thông minh được trang bị

công nghệ mới nhất như màn hình, bảng thông minh, máy tính xách tay / máy tính, kết

nối internet, máy chiếu, bộ khuếch đại, loa, bục giảng, micrô và nhiều hơn nữa

Như các bạn đã biết, hiện nay sinh viên đang có xu hướng hướng tới các thiết bị

và công nghệ như điện thoại di động, máy tính bảng, máy tính Với điều này, việc họctập trở nên vui vẻ và thú vị hơn đối với học sinh cùng với sự chú ý hoàn toàn trong lớphọc Các lớp học thông minh đang thay đổi nhanh chóng cách giáo viên và học sinh trainghiệm các hoạt động học tập với công nghệ tiên tiến Công nghệ ngày nay rất quantrọng trên thế giới và sinh viên có rất nhiều công cụ đề thu thập kiến thức

Dựa trên ANU_V ở trên chia thành 3 loại lớp thông minh

Lớp học thông minh cơ bản: được trang bị các tiện ích như máy tính, laptop, máy

chiếu, màn hình xem, v.v

Các lớp học thông minh trung cấp: là một chút nâng cao sau đó là các lớp học

thông minh cơ bản với việc bé sung bục giảng nhỏ và một bảng điều khién

Lớp học thông minh nâng cao: có day đủ các thiết bị từ cơ bản đến trung cấp nhưng

có các tính năng nâng cao.

Tac động của lớp học thông minh đối với sinh viên

Học tập là niềm vui khi các môn học thú vị Các lớp học thông minh đang làm điều

tương tự bằng cách truyền đạt kiến thức cùng với các yếu tố vui nhộn Chất lượng giáodục là những gì chúng tôi tìm kiếm ở học sinh Thế giới ngày nay rất cạnh tranh và người

ta cẦn phải theo kịp Nó không làm mắt đi khái niệm giáo dục truyền thống mà thêm vào

những cơ hội cho cái hiện có Phòng học thông minh là cơ hội cung cấp cho học sinhchất lượng giáo dục và giúp họ hiểu các khái niệm tốt hơn, cải thiện kỹ năng đọc và viết

để đạt được thành công trong học tập Họ đã giúp đỡ sinh viên trong các lĩnh vực nhưtrách nhiệm, quản lý thời gian, giao tiếp, tương tác, cộng tác, khả năng duy trì, truy cập

tài nguyên trực tuyến, học các công cụ công nghệ mới, kết quả học tập tốt, v.v

Tac động của lớp học thông minh đối với giáo viên

Như bạn đã biết, với công nghệ tiên tiến phương pháp giảng day đang thay đổi và

phát triển dé tốt hơn Đối với điều này, các lớp học thông minh là lựa chọn tốt nhất cho

giáo viên Các giáo viên đã phát triển tác động đến lớp học thông minh vì các lý do saunhư các phiên tương tác, đồng bộ hóa chỉ tiết, bảo trì đông, môi trường học tập tương

tác, khả năng tiếp cận các nguồn tài nguyên, phương pháp giảng day tốt, sự tự tin, quản

lý thời gian và hướng dẫn cá nhân cho học sinh.

Twong lai của khái niệm lớp học thông minh

Khái niệm lớp học thông minh rất hiệu quả và quan trọng đối với tất cả các trườngtrong việc cải thiện môi trường dạy và học Mọi người đều ấn tượng với ý tưởng pháttriển lớp học thông minh trên khắp mọi miền của dat nước để tat cả học sinh tận hưởnggiai đoạn học tập trong đời Phòng học nên được tạo ra một nơi tốt hon dé học sinh học

tập.

2.3.1.2 “Tương lai của giáo dục là đây: Lớp học thông minh” trên

Phòng học thông minh là gì?

'SMARTBOARD FOR TEACHI HQ ANIMATED CONTENT

DESKTOP CPU

Hình 2 3 Smart class của Blingnetworks[3]

Mặc dù chúng ta chỉ thấy một ty lệ nhỏ giáo dục tương lai được thực hiện do daidịch, nhưng có rất nhiều tiềm năng trong lĩnh vực này Theo Statistica, thị trường họctập điện tử trên toàn thế giới được dự báo sẽ vượt qua 243 tỷ đô la Mỹ vào năm 2022

Với các công nghệ đang phát triển như trí tuệ nhân tạo và thực tế ảo, chúng tôi đang

xem xét khả năng của các lớp học thông minh sớm nhất là hai năm kẻ từ bay giờ

Lớp học thông minh là lớp học được trang bị kỹ thuật số với rat nhiều phương phápdạy và học sử dụng công nghệ Nó có thé là một cái gì đó đơn giản như kết hợp cácthành phần âm thanh và hình ảnh vào một bài học, điều mà nhiều lớp học đang làm ngày

nay (và cũng đã từng làm như vậy trong quá khứ) Nó cũng có thể là một cái gì đó tiên

tiến như thực hiện một cuộc phẫu thuật y tế thực hành bằng cách sử dụng thực tế ảo

Ngoài ra, một lớp học thông minh cũng giúp giáo viên thông qua công nghệ Có những

ứng dụng đã được thiết kế để hỗ trợ giáo viên trong việc soạn giáo án hoặc thậm chí

cung cấp cho họ khả năng lưu một lớp học được giảng dạy trực tuyến dé tham khảo

trong tương lai.

Ưu điểm của Lớp học Thông minh?

C6 một lớp học thông minh có thể có ưu và nhược điểm của nó Chuyên nghiệp

lớn nhất là học từ xa, đây là một yêu cầu lớn đối với bối cảnh thế giới hiện tại Chúng

ta đã ở ngưỡng cửa của nền giáo dục thông minh với các lớp học trực tuyến đang diễn

ra ngày nay Trước COVID, chúng tôi đã thấy một số công dụng như các lớp học được

ghi sẵn cho sinh viên với thời gian biểu xung đột hoặc một số hình thức học tập tương

tác.

Một số trường đại học cũng sử dụng mô phỏng nhân tạo cho các môn kỹ thuật như

ô tô hoặc hàng không vũ trụ Sinh viên có thé sử dụng trí thông minh nhân tạo dé mô

phỏng các mô hình của các bộ phận ô tô khác nhau, cho phép họ kiêm tra các bộ phận

của động cơ mà không thực sự phải chế tạo chúng Sau khi mô phỏng vượt qua bài kiểmtra, họ có thể tiếp tục và xây dựng một nguyên mẫu Điều này giúp họ tiết kiệm thờigian và nguồn lực, giúp quá trình học tập hiệu quả hơn rất nhiều

Nhược điểm của Phòng học thông minh?

Nhiều phụ huynh và sinh viên đại học có thể lo lắng về khía cạnh cộng tác và xã

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 gợi ý rằng làm việc trong

một môi trường liên quan đến học tập tương tác thông qua công nghệ thực sự khuyến

khích sự hợp tác thông qua thảo luận và dự án nhóm.

Một nhược điểm lớn nhất của lớp học thông minh hoặc công nghệ tiếp quản ngành

giáo dục là khả năng truy cập Internet hạn chế đối với học sinh sống ở các vùng nông

thôn Có rất nhiều thách thức đang hiện hữu trong việc cung cấp Internet cho các vùngnông thôn như các rào cản vật lý (ví dụ như đồi núi) hoặc tốc độ tăng trưởng và nguồnlực hạn chế

Phòng học thông minh có thực sự là tương lai của giáo dục?

Chúng ta đang phát triển kỹ thuật số và khi chúng ta có thẻ giải quyết vấn đề truy

cập internet cho những noi xa xôi, lớp học thông minh chắc chắn có thé là tương lai của

giáo dục Mặc dù chúng ta đang xem xét giáo dục từ xa ngay bây giờ, nhưng nó không

nhất thiết là tương lai của giáo dục Các lớp học thông minh cũng có thể được kết hợp

trong khi học sinh có mặt trong lớp học thông qua thực tế tăng cường, trí tuệ nhân tạo

và thực tế ảo

Điều quan trọng cần lưu ý là các lớp học thông minh cũng có thê được thực hiện

mà không cần các công nghệ tiên tiến này Quay trở lại phần đầu của cuộc thảo luận

này, chuyển đổi kỹ thuật số xảy ra tùy thuộc vào cách chúng ta sử dụng công nghệ Một

số người chơi trong ngành giáo dục sử dụng công nghệ dễ dàng có sẵn với họ, chẳnghạn như máy tính, đề tạo phần mềm mô phỏng trên máy tính dé ban và dạy học sinh

thông qua đó, đây cũng là một dạng của một lớp học thông minh Tắt cả phụ thuộc vào

nguồn lực công nghệ mà chúng ta có trong tay và cách chúng ta có thể sử dụng chúng

để tạo ra một môi trường thông minh Với sự phát triển của công nghệ, các lĩnh vực khácnhau sẽ tiếp tục chuyền đổi và trở nên “thông minh” theo những cách riêng của chúng,

cho nó trở nên thú vị hơn Khả năng là vô tận.

Phần mềm chuyên dụng được thiết kế và tối ưu hóa cho nhu cầu của một lớp cụthé, không giống như các giải pháp phô thông Cơ sở hạ tầng kỹ thuật số nâng cao giáoviên với học sinh và giao tiếp ngang hàng vì các luồng dữ liệu được phân tách và có cầu

trúc Một ví dụ về điều này sẽ là tính năng giơ tay trong các ứng dụng hội nghị truyền

hình hiện nay.

Lớp học Thông minh cũng có thé giáo duc học sinh về tiềm năng của việc sử dung

nó Do đó, họ sẽ sử dụng những ý tưởng sáng tạo hơn sau giờ học.

Phần quan trọng của các lớp học trong phần này là các bài giảng, đây không phải

là trường hợp bây giờ Học tập tương tác được chứng minh là giúp học sinh tốt hơn.Máy chiếu và máy tính được sử dung để trao đổi thông tin Màn hình cảm ứng tương tác

giúp học sinh đắm chìm

Các loại lớp học thông minh

Các giải pháp học tập đã phát triển và thông minh hơn Có nhiều cách tiếp cậnkhác nhau mà bạn có thê thực hiện khi làm cho trường học trở nên thông minh hơn

Ngân sách, trình độ kỹ thuật số của sinh viên đều ảnh hưởng đến điều đó

Thiết lập cơ bản

Hình 2 4 Thiết lập cơ bản Smart class [4]

Đây là những cái phô biến nhất được sử dụng trong trường học Nó liên quan đếnmáy chiếu, máy tính và màn hình Hệ thống sẽ được tải trước các bài học sử dụngphương pháp học bằng thính giác và thị giác Ảnh động và Video là những phương tiệnphổ biến nhất được sử dụng để truyền tải thông tin Các bài học có thể được cập nhật dễdàng theo những thay đôi của chương trình học

Thiết bị Cá nhân

Ở đầu thiết lập cơ bản, sinh viên có thể sở hữu các thiết bị như máy tính bảng và

máy tính xách tay Máy tính bảng cá nhân đã thay thế phương tiện kỹ thuật số đơn giản

vì chỉ phí chế tạo hiện nay rất thấp Học sinh có thể ghi chú, nhận tài liệu và hoàn thànhcác bài tập và bài kiểm tra trong cùng một thiết bị Điều này cũng giúp tiết kiệm giấy,

đây là một điểm cộng cho môi trường

Thực tế ảo

Bằng cách sử dụng tai nghe VR, sinh viên có thể bước vào thế giới mới hoặc sandbox

Trong sanbox, học sinh có thể làm các thí nghiệm, đặc biệt là các thí nghiệm vật

lý dé tìm hiểu lý thuyết và kích thích trí não

Giáo viên cũng có thể kiểm soát nội dung của VR để mọi người đều có trải nghiệm

như nhau Từ một phân tử DNA đến cuộc cách mạng Pháp có thể được thẻ hiện rất chỉtiết

Thực tế tăng cường được sử dụng dé mô phỏng các đối tượng trong thé giới thực

Điều này có thé bao gồm ảnh ba chiều và kính AR Công nghệ đang ở trong cái nôi vàđang phát triển nhanh chóng

Bảng tương tác

Những chiếc bảng phan cũ đầy bụi được thay thé bằng bảng Smartboards Giờ day,giáo viên có thê hiển thị hình ảnh, video, v.v trong bảng đen mới Học sinh cũng có thểtương tác với nó bằng máy tính bảng cá nhân của họ Các công cụ mới cho phép bạn

trình bày ý tưởng tốt hơn

Thiết bị dành cho sinh viên

Điều này có thể giúp bạn nếu bạn đang học từ xa Các dịch vụ như GoogleJamboard có thé cho phép nhiều người cộng tác trên cùng một bảng trắng từ các thiết bịriêng biệt Sách điện tử, pdf và các tài liệu nghiên cứu khác có thê được gửi đến thiết bịgiúp loại bỏ nhu cầu về sách

Ứng dụng

Phần cứng không phải là giải pháp duy nhất cần thiết khi nói đến các lớp thôngminh Việc phát triển ứng dụng phải được điều chỉnh dé phù hợp với mong muốn củalớp học của bạn Ví dụ như Kahoot có bó cục rất đơn giản, gon gàng mà những người

trẻ tuôi sẽ thích.

Thiết bị liên lạc

Bạn nên sử dụng micrô chất lượng (tốt nhất là không dây), loa và các thiết bị khác

để nói chuyện với cả lớp hiệu quả hơn

ToT (Internet vạn vat)

Nhiều sách giáo khoa hiện có các liên kết và mã QR tới các đối tác internet của nó

để cung cấp nhiều nội dung hơn cho học sinh Sự chuyên cần và tiến độ có thể được

theo dõi.

2.3.2 Nghiên cứu trong nước

Hiện nay trên cả nước cũng đã có một số nơi áp dụng mô hình lớp học thông minh nhưVinSchool hay Rmit, nhưng chưa thực sự có một nghiên cứu cụ thể nào liên quan đếnlợi ích và nhược điểm của mô hình lớp học thông minh mà chỉ tập trung vào việc môhình hóa và kinh doanh các thiết bị trong lớp học

2.3.2.1 “Lớp học thông minh — mô hình hiện đại giáo dục thời đại 4.0” của Saomaiedu.vn [5]

2.3.2.2 “Giới thiệu mô hình phòng học thông minh và màn hình cảm ứng” của alo360.com [5]

Buc giảng thông minh

Tổng quan về lớp học thông minh

Lớp học Thông minh là gì?

Smart Classroom là giải pháp lớp học tích hợp đầy đủ các công cụ dạy và học đến

từ việc kết nói các thiết bị như máy tính, màn hình tương tác, nền tảng thông minh, hệ

thống âm thanh, máy chiếu, máy tính tích hợp đầy đủ các dữ liệu cần thiết như sách giáo

khoa điện tử, giáo trình điện tử phù hợp với chuẩn sách giáo khoa của Bộ Giáo dục vàĐào tạo Và một phần mềm quản lý giúp giáo viên tô chức toàn bộ quá trình dạy và học

trong một giờ - bao gồm cả sự tương tác giữa giáo viên và học sinh thông qua việc sử

dụng các thiết bị tích hợp sẵn

Mỗi công cụ dạy học trên đều dựa trên công nghệ mạnh mẽ, thân thiện, dễ sử dụng,

nhưng tất cả đều được thiết kế đồng bộ dé làm sinh động nội dung đạy học, nâng cao

hứng thú học tập, mang lại cho giáo viên và học sinh sự sinh động, thú vị và hiệu quả

trong học tập môi trường , cải thiện đáng kể kết quả học tập của học sinh

Lợi ích của lớp học thông minh

Cách tiếp cận truyền thống là nghe giảng và ghi chép đã không mang lại hiệu quả

như mong đợi khi nền giáo dục ngày càng phát triển Thay vào đó, phòng học thông

minh là giải pháp cho phép tăng cường sự tương tac đa chiều giữa giáo viên và học sinhthông qua hình thức dạy nhóm, học nhóm, thảo luận nhóm thông qua phần mềm quản

lý lớp học.

Lợi ích cho giáo viên

Giáo viên có thể điều hành lớp học và theo dõi bài học trên máy tính của học sinhhoặc tất cả các máy tính của học sinh trong lớp học chỉ với một vài thao tác đơn giản

trên máy tính của giáo viên.

Đặc biệt hơn, phần mềm đạy học cho phép giáo viên đưa giáo trình hoặc biên soạn

bài giảng Elearning dé trình bày trước lớp hoặc giáo viên có thé đưa ra yêu cầu với từnghọc sinh từ Màn hình tương tác thông minh Ứng dụng còn hỗ trợ học sinh tương táctrực tiếp với giáo viên bằng cách gửi câu hỏi cho giáo viên, theo dõi lịch học hay bài vởmọi lúc, mọi nơi bằng máy tính bảng, bằng điện thoại thông minh ngay cả khi ở ngoài

lớp học.

Lợi ích cho sinh viên

Học viên có thể dễ đàng luyện tập các kỹ năng nghe, nói, đọc, viết nhờ hệ thống

âm thanh chất lượng cao của lớp học, thảo luận nhóm, thảo luận chủ đề được tạo thôngqua phần mềm quản lý lớp học Các bài học cũng trở nên thú vị hơn thay vì chăm chăm

vào sách như trước.

2.3.2.3 “Triển khai mô hình trường học thông minh ở Việt Nam trong bốicảnh đại dịch Covid-19” - ThS TRAN VĂN THỌ trên tapchicongthuong.vn [6]

THTM là mô hình trường học tiên tiến hướng tới dao tạo công dân thông minh

nhằm đáp ứng yêu cầu xây dựng xã hội học tập thông minh, hướng đến phát triển quốc

gia thông minh.

THTM là hệ thống trường học tiên tién được xây dung và phát trién dựa trên nền

tảng công nghệ hiện đại, thỏa mãn các tiêu chí giáo dục 4.0 như: ứng dụng trí tuệ nhân

tạo; kết nối vạn vật thông qua Internet; chia sẻ nguồn thông tin, dữ liệu khổng lồ; điều

khiển, quản lý bằng các thiết bị tự động

THTM được xem là mô hình trường học triển khai giáo dục thông minh gắn với

các dạng thức hiện đại hóa cơ sở vật chất và tận dụng tối đa công nghệ hướng tới mộtnên giáo dục chất lượng cao

THTM là “?rường học linh hoạt theo đặc điểm và khả năng của người học ”

THTM là “một cơ sở giáo dục thông qua các quy trình giảng day và thực hành

quản lý giáo dục nhằm thúc đầy những thay đổi có tính hệ thống, giúp người học khắc

phục được những thách thức đặt ra từ kỷ nguyên công nghệ thông tin” THTM được

nhấn mạnh là mô hình mà các quá trình và hoạt động của nhà trường được tối ưu hóa

nhờ sử dụng và khuyến khích, thúc day việc sử dung các thiết bị công nghệ hiện đại.

Nhà trường bên cạnh việc tập trung kích thích suy nghĩ, sáng tạo và chăm sóc người học

còn quan tâm đến việc xem xét những khác biệt cá nhân và phong cách học tập của cá

nhân người học.

Phòng học thông minh

Tương tự như trường học thông minh, phòng học thông minh (PHTM) cũng phải

đáp ứng các tiêu chí của giáo dục 4.0 PHTM hay lớp học thông minh (LHTM) là hướng

đến cho người học, người dạy, người làm công tác trong môi trường giáo dục có đầy đủ

những ứng dụng, trang thiết bị của thời đại mới - thời đại của ngành CNTT phát triển,góp phần rút ngăn khoảng cách thời gian giảng dạy của người dạy nhưng vẫn đảm bảo

được nội dung với lượng kiến thức truyền đạt nhiều hơn cho người học

PHTM tích hợp đầy đủ các công cụ dạy và học có được từ việc kết nối các thiết bị

như máy vi tính, màn hình tương tác, bục giảng thông minh, hệ thống âm thanh, máy

chiếu vật thé , máy tính được tích hợp đầy đủ các dữ liệu cần thiết như: sách giáo khoa

điện tử, giáo trình điện tử bộ môn theo đúng với sách giáo khoa chuẩn của Bộ Giáo dục

và Đào tạo Và một phần mềm quản lý, phần mềm giúp cho người dạy thực hiện tô chứctoàn bộ quá trình dạy và học trong một giờ dạy - bao gồm các hoạt động tương tác giữathầy và trò thông qua việc sử dụng các thiết bị đã tích hợp trong PHTM

CHUONG 3: NGHIÊN CỨU ĐÈ XUẤT MÔ HÌNH3.1 Đề xuất mô hình

3.1.1 Kiến trúc giải pháp

Sinh viên có thé thong Khoa (16) có thẻ thong

minh/Nh@n diện khuôn minh/Nhộn diện khuôn

mặt

Video, các slide trình Database chiều,

Hình 3 1 Sơ đồ tổng thé của mô hình

Sơ đồ trên biểu diễn mô hình tổng thé của mô hình lớp học thông minh, trong môhình này lớp học thông minh được kết nối với một máy server cấu hình cao, trong máy

server đó chứa database (thông tin quản lý của toàn bộ học viên và giáo viên), các nội

dung số (các hình ảnh, âm thanh, video, bài giảng trình chiếu, ) phục vụ việc dạy và

học trong trường Học viên sử dụng thẻ thông minh hoặc nhận diện khuôn mặt để thamgia vào lớp học, giáo viên (thuộc về tổ hoặc khoa) cũng sử dụng thẻ thong minh hoặc

nhận diện khuôn mặt đê tham gia vào lớp học thông minh Khi học viên và giáo viên

đăng nhập lớp học và xác thực bằng thẻ thông minh hoặc nhận diện khuôn mặt, ứng

dụng trong phòng học thông minh sẽ kết nói với máy chủ dé xác thực thông tin của học

sinh và ghi dữ liệu lên database, giáo viên có thé kết nối với server dé lấy các bài giảng,

audio, video truyền qua màn hình trên bàn học thông minh của học sinh hoặc giao bài

tập cho học sinh làm bài.

Publish] (mai

gees Coven) se Bì -® (ö)E_

Subscribe Leen Nana cơn Minin rg cing = Manton Urpin

Publish Buc giảng thông minh ‘Ban học thông minh

«® (6) L— sử gối

Broadcast

Hình 3 2 Sơ đồ kiến trúc tông quát của mô hình lớp học thông minh

Sơ đồ trên biểu diễn kiến trúc tổng quát của mô hình lớp học thông minh bao gồm

2 server: Cloud server dùng để chứa database gồm thông tin của học viên và giáo viên,các tài liệu phục vụ việc dạy và học, streaming server dùng để stream bài giảng khi học

viên học online và lưu trữ các video stream lại Buc giảng thông minh va bàn học thông

minh được kết nối với 2 server này Buc giảng thông minh gồm màn hình cảm ứng,

camera (dùng để nhận diện giáo viên) và máy tính nhúng Jetson Nano cài ứng dụng quản

lý kết nối với module ESP8266 thông qua giao thức MQTT dé điều khiển các thiết bị(đèn, quạt, máy lanh, ) Bàn học thông minh bao gồm máy tính nhúng Jetson Nano, mànhình cảm ứng (để xem tài liệu, bài giảng, làm và nộp bài tập) và camera (dùng dé nhận

diện học sinh) khi điêm danh.

3.1.2 Chức năng mô hình

3.1.2.1 Chức năng tổng quát

¥ Chức năng của bục giảng thông minh: bao gồm các thiết bị board Jetson

Nano, màn hình cảm ứng, camera được cài đặt một ứng dụng có chức năng nhận

diện giảng viên, quản lý lớp học, quản lý tài nguyên dạy học, truyền phát tiếtday qua internet, giao tiếp với cha mẹ học viên, điều khiển các thiết bi trong lớp

học.

Y Chức năng của bàn học thông minh: bao gồm các thiết bị board Jetson Nano,

màn hình cảm ứng, camera được cài đặt một ứng dụng có chức năng nhận diện

học viên, tham gia lớp học hybrid bằng các hình thức online hoặc offline, thựchiện các yêu cầu của giảng viên.

Y Chức năng của module ESP8266: kết nối với server bằng wifi và điều khiển

các thiết bị điện trọng phòng học thông minh

3.1.2.2 Chức năng chỉ tiết

Y Chức năng phan cứng: bục giảng thông minh, bàn học thông minh, các thiết

bị IoT quản lý điện, dén

Bàn học thông minh

Tài khoản HV

Buc giảng thông minh

Tài khoản GV

Hình 3 3 Sơ đồ biểu dién mối quan hệ tương tác giữa ban học thông minh (học sinh) với

bục giảng thông minh (giảng viên)

Trong sơ đồ này, sinh viên, học viên sử dụng bàn học thông minh có trang bị man

hình cảm ứng và board Jetson Nano và Camera giúp nhận diện học viên, giảng viên sử

dụng bục giảng thông minh có trang bị màn hình cảm ứng, camera, board Jetson Nano,

màn hình cảm ứng giúp giáo viên có trình chiếu hoặc giao bài tập cho học sinh chỉ bằngmột cái chạm Board ESP8266 kết nói với bục giảng thông minh qua mạng không dây

dùng dé điều khiển các thiết bị thông minh khác như đèn, quạt, máy lạnh Tat cả những

thiết bị này kết nối với nguồn điện và một máy server để điều khiển toàn bộ lớp học

Thiết bị trong lớp học

Đúng

Bật thiết bị

Hình 3 4 Flow giải thuật điều khiển các thiết bị IoT từ bục giảng thông minh và giám sát

trạng thái thiết bị IoT trong lớp học thông minhTrong giải thuật này, giáo viên sử dụng ứng dụng điều khién thiết bị trên bục giảngthông minh thông qua giao thức MQTT kết nói với các module ESP8266 Khi tín hiệuđược gửi đi đến MQTT broker (server), tín hiệu sẽ được gửi tới các trạm MQTT (node)

thông qua cơ chế publish/subscibe Sau đó tín hiệu sẽ được gửi tới các thiết bị thôngminh, nếu tín hiệu là on thì sẽ tiến hành mở thiết bị, ngược lại thì sẽ tắt thiết bị.

Chức năng phần mềm

Image from | ——g| Nenn »| Face >} Kmn > Result

camera landmark

Hình 3 5 Flow giải thuật nhận dang khuôn mặt của sinh viên và giảng viên tại bục

giảng thông minh và bàn học thông minh Camera quay video va lay tưng Knung ninh bang penC V, dư lieu ann nhạn vao

được chuyển đổi sang dạng ma trận nenn Sau đó, giống như việc lấy mẫu, dữ liệu các

khuôn mặt được đưa vào model shape_predictor 68 face_landmarks.dat dé dự đoán vitrí khuôn mặt một lần nữa và tạo ra một bộ gồm 128 vector Sau đó thuật toán Knn đê

loại dần các vector đó Nếu bộ vector nào sau khi loại trừ dần về 0 thì kết quả là gương

mặt cân nhận diện.

Giáo viên bam vào

nút phát trực tuyến

kết nối với máy Bắt đầu truyền phát trên

Bục giảng (Khách) chủ qua socket IO máy chủ

kết nội với máy Khách có thể xem truyền

Bàn học (Khách) chủ qua socket IO phát thời gian thực

Khi giáo viên đứng trên bục giảng thông minh và nhân nút streaming thì sẽ gửi

(bàn học thông minh) hoặc các thiết bị kết nối khác dưới dạng broadcast Học sinh sẽ

theo dõi video theo thời gian thực và gửi yêu cầu khi muốn có phát biểu, thắc mắc

Chức năng quản trị

Hình 3 7 Sơ đồ mô tả chức năng của bục giảng thông minh: điểm danh sinh viên, kiểm

tra sinh viên tham gia lớp học, điều khién các thiết bị thông minh trong lớp học, chia sẻ

bài giảng và xem thống kê

Sơ đồ trên mồ ta chức năng của bục giảng thông minh, giáo viên đăng nhập vào

bằng nhận dạng khuôn mặt hoặc mật khâu Trong trang chủ có các chức năng quản lý(sinh viên, lớp học, giảng viên, môn học, các báo cáo thống kê và liên hệ phụ huynh đềgửi thông tin về tình honhf học tập của con em mình), điều khiển các thiết bị thông minhtrong lớp học (đèn, quạt, điều hòa, ), truyền trực tuyến bài giảng cho sinh viên, điểmdanh (đăng kí thông tin sinh viên, lấy ảnh khuôn mặt rồi sau đó nhận diện học sinh quacamera trong lớp học vag ghi kết quả vào database)

3.2 Các công nghệ liên quan cho kiến trúc mô hình

đang diễn ra tương đối chậm bởi công nghệ phần cứng hỗ trợ cho AI vẫn chưa thể theo

kịp được sự phát triển về mặt phần mềm.

Ngày 18/2, Nvidia đã công bố một sản phẩm mới mà họ quảng cáo là “giúp tăngtốc quá trình ứng dụng thuật toán AI vào thế giới thực”, đó là một thiết bị máy tính AI

có tên là Jetson Nano, được thiết kế dành riêng cho các nhà phát triển, sản xuất và nghiên

cứu trí tuệ nhân tạo.

NVIDIA Jetson Nano Developer Kit là một máy tính AI tích hợp cỡ nhỏ có kích

thước của một bảng mạch Kích thước và các chuân kết nối của Jetson Nano là

SO-DIMM Chuẩn kích thước này cũng được Nvidia sử dụng trên các sản phẩm trước đócủa mình bởi họ muốn nhắm tới mục tiêu tạo ra được những sản phẩm có kích thướcnhỏ gọn nhất có thể bởi khách hàng của công ty này chính là những đối tượng thuộcnhiều lĩnh vực, ứng dụng và đang thiết kế dé sao cho mạch kết nối của mình phù hợp tối

đa với thiết kế mà họ đang theo đuổi

+ Cấu tao phan cứng:

Jetson Nano sẽ có 2 hình dạng Một dạng mô-đun, có kích thước 70x45mm, để có

thé sử dụng trong các thiết kế sản phẩm cuối cùng Dạng còn lại là sẽ một bộ kit pháttriển giống với Raspberry Pi nhằm cung cấp một giải pháp hoàn chỉnh cho nhà phát

triên Phiên bản mô-đun sẽ sở hữu bộ nhớ trong 16GB, trong khi bộ kit lai sử dụng thẻ

nhớ microSD.

Không giống như những lần cập nhật nền tảng Jetson trước, NVIDIA dự đoán 2

mục đích sử dụng Jetson Nano Đầu tiên, bộ kit phát triển sẽ hoàn toàn hữu dụng cho

các tổ chức thương mại muốn phát triển những sản phẩm có khả năng học máy Sảnphẩm có thể thiết kế sử dụng bộ kit phát triển này và có thé chuyền sang sử dụng mô-

đun cho sản phâm cuôi cùng Đây là cách sử dụng của các bo mạch và mô-đun Jetson

khác Thứ hai, những người đam mê có thê không bao giờ sử dụng phiên bản mô-đun

nhưng sẽ muốn tạo ra những dự án dựa trên bộ kit phát triển, tương tự như Raspberry

nvidia.com and distributors worldwide

Hình 3 9 Thông, số JETSON NANO DEVELOPER KIT cơ bảnCuối cùng, NVIDIA sẽ bán cả mô-đun lẫn bộ kit phát triển, không chỉ qua cáckênh phân phối mà còn cung cấp đến các thị trường rộng lớn hơn qua các cửa hàng bán

*⁄ Thông số kỹ thuật:

Hỗ trợ GPU này bao gồm 1 CPU 4 nhân 64-bit dựa trên ARM Cortex-A57, RAM

4GB và bộ xử lý video có thể xử lý lên đến 4K 30fps đối với mã hóa và 4K 60fps đốivới giải mã, cùng với đó là các khe cắm PCle va USB 3.0

Jetson Nano cung cấp 472 GFLOPS để chạy các thuật toán AI hiện đại một cách

nhanh chóng, với một quad-core 64-bit ARM CPU, một 128-core được tích hợp trên

NVIDIA GPU, cũng như bộ nhớ 4GB LPDDR4 Có thể chạy song song nhiều mạng

neural và xử lý đồng thời một số cảm biến có độ phân giải cao

Jetson Nano cũng được hỗ trợ bởi NVIDIA JetPack Bao gồm các gói hỗ trợ board

(BSP), CUDA, cuDNN và thư viện phần mềm TensorRT cho deep learning, computervision, GPU computing, multimedia processing và nhiều ứng dụng khác SDK cũng baogồm khả năng cài đặt frameworks Machine Learning (ML) mã nguồn mở nhưTensorFlow, PyTorch, Caffe / Caffe2, Keras và MXNet, cho phép các nhà phát triểntích hợp các model Al/ framework AI yêu tích của họ vào các sản phâm một cáchnhanh chóng và dễ dàng

Khả năng xử lý video của Jetson Nano là khá ấn tượng Sản phẩm này không phảiphục vụ việc xem video 4K, thay vào đó, nó có thê xử lý nhiều luồng video (như cácmáy bay không người lái drone được tích hợp đa camera) đề có thể phát hiện đối tượng,

theo dõi hay tránh chướng ngại vật Ngoài 4K 60fps, Jetson Nano còn có khả năng giải

mã 8 luồng video hay camera với độ phân giải Full HD 30fps Các luồng này sẽ đượcgiải mã đồng thời ngay lập tức bởi các thuật toán học máy để theo dõi đối tượng

GPU 128-core Maxwell.

CPU Quad-core ARM A57 @ 1.43 GHz.

Connectivity | Gigabit Ethernet, M.2 Key E.

Display HDMI and display port.

USB 4x USB 3.0, USB 2.0 Micro-B.

Others GPIO, I2C, I2S, SPI, UART.

Mechanical | 69 mm x 45 mm, 260-pin edge connector.

Bang 3 1 Các thông số kĩ thuật của Jetson Nano

3.2.1.2 Màn Hình Waveshare 7 Inches HDMI Capacitive Touch Screen [9]

Hình 3 11 Kết nói giữa man hình waveshare va NVIDIA jetson nano

Man hinh Waveshare 7 inch HDMI Capacitive Touch Screen LCD (B) str dung

cổng kết nối HDMI với độ phân giải màn hình 800 x 480 pixels cho chat lượng hình ảnh

và chữ hiển thị rõ ràng Màn hình có chức năng cảm ứng điện dung và cấp nguồn quacổng Micro USB giúp bạn có thể xây dựng vô số các ứng dụng điều khiển và hiền thị

qua màn hình cảm ứng với Raspberry Pi, Beaglebone, Jetson Nano, , màn hình sử dụng

linh kiện chất lượng tốt, độ bền cao

Thông số kỹ thuật:

Model: Waveshare 7 inch Capacitive Touch Screen LCD (B), 800x480,

HDMI, Low Power.

Kích thước man hình: 7 inch.

Độ phân giải: 800 x 480 pixels.

Cổng kết nối: HDMI, Touch

Điện áp sử dụng: SVDC từ công Micro USB

Hỗ trợ cảm ứng điện dung và cấp nguồn SVDC qua cổng Micro USB

Thiết kế Low Power tiết kiệm năng lượng

Raspberry Pi

o Supports Raspbian, 5-points touch, driver free

o Supports Ubuntu / Kali / WIN10 IoT, single point touch, driver free

o Supports Retropie, driver free

o Supports all versions of Raspberry Pi