Giáo án Khoa học máy tính 12 Cánh diều bài 1: Mô phỏng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực

Hãy kể tên một vài phần mềm mô phỏng mà em biết. Theo em, vì sao mô phỏng được dùng trong nhiều lĩnh vực?

HOẠT ĐỘNG CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ:

- GV chia lớp thành các nhóm 3 – 4 HS, yêu cầu các nhóm thảo luận và trả lời các câu hỏi:

+ Kĩ thuật mô phỏng là gì?

+ Mục tiêu thực hiện mô phỏng là gì? Có thể mô phỏng những gì?

+ Mô phỏng có phải là một cách thể hiện mô hình của một hệ thống không? + Có những loại mô hình nào thường được dùng để nghiên cứu một hiện tượng, một hệ thống? 

+ Có phải phần mềm mô phỏng nào cũng cần được cung cấp dữ liệu đầu vào hay không? Việc chạy phần mềm mô phỏng với các bộ dữ liệu đầu vào khác nhau đem lại lợi ích gì? 

+ Có phải mô phỏng nào cũng yêu cầu thể hiện chính xác hoàn toàn với hệ thống thực tế mà nó mô tả không?

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập:  

- HS tìm hiểu nội dung mục 1 SGK tr.150 – 151 và thảo luận theo nhóm thực hiện nhiệm vụ. 

- GV quan sát, theo dõi và hỗ trợ HS khi cần thiết.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động, thảo luận: 

- Đại diện các nhóm HS trình bày kết quả thảo luận.

- Các nhóm khác đưa ra ý kiến nhận xét.

Bước 4: Đánh giá kết quả thực hiện: 

- GV nêu nhận xét, chính xác hoá lại các nội dung trả lời của HS.

1. Mô phỏng và phần mềm mô phỏng

- Kĩ thuật mô phỏng (thường được gọi ngắn gọn là  mô phỏng) là kĩ thuật tái tạo, bắt chước hoạt động của một quá trình hoặc hệ thống, thể hiện hoạt động của nó theo thời gian. 

- Mục tiêu thực hiện mô phỏng là để hiểu rõ hơn về một hiện tượng hoặc một hệ thống cụ thể. 

Mô phỏng được sử dụng trong các điều kiện thử nghiệm nhằm phục vụ nghiên cứu hoặc giảng dạy. Hệ thống được mô phỏng có thể là: 

• Hệ thống tự nhiên trong vật lí, hoá học, sinh học,…

• Hệ thống khoa học xã hội.

• Hệ thống do con người xây dựng.

…

- Để khảo sát, nghiên cứu một hiện tượng hay một hệ thống, con người mô hình hoá hệ thống đó bằng cách sử dụng các mô hình như: biểu đồ, công thức toán học hay các hình thức khác. 

- Dữ liệu đầu vào:

• Có những phần mềm mô phỏng không yêu cầu cung cấp dữ liệu đầu vào. 

Ví dụ: Phần mềm Solar System 3D Simulator, mô phỏng chuyển động của các hành tinh trong Hệ Mặt Trời. 

• Có những phần mềm mô phỏng cần được cung cấp dữ liệu đầu vào, các điều kiện khởi đầu của hệ thống. 

• Thực hiện phần mềm mô phỏng với các tham số đầu vào khác nhau sẽ cho ta thử nghiệm các tình huống và kịch bản khác nhau. 

Ví dụ: Phần mềm mô phỏng hoạt động của con lắc lò xo (trang https://phet.
colorado.edu/) cho ta thay đổi dữ liệu đầu vào (chẳng hạn, khối lượng vật treo) để quan sát sự thay đổi tương ứng trong chuyển động của con lắc đó.

- Những năm gần đây, công nghệ thực tế ảo – Virtual Reality (VR) đang ngày một phát triển mạnh mẽ. Công nghệ thực tế ảo mô tả một môi trường được mô phỏng bằng phần mềm chuyên dụng. Khi sử dụng kính 3D, ta sẽ nhìn thấy một không gian như thật, tương tác với môi trường này như với không thật. 

Hình 1. Sử dụng kính 3D quan sát

 mô phỏng thực tế ảo

- Những mô phỏng khác nhau có độ chính xác khác nhau, nói cách khác đó là độ giống với quá trình hay hệ thống trong đời thực, nguyên gốc của sự mô tả. 

• Tuỳ theo trường hợp cụ thể và mục tiêu mô phỏng mà một độ chính xác nào đó được chấp nhận. 

• Khi thực hiện mô phỏng, người làm mô phỏng muốn người dùng có cảm giác hệ thống ảo càng giống với hệ thống thực càng tốt.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: GV chuyển giao nhiệm vụ:

- GV yêu cầu HS làm việc nhóm, thực hiện Hoạt động 1 SGK tr.151:

Hãy kể một số phần mềm mô phỏng mà em đã từng sử dụng trong học tập cùng với kiến thức hay kĩ năng mà em thu nhận được từ đó.

- GV phân công mỗi nhóm tìm hiểu việc sử dụng phần mềm mô phỏng trong mỗi lĩnh vực theo các ý sau:

a) Phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực giáo dục và đào tạo

+ Ví dụ một số phần mềm mô phỏng.

+ Lợi ích của phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực giáo dục và đào tạo.

+ Phần mềm mô phỏng không chỉ là thí nghiệm ảo mà còn ở nhiều dạng khác.

b) Phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực y tế

+ Những phần mềm mô phỏng với độ chính xác rất cao.

+ Lợi ích của phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực y tế.

c) Phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực quân sự

+ Lợi ích của phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực quân sự.

d) Phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực sản xuất

+ Lợi ích của phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực sản xuất.

e) Phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực giải trí

+ Hoạt động 2: Theo em, các phần mềm trò chơi có sử dụng kĩ thuật mô phỏng hay không? Giải thích ý kiến của em.

+ Sự phổ biến của mô phỏng trong giải trí.

+ Ví dụ và thành tựu của phần mềm mô phỏng trong giải trí.

Bước 2: HS thực hiện nhiệm vụ học tập:  

- HS tìm hiểu nội dung mục 2 SGK tr.151 – 154  và và thảo luận theo nhóm thực hiện nhiệm vụ. 

- GV quan sát, theo dõi và hỗ trợ HS khi cần thiết.

Bước 3: Báo cáo kết quả hoạt động, thảo luận: 

- Đại diện các nhóm HS trình bày kết quả thảo luận.

- Các nhóm khác đưa ra ý kiến nhận xét.

Hướng dẫn thực hiện Hoạt động 1 SGK tr.151:

Một số phần mềm mô phỏng:

+ PhET Interactive Simulations: 

• Môn học: Vật lý, Hóa học, Sinh học, Khoa học Trái đất. 

• Kiến thức/Kỹ năng: 

• Hiểu các khái niệm khoa học một cách trực quan. 

• Tự mình thực hiện các thí nghiệm và quan sát kết quả. 

• Phát triển tư duy logic và khả năng giải quyết vấn đề.

+ Google Earth: 

• Môn học: Địa lý, Khoa học Trái đất. 

• Kiến thức/Kỹ năng: 

• Khám phá các địa điểm khác nhau trên thế giới. 

• Tìm hiểu về các đặc điểm địa lý và văn hóa của các quốc gia. 

• Phát triển tư duy địa lý và khả năng nghiên cứu. 

+ Geogebra:  

• Môn học: Toán học. 

• Kiến thức/Kỹ năng: 

• Vẽ đồ thị và biểu diễn các hàm số. 

• Giải các bài toán hình học một cách trực quan. 

• Phát triển tư duy logic và khả năng giải quyết vấn đề.

Hướng dẫn thực hiện Hoạt động 2 SGK tr.153: 

...........................................

2. Phần mềm mô phỏng trong một số lĩnh vực

a) Phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực giáo dục và đào tạo

- Có thể dùng phần mềm mô phỏng để làm thí nghiệm ảo thay cho thực hiện thí nghiệm thật. 

Ví dụ: 

• Những thí nghiệm ảo ở trang web PhET Interactive Simulations (https://phet.
  colorado.edu/)  thay thế được cho nhiều thí nghiệm thật ở các môn Toán, Vật lí, Hoá học, Khoa học Trái Đất và Sinh học.

Hình 2. Một phần giao diện của 

PhET Interactive Simulations

• Trang web Labster (https://www.labster.
  com/) cung cấp môi trường thực tế ảo để người học có thể thực hiện các thí nghiệm về Vật lí, Hoá học và Sinh học mà không cần đến phòng thí nghiệm thực tế. 

Một phần giao diện của Labster

- Lợi ích: 

• Dùng phần mềm mô phỏng làm thí nghiệm giúp giảm chi phí; người học có thể xem, nghiên cứu những hiện tượng không quan sát trực tiếp được. 

• Mô phỏng có tương tác giúp người học hứng thú và hỗ trợ tìm hiểu theo khả năng cá nhân.

• Đặc biệt, người học có thể mắc lỗi khi thực hiện thí nghiệm nhưng không phải gánh chịu hậu quả nghiêm trọng như khi làm thí nghiệm thực tế. 

Ví dụ: Nếu làm thí nghiệm về hiện tượng chập mạch điện trên hệ thống thật có thể gây cháy nổ, hoả hoạn rất nghiêm trọng, thí nghiệm ảo sẽ giúp tránh được điều đó. 

- Có những phần mềm mô phỏng dưới dạng trò chơi, giúp người chơi học được những kiến thức về Lịch sử, Địa lí. 

Ví dụ: 

• Sphinx là một trò chơi mô phỏng trực tuyến giúp người chơi tìm hiểu về văn hoá và lịch sử Ai Cập cổ đại. 

• Phần mềm Microsoft Flight Simulator cho người chơi khám phá một bản đồ số hoá của thế giới với cảnh quan và địa hình được mô tả tinh xảo.

b) Phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực y tế 

- Nhiều phần mềm mô phỏng được sử dụng rộng rãi trong lĩnh vực y tế:

• Mô phỏng giúp bác sĩ luyện tập các kĩ năng trong môi trường ảo an toàn và được kiểm soát. 

• Mô phỏng giả lập các kịch bản điều trị và hướng dẫn bệnh nhân sử dụng thuốc, thiết bị y tế hoặc thực hiện các công việc tự chăm sóc. 

- Lợi ích: Phần mềm mô phỏng không chỉ được sử dụng để đào tạo nhân viên y tế hay hướng dẫn bệnh nhân mà còn được dùng để hỗ trợ nghiên cứu và phát triển sản phẩm y tế. 

Ví dụ: 

• Phần mềm SimSurgery mô phỏng chính xác các cơ quan nội tạng người, được dùng để huấn luyện phẫu thuật nội soi.

• Phần mềm ANSYS Medical Simulation mô hình hoá quá trình sinh học, mô tả tương tác giữa cơ thể người với thiết bị y tế, được dùng để nghiên cứu và phát triển các sản phẩm y tế.

…

c) Phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực quân sự 

...........................................