Xây dựng giải pháp thông minh giám sát nề nếp học sinh thpt sử dụng công nghệ iot (tt)

Trong khuôn khổ đề tài này học viên giới hạn nghiên cứu về ứng dụng công nghệ ICT để giải quyết một bài toán nhỏ gặp phải khá phổ biến trong các trường THPT là việc theo dõi quản lý điểm

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

-

Nguyễn Ngọc Quang

XÂY DỰNG GIẢI PHÁP THÔNG MINH GIÁM SÁT

NỀ NẾP HỌC SINH THPT SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ IOT

Chuyên ngành:Hệ thống thông tin

Mã số: 8.48.01.04

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ

HÀ NỘI - 2019

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học Tiến sĩ Nguyễn Trung Kiên

Phản biện 1: ………

Phản biện 2: ………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại

Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông Vào lúc: 11 giờ 20 ngày 19 tháng 01 năm 2019

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

MỞ ĐẦU

Với sự phát triển bùng nổ của các công nghệ và mạng Internet gần đây, thế giới đang bước vào giai đoạn có sự thay đổi mang tính bước ngoặt trong ứng dụng các kỹ thuật công nghệ này vào các bài toán quy mô lớn

Một trong số các bài toán đó là SmartCity hay Đô thị Thông minh/ Thành phố thông minh Đây là một xu hướng lớn đang được các Quốc gia, Đô thị trên thế giới nghiên cứu, triển khai Gần đây, khái niệm Đô thị thông minh bền vững (Smart Sustainable Cities- SSC) được ITU đưa ra năm 2013 trên cơ sở đáp ứng mục tiêu toàn cầu về phát triển bền vững tới 2030 của LHQ: “ĐTTM phát triển bền vững là đô thị sáng tạo, sử dụng CNTT và Truyền thông và các phương tiện khác để nâng cao chất lượng cuộc sống, hiệu quả của các dịch vụ hoạt động

đô thị, nâng cao tính cạnh tranh, đáp ứng các yêu cầu kinh tế, xã hội, môi trường và văn hóa của các thế hệ hiện tại và tương lai”

Trong ĐTTM có lĩnh vực giáo dục vẫn đang cần nhiều ứng dụng công nghệ hiện đại

Có những công việc rất cần công nghệ trợ giúp để giảm công sức và nâng cao hiệu quả Trong

đó quản lí nề nếp học sinh hiện tại vẫn là công việc chiếm nhiều thời gian và công sức Đối với liên hệ với gia đình, nhà trường đang rất cần sự phối hợp của phụ huynh Với mục đích góp một phần công sức trong việc nâng cao hiệu quả quản lí nề nếp Giảm thời gian và công sức thực hiện, cũng như nâng cao hiệu quả trong cập nhật và tổng hợp thông tin Cần có thêm ứng dụng các công nghệ hiện đại như ICT, IoT… ICT ở đây được ứng dụng không chỉ đơn giản là IT hóa các quy trình nghiệp vụ mà gần đây việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo, các thiết bị cảm biến IoT làm cho các vấn đề được giải quyết một cách thông minh hơn

Xét về mặt tổng thể, SmartEducation có thể góp phần cải thiện các vấn đề khác nhau liên quan đến hệ thống giáo dục:

- Công tác quản lí: giám sát khuôn viên nhà trường, quản lí nề nếp học sinh, tăng

cường liên kết giữa nhà trường và gia đình,

- Công tác giảng dạy: dạy trực tuyến, kiểm tra đánh giá trực tuyến,

- Việc học tập: học tập trực tuyến, theo dõi kết quả học tập,

Dựa trên các chức năng, nghiệp vụ của lĩnh vực Giáo dục đào tạo, giải pháp có tính tổng thể ứng dụng công nghệ trong giáo dục có thể chia thành các khối chức năng chính như hình dưới

Các thành phần trong kiến trúc này, về mặt độc lập có thể giúp cải thiện hiệu quả của các công việc theo các nghiệp vụ cụ thể nhưng khi đặt trong một thiết kế tổng thể sẽ giúp cải tiến mang tính quy mô lớn hơn và các bài toán tổng thể hơn

Trong khuôn khổ đề tài này học viên giới hạn nghiên cứu về ứng dụng công nghệ ICT

để giải quyết một bài toán nhỏ gặp phải khá phổ biến trong các trường THPT là việc theo dõi quản lý điểm danh học sinh với mong muốn được tham gia giải quyết một vấn đề cụ thể để đóng góp với các nỗ lực chung

Luận văn được bố cục gồm có các phần mở đầu, kết luận và 3 chương:

- Chương 1 – Nghiên cứu về bài toán quản lý nề nếp học sinh tại các trường THPT hiện nay, các bất cập gặp phải cần có sự khắc phục

- Chương 2 – Phân tích bài toán quản lý nề nếp học sinh tại trường THPT Nguyễn Trãi – Thường Tín, Hà Nội và đề ra ý tưởng giải pháp sử dụng công nghệ ICT/IoT để giải quyết

- Chương 3 – Phân tích thiết kế hệ thống: Trong chương này, luận văn sẽ phân tích các yêu cầu đối với hệ thống, chức năng, đưa ra mô hình kiến trúc của hệ thống, thực hiện

hệ thống cũng như tích hợp và thử nghiệm,

- Các kết luận cũng như hướng phát triển tiếp theo

Chương 1 BÀI TOÁN QUẢN LÝ NỀ NẾP HỌC SINH

CẤP BẬC THPT HIỆN NAY

Chương này sẽ giới thiệu về việc quản lý nề nếp học sinh cấp bậc THPT, những bất cập trong công tác quản lý hiện nay

1.1 Phân tích cơ sở lý thuyết của công tác quản lý nề nếp học sinh

Chức danh bí thư Chi Đoàn trong nhà trường phổ thông là chức danh kiêm nhiệm, chưa có nhiều chế độ ưu đãi, luôn cần lòng nhiệt tình, nỗ lực phấn đấu và phong trào Đoàn cũng hỗ trợ cho Đội, đặc biệt là hỗ trợ quản lý, xây dựng nề nếp, hình thành nhân cách học sinh Giáo viên thông thường sẽ chịu trách nhiệm quản lý việc điểm danh học tập để báo sĩ số lên nhà trường Đối với giảng viên, chuyện học sinh nhờ người điểm danh hộ, bỏ học giữa giờ không còn xa lạ nên việc kiểm soát tình hình đi học của học sinh trở nên là rất khó khăn

Điểm danh được coi là một biện pháp bổ trợ cho phương pháp đánh giá người học theo quá trình học tập MBP (Management By Process) Trước tiên, điều dễ thấy là quy trình điểm danh tốn nhiều thời gian và công sức Các hình thức khác như phát phiếu rồi thu lại hay phát bài tập cũng tốn thời gian không kém, giảng viên cũng phải xem từng phiếu, từng tờ giấy rồi đánh dấu vào danh sách lớp Thời gian, công sức cho điểm danh thật lãng phí khi chúng có thể dành cho việc đầu tư bài giảng, nâng cao chất lượng học tập

1.1.1 Điểm danh nhiều lần trong một ca học

Trong một tiết học, giảng viên có thể điểm danh nhiều lần, theo cách điểm danh gọi tên, kiểm phiếu ghi hoặc gọi kiểm tra phát biểu ý kiến trong giờ học

1.1.2 Điểm danh kiểu xác suất

Điểm danh kiểu xác suất là kiểu chỉ gọi tên 3 đến 5 bạn học sinh trong một buổi học

1.1.3 Điểm danh rồi lần lượt ra về

Giáo viên điểm danh cuối giờ và yêu cầu học sinh được gọi tên lần lượt ra về

1.1.4 Điểm danh theo ngẫu hứng

Không quy định trước điểm danh bao nhiêu buổi, điểm danh đầu giờ hay cuối giờ, điểm danh vài người hay cả lớp, tất cả chỉ dựa vào ngẫu hứng tại thời điểm đó

1.1.5 Kiểm tra thẻ

Đúng giờ vào học, thầy cô sẽ đứng tại cửa và xác nhận học sinh mang đúng thẻ của mình, ngay sau khi hoàn tất liền chốt danh sách và không chấp nhận ai đến muộn

1.2 Phân tích các bất cập trong công tác quản lý học sinh THPT hiện nay

Quản lí nề nếp hiện nay ở các nhà trường nói chung thường sử dụng các bảng biểu in trên giấy hoặc kẻ trong các quyển sổ Số lượng học sinh vi phạm lớn hơn, từ đó lượng thông tin cần xử lý cũng nhiều hơn, số lượng giấy tờ để lưu trữ cũng tăng thêm Quy trình thu thập thông tin thường diễn ra đầu các buổi học Sau mốc thời gian quy định, người phụ trách sẽ cập nhật thông tin của học sinh vi phạm vào sổ Nếu học sinh vi phạm nhiều, người phụ trách thường mất nhiều thời gian để lưu lại Khiến học sinh đến sau chưa được lên lớp ngay mà phải chờ khai báo thông tin

Để có thông tin về học sinh nghỉ học, giáo viên trực sẽ đến các lớp để thu thập thông tin của những học sinh nghỉ học Đối với khuôn viên của trường THPT thì quãng đường đi của giáo viên đó khá dài Có thể hết tiết 1 mới có trong tay thông tin cụ thể của toàn trường Thông về học sinh vi phạm và nghỉ học được lưu trong các cuốn sổ Khi cần tổng hợp, người phụ trách sẽ sử dụng một bản cứng mới Như vậy là thông tin sẽ bị lặp lại ở sổ theo dõi hàng ngày và bản tổng hợp Không những thế, việc tìm thông tin của học sinh thường xuyên vi phạm sẽ xuất hiện ở những ngày khác nhau cũng rất mất thời gian Và nếu giáo viên chủ nhiệm hoặc cán bộ lớp phản ánh lại, thì việc tổng hợp có thể phải tái thực hiện

Ngoài ra còn có những lí do ảnh hưởng đến chính xác của thông tin đã được ghi chép trong sổ Như thất lạc sổ, các trang bị nhòe mờ, rách hỏng Hoặc người cập nhật có nét chữ hơi khó đọc, viết thiếu họ tên, học sinh khai báo sai…

Việc quản lí nề nếp thường thấy ở các trường học bộc lộ một số hạn chế như sử dụng giấy chưa hiệu quả, tốn nhiều thời gian để thu thập, giáo viên thường rất vất vả trong việc hàng ngày và tổng hợp thông tin Vì vậy việc cải tiến và thay đổi cách thức quản lí nề nếp là rất cần thiết để mang lại hiệu quả cao hơn trong công tác quản lí và giáo dục

Kết luận chương: Trong chương này, luận văn đã trình bày về các cơ sở lý thuyết

trong việc quản lý nề nếp trong các nhà trường, các cách thức điểm danh để lấy thông tin cho việc quản lý nề nếp Đồng thời cũng đưa ra những bất cập trong việc sử dụng các cách thức quản lý nề nếp hiện nay tại các trường THPT hiện nay

Chương 2 PHÂN TÍCH BÀI TOÁN QUẢN LÝ NỀ NẾP

HỌC SINH TẠI TRƯỜNG THPT NGUYỄN TRÃI

Chương 2 trình bày tính huống quản lý nề nếp học sinh tại trường THPT Nguyễn Trãi – Thường Tín và nêu ra những bất cập đang gặp phải đồng thời đề ra ý tưởng giải quyết

2.1 Giới thiệu chung về trường THPT Nguyễn Trãi – Thường Tín

Nhà trường đóng trên huyện ngoại thành phía nam Thành phố, gần quốc lộ 1A nên điều kiện giao thông thuận lợi; kinh tế, xã hội tương đối ổn định Là một trường công lập được thành lập từ năm 1985 Trải qua 32 năm xây dựng và phát triển, Nhà trường đã đạt được nhiều thành tích đáng kể, cơ sở vật chất ngày càng khang trang, sạch đẹp

2.2 Công tác quản lý nề nếp học sinh trường THPT Nguyễn Trãi – Thường Tín

Tình huống của trường THPT Nguyễn Trãi – Thường Tín như phân tích dưới đây cũng tương tự các trường khác ở các Tỉnh thành:

Khi có 1 học sinh đi học muộn, Đoàn trường sẽ yêu cầu học sinh khai báo thông tin bao gồm họ tên và lớp Thông tin đó sẽ được ghi lại vào sổ trực của Đoàn trường Có những ngày thời tiết thay đổi, học sinh đến muộn không ít làm cho lượng học sinh dừng lại ở cổng trường khai báo thông tin tương đối nhiều Việc ghi lại lượng thông tin lớn đã khiến lưu thông

ở cổng trường không thuận lợi Có thể ảnh hưởng tới thời lượng tiết học đầu của những học sinh đó

Sau đó toàn trường vào học tiết 1 bắt đầu từ 7h30 Khi đó Đoàn trường sẽ có đại diện

đi lấy sĩ số của 30 lớp học, để có thông tin những em nghỉ học hôm đó Khi giáo viên đến từng lớp, lớp trưởng hoặc bí thư sẽ báo cáo về sĩ số của lớp mình hoặc ghi lên góc bảng Tổng hợp 30 lớp học về học sinh nghỉ học có ngày phải đến cuối tiết 1 mới có thông tin đầy đủ

Trong một năm học sẽ có khoảng 10 cuốn sổ cho việc nhập thông tin học sinh vi phạm Đến cuối học kì, Đoàn trường sẽ có bản tổng hợp tất cả các lỗi vi phạm của từng học sinh các lớp Đây là cơ sở cho việc xếp loại thi đua của lớp và cá nhân học sinh Những lớp có số lần

vi phạm lớn, bảng tổng hợp đó có thể lên đến hàng chục trang Như vậy trong mỗi học kì Đoàn trường có thể sử dụng hơn nghìn trang giấy cho 30 lớp học

Gần đây, đã có phần mềm giúp việc tổng kết nề nếp nhanh và chính xác hơn đã giảm đáng kể công sức của giáo viên viên khi tổng hợp Nhưng do vẫn phải nhập thông tin hàng ngày bằng tay nên vào cuối tiết 5 hoặc đầu buổi chiều giáo viên sẽ phải trực tiếp nhập vào phần mềm

Trên đây là những bất cập gặp phải và cần có các giải pháp để khắc phục nhằm cải thiện có tính lâu dài

2.3 Phân tích một số công nghệ có thể sử dụng trong việc quản lý nề nếp học sinh

Thời gian gần đây, với sự phát triển của công nghệ điện tử, Viễn thông, CNTT đã tạo

ra cơ sở cho việc ứng dụng giải quyết nhiều bài toán trong các lĩnh vực khác nhau trong đó

có lĩnh vực giáo dục Đối với bài toán điểm danh, chúng ta cũng có thể liên hệ với các bài toán tương tự như quản lý nhân viên tại các doanh nghiệp, quản lý truy nhập của các hệ thống

an toàn cao: ngân hàng, quân đội Học viên nhận thấy các công nghệ tương đối phổ biến gần đây liên quan đến nhận dạng có thể ứng dụng vào bài toán này như: RFID, NFC, QR code, Camera, cảm biến vân tay

2.3.1 RFID

RFID (Radio Rrequency Identification) là nhận dạng bằng sóng vô tuyến Giải pháp RFID điểm danh học sinh cho phép giải quyết các vấn đề mà phương thức truyền thống gặp phải trong công tác quản lý học sinh như:

 Việc điểm danh học sinh thủ công cần nhiều thời gian và nhân sự của nhà trường cũng như giáo viên phải trực tiếp làm việc này,

 Thiếu sự giao tiếp, truyền thông trực tiếp giữa gia đình và nhà trường,

gian

a Cấu tạo

RFID gồm hai phần chính:

 Thẻ RFID: Phần 1 là active tag có gắn Phần 2 là passive tag

b Ưu điểm

 Đọc, ghi thông tin

 Tốc độ đọc, độ chính xác cao

 Xử lý hoàn toàn tự động

c Nhược điểm

 Chi phí triển khai cao

 Khả năng kiểm soát thiết bị còn hạn chế

môi trường như nhiệt độ, độ ẩm

d Ứng dụng của RFID trong cuộc sống

 Quản lý đối tượng, nhân sự

 Quản lý bán lẻ hàng hóa trong siêu thị

 Quản lý hàng hóa trong xí nghiệp nhà kho

 Làm thẻ hộ chiếu, ID card

2.3.2 QR code

“QR Code” viết tắt của từ “Quick Response Code” nghĩa là “Mã phản hồi nhanh”

QR Code là một dạng mã vạch hai chiều, được sử dụng để mã hóa một dạng thông tin nào đó Một hệ thống sử dụng mã QR điểm danh bao gồm việc mỗi học sinh sẽ được gán một mã định danh QR, học sinh sẽ quét các mã này khi bước chân vào trường và lớp học để thực hiện điểm danh cùng với hình ảnh khuôn mặt của học sinh được chụp camera tại thời điểm quét, sau đó các dữ liệu sẽ được gửi tới server xác nhận việc điểm danh Các thông tin sau đây sẽ được thông báo tới các máy chủ cho mỗi lần điểm danh:

 Vị trí từ thiết bị điện thoại di động

2.3.3 NFC

NFC là công nghệ giao tiếp trường gần, sử dụng cảm ứng từ trường để thực hiện kết nối giữa các thiết bị khi có sự tiếp xúc trực tiếp hay để gần nhau Điện thoại có thể giao tiếp với các thẻ thông minh, một điện thoại khác hay các thiết bị giải trí, điện tử hỗ trợ NFC Ngoài

ra, NFC còn được kết hợp nhiều công nghệ sử dụng trong các hệ thống công cộng như bán

vé, vé gửi xe điện tử, thanh toán hóa đơn

NFC được chia làm 4 nhóm:

mã PIN để xác nhận thanh toán)

 Touch and Connect (Chia sẻ dữ liệu với một thiết bị khác)

2.4 Đề xuất ý tưởng giải pháp quản lý nền nếp học sinh THPT sử dụng công nghệ, kỹ thuật ICT và IoT

2.4.1 Đề xuất ý tưởng

Sử dụng công nghệ IoT và phần mềm để quản lý điểm danh học sinh Ở đây, học sinh được phát các thẻ có mã nhận dạng, khi học sinh đến hoặc về đi qua cổng trường sẽ quẹt thẻ Đầu đọc thẻ đặt tại các cổng trường sẻ gửi thông tin này về hệ thống quản lý nề nếp học sinh qua mạng IP Các dữ liệu này sẽ được thu thập, phân tích và cung cấp cho nhà trường, giáo viên chủ nhiệm hay cha mà học sinh theo yêu cầu quản lý

2.4.2 Bảng dữ liệu giải pháp

STT VẤN ĐỀ

GIẢI PHÁP HIỆN CÓ VÀ CÁC HẠN CHẾ / TỒN TẠI

GIẢI PHÁP CỦA ĐỀ XUẤT

Nhà trường:

 Cần quản lý học sinh về công tác đào tạo và quản lý con người

 Quản lý diễn biến về nhận diện, vị trí địa điểm của học sinh

- Điểm danh bằng thẻ  dễ gian lận

- Điểm danh vân tay  khó gian lận nhưng nguy

cơ dễ phát tán bệnh tật khi có dịch và dễ gây ra tình trạng phải xếp hàng để điểm danh, tốn thời gian

Giải pháp sử dụng điểm danh bằng thẻ

từ RFID kết hợp chụp ảnh ngẫu nhiên để lưu kết quả điểm danh

- Điểm danh

ở nhiều nơi khác nhau

- Rút ngắn thời gian điểm danh

- Trong trường hợp nghi ngờ gian lận có thể truy xuất dữ liệu để làm sở

cứ xác minh

Học sinh được phát thẻ

từ dạng tích hợp vào thẻ học sinh/ học sinh hoặc vào dây đeo tay Các điểm giám sát được đặt tại nhiều vị trí phủ sóng trong trường

- Cho phép điểm danh, nhận diện học

- Linh hoạt trong việc điểm danh

- Hệ thống thu thập thông tin nhận dạng

để điểm danh

- Thời gian điểm danh thường vào thởi điểm cố định

- Không nắm được thông tin về các điểm thường được học sinh ghé

thăm: ví dụ việc ghé thăm thư viện hay phòng máy

để phục vụ cho học tập

- Muốn biết được lịch sử hoạt động trong trường của học sinh: thời điểm vào trường, thời điểm ra khỏi trường

sinh từ xa từ 5

cm – 10m

- Linh hoạt thời gian điểm danh bằng cách cho phép điểm danh trước hoặc ngay khi bước chân vào lớp

mà không ảnh hưởng tới việc giảng dạy của giáo viên

- Lưu lịch sử hoạt động của học sinh khi vào trường:

bắt đầu vào, di chuyển, rời khỏi trường

- Tiết kiệm thời gian cho

cả giáo viên

và học sinh

- Quản lý nhà trường nắm được lịch sử hoạt động của học sinh để biết được có xảy ra tình trạng điểm danh xong thì

bỏ tiết học để

đo lường chất lượng đào tạo; nắm thông tin các điểm ghé

thăm trong trường để xem các tiện ích của trường đủ tôt

để phục vụ nhu cầu học tập

của học sinh khi đi qua các trạm điểm danh của trường

- Lưu lịch sử hoạt động của học sinh theo ngày

- Đưa ra các cảnh báo bất thường Ví dụ: thời gian lưu lại trường quá ngắn hoặc quá dài

- Tự động chấm điểm danh cho học sinh khi so khớp với thời khóa biểu học