CHỦ ĐỀ F-CS2. BÀI 1. MÔ PHỎNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG NHIỀU LĨNH VỰC
Trang bìa
Trang bìa
Ảnh
CHỦ ĐỀ F-CS2. BÀI 1. MÔ PHỎNG ĐƯỢC SỬ DỤNG TRONG NHIỀU LĨNH VỰC
Khởi động
Mục tiêu
Ảnh
Mục tiêu:
Nêu được một số lĩnh vực trong đời sống có sử dụng kĩ thuật mô phỏng. Nêu được một số vấn đề thực tế mà ở đó có thể cần dùng kĩ thật mô phỏng để giải quyết. Sử dụng được phần mềm mô phỏng 3D hệ mặt trời (Solar System 3D Simulator).
Khởi động
Ảnh
Theo em, vì sao mô phỏng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực? Gợi ý: Em có thể giải thích bằng ví dụ minh hoạ?
KHỞI ĐỘNG:
1. Mô phỏng và phần mềm mô phỏng
Kĩ thuật mô phỏng
Ảnh
Kĩ thuật mô phỏng:
+ Kĩ thuật mô phỏng (thường được gọi ngắn gọn là mô phỏng) là kĩ thuật tái tạo, bắt trước 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 hế thống cụ thể. Vì vậy, mô phỏng được sử dụng trong các điều hiện 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, hóa học, sinh học,...; hệ thống khoa học xã hội; hệ thống do con người xây dựng.
Tìm hiểu về mô phỏng
Ảnh
Tìm hiểu về mô phỏng:
+ Để khỏa sát, nghiên cứu một hiện tượng hay một hệ thống, con người mô hình hóa hệ thống đó bằng cách sử dụng các mô hình như: biểu đồ, công thức toán học hay các hình thức khác. Trong phạm vi môn tin học, ta sẽ chỉ đề cập tới việc sử dụng các công cụ tin học (bao gồm cả phần cứng và phần mềm) để tạo ra các mô hình mô phỏng dưới dạng các phần mềm mô phỏng. + Có những phần mềm mô phỏng không yêu cầu cung cấp dữ liệu đầu vào. Phần mềm Solar System 3D Simulator; mô phỏng chuyển động các hành tinh trong hệ mặt trời.
Hình 1
Ảnh
Ảnh
2. Phần mềm mô phỏng trong một số lĩnh vực
Câu hỏi 1
Ảnh
Câu hỏi 1: Hãy kể tên một số phần mềm mô phỏng mà em đã từng sử dụng trong học tập cùng với kiến thức hay kỹ năng mà em nhận được từ đó?
Trả lời: Phần mềm mô phỏng em đã sử dụng trong học tập: 1. PhET Interactive Simulations. 2. Tinkercad. 3. Google Earth. 4. Geogebra.
a. Phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực giáo dục và đào tạo
Ảnh
a. Phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực giáo dục và đào tạo:
+ Thực hiện thí nghiệm là điều kiện không thể thiếu được trong 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 Simmulations (https://phet.colorado.edu) thay thế được cho nhiều thí nghiệm thật ở các môn Toán, Vật lí, Hóa học, Khoa học trái đất và sinh học (Hình 2).
Hình 2
Ảnh
Ảnh
b. Phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực y tế
Ảnh
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. Có loại mô phỏng giúp bác sĩ luyện tập các kĩ nưng trong môi trường ảo an toàn và được kiểm soát. Có loại được sử dụng để giả lập các kịch bản điều trị và hướng dẫn sử dụng thuốc, thiết bị y tế hoặc thực hiện các công việc tự chăm sóc. + 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.
c. Phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực quân sự
Ảnh
c. Phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực quân sự:
+ Phần mềm mô phỏng là một công cụ hữu ích phục vụ đào tạo trong lĩnh vực quân sự. Các phần mềm mô phỏng tạo ra môi trường ảo huấn luyện binh sĩ trong nhiều tình huống khác nhau như huấn luyện sử dụng vũ khí, huấn luyện lái máy bay, lái ô tô (Hình 3),... Có những phần mềm giúp mô phỏng vũ khí và kĩ thuật quân sự, chúng được dùng để kiểm tra hiệu quả và tính năng của các loại vũ khí, hệ thống ra-đa, hệ thống liên lạc hay các công nghệ quân sự khác. + Để phân tích, đánh giá các tình huống, các chiến lược quân sự khác nhau. Phần mềm mô phỏng cũng có thể được sử dụng để tìm phương án tối ưu.
Hình 3
Ảnh
Ảnh
d. Phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực sản xuất
Ảnh
d. Phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực sản xuất:
+ Trong sản xuất, các phần mềm mô phỏng đem lại nhiều lợi ích quan trọng như: tối ưu hóa quy trình sản xuất, giúp thiết kế sản phẩm, đào tạo nhân viên,... Việc thử nghiệm bằng mô phỏng cho ta kết quả nhanh hơn so với thử nghiệm trên hệ thống thực, đây là một trong những lợi ích mà mô phỏng đem lại. Chẳng hạn, phần mềm SolidWorks mô phỏng kỹ thuật cơ học, được sử dụng rộng rãi để đánh giá các thiết kế sản phẩm, cải thiện chất lượng và tính năng sản phẩm trước khi sản xuất hàng loạt.
e. Phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực giải trí
Ảnh
e. Phần mềm mô phỏng trong lĩnh vực giải trí:
+ Mô phỏng trong giải trí xuất hiện ở nhiều ngành công nghiệp lớn và phổ biến như: phim ảnh, truyền hình, trò chơi điện tử và một số trò chơi trong công viên giải trí. + Trò chơi mô phỏng đầu tiên được tạo ra vào năm 1947, chỉ đơn giản là mô phỏng một tên lửa bắn vào mục tiêu. Đường cong và tốc độ của tên lửa có thể được điều chỉnh bằng một số nút bấm. Ngày nay, hàng triệu người trên khắp thế giới chơi các trò chơi mô phỏng trên máy tính như World of Warcraft.
Câu hỏi 2
Ảnh
Câu hỏi 2: Theo em, các phần mềm trò chơi có sử dụng kĩ thuật mô phỏng hay không? Giải thích theo ý kiến của em?
Trả lời: Theo em, các phần mềm trò chơi có sử dụng kỹ thuật mô phỏng. Lý do: + Mô phỏng môi trường: Các trò chơi thường mô phỏng một môi trường ảo, nơi người chơi có thể tương tác với các vật thể và nhân vật. + Mô phỏng vật lý: Các trò chơi thường mô phỏng các quy luật vật lý, chẳng hạn như trọng lực, va chạm và chuyển động. + Mô phỏng hành vi: Các trò chơi thường mô phỏng hành vi của các nhân vật, chẳng hạn như NPC (nhân vật không phải người chơi) và các động vật. + Mô phỏng trí tuệ nhân tạo: Các trò chơi thường sử dụng trí tuệ nhân tạo để điều khiển các NPC và tạo ra các thử thách cho người chơi.
Hình 4
Ảnh
Ảnh
3. Thực hành sử dụng phần mềm mô phỏng 3D hệ mặt trời
Yêu cầu
Ảnh
Yêu cầu:
+ Phần mềm mô phỏng Solar System 3D Simulator giúp người dùng quan sát các hành tinh trong hệ mặt trời và khám phá thêm thông tin về hệ mặt trời (Hình 5).
Ảnh
Tìm hiểu về phần mềm
Ảnh
Tìm hiểu về phần mềm:
Hãy tìm hiểu phần mềm Solar System 3D Simulator để trả lời các câu hỏi và yêu cầu sau: (1) Hệ mặt trời gồm bao nhiêu hành tinh và đó là những hành tinh nào (tên tiếng anh và tên tiếng việt)? (2) Hãy chọn ba hành tinh và cho biết một số thông tin về mỗi hành tinh đó (đường kính, quỹ đạo,,,,). (3) Hành tinh nào gần mặt trời nhất? Hành tinh nào xa mặt trời nhất? (4) Quỹ đạo của hành tinh nào dài nhất? (5) Hành tinh nào có nhiều vệ tinh quay xung quanh nhất? (6) Hãy dùng phần mềm để giải thích hiện tượng nguyệt thực. (7) Hãy dùng phần mềm để giải thích hiện tượng nhật thực. (8) Làm thế nào để xác định một vùng trên trái đất đang là ban ngày hay ban đêm? (9) Theo em, phần mềm mô phỏng này đem lại lợi ích gì và có thể dùng trong nhữn lĩnh vực nào.
Hướng dẫn thực hiện
Ảnh
Hướng dẫn thực hiện:
+ Bước 1. Kích hoạt biểu tượng phần mềm Solar System 3D Simulator (Hình 6). Nếu chưa có phần mềm này trên máy tính thì cần tải từ Internet xuống và cài đặt (đây là phần mềm miễn phí).
Ảnh
- Tiếp
Ảnh
Hướng dẫn thực hiện (tiếp):
+ Bước 2. Khám phá bảng điều khiển (Hình 7).
Ảnh
Luyện tập
Bài 1
Ảnh
Câu hỏi: Giải thích sơ lược vì sao mô phỏng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực?
Trả lời: Lý do mô phỏng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực: + Tiết kiệm chi phí và thời gian: Thử nghiệm ý tưởng, thiết kế và quy trình mới mà không cần thực hiện trong thực tế. + Tăng cường an toàn: Đánh giá rủi ro và nguy hiểm trước khi thực hiện một hoạt động nào đó. + Cải thiện hiệu quả: Tối ưu hóa các quy trình và hệ thống. + Tăng cường khả năng tiếp cận: Cho phép mọi người trải nghiệm những thứ mà họ không thể trải nghiệm trong thực tế. + Thúc đẩy đổi mới: Thử nghiệm các ý tưởng mới và sáng tạo mà không cần phải lo lắng về rủi ro thất bại.
Bài 2
Ảnh
Câu hỏi: Câu 2: Em hãy lấy ví dụ kèm theo lập luận để minh hoạ cho các phát biểu sau: a) Trong lĩnh vực sản xuất, sử dụng phần mềm mô phỏng có thể tiết kiệm được chi phí và thời gian. b) Trong lĩnh vực y tế và quân sự, sử dụng phần mềm mô phỏng có thể tránh được những rủi ro?
Trả lời: a) Tiết kiệm chi phí và thời gian trong lĩnh vực sản xuất: Ví dụ: Ngành công nghiệp ô tô: + Trước đây: Các nhà sản xuất phải chế tạo nhiều nguyên mẫu xe để thử nghiệm thiết kế, khí động học, hiệu suất động cơ, v.v. Quá trình này tốn kém và mất nhiều thời gian. + Hiện nay: Các nhà sản xuất sử dụng phần mềm mô phỏng để thử nghiệm các yếu tố này trong môi trường ảo. Việc này giúp họ tiết kiệm chi phí nguyên mẫu, rút ngắn thời gian phát triển sản phẩm và đưa ra thị trường những mẫu xe mới nhanh hơn.
Trả lời
Ảnh
Trả lời: b) Tránh rủi ro trong lĩnh vực y tế và quân sự: Ví dụ: Ngành y tế: + Trước đây: Sinh viên y khoa phải thực hành phẫu thuật trên động vật hoặc thi thể người. + Hiện nay: Sinh viên có thể sử dụng phần mềm mô phỏng để thực hành phẫu thuật trong môi trường ảo. Việc này giúp họ nâng cao kỹ năng phẫu thuật mà không gây nguy hiểm cho bệnh nhân. + Trước đây: Phi công phải thực hành bay trong điều kiện thực tế, tiềm ẩn nhiều rủi ro. + Hiện nay: Phi công có thể sử dụng phần mềm mô phỏng để huấn luyện bay trong môi trường ảo. Việc này giúp họ nâng cao kỹ năng bay và xử lý các tình huống khẩn cấp mà không gặp nguy hiểm.
Bài tập ứng dụng
Bài tập vận dụng
Ảnh
Câu hỏi: Em hãy chọn thực hiện một mô phỏng thuộc chủ đề hoá học trong trang web https://phet.colorado.edu/vi/ và cho biết mục đích của mô phỏng đó.?
Trả lời: Mô phỏng: "Sự tan chảy và đông đặc" Mục đích: + Hiểu các nguyên tắc cơ bản của sự tan chảy và đông đặc. + Quan sát và so sánh sự tan chảy của các chất rắn khác nhau. + Xác định nhiệt độ nóng chảy và nhiệt độ đông đặc của một chất. + Phân tích ảnh hưởng của các yếu tố khác nhau đến quá trình tan chảy và đông đặc.
Bài học
Tóm tắt bài học
Ảnh
Tóm tắt bài học:
+ Mô phòng bằng máy tính là dùng công cụ phần cứng và phần mềm để tái tạo, biểu diễn hoặc bắt chước một hiện tượng, một quá trình hay một hệ thống. + Mô phỏng được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như: giáo dục và đào tạo, y tế, sản xuất, quân sự, giải trí. + Một số lợi ích chính mà việc sử dụng phần mềm mô phỏng có thể đem lại là: hiệu quả về chi phí, hiệu quả về thời gian thử nghiệm một hệ thống, giảm thiểu rủi ro, quan sát được hệ thống trong các điều kiện khác nhau.
Cảm ơn
Thank you
Ảnh