LUẬN VĂN ĐH

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CẦN THƠ KHOA SƯ PHẠM BỘ MÔN SƯ PHẠM TOÁN HỌC LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP Chuyên ngành: SƯ PHẠM TIN HỌC THIẾT KẾ MƠ HÌNH NGƠI NHÀ THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN BẰNG GIỌNG NĨI THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM TRONG CUỘC CMCN 4.0 Sinh viên thực hiện: Trình Minh Tồn MSSV: B1610598 Ngành: Sư Phạm Tin Học Khóa: 42 CẦN THƠ, 5/2020 Luận văn tốt nghiệp Đại học LỜI CẢM ƠN o0o -Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ths Dương Bích Thảo, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ động viên suốt thời gian thực luận văn Chân thành cảm ơn Bộ môn Tin Học – Khoa Sư phạm – Trường Đại học Cần Thơ, tạo điều kiện cho thực đề tài Tôi xin gửi lời cám ơn bạn lớp Sư phạm Tin học K42 động viên, khích lệ giúp đỡ để tơi hồn thành đề tài Xin gửi lời cảm ơn đến gia đình quan tâm động viên vật chất lẫn tinh thần để tơi hồn thành luận văn Cần Thơ, ngày 19 tháng 05 năm 2020 Người viết luận văn Trình Minh Tồn SVTH: Trình Minh Tồn Luận văn tốt nghiệp Đại học LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam kết luận văn hoàn thành dựa kết nghiên cứu kết nghiên cứu chưa dùng cho luận văn cấp khác Cần Thơ, ngày 19 tháng 05 năm 2020 Người viết luận văn Trình Minh Tồn SVTH: Trình Minh Tồn Luận văn tốt nghiệp Đại học MỤC LỤC PHẦN MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục tiêu đề tài .1 Phạm vi đề tài Phương pháp nghiên cứu .1 Phương tiện nghiên cứu PHẦN NỘI DUNG .1 CHƯƠNG GIỚI THIỆU CHUNG 1.1 Các CMCN .1 1.1.1 Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 1.1.2 Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 1.1.3 Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 1.1.4 Cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 1.2 Tác động CMCN 4.0 tới giáo dục việt nam 1.3 Giáo dục STEM 1.3.1 Giáo dục STEM gì? .1 1.3.2 Vai trò, ý nghĩa giáo dục STEM 1.3.3 Thế mạnh giáo dục STEM 1.3.4 Các ngộ nhận STEM 1.3.4.1 Giáo dục STEM học lập trình lắp ráp robot 1.3.4.2 Giáo dục STEM làm tảng giáo dục xã hội nhân văn 1.3.4.3 Giáo dục STEM đòi hỏi đầu tư nhiều vào sở vật chất 1.3.4.4 Giáo dục STEM dạy học sinh trung học, không dạy trẻ mẫu giáo, tiểu học .1 1.3.4.5 Giáo dục STEM phù hợp với học sinh nam, không phù hợp với học sinh nữ .1 1.3.4.6 Các chương trình giáo dục bị xóa sổ STEM .1 1.3.5 Hoạt động để thiết kế giảng STEM .1 1.3.5.1 Hoạt động tìm hiểu thực tiễn, phát vấn đề 1.3.5.2 Hoạt động nghiên cứu kiến thức 1.3.5.3 Hoạt động giải vấn đề 1.3.6 Các tiêu chí xây dựng giảng STEM SVTH: Trình Minh Tồn Luận văn tốt nghiệp Đại học 1.3.6.1 Tiêu chí 1: Chủ đề học STEM tập trung vào vấn đề thực tiễn 1.3.6.2 Tiêu chí 2: Cấu trúc học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật 1.3.6.3 Tiêu chí 3: Phương pháp dạy học học STEM đưa học sinh vào hoạt động tìm tịi khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm sản phẩm 1.3.6.4 Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức học STEM lơi học sinh vào hoạt động nhóm kiến tạo 1.3.6.5 Tiêu chí 5: Nội dung học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học toán mà học sinh học 1.3.6.6 Tiêu chí 6: Tiến trình học STEM tính đến có nhiều đáp án coi thất bại phần cần thiết học tập 1.3.7 Quy trình thiết kế giảng STEM 1.3.7.1 Lựa chọn chủ đề học .1 1.3.7.2 Xác định vấn đề cần giải 1.3.7.3 Xây dựng tiêu chí thiết bị/giải pháp giải vấn đề 1.3.7.4 Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học .1 1.4 Chương trình phổ thơng giáo dục môn Tin học 1.4.1 Đặc điểm môn học Tin Học 1.4.2 Quan điểm xây dựng chương trình 1.4.2.1 Tính kế thừa phát triển 1.4.2.2 Tính khoa học, đại sư phạm 1.4.2.3 Tính thiết thực .1 1.4.2.4 Tính mở .1 CHƯƠNG DẠY HỌC STEM – ROBOTIC THƠNG QUA MƠ HÌNH NGƠI NHÀ THƠNG MINH ĐIỀU KHIỂN BẰNG SMARTFONE VÀ GIỌNG NÓI QUA TRỢ LÝ ẢO GOOGLE ASSISTANT 2.1 Thiết bị 2.1.1 Board Arduino UNO R3 2.1.1.1 Giới thiệu 2.1.1.2 Thông số kỹ thuật 2.1.1.3 Vi điều khiển .1 2.1.1.4 Năng lượng 2.1.1.5 Các chân lượng 2.1.1.6 Các lưu ý SVTH: Trình Minh Tồn Luận văn tốt nghiệp Đại học 2.1.1.7 Bộ nhớ 2.1.1.8 Các cổng ra/vào 2.1.2 Lập trình Arduino 2.1.3 Board wifi ESP8266 2.1.3.1 Thông số kĩ thuật 2.1.3.2 Một số ứng dụng sử dụng ESP8266 2.1.4 Cảm biến nhiệt độ & độ ẩm DHT-11 2.1.4.1 Giới thiệu 2.1.4.2 Thông số .1 2.1.4.3 Cách điều khiển 2.1.5 Động Sevor xanh SG90 2.1.5.1 Giới thiệu 2.1.5.2 Thông số kỹ thuật 2.1.6 Module Relay kênh 5v 2.1.6.1 Giới thiệu 2.1.6.2 Thông số kỹ thuật 2.1.7 Cảm biến Quang trở 2.1.7.1 Giới thiệu 2.1.7.2 Thông số kỷ thuật 2.1.8 Cảm biến thân nhiệt chuyển động HC-SG501 2.1.8.1 Giới thiệu 2.1.8.2 Thông số cảm biến chuyển động thân nhiệt PIR 2.2 Ngơn ngữ lập trình .1 2.2.1 Lập trình Arduino 2.2.1.1 Lịch sử hình thành Arduino 2.2.1.2 Cách cài đặt, nạp code board Arduino 2.2.1.3 Arduino IDE nạp code cho board wifi Arduini ESP8266 2.2.2 Blynk 2.2.2.1 Giới thiệu Blynk cài đặt 2.2.2.2 Hướng dẫn sử dụng app Blynk 2.2.3 Phần mềm trợ lý ảo Google Asisstant .1 2.2.3.1 Google Assistant gì? .1 2.2.3.2 Google Assistant đem lại tiện ích gì? .1 SVTH: Trình Minh Tồn Luận văn tốt nghiệp Đại học 2.2.3.3 Cách sử dụng Google Assistant 2.2.3.4 Các thiết bị hỗ trợ Google Assistant 2.2.4 Phần mềm IFTTT 2.2.4.1 Giới thiệu 2.2.4.2 Đăng nhập tài khoản 2.3 Tiến hành thiết kế mơ hình ngơi nhà thơng minh điều khiển Smartfone giọng nói qua trợ lý ảo Google Assistant 2.3.1 Mô tả mơ hình 2.3.2 Mơ hình đèn sân thông minh .1 2.3.2.1 Đo giá trị cường độ ánh sáng .1 2.3.2.2 Sơ đồ khối đèn sân thông minh Board UNU R3 2.3.2.3 Sơ đồ lắp ráp đèn sân thông minh 2.3.2.4 Lập trình Arduino .1 2.3.2.5 Thử nghiệm sản phẩm 2.3.3 Mô hình nhà thơng minh điều khiểu Blynk giọng nói Google Assistant 2.3.3.1 Sơ đồ khối nhà thông minh điều khiểu Blynk giọng nói Google Assistant 2.3.3.2 Sơ đồ lắp ráp nhà thông minh điều khiểu Blynk giọng nói Google Assistant .1 2.3.3.3 Lập trình Arduino .1 2.3.3.4 Lập trình Blynk 2.3.3.5 Lập trình IFTTT PHẦN KẾT LUẬN 1 Kết đạt đề tài 1.1 Hoàn thành sản phẩm 1.2 Vận hành Ưu điểm hạn chế đề tàI .1 2.1 Ưu điểm đề tài .1 2.2 Hạn chế đề tài Hướng phát triển đề tài TÀI LIỆU THAM KHẢO SVTH: Trình Minh Tồn Luận văn tốt nghiệp Đại học SVTH: Trình Minh Tồn Luận văn tốt nghiệp Đại học PHẦN MỞ ĐẦU LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Khơng Việt Nam mà nhiều nước phát triển khu vực giới phải đối mặt với thách thức lớn thiếu hụt lao động có trình độ cao kỹ chun nghiệp để đáp ứng nhu cầu đặt từ Cách mạng công nghiệp 4.0 Vấn đề đặt không với giáo dục Việt Nam mà giới làm để đào tạo nguồn nhân lực chất lượng cao để đáp ứng nhu cầu phát triển Nghiên cứu số ứng dụng kỷ nguyên công nghệ 4.0 Cách mạng công nghiệp (CMCN) 4.0 xu hướng tự động hóa trao đổi liệu cơng nghệ sản xuất Bản chất CMCN 4.0 dựa tảng cơng nghệ số tích hợp tất cơng nghệ thơng minh để tối ưu hóa quy trình, phương thức sản xuất; nhấn mạnh công nghệ có tác động lớn cơng nghệ in 3D, công nghệ sinh học, công nghệ vật liệu mới, cơng nghệ tự động hóa, người máy bao gồm hệ thống không gian mạng, internet vạn vật điện tốn đám mây “IoT” Qua đó, tạo nhà máy thơng minh với hệ thống máy móc tự kết nối với nhau, tự tổ chức quản lý Đây gọi cách mạng số Điều khác biệt CMCN 4.0 với cách mạng trước CMCN 4.0 khơng gắn với đời công nghệ cụ thể mà kết hội tụ nhiều công nghệ khác nhau, trọng tâm cơng nghệ nano, cơng nghệ sinh học công nghệ thông tin - truyền thông CMCN 4.0 bắt nguồn từ cách mạng lần thứ 3, kết hợp cơng nghệ lại với nhau, làm mờ ranh giới vật lý, kỹ thuật số sinh học Nền cơng nghiệp 4.0 có nhiều ứng dụng quan trọng khác nhau, cụ thể diễn lĩnh vực (cơng nghệ sinh học, kỹ thuật số vật lý) Những yếu tố cốt lõi kỹ thuật số CMCN 4.0 trí tuệ nhân tạo, vạn vật kết nối liệu lớn Thấy phát triển CMCN 4.0 nên giáo dục Việt Nam hình thành giáo dục STEM chương trình giáo dục phổ thơng để học sinh hướng đến hoạt động thực hành vận dụng kiến thức để tạo sản phẩm giải vấn đề thực tế sống Xuất phát từ vấn đề nên em chọn đề tài ” Thiết kế mơ hình ngơi nhà thơng minh điều khiển giọng nói theo định hướng giáo dục STEM CMCN 4.0” Đề tài nghiên cứu ứng dụng việc giáo dục STEM sản phầm hoàn thiện đáp ứng việc ứng dụng thực tiển CMCN 4.0 SVTH: Trình Minh Tồn Luận văn tốt nghiệp Đại học MỤC TIÊU ĐỀ TÀI Nghiên cứu tạo sản phẩm việc dạy học STEM đáp ứng cầu CMCN 4.0 mơ hình ngơi nhà thơng minh điều khiển giọng nói giúp cho người học STEM tích hợp kiến thức học ứng dụng vào đời sống giúp ích cho sống cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước PHẠM VI ĐỀ TÀI  Tìm hiểu giáo dục STEM  Nghiên cứu chuyên sâu vào Arduino điều khiển thiết bị qua wifi  Nghiên cứu app Blynk điều khiển thiết bị Arduino smartphone  Nghiên cứu giọng nói thơng qua trợ lý ảo Google Assistant  Nghiên cứu IFTTT phần mềm trung gian để kết hợp giọng nói Google Assistant với app Blynk điều khiển thiết bị Arduino wifi PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU  Tìm hiểu tổng hợp lý luận liên quan đến quan điểm dạy học theo định hướng giáo dục STEM  Nghiên cứu thiết bị kỹ thuật, cụ thể board Arduino wifi ESP8266, cảm biến nhiệt độ DHT11, cảm biến quang trở, cảm biến chuyển động hồng ngoại, Sevor, relay 5v  Nghiên cứu ngơn ngữ lập trình Arduino  Cách cài đặt để kết nối Blynk với GoogleAssistant  Wifi điều khiển thiết bị Arduino  Tìm hiểu nghiên cứu tài liệu tham khảo liên quan khác (sách, báo, tạp chí, internet ) PHƯƠNG TIỆN NGHIÊN CỨU  Các tài liệu giáo dục STEM CMCN 4.0, báo STEM nguồn Internet,…  Phần mềm lập trình Arduino, Board wifi ESP8266  App Blynk Smartphone  App Google Assistant Smartphone  Ứng dụng IFTTT máy tính  Phần mềm vẽ mạch Arduino, ngơn ngữ lập trình Arduino, máy tính,… SVTH: Trình Minh Tồn ... tơi hồn thành luận văn Cần Thơ, ngày 19 tháng 05 năm 2020 Người viết luận văn Trình Minh Tồn SVTH: Trình Minh Toàn Luận văn tốt nghiệp Đại học LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam kết luận văn hồn thành... nghiên cứu kết nghiên cứu chưa dùng cho luận văn cấp khác Cần Thơ, ngày 19 tháng 05 năm 2020 Người viết luận văn Trình Minh Tồn SVTH: Trình Minh Tồn Luận văn tốt nghiệp Đại học MỤC LỤC PHẦN MỞ.. .Luận văn tốt nghiệp Đại học LỜI CẢM ƠN o0o -Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Ths Dương Bích Thảo, người tận tình hướng dẫn, giúp đỡ động viên suốt thời gian thực luận văn Chân