CHƯƠNG TRÌNH KC 01 ĐỀ TÀI MÃ SỐ KC 01-14 & ĐỀ TÀI THUỘC CHƯƠNG TRÌNH KHCN CẤP NHÀ NƯỚC KC 01 MÃ SỐ KC 01.14 NGHIÊN CỨU PHÁT TRI ỂN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ ĐA PHƯƠNG TIỆN BÁO CÁO NHÁNH: Báo cáo tham luận hội thảo “ Ứng dụng công nghệ Multimedia trong giáo dục đào tạo” 6352-13 20/4/2007 HÀ NỘI, 4/2005 Đề tài KC01-14 Viện công nghệ thông tin – ĐHQGHN TÀI LIỆU: Báo cáo tham luận hội thảo “ Ứng dụng công nghệ Multimedia trong giáo dục đào tạo” Hà nội 3/2005 1 DANH SÁCH CÁC BÁO CÁO CỦA CHƯƠNG TRÌNH HỘI THẢO “ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MULTIMEDIA TRONG GIÁO DỤC ĐÀO TẠO” 1. Một số vấn đề trong xây dựng các thí nghiệm ảo Vật lí, Hoá học, Sinh học 2. Triển khai dạy thí điểm các thí nghiệm ảo Vật lí - Những kết quả bước đầu 3. Triển khai dạy thí điểm các thí nghiệm ảo Sinh học - Những kết quả bước đầu 4. So sánh đánh giá một số công cụ xây dựng dữ liệu multimedia 5. Các phương pháp tạo ánh sáng trong thí nghiệm ảo 6. Một số modul điều khiển tương tác với Lingo 7. Quy trình tạo các đối tượng 3 chiều bằng phần mềm 3DS Max 8. Phương pháp tạo chất liệu thuỷ tinh cho các dụng cụ trong thí nghiệm hoá học. Trang 2 12 16 19 30 39 49 61 2 “MỘT SỐ VẤN ĐỀ TRONG XÂY DỰNG CÁC THÍ NGHIỆM ẢO VẬT LÍ, HOÁ HỌC, SINH HỌC” Nguyễn Đình Hoá Viện Công nghệ thông tin - Đại học quốc gia Hà nội Mục tiêu và nhiệm vụ Đề tài cấp nhà nước “Nghiên cứu phát triển ứng dụng công nghệ đa phương tiện” mã số KC.01–14 do Viện CNTT-ĐHQG HN là cơ quan chủ trì đề tài và PGS. TSKH. Nguyễn Cát Hồ làm chủ nhiệm. Đề tài có 3 nhánh nghiên cứu tương ứng trong 3 lĩnh vực y tế, văn hoá và giáo dục đào tạo. Nhánh đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ đa phương tiện trong lĩnh vực giáo dục đào tạo có nhiệm vụ nghiên cứu xây dựng phần mềm đa phương tiện mô phỏng các thí nghiệm ảo phục vụ giảng dạy một số môn học trong nhà trường phổ thông và nghiên cứu các công cụ hỗ trợ. Các nội dung nghiên cứu cụ thể bao gồm Xây dựng 24 thí nghiệm ảo chọn lọc từ trong chương trình các môn học Vật lí, Hoá học, Sinh học ỏ cấp phổ thông trung học. Xây dựng kho dữ liệu các yếu tố đồ họa số hóa cơ bản (tĩnh và video) phục vụ cho việc phát triển các thí nghiệm mô phỏng. Tổ chức thực hiện việc thực nghiệm sư phạm và kiểm nghiệm để chứng minh tính hiệu quả của phương thức thực nghiệm ảo trong thực tế giảng dạy ở trường phổ thông trung học Việc thực hiện nhánh đề tài này do hai nhóm chuyên môn đảm nhiệm 1- Nhóm thứ nhấ t là một tập thể các nhà sư phạm thuộc Viện Khoa học giáo dục do PGS.TS. Vũ Trọng Rĩ phụ trách. Nhóm này chịu trách nhiệm lựa chọn các bài thí nghiệm, viết kịch bản các thí nghiệm và xúc tiến giảng dạy thí điểm. 2- Thứ hai là nhóm công nghệ Multimedia thuộc Viện CNTT- ĐHQG HN gồm các cán bộ chuyên ngành công nghệ thông tin, chịu trách nhiệm xây dựng phần mềm mô 3 phỏng các thí nghiệm theo kịch bản được lựa chọn, đồng thời nghiên cứu quy trình xây dựng thí nghiệm ảo. Báo cáo này trình bày quá trình nghiên cứu của nhóm thứ 2, nhóm chuyên viên CNTT về multimedia thuộc Viện CNTT-ĐHQG HN. Báo cáo sẽ trình bày những khó khăn thách thức khi thực hiện nhiệm vụ của đề tài, các bước chuẩn bị và tiến hành nghiên cứu, và các kết quả đạt được. Mục tiêu đặt ra cho nhánh đề tài: Tổng số thí nghiệm ảo cần xây dựng: 24, trong đó 8 thí nghiệm về Vật lí, 8 thí nghiệm về Hoá học, 8 thí nghiệm về Sinh học. Các sản phẩm khoa học, cụ thể là các phần mềm thí nghiệm ảo dùng trong giảng dạy phải bảo đảm các đòi hỏi về chất lượng, có tính khoa học, tính sư phạm, tính thẩm mỹ cao. Một cách chi tiết có thể nêu các yêu cầu cụ thể như dưới đây Về thể hiện nội dung: đảm bảo tính sư phạm, trình bày được bản chất vấn đề; tính chân thật, đúng đắn, gần hiện thực. Về kĩ thuật: khai thác tối đa sức mạnh của công nghệ đa phương tiện kết hợp chữ viết, hình ảnh, chuyển động, âm thanh để diễn tả trực quan. Tính tương tác cao để giáo viên và học sinh thực hành trên máy tính. Giao diện người dùng thân thiện, dễ sử dụng. Về mỹ thuật: Hài hoà về hình khối, màu sắc, đẹp mắt và hấp dẫn. Về công nghệ: sử dụng các công nghệ tiên tiến đã được chuẩn hoá. Sử dụng đồ hoạ 3D để tăng tính trực quan và chân thật, làm nổi bật ưu điểm và hiệu quả của công nghệ đa phương tiện. Các vấn đề kĩ thuật công nghệ Mô hình thí nghiệm ảo Trước hết cần quan niệm đúng đắn thế nào là thí nghiệm ảo. Thí nghiệm ảo không phải là một đoạn hoạt hình hay vi deo tường thuật lại minh hoạ quá trình tiến hành thí nghiệm. 4 Mỗi thí nghiệm ảo là một phần mềm đa phương tiện hoàn chỉnh, tích hợp nhiều loại dữ liệu như văn bản, hình ảnh, âm thanh, video. Các thí nghiệm ảo phải có khả năng tương tác cao. Giáo viên và học sinh thực sự có thể “làm thí nghiệm” như trước một bàn thí nghiệm. Các đối tượng trong cho phép người sử dụng trực tiếp điều khiển. Giáo viên có thể sử dụng chuột để chọn lấy các dụng cụ thí nghiệm trên giá, thực hiện thao tác từng bước theo kịch bản đề ra, nhịp độ có thể nhanh hay chậm tuỳ ý, có thể làm lại thao tác. Bản thân mỗi thí nghiệm ảo là một chuỗi các thao tác phức tạp, gồm nhiều cảnh khác nhau. Có những thí nghiệm đòi hỏi xử lí có phần “thông minh”, có nhiều khả năng lựa chọn khác nhau đưa đến các tình huống khác nhau. Một ví dụ thí là thí nghiệm về đo dòng điện. Các cách lắp đặt nguồn điện, thiết bị đo và nối dây khác nhau có thể đưa đến tình huống đúng hoặc sai, sai từ lỗi nhẹ đến lỗi có hậu quả nghiêm trọng (gây cháy nổ). Tính đa dạng của các thí nghiệm Do đặc thù của các môn học Vật lí, Hoá học, Sinh học về các lĩnh vực rất khác nhau nên sản phầm thí nghiệm ảo cũng phong phú và đa dạng. Các thí nghiệm Vật lý yêu cầu tính chính xác về hình khối, đảm bảo tỷ lệ về kích thước, chính xác các chuyển động, công thức tính toán đúng đắn. Các thí nghiệm Hoá học đòi hỏi phải mô tả trung thành các phản ứng hoá học, do đó yêu cầu chính xác về màu sắc: màu của các hoá chất, của lửa cháy, khói bốc lên; yêu cầu chính xác về hình dạng: các dạng kết tủa khác nhau, dạng mây, dạng hạt, khuyếch tán… Môn Sinh học yêu cầu nhiều hình vẽ giải phẫu học phức tạp, các quá trình mô phỏng hoạt động của các cơ quan nội tạng, các quá trình sinh học khó diến tả trực quan và cũng khó thực hiện tương tác. Phương pháp nghiên cứu và phát triển sản phẩm Để tiến hành một đề tài nghiên cứu khoa học thành công cần phải có phương pháp nghiên cứu đúng đắn. Sau khi đã xác định được những vấn đề kĩ thuật công nghệ phức tạp như nêu trên, cần có phương pháp đúng đắn để giải quyết. 5 Trước hết, cần tìm hiểu các công nghệ liên quan, so sánh đánh giá các tính năng và lựa chọn công nghệ phù hợp nhất. Nghiên cứu phát triển sản phẩm trên cơ sở công nghệ và kỹ thuật hiện đại, tuân theo các chuẩn mới. Nghiên cứu các sản phẩm đa phương tiện cùng loại đã có, nghiên cứu để nắm được phương pháp phát triển, tìm ra các ưu điểm nhược điểm, rút kinh nghiệm vận dụng vào sản phẩm của mình. Nghiên cứu nắm vững nội dung khoa học và sư phạm của mỗi thí nghiệm để có thể trình bày được bản chất vấn đề, đảm bảo chân thật, sát với hiện thực. Tìm hiểu thực tế các phòng thí nghiệm, công cụ thí nghiệm, việc giảng dạy thực hành thí nghiệm ở nhà trường Làm thử sản phẩm, rút kinh nghiệm trên cơ sở bản mẫu trực quan, xây dựng quy trình chuẩn hoá dần từng bước. Tìm hiểu công nghệ và lựa chọn công cụ phát triển Việc xây dựng sản phẩm multimedia yêu cầu tích hợp rất nhiều loại dữ liệu như văn bản, hình ảnh, âm thanh, video. Đồng thời trong các sản phẩm multimedia phải có các tương tác theo kịch bản. Nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu các công cụ làm đồ hoạ 2 chiều, 3 chiều, các công cụ biên tập, tìm hiểu ngôn ngữ lập trình Lingo dành riêng để phát triển tương tác trong các sản phẩm đa phương tiện Các công cụ làm đồ hoạ 2 chiều Hiện nay trên thị trường có rất nhiều công cụ xây dựng đồ hoạ 2 chiều. Chúng rất đa dạng và phong phú. Có những phần mềm có đầy đủ các chức năng, cững có những phần mềm chỉ có một vài chức năng. Dưới đây là danh sách các phần mền đồ hoạ 2 chiều: Photoshop, Paint Shop Pro, QuarkXpress, Corel KnockOut, Illustrator, Eye Candy, Photoshop Elements, Freehand, Canvas, Photosuit, Nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu 4 công cụ chính, đó là Adobe PHOTOSHOP Paint Shop Pro QuarkXpress 6 Corel KNOCKOUT So sánh các công cụ xử lý Video Nhóm nghiên cứu đã so sánh Adobe Premiere Final Cut Pro After Efects Cleaner Roxio Videowave Công cụ đồ hoạ 3 chiều Các công cụ đồ hoạ 3D đã được tìm hiểu nghiên cứu Bryce 3D InfiniD 3D Studio Max Soft Image Maya Các phần mềm tổng hợp dữ liệu và xây dựng ứng dụng Multimedia Authorware 6.0 Macromedia Flash Macromedia Director Tìm hiểu các sản phẩm multimedia hiện có 7 Các sản phẩm đa phương tiện vê lĩnh vực giáo dục đào tạo đang có mặt trên thị trường Việt nam không nhiều. Nhóm nghiên cứu đã tìm hiểu hơn 10 CD sản phẩm loại này. Bộ phần mềm gia sư dạy học các môn toán, lý, hoá, sinh, sử, địa cho học sinh phổ thông trên các đĩa CD của NXB Trẻ, 2003. Thí nghiệm vật lý chứng minh : Nhiệt động lực học, vật lý phân tử “ giao động cơ học và sóng “ Của Phạm Xuân Kế và Lăng Đức Sỹ-khoa vật lý Đại học sư phạm Hà nội. Bộ phần mềm Sách giáo khoa điện tử Khoa học tự nhiên lớp 9: Hóa học, Sinh học, Vật lý, NXB Giáo Dục, 2000. Phần mềm Quang hình học: Mô phỏng và thiết kế, ĐHSP Hà Nội, 2003. Phần mềm dạy học Vật lý trong trường Trung học cơ sở, ĐHSP Hà Nội, 2003. 02 đĩa CD thí nghiệm sinh vật của Đức về tế bào Khảo sát thực tế Đọc sách giáo khoa các môn học Vât lí, Hoá học, Sinh học chương trình lớp 8, lớp 9 do NXB Giáo dục ấn hành Đọc sách giáo khoa các môn học Vât lí, Hoá học, Sinh học chương trình cải cách do các nhà sư phạm của Viện KHGD cung cấp. Tham quan phòng thí nghiệm, chụp ảnh các đồ dùng thí nghiệm, quay vi deo một số thí nghiệm. Sưu tầm tài liệu hình ảnh minh hoạ từ nguồn Internet. Một số khó khăn Khó khăn chủ quan Đề tài nghiên cứu là dịp đầu tiên phối hợp cộng tác giữa các nhà sư phạm với các chuyên viên CNTT để làm ra một sản phẩm khoa học ứng dụng CNTT vừa có tính giáo dục cao vừa chứa đựng những tính năng ưu việt của công nghệ đa phương tiện. Các nhà khoa học sư phạm chuyên môn giỏi chưa biết được khả năng của CNTT đến đâu. Việc xây dựng kị ch bản cho một sản phẩm phần mềm do đó có nhiều khó khăn, đòi 8 hỏi có sự cộng tác hõ trợ lẫn nhau từ phía những người thực hiện sản phẩm.Chất lượng của các kịch bản giai đoạn đầu phản ánh những khó khăn này. Các kĩ thuật viên CNTT chưa có kiến thức chuyên môn và khả năng sư phạm về các môn học. Cả hai nhóm đều chưa có kinh nghiệm trong việc xây dựng kịch bản. Chưa có một ngôn ngữ chung thống nhất. Sự phối hợp với nhau phải dựa vào mô tả trực quan, trên cơ sở bản mẫu thí điểm, sửa chữa hoàn thiện dần. Khó khăn khách quan Lựa chọn sử dụng công nghệ 3D để có tính trực quan cao, có hình khối, có nhiều góc nhìn là cần thiết để đảm bảo các yêu cầu của sản phẩm thí nghiệm ảo. Tuy nhiên, công nghệ đa phương tiện đã phức tạp, trong đó kĩ thuật 3D lại phức tạp hơn nữa. Việc xây dựng sản phẩm đa phương tiện yêu cầu tích hợp nhiều loại dữ liệu như văn bản, hình ảnh, âm thanh, video. Người phát triển sản phẩm cần nắm vững tính chất, đặc điểm của từng loại dữ liệu, biết cách xử lí chúng thành thạo để có thể tích hợp nhiều thành phần, nhiều đối tượng thành một thể thống nhất. Sự đồng bộ chính xác là rất quan trọng nhưng cũng khó thực hiện, đòi hỏi tỉ mỉ, chi tiết. Các đối tượng 3D đòi hỏi xây dựng khá công phu (có thể xem các báo cáo trong phần Xemina chuyên đề về vấn đề này). Từ xây dựng bộ xương, chọn chất liệu đắp da thịt cho nó, tạo bóng tuỳ theo nguồn sáng, tạo chuyển động cho từng bộ phận hoà hợp với chuyển động tổng thể của toàn đối tượng là một quá trình tỉ mỉ. Thậm chí tốc độ xử lí của máy tính cũng phải đủ cao thì m ới có khả năng thực hiện. Kích cỡ tệp lớn, thời gian Rendering lâu. Các giải pháp xây dựng các đối tượng cho thí nghiệm ảo Đối tượng 3D: được sử dụng đối với hầu hết các đồ dùng chính trong các thí nghiệm Hoá học và một số thí nghiệm Vật lý, vì đây là phần chính tập trung sự chú ý của người xem, đòi hỏi phải thể hiện với độ chính xác cao.Ví dụ các ống nghiệm, lọ bình thuỷ tinh, các hiện tượng chuyển động gây chú ý như lửa, khói, kết tủa,… [...]... Việc nghiên cứu làm chủ công nghệ đa phương tiện liên quan đến lĩnh vực ứng dụng của đề tài là một mục tiêu đã được đặt ra trong nội dung tổng thể của đề tài: Nghiên cứu ứng dụng công nghệ đa phương tiện vào một số lĩnh vực cần thiết, bức xúc trong lĩnh vực giáo dục, y tế và văn hoá mang lại hiệu quả ứng dụng cao Trong phần này chúng tôi trình bày về các công cụ xây dựng dữ liệu Text, hình ảnh hai... đề tài là nghiên cứu và phát triển các ứng dụng multimedia Các sản phẩm trong đề tài là: Các thí nghiệm ảo, website, một số ứng dụng multimedia hỗ trợ chuẩn đoán bệnh Bên cạnh đó chúng ta cũng đã điểm qua một số công cụ xây dựng dữ liệu cũng như các sản phẩm multimedia hiện nay Theo ý kiến tôi có thể lựa chọn các công cụ Multimedia như sau để phục vụ cho đề tài: Phần mềm xử lý TEXT [1] Có thể sử dụng. .. nghiệp giáo dục và đào tạo đang đổi mới trước yêu cầu phát triển của nền kinh tế xã hội và công nghệ thông tin Hướng đổi mới của ngành giáo dục là đào tạo những con người mới năng động, sáng taọ, chủ động trong học tập, dễ thích ứng với cuộc sống và lao động Bên cạnh việc dạy cho học sinh nắm vững những nội dung cơ bản về kiến thức, giáo viên còn dạy cho học sinh biết suy nghĩ, tư duy, sáng tạo và biết tạo. .. xác định công cụ cần sử dụng cho đề tài nhánh KC01-14 “ Xây dựng thí nghiệm ảo” GIỚI THIỆU CHUNG Ngày này các sản phẩm multimedia là được áp dụng nhiều trong thực tế bởi tính thân thiện và tiện lợi của nó đổi với người dùng Các ứng dụng multimedia đang được triển khai rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như giáo dục, y tế, trò chơi điện tử, mô phỏng, mua bán điện tử Quá trình phát triển một ứng dụng Multtimedia... thí nghiệm ảo, dữ liệu chuẩn đoán bệnh một cách nhanh chóng Phần mềm tạo đối tượng 3D Để xây dựng dữ liệu 3D phục vụ đề tài tôi đề xuất sử dụng phần mềm 3D Studio Max làm công cụ để xây dựng các đối tượng 3D Vì đây là chương trình có đầy đủ tính năng, dễ sử dụng, bộ tạo hiệu ứng cao, không yêu cầu quá cao về thiết bị Các phần mềm tổng hợp dữ liệu và xây dựng ứng dụng multimedia Các công cụ Microsoft... dạy học sử dụng các thí nghiệm ảo sinh học một cách đại trà Sau đây là một tiết học minh hoạ có sử dụng các thí nghiệm ảo sinh học trong bài 17 “Tim và mạch máu” (SGK Sinh học 8 – trang 56) 19 SO SÁNH, ĐÁNH GIÁ MỘT SỐ CÔNG CỤ XÂY DỰNG DỮ LIỆU MULTIMEDIA Phan Thế Hùng Viện Công nghệ thông tin, Đại học Quốc gia Hà nội Tóm tắt: Bài báo này nhằm đánh giá, so sánh một số công cụ xây dựng dữ liệu multimedia. .. sử dụng công cụ Director MX là phù hợp nhất 31 PHƯƠNG PHÁP TẠO ÁNH SÁNG TRONG THÍ NGHIỆM ẢO Lê Việt Hà Viện Công nghệ Thông tin - Đại học Quốc gia Hà Nội Tóm tắt: bài báo tổng hợp phương pháp tạo nguồn sáng trong các thí nghiệm ảo 3 chiều; từ các đối tượng nguồn sáng có trong phần mềm 3Ds Max tới cách hiệu chỉnh các thuộc tính của nguồn sáng tự nhiên Bài báo cũng trình bày một số cách tạo hiệu ứng. .. đặt thuộc tính Rendering ảnh 3 chiều Trong phần này chúng tôi sẽ tổng hợp các phương pháp tạo ánh sáng trong quá trình xây dựng các thí nghiệm ảo 3 chiều trong khuôn khổ đề tài nghiên cứu và ứng dụng công nghệ đa phương tiện KC-01-14 Một trong những nội dung quan trọng của một kết xuất ảnh hay hoạt cảnh đẹp là ánh sáng Nguồn sáng sẽ cung cấp ánh sáng cho khung cảnh, tạo ra cảm giác về chiều sâu không... bằng thông của hệ thống mạng, nghệ thuật, tâm lý Để sản phẩm multimedia trở thành một sản phẩm có giá trị thực cao, một sản phẩm multimedia bao giờ cũng có hai thành phần: khung chương trình và yếu tố dữ liệu Việc xây dựng dữ liệu cho sản phẩm mang ý nghĩa quyết định cho sản phẩm multimedia Hiện nay trên thị trường khá nhiều công cụ cho phép xây dựng dữ liệu multimedia, mỗi công cụ có các tính năng và... để phục vụ cho đề tài: Phần mềm xử lý TEXT [1] Có thể sử dụng các phần mềm xử lý thông dụng đặc biệt là chương trình Microsoft Word 29 [2] Nếu TEXT sử dụng làm sách điện tử, các hướng dẫn sử dụng trong các ứng dụng của đề tài có thể dùng Acrobat Các tài liệu ở dạng này có tính bảo mật cao, kích thước nhỏ, có thể tạo ra cấu trúc liên kết Phần mềm xử lý đồ hoạ Có thể nói rằng hiện nay trên thị trường . thảo “ Ứng dụng công nghệ Multimedia trong giáo dục đào tạo 6352-13 20/4/2007 HÀ NỘI, 4/2005 Đề tài KC01-14 Viện công nghệ thông. Đề tài có 3 nhánh nghiên cứu tương ứng trong 3 lĩnh vực y tế, văn hoá và giáo dục đào tạo. Nhánh đề tài nghiên cứu ứng dụng công nghệ đa phương tiện trong