Ứng dụng thực tại tăng cường trong việc giảng dạy mầm non: luận văn thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG ** * DƯƠNG CẨM DIỆP ỨNG DỤNG THỰC TẠI TĂNG CƯỜNG TRONG VIỆC GIẢNG DẠY MẦM NON Luận văn thạc sĩ Công Nghệ Thông Tin Đồng Nai – Năm 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** DƯƠNG CẨM DIỆP ỨNG DỤNG THỰC TẠI TĂNG CƯỜNG TRONG VIỆC GIẢNG DẠY MẦM NON Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin Mã số: 60480201 Luận văn thạc sĩ Công Nghệ Thông Tin NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS Vũ Thanh Nguyên Đồng Nai – Năm 2017 LỜI CẢM ƠN Tôi muốn gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo trường Đại học Lạc Hồng – Đồng Nai quan tâm tổ chức đạo trực tiếp giảng dạy khố cao học chúng tơi Cảm ơn cha (mẹ), thầy cô, bạn bè, đồng nghiệp người thân gia đình, người dạy bảo ủng hộ tơi suốt q trình học tập Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến thầy giáo hướng dẫn PGS.TS Vũ Thanh Nguyên, người tận tình bảo góp ý mặt chun mơn cho tơi suốt q trình làm luận văn Nếu khơng có giúp đỡ thầy tơi khó hồn thành luận văn Cũng qua đây, xin gửi lời cảm ơn đến ban lãnh đạo trường Đại Học Đồng Nai, nơi công tác, tạo điều kiện thuận lợi cho tơi thời gian hồn thành mơn học suốt trình làm luận văn tốt nghiệp Trong suốt trình làm luận văn, thân tơi cố gắng tập trung tìm hiểu, nghiên cứu tham khảo thêm nhiều tài liệu liên quan Tuy nhiên, thân bắt đầu đường nghiên cứu khoa học, chắn luận văn cịn nhiều thiếu sót Tơi mong nhận bảo q Thầy Cơ giáo góp ý bạn bè, đồng nghiệp để luận văn hồn thiện Cuối cùng, tơi xin chúc sức khỏe cha mẹ, thầy (cô) bạn bè, đồng nghiệp ủng hộ, động viên để yên tâm nghiên cứu hoàn thành luận văn Đồng Nai, tháng 07 năm 2017 Dương Cẩm Diệp LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đề tài “ỨNG DỤNG THỰC TẠI TĂNG CƯỜNG TRONG VIỆC GIẢNG DẠY MẦM NON” kết tự thân tơi tìm hiểu, nghiên cứu Các tài liệu tham khảo trích dẫn thích đầy đủ Tôi xin chịu trách nhiệm luận văn Tác giả luận văn ký ghi rõ họ tên Dương Cẩm Diệp MỤC LỤC CHƯƠNG GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI 1.1 Tổng quan đề tài 1.2 Mục tiêu luận văn 1.3 Phạm vi đối tượng nghiên cứu 1.4 Phương pháp thực 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu CHƯƠNG THỰC TẠI TĂNG CƯỜNG TRONG GIÁO DỤC MẦM NON Giới thiệu Thực Tăng Cường 2.2 Ứng dụng Thực tăng cường giáo dục mầm non 2.2.1 Thực trạng giáo dục mầm non 2.2.2 Ứng dụng AR giáo dục mầm non Trên Thế Giới 2.2.3 Ứng dụng thực tăng cường giáo dục mầm non Việt Nam 10 2.2.4 Ứng dụng Thực tăng cương lĩnh vực khác 10 2.2.4.1 Trong Giáo Dục 10 2.2.4.2 Trong Quân Sự 12 2.2.4.3 Trong Y Tế 13 2.2.4.4 Trong Giải Trí .14 CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 15 3.1 Nền tảng Android 15 3.1.1 Android gì? 15 3.1.2 Kiến trúc Android 15 3.1.3 Cơng cụ hỗ trợ lập trình Android 17 3.2 Hệ thống AR 18 3.2.1 Khái niệm AR 18 3.2.2 Đặc trưng 19 3.2.3 Kiến trúc hệ thống 19 3.2.4 Một số SDK hỗ trợ 20 3.3 Vuforia Augmented reality SDK 22 3.3.1 Giới thiệu 22 3.3.2 Giấy phép Vuforia 24 3.3.3 Cấu trúc Vuforia 26 3.3.3.1 Camera 26 3.3.3.2 Image Converter 27 3.3.3.3 Tracker 27 3.3.3.4 Video Background Renderer 27 3.3.3.5 Application code 27 3.3.3.6 Cơ sở liệu thiết bị - Device Database 27 3.3.3.7 Cơ sở liệu đám mây – Clound Database 28 3.3.3.8 Người dùng tự định nghĩa mục tiêu – Use Defined Targets 28 3.3.4 Trackables 28 3.3.4.1 Khái niệm Target 28 3.3.4.2 Image Targets 30 3.3.4.3 Multi Targets 31 3.3.4.4 Frame marker 32 3.3.4.5 User – defined Targets 33 3.3.4.6 Text – Word Targets .33 3.3.4.7 Cloud Recognition Target .34 3.3.4.8 Virtual Buttons 35 3.3.5 Hệ thống quản lý Target 36 3.3.5.1 Target manager 36 3.3.5.2 Vuforia Web Service APIs 36 3.4 Unity 36 3.4.1 Giới thiệu 36 3.4.2 Các tính 39 3.4.3 Ngơn ngữ lập trình 41 3.4.4 Kiến trúc Component 43 3.4.5 Các component Unity 45 3.4.6 Script 50 3.4.7 Physics 50 3.4.7.1 Tổng quan Physics Unity 50 3.4.7.2 Các Component vật lý Unity .51 CHƯƠNG THIẾT KẾ ỨNG DỤNG AR VÀ THỬ NGHIỆM 54 4.1 Ý TƯỞNG 54 4.2 THIẾT KẾ ỨNG DỤNG 55 4.2.1 Yêu cầu đặt 55 4.2.2 Môi trường công cụ phát triển 55 4.2.3 Thiết kế ứng dụng 55 4.2.3.1 Ứng dụng Máy tính 55 4.2.3.2 Ứng dụng thiết bị di động Android 60 4.3 Chạy thử Chương trình 60 4.4 Đánh giá Ứng dụng 64 4.4.1 Giới thiệu khảo sát giáo viên mầm non trường học 65 4.4.2 Giới thiệu cho trẻ chơi học theo nhóm giáo viên dạy lớp 66 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 67 5.1 NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC 67 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN 67 DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt Cụm từ đầy đủ AR Augmented Reality VR Virtual Reality MR Mixed Reality 56 * Hiển thị nội dung tăng cường Để thị nội dung tăng cường, kết hợp công cụ phát triển Unity SDK Vuforia [11] Sau thực hiện, Unity xử lý số kỹ thuật đề giúp nội dung tăng cường có thêm hiệu ứng hoạt hình (animation) - Các đối tượng tìm thấy có animation khơng thể chỉnh sửa Để chỉnh sửa ta thực bước sau: + Bước 1: chọn animation cần thực hiện; + Bước 2: Ấn tổ hợp Ctr+D để copy animation thành đơn lẻ sửa; + Bước 3: Đưa animation vào animator kết - Các animator dùng để điều khiển animation đối tượng thông qua biến state Mỗi biến state đại diện cho animation đối tượng Hình 4.1 Bảng điều khiển animator - Shader: có tác dụng tạo nên đường viền cho đối tượng giúp đối tượng trở nên sinh động 57 Hình 4.2 Shader thị model + Thực hiện: Shader "Unlit/Outline" { Properties { _MainTex ("MainTex", 2D) = "white" {} _Outline ("_Outline", Range(0,0.1)) = _OutlineColor ("Color", Color) = (1, 1, 1, 1) } SubShader { Pass { Tags { "RenderType"="Opaque" } Cull Front CGPROGRAM #pragma vertex vert #pragma fragment frag #include "UnityCG.cginc" struct v2f { float4 pos : SV_POSITION; }; float _Outline; float4 _OutlineColor; float4 vert(appdata_base v) : SV_POSITION { v2f o; o.pos = UnityObjectToClipPos(v.vertex); float3 normal = mul((float3x3) UNITY_MATRIX_MV, v.normal); normal.x *= UNITY_MATRIX_P[0][0]; normal.y *= UNITY_MATRIX_P[1][1]; o.pos.xy += normal.xy * _Outline; return o.pos; } half4 frag(v2f i) : COLOR { return _OutlineColor; } ENDCG } CGPROGRAM #pragma surface surf Lambert sampler2D _MainTex; struct Input { float2 uv_MainTex; }; void surf(Input IN, inout SurfaceOutput o) { o.Albedo = tex2D(_MainTex, IN.uv_MainTex); } ENDCG } FallBack "Diffuse" } 58 - Xử lý âm thanh: using System.Collections; using System.Collections.Generic; using UnityEngine; public class SoundControl : MonoBehaviour { public GameObject[] sounds; public void ButtonPlay () { sounds [0].GetComponent ().Play (); } public void RandomPlay () { sounds [1].GetComponent ().Play (); } } - Touch event để thực cho random animation void OnMouseDown () { if (canAnimate) { anim.SetInteger ("State", Random.Range (0, animMaxIndex)); canAnimate = false; Invoke ("CanAnimate", 5f); } } void CanAnimate () { canAnimate = true; anim.SetInteger ("State", 0); } - Thay đổi góc độ 3D cho Model void OnMouseDrag () { float rotX = Input.GetAxis ("Mouse X") * speedRotation * Mathf.Deg2Rad; transform.RotateAround (Vector3.up, -rotX); } Các đoạn script xừ lý tạo lưu vào UIcontrol để cuối thiết kế hiệu ứng cho đối tượng hiển thị * Thay đồi màu sắc đối tượng - Ban đầu có hình sẵn cho model, từ hình tạo material (nếu muốn có màu khác dupplicate hình lên đổi màu) 59 - Tiếp theo mục GameObject - chọn UI - chọn button - Sau Bấm biểu tượng + kéo UIControl vào ô phía runtime only, cho số bên cạnh = - Cuối script touch đối tượng cho size số màu tạo kéo material tạo vào Element Để hoàn thành ta tạo nút màu xếp giao diện để bé chọn thay đổi màu sắc đối tượng Hình 4.3 Giao diện thay đổi màu sắc * Game tích hợp Bé tập đếm Trong Unity có số trường hợp xử lý kiện cho thành phần giao diện mà không cần code Ví dụ click button tạo số random từ đến 10 cho em tập đếm Cụ thể: - Tạo button để tạo số tự động Hình 4.4 Biểu tượng “bé tập đếm” giao diện ứng dụng 60 - Kéo thả button vào kiện click SetActive cho false nhận kiện click thân tự disable - Cuối random nút quay lại cho đối tượng thơng qua script Hình 4.4 Giao diện game bé tập đếm 4.2.3.2 Ứng dụng thiết bị di động Android Sau thiết kế ứng dụng máy tính việc thiết kế ứng dụng thiết bị Android đơn giản công cụ unity, cụ thể: Bước 1: Tải cài đặt SDK JDK Bước 2: Chép đường dẫn folder SDK JDK vào Unity Preferences Bước 3: Build ứng dụng cài đặt vào điện thoại 4.3 Chạy thử chương trình * Giao diện máy tính - Giao diện thiết kế Unity 61 Hình 4.5 Giao diện thiết kế Unity - Giao diện chờ chạy ứng dụng Hình 4.6 Giao diện chờ ứng dụng - Giao diện hiển thị nội dung tăng cường: bao gồm hình hiển thị, thay đổi màu sắc đối tượng game tích hợp “bé tập đếm” 62 Hình 4.7 Giao diện thị nội dung tăng cường - Giao diện chơi game “bé tập đếm”: Khi click vào biểu tượng bé tập đếm chương trình thị ngẫu nhiên từ đến 10 đối tượng bé trả lời hình thức click vào số tương ứng số từ – 10 Kết hiển thị hình với nút quay lại để thực thay đổi số lượng đối tượng chơi Hình 4.8 Giao diện game Bé tập đếm 63 Hình 4.9 Minh họa kết game bé tập đếm * Giao diện thiết bị điện thoại Hình 4.10 Giao diện điện thoại Android 64 Hình 4.11 Giao diện bé game bé tập đếm điện thoại Hình 4.12 Giao diện kết Bé tập đếm điện thoại 4.4 Đánh giá Ứng dụng Để đánh giá hiệu ứng dụng, luận văn cho thử nghiệm khảo sát 65 nhiều mơi trường khác Đồng thời có so sánh với số ứng dụng có thị trường 4.4.1 Giới thiệu khảo sát giáo viên mầm non trường học Ứng dụng giới thiệu cho 100 giáo viên theo học lớp liên thông trường Đại học Đồng Nai sau giáo viên hồn tất phiếu khảo sát ý kiến việc ứng dụng có phù hợp với nội dung dạy học trường mầm non Đồng thời giới thiệu số ứng dụng tương đương bao gồm vườn thú ảo, zoo – AR để giáo viên có so sánh; kết quả: Bảng 4.1 Ý kiến phản hội giáo viên dạy học trường mầm non ứng dụng NỘI DUNG Nội dung hiển thị phù hợp với nội dung dạy học Nội dung tạo hứng thú cho trẻ dạy học Hiệu ứng thay đổi màu sắc giúp ích cho tiết hoạt động giáo viên Game bé tập đếm có hỗ trợ giáo viên việc dạy toán cho trẻ Đống ý Không Đồng ý Tỷ lệ 100 100% 86 14 86% 95 95% 75 25 75% Thông qua bảng 4.1, ta thấy ứng dụng phù hợp để trở thành công cụ hỗ trợ cho giáo viên mầm non, nhiều giáo viên cảm thấy thích thú với ứng dụng Tuy nhiên số giáo viên có ý kiến nên tạo thêm nhiều màu sắc để bé lựa chọn, màu sắc cịn q hạn chế Game dạy tốn cho bé ơn tập tốn lớp chưa giúp giáo viên dạy số cho trẻ Đồng thời, việc ứng dụng so với ứng dụng so sánh có điểm mạnh điểm yếu riêng: - Điểm mạnh: Phù hợp với lứa tuổi bậc tiểu học, giúp cho trẻ làm toán nhà, việc thay đổi màu sắc giúp cho trẻ hứng thú chơi - Điểm yếu: Giao diện không đẹp mắt, nhân vật chưa thật sinh động, số điện thoại không hiển thị nội dung tăng cường 66 4.4.2 Giới thiệu cho trẻ chơi học theo nhóm giáo viên dạy lớp Luận văn đem ứng dụng đến trường Mầm non Tân Mai trung tâm ngoại ngữ Anh Pháp Biên Hòa – Đồng Nai để khảo sát nội dung cho trẻ chơi theo nhóm giáo viên dạy lớp Đồng thời cho giáo viên dự để đánh giá tiết học so với tiết học trước Luận văn khảo sát 15 giáo viên trường Mầm non Tân Mai Bảng 4.2 Ý kiến phản hội giáo viên dạy lớp ứng dụng NỘI DUNG Nội dung hiển thị phù hợp với nội dung dạy học Nội dung tạo hứng thú cho trẻ dạy học Hiệu ứng thay đổi màu sắc giúp ích cho tiết hoạt động giáo viên Game bé tập đếm có hỗ trợ giáo viên việc dạy tốn cho trẻ Khả hoạt động nhóm trẻ phát huy Sự tương tác giáo viên trẻ hoạt động nâng cao Đống ý Không Đồng ý Tỷ lệ 14 93% 15 100% 47% 11 74% 15 100% 15 100% Thông qua bảng 4.2, ta thấy ứng dụng phù hợp để trở thành công cụ hỗ trợ cho giáo viên mầm non, số giáo viên cho việc sử dụng công cụ tốt, giúp cho giáo viên trẻ có tương tác qua lại với nhau, đồng thời phát huy tính tự lập hoạt động nhóm trẻ hoạt động chung Tuy nhiên, số giáo viên có ý kiến việc ứng dụng tốn nhiều kinh phí cần phải có thiết bị thơng minh để trẻ hoạt động nhóm Hay hình ảnh hiển thị chưa thật so với việc chiếu đoạn video 67 CHƯƠNG KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 5.1 NHỮNG KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC Về bản, luận văn đạt mục tiêu đề lúc ban đầu có thành định:  Khái quát tình hình nghiên cứu thực trạng sử dụng AR giáo dục giới Việt Nam  Đánh giá trạng ứng dụng công nghệ thông tin dạy học mầm non tỉnh Đồng Nai  Khái quát thực trạng lợi ích hình ảnh trực quan phát triển tư trẻ em theo độ tuổi  Nghiên cứu xây dựng phương pháp trực quan hình ảnh giúp cho sinh viên ứng dụng vào việc dạy học  Nghiên cứu xây dựng kỹ thuật Unity để xây dựng nên công cụ thay đổi màu sắc cho đối tượng game “Bé tập đếm” tích hợp vào ứng dụng  Hiểu, vận dụng kết hợp công nghệ nhận dạng hình ảnh kỹ thuật AR vào ứng dụng  Nắm khái niệm Android cách thức xây dựng ứng dụng android với công cụ phát triển Unity  Ứng dụng chương trình vào thực tế với nhiều môi trường khác 5.2 HƯỚNG PHÁT TRIỂN Bên cạnh kết đạt được, luận văn cịn có mặt hạn chế chưa giải hay đề cập tới, mục tiêu khóa luận Những điều tiếp tục khắc phục phát triển với hy vọng đưa hệ thống ứng dụng thực tiễn 68  Chưa đánh giá mức độ hiệu ứng dụng người dùng, dừng lại việc đánh giá trực tiếp  Chưa xây dựng hệ thống quản lý người dạy người học  Các đối tượng hạn chế số lượng hiệu ứng  Nền tảng Android có nhiều lợi thế, đáp ứng yêu cầu Tuy phát triển nhiều tảng di động khác mở rộng khả ứng dụng TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Augmented Reality Page, http://www.se.rit.edu/~jrv/research/ar/ [2] Rasslenda-Rass Rasalingam, Balakrishnan Muniandy, Rasslene Rass Rasalingam, “Exploring the Application of Augmented Reality Technology in Early Childhood Classroom in Malaysia”, IOSR Journal of Research & Method in Education (IOSR-JRME), volume 4, Issue Ver IV (Sep-Oct 2014), PP 33-40 [3] Antonia Cascales, David Pérez-López,Manuel Contero, “Study on Parent's Acceptance of the Augmented Reality Use for Preschool Education”, Procedia Computer Science, Volume 25, 2013, Pages 420-427 [4] Antonia Cascalesa, Isabel Lagunab, David Pérez-Lópezc, Pascual Peronac, Manuel Contero, “Augmented Reality for preschoolers: An experience around Natural Sciences educational contents”, Proceedings of the SPDECE-2012, Ninth Multidisciplinary symposium on the design and evaluation of digital content for education, p 113–122 Alicante, Spain, June 2012 [5] http://www.teachthought.com/the-future-of-learning/technology/32-augmentedreality-apps-for-the-classroom-from-edshelf/, cập nhật ngày 17 tháng 07 năm 2017 [6] J F Cadavieco, M de F Goulão, and A F Costales, “Using Augmented Reality and m-Learning to Optimize Students Performance in Higher Education”, Procedia - Soc Behav Sci., vol 46, pp 2970–2977, 2012 [7] C E M Luis, R C Mellado, and B A Díaz, “PBL Methodologies with Embedded Augmented Reality in Higher Maritime Education: Augmented Project Definitions for Chemistry Practices,” Procedia Comput Sci., vol 25, pp 402–405, 2013 [8] Á Di Serio, M B Ibáñez, and C D Kloos, “Impact of an augmented reality system on students’ motivation for a visual art course,” Comput Educ., vol 68, pp 586–596, Oct 2013 [9] P Sommerauer and O Müller, “Augmented reality in informal learning environments: A field experiment in a mathematics exhibition,” Comput Educ., vol 79, pp 59–68, Oct 2014 [10] Wei-Meng Lee, “Beginning Android™ Application Development”, Wiley Publishing Inc, 2011, pp 2-3 [11] https://tinhte.vn/threads/diy-tu-tao-ung-dung-tang-cuong-thuc-te-ao-tren- android-bang-unity-va-qualcomm-vuforia.2501124/ truy cập vào ngày 30 tháng 06 năm 2017 ... pháp thực 1.5 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài nghiên cứu CHƯƠNG THỰC TẠI TĂNG CƯỜNG TRONG GIÁO DỤC MẦM NON Giới thiệu Thực Tăng Cường 2.2 Ứng dụng Thực tăng cường. .. ĐẠI HỌC LẠC HỒNG *** DƯƠNG CẨM DIỆP ỨNG DỤNG THỰC TẠI TĂNG CƯỜNG TRONG VIỆC GIẢNG DẠY MẦM NON Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin Mã số: 60480201 Luận văn thạc sĩ Công Nghệ Thông Tin NGƯỜI HƯỚNG... mầm non 2.2.1 Thực trạng giáo dục mầm non 2.2.2 Ứng dụng AR giáo dục mầm non Trên Thế Giới 2.2.3 Ứng dụng thực tăng cường giáo dục mầm non Việt Nam 10 2.2.4 Ứng dụng Thực