Mục tiêu bài học
- Về kiến thức:
- Nhận biết và nêu ví dụ về một số thiết bị thông minh thông dụng.
- Hiểu rõ vai trò của thiết bị thông minh trong xã hội và trong cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư.
- Nắm được vai trò của tin học đối với xã hội và nêu được ví dụ minh họa.
- Biết đến các thành tựu nổi bật của ngành Tin học.
- Về kĩ năng:
- Phân biệt được sự khác nhau giữa thiết bị thông minh và thiết bị điện tử thông thường.
- Về phẩm chất:
- Nâng cao tinh thần tự học, ý thức học tập.
- Rèn luyện khả năng giải quyết vấn đề một cách sáng tạo.
Hoạt động khởi động
Chúng ta thường nghe về các thiết bị “thông minh” (smart) như “smart TV”, “smart phone”, “smart watch”. Đây đều là những vật dụng quen thuộc trong cuộc sống hiện đại. Vậy theo bạn, một chiếc máy tính xách tay có phải là một thiết bị thông minh không? Chúng ta sẽ cùng tìm hiểu về định nghĩa và vai trò của chúng trong bài học hôm nay.
Máy tính xách tay có phải là thiết bị thông minh không?
Có. Máy tính xách tay được coi là một thiết bị thông minh.
Giải thích:
Một thiết bị được xem là thông minh khi đáp ứng hai tiêu chí chính:
Hoạt động tự chủ: Có thể thực hiện các tác vụ ở một mức độ nào đó mà không cần sự can thiệp liên tục của con người, nhờ vào các phần mềm điều khiển được cài đặt sẵn.
Khả năng kết nối: Có thể tự động tương tác, trao đổi dữ liệu với các thiết bị khác qua các kết nối không dây như Wi-Fi, Bluetooth.
Máy tính xách tay đáp ứng đủ cả hai tiêu chí này: nó hoạt động dựa trên hệ điều hành và các phần mềm, đồng thời được trang bị sẵn các module kết nối mạng không dây.
1. Thiết bị thông minh
a) Thiết bị thông minh là một hệ thống xử lí thông tin
Thiết bị thông minh là các thiết bị điện tử có khả năng hoạt động tự chủ ở một mức độ nhất định nhờ các phần mềm điều khiển. Chúng có thể tự động kết nối và tương tác với các thiết bị khác qua mạng không dây (Bluetooth, Wi-Fi,…) để nhận, xử lý và truyền dữ liệu.
- Ví dụ về thiết bị thông minh: Điện thoại thông minh, máy tính bảng, đồng hồ thông minh, TV thông minh, camera an ninh kết nối Internet.
- Ví dụ về thiết bị không phải thông minh: Đồng hồ lịch vạn niên (không có khả năng kết nối), máy ảnh số thông thường (không hoạt động tự chủ để truyền dữ liệu).
Một số thiết bị thông minh còn được tích hợp Trí tuệ nhân tạo (AI – Artificial Intelligence), cho phép chúng “bắt chước” một số hành vi hoặc tư duy của con người, ví dụ như xe tự hành có thể dự đoán và tránh va chạm.
Trong các thiết bị ở Hình 2.1 (a, b, c, d), đâu là thiết bị thông minh?
Trong các thiết bị đã cho, b) Điện thoại di động (smartphone) và c) Camera kết nối Internet là các thiết bị thông minh.
Giải thích:
Điện thoại thông minh: Hoạt động tự chủ dựa trên hệ điều hành (Android, iOS), có khả năng kết nối Wi-Fi, Bluetooth để trao đổi dữ liệu và thực hiện nhiều chức năng phức tạp.
Camera kết nối Internet: Có khả năng hoạt động tự chủ (ví dụ: tự động ghi hình khi phát hiện chuyển động) và kết nối với mạng Internet để truyền dữ liệu hình ảnh đến người dùng.
Đồng hồ lịch vạn niên và Máy ảnh số: Đây là các thiết bị điện tử thông thường vì chúng không có khả năng kết nối để tự động trao đổi dữ liệu hoặc hoạt động một cách tự chủ theo kịch bản thông minh.
b) Vai trò của thiết bị thông minh và cuộc cách mạng công nghiệp 4.0
Thế giới đã và đang trải qua cuộc Cách mạng công nghiệp lần thứ tư (CMCN 4.0), một cuộc cách mạng dựa trên nền tảng công nghệ số và sự tích hợp của các công nghệ thông minh.
Dưới đây là tóm tắt các cuộc cách mạng công nghiệp:
| Cuộc Cách mạng | Thời gian | Đặc trưng chính |
| CMCN Lần thứ nhất | Cuối TK XVIII – Đầu TK XIX | Cơ giới hóa sản xuất với động cơ hơi nước. |
| CMCN Lần thứ hai | Cuối TK XIX – Đầu TK XX | Sản xuất hàng loạt, dây chuyền, sử dụng điện năng. |
| CMCN Lần thứ ba | Cuối TK XX – Đầu TK XXI | Tự động hóa, máy tính và điện tử ra đời, tin học hóa. |
| CMCN Lần thứ tư | Đầu TK XXI – Nay | Hệ thống kết hợp thực-ảo (Cyber-Physical Systems), Internet vạn vật (IoT), Trí tuệ nhân tạo (AI). |
Trong CMCN 4.0, các công nghệ như Trí tuệ nhân tạo (AI), Internet vạn vật (IoT), Dữ liệu lớn (Big Data) và Điện toán đám mây (Cloud Computing) được ứng dụng để tạo ra nền sản xuất thông minh.
- IoT (Internet of Things): Là mạng lưới kết nối các thiết bị thông minh để chúng tự động thu thập và xử lý thông tin trên diện rộng. Ví dụ: hệ thống giám sát giao thông, nhà thông minh.
- Vai trò thiết bị thông minh: Thiết bị thông minh chính là thành phần chủ chốt, là các “vật” trong mạng lưới IoT. Chúng đóng vai trò thu thập dữ liệu (qua cảm biến) và thực thi mệnh lệnh (qua cơ cấu chấp hành), tạo nên một hệ thống tự động, thông minh.
Cuộc CMCN 4.0 đã thúc đẩy mạnh mẽ nền kinh tế tri thức, nơi tri thức và công nghệ chiếm tỉ trọng lớn trong giá trị sản phẩm, ví dụ như chi phí thiết kế, phần mềm và bản quyền trong một chiếc điện thoại thông minh.
Thiết bị nào trong Hình 2.3 là thiết bị thông minh? Tại sao?
Trong Hình 2.3, b) Đồng hồ kết nối với điện thoại qua bluetooth là thiết bị thông minh.
Giải thích:
Chiếc đồng hồ này có khả năng kết nối với một thiết bị khác (điện thoại) thông qua Bluetooth để trao đổi dữ liệu (ví dụ: thông báo, dữ liệu sức khỏe). Nó cũng có thể hoạt động tự chủ để theo dõi các chỉ số của người dùng. Do đó, nó đáp ứng đủ các tiêu chí của một thiết bị thông minh.
Cân điện tử và máy tính cầm tay chỉ là các thiết bị điện tử thông thường.
Ngoài những thiết bị đã nêu trong bài, nhà em có những thiết bị thông minh nào?
Một số ví dụ về các thiết bị thông minh khác có thể có trong gia đình bao gồm:
Tivi thông minh (Smart TV): Có thể kết nối Internet để xem Youtube, Netflix,…
Robot hút bụi: Tự động lên lịch, vẽ bản đồ nhà và làm sạch.
Loa thông minh: Điều khiển bằng giọng nói, kết nối Internet để phát nhạc, trả lời câu hỏi.
Khóa cửa thông minh: Mở bằng vân tay, mật khẩu, hoặc từ xa qua điện thoại.
Bóng đèn thông minh: Điều khiển bật/tắt, thay đổi màu sắc qua điện thoại.
2. Các thành tựu của Tin học
Tin học đã có những đóng góp to lớn và đạt được nhiều thành tựu quan trọng, làm thay đổi sâu sắc xã hội hiện đại.
a) Đóng góp của Tin học với xã hội
Cuộc sống sẽ thay đổi như thế nào nếu không có máy tính và các thiết bị thông minh?
Nếu không có máy tính và thiết bị thông minh, cuộc sống sẽ đối mặt với vô vàn khó khăn và thụt lùi ở mọi lĩnh vực:
Giao tiếp và thông tin: Mất đi các phương tiện liên lạc tức thời như email, mạng xã hội. Việc tìm kiếm và chia sẻ thông tin trở nên vô cùng chậm chạp.
Học tập và nghiên cứu: Không thể học trực tuyến, truy cập các kho tài liệu khổng lồ trên Internet. Các nghiên cứu khoa học, tính toán phức tạp sẽ mất rất nhiều thời gian.
Kinh tế và quản lý: Các hoạt động ngân hàng, thương mại, quản lý doanh nghiệp, quản lý nhà nước sẽ phải quay về với giấy tờ thủ công, gây ra sự đình trệ, kém hiệu quả và tốn kém chi phí.
Giải trí: Không có game, phim ảnh, âm nhạc số.
Sản xuất và tự động hóa: Các dây chuyền sản xuất tự động sẽ không tồn tại, quay lại lao động thủ công với năng suất thấp.
Tin học được ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực:
- Quản lý: Quản lý học sinh trong trường học, quản lý tài khoản ngân hàng, quản lý sản xuất và kế toán trong doanh nghiệp.
- Tự động hóa: Robot công nghiệp thay thế con người trong các công việc nguy hiểm hoặc đòi hỏi độ chính xác cao.
- Khoa học kỹ thuật: Hỗ trợ tính toán, mô phỏng, thiết kế công trình, dự báo thời tiết, giải mã gen.
- Thay đổi cách làm việc: Học trực tuyến, mua sắm online, làm việc từ xa. Các công cụ văn phòng giúp tăng hiệu quả công việc hành chính.
- Giao tiếp cộng đồng: Thư điện tử, mạng xã hội (Facebook, Zalo,…) và các diễn đàn trực tuyến đã trở thành môi trường giao tiếp, chia sẻ thông tin nhanh chóng và tiện lợi.
b) Một số thành tựu phát triển của Tin học
Sự phát triển của Tin học được đánh dấu bằng những thành tựu vượt bậc cả về phần cứng và phần mềm.
- Hệ điều hành: Từ những hệ điều hành sơ khai, chúng ta đã có những hệ điều hành hiện đại như Windows, macOS, Android, iOS, giúp quản lý toàn bộ hoạt động của máy tính và cung cấp giao diện thân thiện cho người dùng.
- Mạng và Internet: Sự ra đời của giao thức TCP/IP (1983) và World Wide Web (1992) đã kết nối toàn cầu, làm thay đổi hoàn toàn cách con người giao tiếp, học tập, làm việc và giải trí.
- Ngôn ngữ lập trình bậc cao: Các ngôn ngữ như FORTRAN, C, Python,… cho phép lập trình viên tạo ra các phần mềm phức tạp một cách hiệu quả hơn, không cần can thiệp sâu vào phần cứng máy tính.
- Hệ quản trị cơ sở dữ liệu: Các hệ thống như Microsoft SQL Server, Oracle, MySQL,… cung cấp công cụ mạnh mẽ để tổ chức, lưu trữ và truy xuất khối lượng dữ liệu khổng lồ một cách hiệu quả.
- Thành tựu khoa học: Trí tuệ nhân tạo, Dữ liệu lớn, Chuỗi khối (Blockchain) là những lĩnh vực nghiên cứu tiên tiến của tin học, đang được ứng dụng để giải quyết các bài toán phức tạp trong nhiều ngành.
Luyện tập
Thiết bị thông minh nào có thể nhận dạng được hình ảnh?
Có nhiều thiết bị thông minh có khả năng nhận dạng hình ảnh. Một số ví dụ điển hình là:
Điện thoại thông minh: Sử dụng camera để nhận dạng khuôn mặt (mở khóa), nhận dạng mã QR, hoặc các ứng dụng dịch thuật qua hình ảnh.
Camera an ninh thông minh: Có thể nhận dạng khuôn mặt người quen/người lạ, phân biệt người và vật thể để đưa ra cảnh báo chính xác.
Hệ thống giữ xe thông minh: Dùng camera nhận dạng biển số xe ở cổng vào và đối chiếu khi xe ra.
Xe tự hành: Sử dụng camera và cảm biến để nhận dạng biển báo, vạch kẻ đường, các phương tiện khác và chướng ngại vật.
Các phần mềm tin học văn phòng đã trở thành các phần mềm được dùng nhiều nhất. Em hãy nêu tác dụng của các phần mềm tin học văn phòng.
Các phần mềm tin học văn phòng (như Microsoft Word, Excel, PowerPoint) mang lại nhiều lợi ích thiết thực:
Phần mềm soạn thảo văn bản (Word): Giúp tạo, chỉnh sửa và lưu trữ tài liệu một cách tiện lợi, dễ dàng tìm kiếm, thay thế cho việc viết tay và lưu trữ trên giấy.
Phần mềm bảng tính (Excel): Cho phép lưu trữ dữ liệu dưới dạng bảng, thực hiện các tính toán từ đơn giản đến phức tạp một cách tự động và nhanh chóng, tạo biểu đồ để trực quan hóa dữ liệu.
Phần mềm trình chiếu (PowerPoint): Giúp thiết kế các bài thuyết trình, báo cáo một cách sinh động, hấp dẫn với văn bản, hình ảnh, video và hiệu ứng, thay thế cho bảng viết và các phương pháp trình bày truyền thống.
Vận dụng
1. Các hệ thống giám sát giao thông nhờ các camera thông minh đang được triển khai ở các thành phố. Hãy tìm hiểu về cách kết nối và lợi ích của chúng.
Cách kết nối:
Hệ thống giám sát giao thông thông minh là một hệ thống IoT điển hình, bao gồm:
- Thiết bị thu thập dữ liệu: Các camera độ phân giải cao được lắp đặt tại các nút giao thông. Các camera này có kết nối mạng (thường là cáp quang hoặc 4G/5G) để truyền dữ liệu.
- Trung tâm xử lý: Dữ liệu hình ảnh/video từ các camera được truyền về một trung tâm điều hành. Tại đây, các máy chủ mạnh mẽ và phần mềm ứng dụng AI sẽ tự động phân tích dữ liệu.
- Xử lý và ra quyết định: Phần mềm AI sẽ phát hiện các hành vi vi phạm như vượt đèn đỏ, chạy quá tốc độ, sai làn,… và tự động trích xuất bằng chứng (hình ảnh, video, biển số xe, thời gian, địa điểm).
Lợi ích của hệ thống:
- Tăng cường ý thức chấp hành luật: Việc giám sát và xử phạt tự động (“phạt nguội”) làm người tham gia giao thông có ý thức hơn.
- Giảm ùn tắc giao thông: Dữ liệu về lưu lượng xe được phân tích để tối ưu hóa chu kỳ đèn tín hiệu, điều tiết giao thông hiệu quả hơn.
- Giảm tai nạn giao thông: Giúp phát hiện và xử lý kịp thời các hành vi nguy hiểm, là nguyên nhân chính gây ra tai nạn.
- Hỗ trợ an ninh trật tự: Dữ liệu từ camera giúp truy vết tội phạm, tìm kiếm phương tiện trong các vụ án.
- Tiết kiệm nhân lực: Giảm bớt sự có mặt của cảnh sát giao thông tại các chốt, cho phép họ tập trung vào các công việc tuần tra, điều tiết khác.
2. Xe tự hành được xem là một thành tựu điển hình của CMCN 4.0. Hãy tìm hiểu lợi ích của xe tự hành giúp hạn chế ô nhiễm, ùn tắc giao thông và giảm chi phí.
Xe tự hành (xe không người lái) mang lại nhiều lợi ích to lớn cho xã hội, đặc biệt trong việc giải quyết các vấn đề giao thông đô thị:
- Hạn chế ùn tắc giao thông:
- Tối ưu hóa hành trình: Xe tự hành có thể liên lạc với nhau và với hệ thống trung tâm để tính toán lộ trình tối ưu nhất, tránh các khu vực đang ùn tắc.
- Duy trì khoảng cách an toàn: Xe di chuyển với tốc độ ổn định và giữ khoảng cách lý tưởng, giảm thiểu hiện tượng “phanh-gấp” dây chuyền gây ùn tắc.
- Sử dụng chung xe (ride-sharing): Một chiếc xe tự hành có thể phục vụ nhiều người, giảm đáng kể số lượng xe cá nhân lưu thông trên đường.
- Hạn chế ô nhiễm:
- Vận hành hiệu quả: Xe được lập trình để tăng/giảm tốc một cách mượt mà, tối ưu hóa việc tiêu thụ năng lượng (xăng hoặc điện), từ đó giảm lượng khí thải.
- Thúc đẩy xe điện: Hầu hết các mẫu xe tự hành đang phát triển đều là xe điện, góp phần giảm ô nhiễm không khí và tiếng ồn.
- Giảm chi phí:
- Chi phí xã hội: Giảm số lượng xe cá nhân giúp giảm chi phí đầu tư cho việc xây dựng đường sá, bãi đỗ xe.
- Chi phí người dùng: Người dân không cần phải mua và sở hữu xe riêng, chỉ cần trả tiền cho mỗi chuyến đi, tiết kiệm được chi phí mua xe, bảo dưỡng, bảo hiểm, nhiên liệu.
- Giảm chi phí do tai nạn: Hơn 90% tai nạn giao thông do lỗi của con người. Xe tự hành với khả năng phản ứng nhanh và chính xác hơn hứa hẹn sẽ giảm đáng kể số vụ tai nạn và chi phí khắc phục hậu quả.
