Bài F17. Hoạt động trải nghiệm về Khoa học dữ liệu

1. Kĩ thuật mô phỏng trong một số lĩnh vực của đời sống

Kĩ thuật mô phỏng là quá trình tái tạo mô phỏng hiện tượng, hoạt động của một hệ thống thực bằng phần mềm/tình huống ảo, giúp nghiên cứu, phân tích, thử nghiệm mà không cần can thiệp thực tế.

a) Giao thông

• Mô phỏng giúp đánh giá hiệu suất điều khiển giao thông, phát hiện bất cập trong thiết kế đường phố, đèn tín hiệu, vạch kẻ, v.v.

• Ứng dụng trong huấn luyện lái xe, kiểm tra kỹ năng, phản xạ trước tình huống bất ngờ.

• Ví dụ: Hình 1. Hệ thống mô phỏng buồng lái trong đào tạo lái xe ô tô.

b) Giáo dục

• Giúp học sinh mô hình hoá kiến thức, thực hành thí nghiệm ảo, luyện tập giải quyết tình huống.

• Ứng dụng trong các môn: Vật lí, Hoá học, Sinh học, Tin học…

• Giúp người học khám phá hiện tượng tự nhiên, vật lí, hoá học theo cách trực quan sinh động.

• Ví dụ: Hình 2. Phần mềm mô phỏng phản ứng hoá học.

c) Y tế

• Hỗ trợ đào tạo kỹ năng lâm sàng, phẫu thuật qua mô hình thực hành ảo.

• Nâng cao chất lượng chẩn đoán, lập kế hoạch điều trị.

• Giúp sinh viên y khoa rèn luyện kỹ năng phản xạ, xử lí các tình huống khẩn cấp.

• Ví dụ: Hình 3. Ứng dụng công nghệ mô phỏng để huấn luyện kỹ năng y tế.

d) Thiên văn học

• Mô phỏng giúp người học quan sát vũ trụ, hành tinh, vị trí sao trong không gian 3D.

• Ứng dụng trong dự đoán nhật thực, nguyệt thực, quỹ đạo các hành tinh.

• Giúp học sinh khám phá vũ trụ mà không cần đến kính thiên văn thực tế.

• Ví dụ: Hình 4. Mô phỏng mặt trăng và các hành tinh bằng phần mềm Stellarium.

2. Một số vấn đề thực tế cần sử dụng kĩ thuật mô phỏng để giải quyết

• Mô phỏng tạo phiên bản ảo của hệ thống thực tế để kiểm tra, dự đoán và cải thiện hiệu suất hoạt động mà không cần thử nghiệm thực.

• Giúp giảm rủi ro, tiết kiệm chi phí, nâng cao an toàn và hiệu quả sản xuất.

• Hỗ trợ trong thiết kế, đánh giá giải pháp tối ưu trước khi triển khai thực tế.

Ví dụ ứng dụng:

• Dự báo thời tiết: Mô phỏng thời tiết thực tế nhờ siêu máy tính, dự đoán mưa, nhiệt độ, gió, áp suất,...
  →Ví dụ: [Hình 5] Ứng dụng web dự báo thời tiết (weather.com)

• Thiên văn học: Mô phỏng Hệ Mặt Trời, tương tác hành tinh, gió mặt trời, độ sáng...
  → Ví dụ: [Hình 6] Mô phỏng Hệ Mặt Trời

3. Một số phần mềm mô phỏng

a) PhET Interactive Simulations

• Dự án từ Đại học Colorado Boulder.

• Cung cấp mô phỏng tương tác miễn phí cho học sinh – giáo viên trong môn Khoa học, Toán học.

• Giao diện chính đã được giới thiệu ở Hình 2.

b) ANSYS

• Phần mềm mô phỏng chuyên sâu trong kỹ thuật – khoa học máy tính.

• Dùng để phân tích kết cấu, nhiệt độ, điện từ, chất lưu,...

• Hình 7. Mô hình mô phỏng động lực học dòng chảy tạo bởi ANSYS.

c) Unity

• Nền tảng tạo trò chơi 2D/3D đa nền tảng (Windows, macOS, Android, WebGL, PlayStation,...).

• Cũng được dùng trong thiết kế kỹ thuật, y học, giáo dục ảo, thực tế tăng cường.

d) SolidWorks

• Phần mềm CAD hỗ trợ thiết kế sản phẩm 3D, bản vẽ kỹ thuật chi tiết.

• Giao diện thân thiện, dễ sử dụng cho kĩ sư, kỹ thuật viên.

• Hình 8. Giao diện phần mềm SolidWorks.