Ứng dụng công nghệ mô phỏng vào dạy học một số môn của nghề điện tử công nghiệp tại trường trung cấp nghề cơ điện hà nội

Do vậy việc ứng dụng công nghệ mô phỏng vào việc thiết kế bài giảng môn học lập trình PLC nói riêng và các môn học có tính chất tư duy trừu tượng nói chung là công việc thực sự mang lại

CHUYÊN SÂU: SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS NGUYỄN XUÂN LẠC

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và chưa được công bố trong bất cứ công trình nào và chưa được đăng trong bất kỳ tài liệu, tạp chí, hội nghị nào khác Những kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực

Hà Nội, tháng 10 năm 2010

Tác giả luận văn

Nguyễn Mạnh Quyền

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến quý thầy hướng dẫn:

GS.TS Nguyễn Xuân Lạc

Đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này

Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới:

- Các thầy, cô trong khoa Sư Phạm Kỹ Thuật trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

- Khoa Điện – Điện Tử, Ban giám hiệu Trường TCN Cơ Điện Hà Nội

- Quý thầy cô, bạn bè đồng nghiệp, các em học sinh, sinh viên

Đã tạo điều kiện, giúp đỡ, động viên, chia sẻ để tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp

Xin chân thành cảm ơn!

Tác giả luận văn

Nguyễn Mạnh Quyền

MỤC LỤC

Trang

Trang phụ bìa ………

Lời cam đoan ……… ……… ………… 1

Lời cảm ơn ……… ……… 2

Mục lục ……… ……… 3

Danh mục các chữ viết tắt ….……… 6

Danh mục các bảng biểu, hình vẽ, sơ đồ ……….………… 7

Mở đầu … ……… 8

1 Lý do chọn đề tài ……… 8

2 Mục đích nghiên cứu …….……….………….………… 10

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu … ……… 10

4 Giả thuyết khoa học ….……… 10

5 Nhiệm vụ nghiên cứu ………… ……….……… 10

6 Phương pháp nghiên cứu …….……… 11

7 Những đóng góp mới của luận văn ………….……… 11

8 Cấu trúc của luận văn ……….……… 12

Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀ THỰC TRẠNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀO DẠY HỌC Ở MỘT SỐ TRƯỜNG TCN TRONG ĐỊA BÀN HÀ NỘI ………

13 1.1 Một số khái niệm cơ bản ……… 13

1.1.1 Phương pháp dạy học ……….……… 13

1.1.2 Quy trình … ……… 15

1.1.3 Thiết kế …….……… 16

1.1.4 Quy trình thiết kế bài giảng …… ……… 16

1.1.5 Mô hình ……… 16

1.1.6 Mô phỏng ……….…… 21

1.1.7 Công nghệ ……… 22

1.1.8 Công nghệ mô phỏng ……… 22

1.2 Đặc trưng của công nghệ mô phỏng ……… 23

1.2.1 Tính chất của mô phỏng ……… 23

1.2.2 Các thiết bị và phần mềm dùng trong mô phỏng ….……… 25

1.2.3 Những ưu việt và hạn chế của công nghệ mô phỏng … ………… 27

1.3 Thực trạng ứng dụng công nghệ mô phỏng vào dạy học tại các trường TCN ………

28 1.3.1 Đặc điểm của học sinh học nghề …… ……… 28

1.3.2 Đặc điểm các môn học chuyên môn nghề của nghề Điện tử công nghiệp ………

29 1.3.3 Việc vận dụng các phương pháp dạy học ở các trường TCN …… 30

Chương 2: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀO XÂY DỰNG BÀI GIẢNG MỘT SỐ MÔN CHUYÊN MÔN NGHỀ CỦA NGHỀ ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TẠI TRƯỜNG TRUNG CẤP NGHỀ CƠ ĐIỆN HÀ NỘI …. 33 2.1 Nguyên tắc thiết kế bài giảng có ứng dụng công nghệ mô phỏng … 33

2.1.1 Những yêu cầu chung … ……… 33

2.1.2 Nguyên tắc thiết kế …… ……… 34

2.2 Quy trình thiết kế bài giảng một số môn chuyên môn nghề của nghề 37

2.2.1 Những điều kiện cần để thiết kế bài giảng có ứng dụng công nghệ

mô phỏng ………

37 2.2.2 Quy trình thiết kế ………… ……… 40

2.2.2.1 Quy trình thiết kế bài giảng trên nền Web dưới sự hỗ trợ của phần mềm FrontPage ………

44 2.2.2.2 Quy trình thiết kế các mô phỏng với phần mềm WinCC 6.0 … 47 2.3 Xây dựng một số bài giảng môn học lập trình PLC nghề điện tử công nghiệp với sự ứng dụng công nghệ mô phỏng …….………

51 2.3.1 Giáo án thứ nhất: Điều khiển tín hiệu đèn giao thông ……… 51

2.3.2 Giáo án thứ hai: Giám sát và điều khiển nhiệt độ ……… 57

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM …… ……… 63

3.1 Mục đích, đối tượng thực nghiệm sư phạm ……… 63

3.2 Chuẩn bị các điều kiện thực nghiệm …….……… 64

3.3 Nội dung và tiến trình thực nghiệm ….……… 65

3.4 Đánh giá kết quả thực nghiệm ……….……… 66

3.5 Lấy ý kiến chuyên gia …….……… 73

Kết luận và kiến nghị …….……… 75

Tài liệu tham khảo …….……… 77

Phụ lục ……… 79

PLC (Programmable Logic Control) Điều khiển logic khả trình

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ

I Các bảng biểu

1 Bảng 3.1 Đối tượng và cơ sở thực nghiệm

2 Bảng 3.2 Bảng thống kê điểm của học sinh trong bài kiểm tra thứ nhất

3 Bảng 3.3 Bảng thống kê điểm của học sinh trong bài kiểm tra thứ hai

4 Bảng 3.4: Bảng thống kê kết quả các bài kiểm tra của học sinh

5 Bảng 3.5: Bảng thống kê tỉ lệ phần trăm kết quả bài kiểm tra của học sinh

6 Bảng 3.6 Đối tượng thực hiện lấy ý kiến chuyên gia

II Các hình vẽ

1 Hình 2.1 Giao diện mô phỏng bộ phát xung vuông

2 Hình 2.2 Giao diện mô phỏng hoạt động bộ đếm tiến

3 Hình 2.3 Giao diện mô phỏng hoạt động bộ so sánh

4 Hình 2.4 Giao diện mô phỏng điều khiển tín hiệu đèn giao thông

5 Hình 2.5 Giao diện mô phỏng hoạt động hàm FC1

6 Hình 2.6 Giao diện mô phỏng điều khiển quạt gió

7 Hình 2.7 Giao diện mô phỏng hoạt động hàm FC2

8 Hình 2.8 Giao diện mô phỏng giám sát và điều khiển nhiệt độ

II Các sơ đồ

1 Sơ đồ 1.1 Các thành tố của quá trình dạy học

2 Sơ đồ 1.2 Phân loại mô hình

3 Sơ đồ 1.3 Công nghệ mô phỏng

4 Sơ đồ 2.1 Quy trình xây dựng bài giảng theo công nghệ mô phỏng

5 Sơ đồ 2.2 Quy trình xây dựng bài giảng điện tử với phần mềm Front Page

6 Sơ đồ 2.3 Quy trình xây dựng các mô phỏng với phần mềm WinCC 6.0

MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Định hướng của bộ giáo dục và đào tạo về đổi mới phương pháp dạy học

Chỉ thị số 22/2005 ngày 29/7/2005 của Bộ trưởng Bộ Giáo dục và đào tạo về nhiệm vụ của toàn ngành giáo dục có nêu: “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy học; tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin trong các hoạt động của nhà trường, nhất là ứng dụng trong giảng dạy, học tập và quản lý giáo dục”

Tin học hóa quá trình dạy học là quan điểm đúng đắn và cần thiết trong bối cảnh đất nước đang từng bước bước vào xã hội thông tin, xã hội học tập Việc ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học ở các trường nghề còn ít và mang tính tự phát do vậy tin học hóa quá trình dạy học, nhất là dạy nghề ở các trường nghề, các

cơ sở đào tạo nghề có ý nghĩa quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học

Nâng cao chất lượng dạy và học, giảm chi phí đào tạo

Máy tính, công cụ dạy học hiện đại, mô hình học cụ đã hỗ trợ đắc lực cho quá trình dạy học, biến những vấn đề trừu tượng, khó hiểu trở thành đơn giản nhờ việc mô phỏng trực quan sinh động Nhờ ứng dụng công nghệ mô phỏng mà bản chất của vấn đề được lột tả rõ ràng, trực quan: như các phương trình toán học, vật lý học, nguyên lý hoạt động của các mạch điện, của các chuyển động cơ học, quá trình sản xuất…

Ứng dụng công nghệ mô phỏng trong quá trình dạy học không chỉ mang hiệu quả về mặt sư phạm là đổi mới phương pháp dạy học mà nó còn có ý nghĩa về mặt kinh tế khi đất nước ta còn nghèo, đầu tư cho giáo dục còn hạn chế Sử dụng công nghệ thông tin, công nghệ mô phỏng trong quá trình dạy học sẽ làm giảm chi phí mua sắm vật tư, thiết bị thường xuyên mà cũng là con đường ngắn nhất để tiếp cận tri thức mới

Nhu cầu giảng dạy các môn chuyên môn nghề của nghề Điện tử công

Trường TCN Cơ Điện Hà Nội trực thuộc Bộ Nông Nghiệp & PTNT có nhiệm vụ chính là đào tạo nghề cho mọi đối tượng trong cả nước, đặc biệt là khu vực phía nam Hà Nội Trường cũng có bề dày trong công tác đào tạo nghề, với những giáo viên có tay nghề cao nhưng chủ yếu các thầy, cô chỉ giảng dạy theo phương pháp truyền thống, rất ít ứng dụng công nghệ thông tin, công nghệ mô phỏng trong thiết kế bài giảng

Nghề điện tử công nghiệp là một trong những nghề mới đào tạo của trường, nghề trang bị cho người học những kiến thức, kỹ năng vận hành, sửa chữa khắc phục sự cố của các hệ thống điện, điện tử, các dây truyền tự động hóa trong các nhà máy, xí nghiệp, các đơn vị sản xuất Môn học lập trình PLC là môn học chuyên môn nghề bắt buộc, nó cung cấp cho người học kỹ năng lập trình, kỹ năng điều khiển các hệ thống tự động hóa, các dây truyền sản xuất công nghiệp hiện đại Môn học yêu cầu người học phải có tư duy trừu tượng, tư duy tổng hợp cao, phải có cái nhìn tổng quát, gắn kết giữa cơ cấu điều khiển với cơ cấu chấp hành

Do vậy việc ứng dụng công nghệ mô phỏng vào việc thiết kế bài giảng môn học lập trình PLC nói riêng và các môn học có tính chất tư duy trừu tượng nói chung là công việc thực sự mang lại hiệu quả cho sự tiếp thu bài giảng, lĩnh hội tri thức cho người học Biến những vấn đề khó hiểu trở nên đơn giản, trực quan sinh động Muốn làm được như vậy chúng ta cần phải xây dựng những quy trình cụ thể cho những môn học khác nhau trong việc xây dựng bài giảng có sự hỗ trợ của công nghệ mô phỏng Có được như vậy chúng ta mới thực sự phát huy được tính hiệu quả của việc ứng dụng công nghệ mô phỏng trong dạy học Đây cũng chính là mục tiêu nâng cao chất lượng đào tạo của nhà trường trong giai đoạn mới

Do vậy tác giả đã chọn vấn đề: “Ứng dụng công nghệ mô phỏng vào dạy học một số môn của nghề điện tử công nghiệp tại trường Trung cấp nghề Cơ Điện Hà Nội” làm đề tài nghiên cứu của luận văn

Mở ra hướng để phát triển (nghiên cứu sinh)

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Quy trình thiết kế bài giảng các môn học chuyên môn nghề của nghề Điện tử công nghiệp tại các cơ sở đào tạo nghề với sự ứng dụng công nghệ mô phỏng

3.2 Phạm vi nghiên cứu

Phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn những vấn đề sau:

Việc thiết kế bài giảng thực nghiệm có ứng dụng công nghệ mô phỏng được giới hạn trong môn học: Lập trình PLC của nghề Điện tử công nghiệp

Tổ chức thực nghiệm sư phạm được tiến hành với các lớp công nhân kỹ thuật, trung cấp nghề của nghề Điện tử công nghiệp tại trường Trung cấp nghề Cơ Điện Hà Nội và Trường Trung cấp nghề số 1

4 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Nếu bài giảng các môn học chuyên môn nghề của nghề Điện tử công nghiệp tại trường TCN Cơ Điện Hà Nội được thiết kế có ứng dụng công nghệ mô phỏng theo quy trình hợp lý sẽ góp phần rút ngắn được thời gian đào tạo và nâng cao được chất lượng dạy học

5 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Đề tài có các nhiệm vụ sau:

Nghiên cứu cơ sở lý luận có liên quan đến công nghệ mô phỏng và ứng dụng vào việc thiết kế bài giảng

Phân tích, đánh giá thực trạng về việc thiết kế bài giảng các môn học chuyên môn nghề của nghề Điện tử công nghiệp trong địa bàn Hà Nội

Nghiên cứu xây dựng quy trình thiết kế bài giảng có ứng dụng công nghệ mô phỏng trong dạy học các môn chuyên môn nghề của nghề Điện tử công nghiệp

Xây dựng một số bài giảng môn học Lập trình PLC của nghề Điện tử công nghiệp có ứng dụng công nghệ mô phỏng theo quy trình đã thiết kế

Thực nghiệm sư phạm bài giảng đã thiết kế

Lấy ý kiến chuyên gia về quy trình thiết kế bài giảng có ứng dụng công nghệ

mô phỏng

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phương pháp nghiên cứu lý luận: Thu thập các tài liệu, phân tích đánh giá, tổng hợp thông tin liên quan để xây dựng cơ sở lý luận cho đề tài

Phương pháp khảo sát: Khảo sát các cơ sở dạy nghề để lấy ý kiến về thực trạng dạy học các môn học chuyên môn nghề của nghề Điện tử công nghiệp trong địa bàn Hà Nội

Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Để đánh giá thống kê, kiểm chứng kết quả nghiên cứu và giả thuyết khoa học của đề tài

7 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN VĂN

Xây dựng được bộ quy trình thiết kế bài giảng có ứng dụng công nghệ mô phỏng với các phần mềm Simatic Step 7, WinCC cho các môn học chuyên môn nghề của nghề Điện tử công nghiệp

Về mặt thực tiễn:

Đề tài đã xây dựng một số bài giảng môn học Lập trình PLC của nghề Điện

tử công nghiệp có ứng dụng công nghệ mô phỏng phù hợp với mục tiêu, nội dung đào tạo và trình độ người học

Thông qua kết quả thực nghiệm đã khẳng định được vai trò của bài giảng xây dựng trên cơ sở ứng dụng công nghệ mô phỏng trong việc nâng cao chất lượng dạy học và rút ngắn thời gian đào tạo

8 CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN

Luận văn được chia làm 3 phần:

Phần mở đầu: Trình bày về lý do chọn đề tài, mục đích của đề tài, nhiệm vụ

của đề tài, phương pháp nghiên cứu …

Phần nội dung: Bao gồm 3 chương

Chương 1: Cơ sở lý luận về công nghệ mô phỏng và thực trạng ứng dụng công nghệ mô phỏng vào dạy học ở một số trường TCN trong địa bàn Hà Nội

Chương 2: Ứng dụng công nghệ mô phỏng vào xây dựng bài giảng một số môn chuyên môn nghề của nghề điện tử công nghiệp tại trường trung cấp nghề cơ điện Hà nội

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

Phần kết luận và kiến nghị

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀ THỰC TRẠNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀO DẠY HỌC Ở MỘT SỐ

TRƯỜNG TCN TRONG ĐỊA BÀN HÀ NỘI

1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.1.1 Phương pháp dạy học (teaching method)

Có thể hiểu phương pháp dạy học là tổ hợp cách thức hoạt động, tương tác giữa thầy và trò trong quá trình dạy học nhằm đạt mục đích dạy học Phương pháp dạy học là một trong những yếu tố quan trọng nhất của quá trình dạy học

Phương pháp dạy học là một hệ thống những hành động có mục đích của người thầy nhằm tổ chức hoạt động của nhận thức và thực hành của học sinh, đảm bảo học sinh lĩnh hội nội dung học vấn

Phương pháp dạy học là một yếu tố quan trọng nhất trong quá trình học Phương pháp dạy học thực chất là phương thức làm việc qua lại giữa người thầy và học sinh trong quá trình dạy học, thông qua đó học sinh chủ động tiếp thu kiến thức,

kỹ năng, kỹ xảo, hình thành thế giới quan và nhân cách của mình nhằm đạt mục đích của quá trình dạy học

Mặc dù có nhiều quan niệm khác nhau về dạy học, nhưng các tác giả đều thừa nhận phương pháp dạy học tập trung vào các điểm sau đây;

- Tập hợp các kỹ thuật của công việc dạy học

- Phản ánh hình thức vận động của nội dung bài học

- Là cách thức mà người dạy học tổ chức hoạt động nhận thức cho người học, nhằm tạo điều kiện cho người học tích cực chủ động chiếm lĩnh tri thức của bài học

- Phản ánh sự tương tác qua lại giữa người dạy học, người học và môi trường học tập để đạt mục đích dạy học

Vậy phương pháp dạy học là tổ hợp cách thức hoạt động của thầy và trò, trong đó người thầy sử dụng các phương pháp thích hợp nhằm tạo ra ở học trò

sự hứng thú, tự giác, tích cực, chủ động chiếm lĩnh tri thức để đạt mục tiêu đề ra trong dạy học

Phương pháp dạy học là sự thể hiện logic khoa học và logic sư phạm, là sự kết hợp của phương pháp khoa học và phương pháp sư phạm

Mối quan hệ mục đích - nội dung - phương pháp có tính quy luật, chi phối lẫn nhau, chi phối sự phát triển của quá trình dạy học Trong từng thời điểm cụ thể, hoàn cảnh cụ thể, mục đích và nội dung dạy học khác nhau, chúng luôn thay đổi để kéo theo sự thay đổi của phương pháp dạy học Ngày nay với sự hỗ trợ của công nghệ hiện đại, công nghệ thông tin được đưa vào quá trình dạy học, các phương pháp dạy học có su hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của người học, tác động vào học sinh để họ chủ động chiếm lĩnh tri thức một cách độc lập, sáng tạo theo khả năng của mình

Một cách tiếp cận khác nhằm thể hiện vị trí vai trò của phương pháp dạy học

đó là tiếp cận dưới dạng các thành tố của quá trình dạy học Các thành tố bao gồm mục tiêu dạy học, nội dung dạy học, công nghệ dạy học, người học, người dạy, kết quả của quá trình này trong môi trường dạy học Các thành tố này đan xen với nhau

bổ trợ cho nhau trong môi trường dạy học tạo nên sự tương tác trong dạy học

Công nghệ dạy học hiện đại được thể hiện thông qua phương pháp dạy học tích cực hóa tư duy người học, thông qua các phương tiện kỹ thuật phục vụ cho quá trình dạy học và môi trường học tập, các yếu tố này tạo nên những điều kiện và cách thức khác nhau của quá trình dạy học nhằm hoàn thiện hóa quá trình dạy học Như vậy phương pháp và phương tiện dạy học là các yếu tố của quá trình dạy học nhằm xúc tác trong quá trình dạy học giúp học sinh hứng thú hơn trong quá trình học tập,

hiểu sâu sắc vấn đề bài học, rút ngắn thời gian đào tạo đó chính là công nghệ dạy học

Trong dạy học cũng vậy, muốn quá trình dạy học được nâng cao chất lượng

và hiệu quả, cũng cần phải có một quy trình cụ thể chi tiết bắt buộc để cho người dạy và người học, những nhân tố khác có liên quan đến quá trình dạy học tuân theo

Ví dụ, nếu không chuẩn bị bài trước khi lên lớp, chuẩn bị các điều kiện, phương tiện

kỹ thuật, cơ sở vật chất không tốt thì bài giảng đó không có chất lượng được, tiết

1.1.3 Thiết kế (design)

Theo từ điển Tiếng Việt, thiết kế là sắp đặt cách thức làm việc, đưa ra đề án xây dựng công trình Như vậy thiết kế là lập tài liệu kỹ thuật toàn bộ để có thể theo

đó mà tiến hành xây dựng công trình, sản phẩm

1.1.4 Quy trình thiết kế bài giảng

Quy trình thiết kế bài giảng được thể hiện bằng trật tự các bước cần thực hiện có tính bắt buộc nhất thiết phải tuân theo của người thầy để chuẩn bị bài trước khi lên lớp Công việc có tính thống nhất cao, có logic trong một bài dạy, người thầy không thể tự ý thay đổi được

Vậy quy trình thiết kế bài giảng là thứ tự các bước cần thực hiện mà người thầy phải tuân theo để thiết kế bài giảng trước khi lên lớp cho giờ giảng của mình

1.1.5 Mô hình (model)

Theo nghĩa chung nhất, mô hình được hiểu là một thể hiện bằng thực thể hay bằng khái niệm một số thuộc tính và quan hệ đặc trưng của một đối tượng nào đó (gọi là nguyên hình) nhằm mục đích nhận thức sau:

Làm đối tượng quan sát thay cho nguyên hình

Làm đối tượng nghiên cứu (thực nghiệm hay suy diễn) về nguyên hình Khi xây dựng mô hình cho các nghiên cứu, các mô phỏng cần phải xác định các điều kiện cho trước của bài toán về nguyên hình, xác định tư cách đại diện của

mô hình cho nguyên hình Từ đó lấy các phép biến đổi kết quả từ mô hình thành kết quả tương ứng về nguyên hình

Hiện vẫn chưa có lý thuyết tổng quát về mô hình nói chung, mà chỉ có các lý thuyết xây dựng cho từng dạng mô hình cụ thể

Như vậy có thể chia mô hình làm 2 loại đó là mô hình thực thể và mô hình khái niệm Trong từng dạng cụ thể, tùy theo đặc điểm và ứng dụng ta có các dạng

- Mô hình thực thể (Substantial model)

Mô hình thực thể là các dạng mô hình được xây dựng theo dạng cấu trúc vật chất hoặc vật chất hóa học Ví dụ, mô hình động cơ đốt trong, mô hình chuyển động của động cơ 4 kỳ, mô hình mạch điện chỉnh lưu, dao động các mạch Flip – Flop, mô hình dao động con lắc đơn … nói chung các mô hình này được dùng nhiều trong các mô phỏng, thí nghiệm

Dựa trên tiêu chuẩn các tính chất lý học ta có thể chia mô hình thực thể thành

ba loại mô hình: mô hình trích mẫu, mô hình đồng dạng, mô hình tương tự

+ Mô hình trích mẫu (sampling model)

Mô hình trích mẫu là các dạng mô hình được xây dựng dựa trên cơ sở một hoặc nhiều đặc điểm của nguyên hình, là một tập hợp những cá thể được trích ra Như vậy có thể có một hoặc nhiều mô hình trích mẫu người ta có thể suy ra các kết luận về nguyên hình cần nghiên cứu Lý thuyết mô hình là lý thuyết xác suất và

MH tương

tự

MH toán học

MH

hình

học

MH động hình học

MH động lực học

Sơ đồ 1.2 Phân loại mô hình

thống kê toán học, việc chọn mô hình trích mẫu phải đảm bảo số lượng trích mẫu có dung lượng đủ lớn thỏa mãn độ chính xác, tin cậy cho trước và kết quả thu được trên tập mẫu phải có đánh giá hay ước lượng khác nhau về tổng thể, thêm vào đó

mô hình trích mẫu phải cùng chất với nguyên hình

Mô hình trích mẫu được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực quen thuộc như: Đánh giá chất lượng sản phẩm, điều tra xã hội học, nghiên cứu môi trường sinh thái …

+ Mô hình đồng dạng (Similar model)

Theo vật lý học, hai thực thể được gọi là đồng dạng với nhau khi các đại lượng vật lý cùng tên của chúng tỉ lệ với nhau, đồng dạng hình học nếu chỉ có tỉ lệ

về các chiều dài tương ứng , đồng dạng động hình học nếu có tỉ lệ về các vận tốc tương ứng

Nếu có cùng dạng, kích thước tương ứng tỉ lệ với nhau ta có đồng dạng hình học (geometrical similitude) Ví dụ, hai tam giác vuông AOB và A’O’B’ được gọi

là đồng dạng với nhau khi chúng có các cạnh góc vuông OA và O’A’, OB và O’B’

cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha khi điện áp trên các pha đối xứng hoàn toàn

Như vậy ta thấy rằng đồng dạng động hình học cũng đồng dạng hình học, đồng dạng động lực học cũng đồng dạng động hình học

Việc xây dựng mô hình đồng dạng là xây dựng một thực thể có các thông số vật lý cùng tên với nguyên hình (cùng chất với nguyên hình), được xác định theo lý thuyết đồng dạng, cụ thể là:

Điều kiện cần và đủ để hai quá trình đồng dạng là các mô tả toán học của chúng chỉ khác nhau về trị số của các đại lượng có cùng thứ nguyên và các chuẩn số của chúng bằng nhau từng đôi một Mỗi chuẩn số này là giá trị (không thứ nguyên) của một nhóm biến đặc trưng cho thực thể

Mô hình đồng dạng hình học (Geometrical similar model)

Mô hình đồng dạng hình học có thể sử dụng là hình ảnh, hình chiếu của đối tượng tại thời điểm quan sát Mô hình hình học thường ở trạng thái tĩnh, nó được sử dụng nhiều trong dạy học Ví dụ, mô hình động cơ điện, mô hình máy phát điện, mô hình mạch đèn giao thông ngã tư, các bản vẽ kỹ thuật…

Kích thước của mô hình có thể lớn hơn, nhỏ hơn hoặc bằng với kích thước của vật thật, điều này tùy thuộc vào kích thước cụ thể của vật thật, mục đích của mô hình, thông thường chúng được ghi dưới dạng tỷ lệ trên bản vẽ Ví dụ, trong dạy học bản đồ địa lý các nước, bản đồ thế giới thường được thu nhỏ, mô hình cấu tạo của nguyên tử vật chất được phóng to…

Mô hình động hình học (Kinematical similar model)

Mô hình động hình học là dạng mô hình được xây dựng để mô tả trạng thái động của nguyên hình Ví dụ, mô hình chuyển động thể hiện nguyên lý của máy phát điện một chiều

Mô hình động lực học (Dynamical similar model)

Đây là dạng mô hình được dùng trong việc nghiên cứu sự biến đổi trạng thái của một đối tượng dưới tác dụng của môi trường Ví dụ, mô hình khảo sát thể hiện sức cản của gió lên thiết bị chuyển động như ô tô, xe máy, máy bay… trong ống thổi ở phòng thí nghiêm

Tóm lại, mô hình đồng dạng có các chuẩn số tương ứng của chúng bằng nhau từng đôi một Các chuẩn số này gọi là các hệ số đồng dạng, là các giá trị không có thứ nguyên Tùy theo các chuẩn cứ đồng dạng: hình học, động hình học hay động lực học, có những mô hình đồng dạng tương ứng Bản vẽ kỹ thuật, mô

hình hàng không trong triển lãm… là những ví dụ về mô hình đồng dạng hình học,

mô hình của một vật bay nào đó (máy bay, tàu vũ trụ, đĩa bay…), tùy trường hợp sử dụng có thể mô hình đồng dạng hình học, động hình học hoặc động lực học

+ Mô hình tương tự (Analogue model)

Hai thực thể khác nhau về bản chất vật lý được gọi là tương tự khi trạng thái của chúng được mô ta bằng hệ phương trình vi phân với cùng một điều kiện đơn vị

Mô hình tương tự là một thực thể có những thông số vật lý khác tên với nguyên hình (khác chất với nguyên hình) và được xác định theo lý thuyết tương tự

Mô hình này thường được gọi theo chất liệu của mô hình và nguyên hình, ví dụ như

mô hình tương tự điện – cơ, mô hình tương tự nhiệt điện, mô hình tương tự thủy lực…

- Mô hình khái niệm (Conceptual model)

Mô hình khái niệm được xây dựng trên cơ sở các khái niệm có tính chất hình thức, trừu tượng Mô hình khái niệm được sử dụng nhiều trong toán học dùng ngôn ngữ toán học để mô tả đối tượng Điển hình cho các nghiên cứu và ứng dụng mô hình khái niệm trong toán học là phương pháp mô phỏng Monte Carlo

+ Mô hình toán học (Mathematics model)

Mô hình toán học là dạng mô hình khái niệm dưới dạnh một cấu trúc hay một hệ thức toán học Mô hình toán học dùng để mô tả trạng thái của đối tượng nghiên cứu, chúng thường được xây dựng thành các dạng phương trình, ví dụ khi nghiên cứu về máy phát điện một chiều kích từ độc lập, người ta xây dựng hàm truyền đạt trên cơ sở các phương trình vi phân đầu vào và đầu ra của tín hiệu

* Mô hình lược tả (Schematic model)

Mô hình lược tả là một dạng kết hợp của các mô hình nói trên dùng để mô tả cấu trúc và trạng thái bên trong của nguyên hình Có nhiều dạng mô hình lược tả khác nhau như cấu trúc thứ tự, graph tín hiệu và đồng dạng vật lý… Đây là một

đó của đối tượng được xét Các lược đồ cấu trúc của một hệ thống, lưu đồ lập trình cho các máy tính, lưu đồ vận hành của một thiết bị … là những dạng thường gặp của mô hình này Ngoài lợi ích về quan sát, trong nhiều trường hợp, các mô hình loại này giúp ích cho việc nghiên cứu phương án phân bổ hợp lý trên nguyên hình

1.1.6 Mô phỏng (Simulation)

Mô phỏng là cách thức để tái tạo lại các hoạt động, các tình huống thông qua

mô hình, nghĩa là tạo ra một sản phẩm hoặc mô hình để học, để kiểm tra, để giảng dạy…

Theo tác giả Nguyễn Xuân Lạc [12] ta có thể hiểu: thực nghiệm quan sát được và điều khiển được trên mô hình của đối tượng khảo sát, nói chung được gọi

là mô phỏng

Trong khoa học và công nghệ, mô phỏng là con đường nghiên cứu thứ ba, song song với nghiên cứu lý thuyết thuần túy (phương pháp suy diễn) và nghiên cứu thực nghiệm trên đối tượng thực Nó được dùng khi không thể, không cần hay không nên thực nghiêm trên đối tượng thực Mô phỏng, nhất là mô phỏng với máy tính tạo thuận lợi cho người sử dụng về các mặt: nhận thức (trực quan hóa, dễ tiếp cận và đo lường, lặp lại nhiều lần theo ý muốn, thử nghiệm ý tưởng sáng tạo và tiên đoán,…); công nghệ (về thiết bị, phương pháp cũng như kỹ năng: khả thi, an toàn,

có hiệu quả về thời gian và kinh tế, làm quen hoặc luyện kỹ năng trước khi tiếp xúc với thực tế,…)

Các phương pháp mô phỏng hiện đại ngày nay đều dựa trên máy tính thông qua phần mềm mô phỏng Các phương pháp mô phỏng được sử dụng chính hiện nay là: Mô phỏng nhân quả (sequential causal simulation) và mô phỏng vật lý hay

mô phỏng phi nhân quả (physical, non-causal simulation) Hai phương pháp mô phỏng này thể hiện hai hướng tiếp cận khác nhau đối với mô hình hóa hệ thống và cũng thể hiện xu hướng phát triển của mô hình hóa, mô phỏng trong thực tế và trong dạy học

Như vậy, dạy học cũng là một công nghệ, công nghệ dạy học là một hệ thống phương tiện, phương pháp và kỹ năng Nhằm vận dụng quy luật khách quan tác động vào người học, hình thành một nhân cách xác định

Vận dụng các phương tiện dạy học hiện đại, công nghệ thông tin và truyền thông vào quá trình dạy học nhằm tạo nên một công nghệ dạy học hiện đại

1.1.8 Công nghệ mô phỏng (Simulation technology)

Công nghệ mô phỏng là một hệ thống phương tiện, phương pháp và kỹ năng

để tiến hành nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình của đối tượng khảo sát

Công nghệ mô phỏng nhằm xây dựng các mô hình trên cơ sở mục tiêu, yêu cầu đặt ra ban đầu để vận hành và quan sát các hiệu ứng trong một môi trường nhất định, phục vụ cho mục đích nhất định của người nghiên cứu

Việc tạo ra các mô hình dưới sự hỗ trợ của máy móc thiết bị hiện đại theo một quy trình nhất định, và mô hình này tương tự hoặc phỏng theo thực tế hoặc mang đặc điểm đặc trưng của nguyên hình, các mô hình này hoạt động dưới sự điều khiển chỉ đạo của con người gọi là công nghệ mô phỏng

Trong phạm vi luận văn này, công nghệ mô phỏng được ứng dụng để xây dựng các mô hình tĩnh, mô hình động cho phần kiến thức chuyên môn nghề của nghề điện tử công nghiệp, mô phỏng nguyên lý hoạt động của mạch điện, của hệ

thống điều khiển và giám sát, giải thích các hiện tượng, các quá trình xảy ra dựa trên cơ sở máy vi tính, PLC và các phần mềm hỗ trợ

Về mặt phương pháp luận khoa học, mọi lý thuyết khoa học đều được xây dựng từ mô hình của thế giới thực và được áp dụng cho những đối tượng thực hoặc

y như mô hình hoặc sai khác với mô hình trong chừng mức một chỉ tiêu chất lượng

mô phỏng nằm trong giới hạn cho phép Quá trình phát triển của khoa học là quá trình mô hình hóa và mô phỏng ngày càng sát thực với thế giới quan

Dạy học bằng phương pháp mô phỏng trên cơ sở các mô hình đã được ứng dụng rất nhiều từ các môn khoa học tự nhiên như toán, lý, đến các môn học thuộc các ngành kỹ thuật như sinh vật, y học, cơ khí, cơ khí động lực… Với các môn chuyên môn nghề của nghề Điện tử công nghiệp, phương pháp mô phỏng đã và đang góp phần đáng kể làm thay đổi phương pháp giảng dạy, tích cực hóa người học, tạo ra hứng thú, tự tìm tòi trong quá trình học tập của học sinh Bên cạnh đó các mô hình còn giúp học sinh tạo ấn tượng cho bài học, quan sát, thay đổi thông số trên mô hình mô phỏng, đánh giá kết quả, rút ra kết luận về sự vật, hiện tượng trong vấn đề cần nghiên cứu

1.2 ĐẶC TRƯNG CỦA CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG

1.2.1 Tính chất của mô phỏng

Công nghệ mô phỏng là quá trình thực hiện các thao tác từ việc nghiên cứu đối tượng thực tế, rút ra các nhận xét, các đặc điểm riêng nổi bật đặc trưng cho đối tượng đó và dựa vào đó có nhận biết được đối tượng ấy hoặc chỉ đối tượng ấy mới

có Từ đó lựa chọn các phương pháp xây dựng mô hình nghiên cứu, mô hình mô phỏng để khảo sát, thực nghiệm và tìm ra kết quả

Như vậy, một cách tổng quát ta có thể xem công nghệ mô phỏng như sau:

Để việc mô hình hóa đạt hiệu quả, cần lưu ý một số tính chất của mô hình như sau:

+ Tính công nghệ: khả thi và hiệu quả: trong trường hợp thông thường đó

chính là tính đơn giản về hình thức, cấu trúc của mô hình so với nguyên hình Tuy nhiên trong không ít trường hợp, đặc biệt với mô hình khái niệm, thì không nhất

thiết như vậy, mô hình có thể phức tạp hơn nguyên hình

+ Mô hình thay thế phải phù hợp với đối tượng nghiên cứu: kết quả thu được

khi nghiên cứu trên mô hình là kết luận được chuyển sang đối tượng nghiên cứu vì vậy mô hình thay thế phải phù hợp với đối tượng nghiên cứu

+ Quan sát được và điều khiển được: đối với mô hình thực thể đó chính là

tính trực quan của mô hình Đối với mô hình khái niệm (mô hình toán học) quan sát

được nếu trạng thái của đối tượng ở thời điểm bất kỳ có thể xác định theo nhập tố

Không đạt

Đạt

Sơ đồ 1.3 Công nghệ mô phỏng

và xuất tố tương ứng, điều khiển được nếu luôn luôn chọn được nhập tố cho phép

đưa đối tượng từ trạng thái A sang trạng thái B cho trước

+ Tính tương tác: mô phỏng trong dạy học ngày nay còn đòi hỏi tính tương

tác được, tương tác người – máy trong các hệ thống điều khiển, thông qua các giao diện mô phỏng Nhờ đó người học có thể tiến hành thực nghiệm bằng cách thay đổi các tham số (gián đoạn hoặc liên tục), từ đó rút ra kết luận của bài học, kết luận của vấn đề cần nghiên cứu

Trong điều kiện hiện nay do những đòi hỏi thực tế khác nhau như: cần rèn luyện kỹ năng thực hành thành thục trước khi tiếp xúc với thiết bị thực: học mổ nội soi trong ngành y, học lái thiết bị bay trong ngành hàng không, hoặc do giá cả của thiết bị thực rất cao không thể trang bị cho các phòng thực hành ở các cơ sở đào tạo nên việc xây dựng các mô hình ảo, thí nghiệm và thực hành ảo là rất cần thiết Trong luận văn tác giả mới chỉ thiết kế những bài giảng, xây dựng các giao diện mô phỏng phục vụ cho việc giảng dạy giáp mặt ngay tại lớp học, tại các phòng học thực hành giúp trang bị cho người học những kiến thức, kỹ năng cần thiết trước khi được tiếp xúc với thực tế

1.2.2 Các thiết bị và phần mềm dùng trong mô phỏng

1.2.2.1.Thiết bị dùng cho mô phỏng

Như đã phân tích ở trên, luận văn này chủ yếu tập trung vào mô phỏng trên máy vi tính có cấu hình phù hợp, thông thường cấu hình máy tính tối thiểu sử dụng cho việc mô phỏng hiện nay là máy vi tính có bộ vi xử lý Pentium IV, tốc độ

2,2GHz trở nên, RAM 512MB, Video Ram 128MB các thiết bị vào ra (bàn phím, chuột, máy quét, màn hình, máy in, …), bộ nhớ Các thiết bị này còn có tên gọi khác là phần cứng máy tính (hardware)

1.2.2.2 Phần mềm dùng trong mô phỏng

Để khởi động và thực hiện các thao tác xử lý thông tin trên máy tính, đòi hỏi phải có các chương trình cài đặt được gọi là phần mềm (software) Phần mềm của

máy tính có nhiều loại khác nhau, thông thường chúng được chia thành các loại như sau:

Như vậy, phần mềm dạy học được xây dựng nhằm thực hiện các chức năng:

- Trình diễn các nội dung mới của bài học thông qua mô phỏng trực quan sinh động, kích thích tư duy người học, phát triển và ứng dụng các phương pháp dạy học mới thông qua phương pháp dạy học tích cực

- Người học xây dựng các mô hình nhằm kiểm chứng lý thuyết, rèn luyện và củng cố kỹ năng, kỹ sảo của mình

- Kiểm tra kiến thức của người học

Ngày nay với sự phát triển của khoa học công nghệ, các phần mềm dạy học

đã và đang được viết theo dạng chuyên dùng, phục vụ cho các chuyên ngành khác nhau, có những phần mềm mang tính tổng quát, có những phần mềm chuyên ngành, tùy theo điều kiện và nội dung của môn học cụ thể mà ta lựa chọn những phần mềm tương ứng cho phù hợp

Nhìn chung, đặc trưng của các phần mềm dạy học thường có tính tương tác cao để có thể tạo dựng và thao tác nhanh trong thời gian hạn chế của buổi lên lớp lý thuyết hoặc thực hành

Trong ngành Điện – Điện tử, phần mềm hiện nay được sử dụng nhiều nhất,

có thể mô phỏng được các dạng mạch tương tự và số là Circuitmaker, Proteus,

1.2.3 Những ưu việt và hạn chế của công nghệ mô phỏng

Trong phạm vi luận văn này tác giả đề cập đến vấn đề mô phỏng trên máy tính và ứng dụng vào dạy học Vì vậy phân tích tính ưu việt và hạn chế của công nghệ mô phỏng chỉ tập trung vào mô phỏng máy tính

1.2.3.1.Tính ưu việt

Mềm dẻo: dễ dàng bổ sung, chỉnh sửa hoặc thay đổi mô hình mô phỏng sao

cho phù hợp với thực tế giảng dạy

Trực quan: Quá trình mô phỏng diễn ra theo sự điều khiển của người dạy và

hoạt động nhận thức của quá trình dạy học, người học có thể được quan sát bất cứ một thao tác nghề nghiệp nào, một bước nguyên lý nào của mạch điện với số lần không hạn chế, hình ảnh quan sát được là hình ảnh động, các hình ảnh không gian

Cập nhật: Việc sử dụng máy tính trong dạy học tối ưu hóa tiềm năng to lớn

của công nghệ thông tin, có khả năng thay đổi và cập nhật nội dung dễ dàng, giao tiếp trực tiếp với mạng internet, một kho tàng kiến thức điện tử khổng lồ luôn cập nhật và phát triển Như vậy người học có thể tự cập nhật, phát triển khả năng của bản thân thích nghi với sự thay đổi của khoa học kỹ thuật và thị trường lao động

yêu cầu

Tự học: với sự giúp đỡ của thầy, người học có thể sử dụng thành thạo các

phần mềm mô phỏng, tương tác trên các mô hình mô phỏng để thực nghiệm, tri giác, suy luận logic, biến quá trình dạy học thành quá trình tự học tự khám phá và tự chiếm lĩnh tri thức

Tận dụng thời gian: người học có thể học bất cứ thời gian nào, địa điểm nào

khi họ có nhu cầu Như vậy tạo tính tự giác cho người học, cá thể hóa trong hoạt động học tập

Dễ lưu giữ và vận chuyển: các mô hình được xây dựng dưới dạng các file có

thể lưu giữ trên máy tính PC, đĩa CD, Flash disk…,với sự phát triển như hiện nay của mạng toàn cầu internet thì việc lưu giữ có thể thực hiện trên máy chủ, có thể

chuyển các tài liệu minh họa sang dạng siêu văn bản (hypertext), nhưng trong các tranh web để người dùng truy cập thông qua các địa chỉ website trên mạng phục vụ cho việc tự học, đào tạo từ xa…

Ngày nay với khả năng tương tác và nhúng các file với nhau, mô hình được xây dựng có thể tích hợp kèm các file âm thanh, hình ảnh video, hoạt hình, các dạng

dữ liệu như chữ viết, ký hiệu…tạo âm thanh sản phẩm mô hình mô phỏng hoàn hảo

đa phương tiện

- Người dạy và người học cần có trình độ tin học tối thiểu nhất định, có kỹ năng giao tiếp máy tính, người dạy phải điều khiển hoạt động nhận thức theo một trình tự nhất định theo logic, tránh lạm dụng mô phỏng

- Về mặt tâm lý, các hiện tượng mà học sinh thu nhập được từ việc quan sát vật thực và hình ảnh có sự khác nhau về chất Vì vậy người dạy cần vận dụng một cách linh hoạt, kết hợp nhiều phương pháp, phương tiện khác nhau trong quá trình dạy học, đặc biệt coi trọng việc sử dụng và quan sát trực tiếp trên vật thật, luyện tập các thao tác trên máy móc, thiết bị thực tế

1.3 THỰC TRẠNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀO DẠY HỌC TẠI CÁC TRƯỜNG TCN

1.3.1 Đặc điểm của học sinh học nghề

Hiện nay việc học sinh theo học nghề ở nước ta chủ yếu là các em không thi

đỗ vào các trường đại học, cao đẳng, không có khả năng học tập lên cao Trình độ đầu vào của học sinh học nghề thấp Đa phần các ngành nghề trình độ đầu vào chỉ cần hết trung học cơ sở

Hầu hết các cơ sở đào tạo nghề trong cả nước đề không tổ chức thi tuyển đầu vào để đào tạo các trình độ trung cấp nghề, cao đẳng nghề Chủ yếu các cơ sở này nhận hồ sơ và xét tuyển đầu vào thông qua học bạ trung học phổ thông hoặc trung học cở sở

Tâm lý học sinh khi vào các trường nghề không hứng thú tham gia học tập, không có thái độ học tập đúng đắn, không xác định được mục đích của việc học nghề Vì vậy việc tạo ra hứng thú nghề nghiệp cho các em, làm cho các em có thái

độ yêu nghề nghiệp, yêu lao động, xác định đúng đắn mục đích học tập, phấn đấu học tập rèn luyện tốt phục vụ cho cuộc sống xã hội sau này là một việc làm vô cùng quan trọng

1.3.2 Đặc điểm các môn học chuyên môn nghề của nghề điện tử công nghiệp

Nghề điện tử công nghiệp là nghề được đào tạo hầu hết ở các trường nghề, trường trung học chuyên nghiệp, cao đẳng và đại học khối ngành kỹ thuật trong cả nước

Hiện nay chương trình và thời gian đào tạo nghề trong các trường trung cấp nghề đều áp dụng theo chương trình khung của Bộ Lao động thương binh xã hội và của tổng cục dạy nghề Cụ thể chương trình khung của nghề Điện tử công nghiệp:

+ Thời gian của khóa học và thời gian thực học tối thiểu:

- Thời gian đào tạo: 2 năm

- Thời gian học tập: 90 tuần

- Thời gian thực học: 2550h

- Thời gian ôn, kiểm tra hết môn và thi: 210h; trong đó thi tốt nghiệp: 90h

+ Phân bố thời gian thực học tập tối thiểu:

- Thời gian học các môn học chung: 210h

- Thời gian học các môn học, mô đun cơ sở nghề: 945h

- Thời gian học các môn học, mô đun chuyên môn nghề: 975h

- Thời gian học các môn học, mô đun tự chọn: 420h

Thời gian phân bổ cho giai đoạn học các môn chuyên môn nghề chiếm phần lớn trong quá trình học tập Đây là giai đoạn đào tạo cho các em những kiến thức,

kỹ năng gắn chặt với nghề nghiệp, đây cũng chính là giai đoạn quyết định hình thành tay nghề, kỹ năng nghề nghiệp của học sinh

Các môn học, mô đun trong giai đoạn chuyên môn nghề này đòi hỏi người học phải có tư duy kỹ thuật, khả năng phán đoán logic, thao động tác cẩn trọng chính xác Nếu người học có thể học tốt trong giai đoạn này thì họ sẽ có cơ hội thành công cao trong lao động nghề nghiệp sau này

1.3.3 Việc vận dụng các phương pháp giảng dạy ở các trường TCN

Phương pháp dạy học là phương thức làm việc của thầy và trò, qua đó người thầy truyền đạt kiến thức, kỹ năng nghề nghiệp, trò chủ động, tự giác chiếm lĩnh tri thức, kĩ năng, kỹ xảo đạt mục đích dạy học

Với tầm quan trọng như vậy, phương pháp dạy học xứng đáng trở thành yếu

tố quan trọng, khâu đột phá trong việc nâng cao chất lượng dạy học Hiện nay việc vận dụng các phương pháp dạy học tích cực hóa tư duy người học ở các trường dạy nghề hầu như chưa được các thầy cô quan tâm và vận dụng một cách hiệu quả

1.3.3.1 Vận dụng các phương pháp truyền thống

Thông qua khảo sát tại các trường TCN trong địa bàn Hà Nội cho thấy các phương pháp dạy học truyền thống như: thuyết trình, đàm thoại (vấn đáp), phương

pháp trình bày trực quan, phương pháp dạy học thực hành, phương pháp luyện tập… là các phương pháp hiện nay đang được sử dụng phổ biến Trên 95% số bài giảng được giáo viên thiết kế một cách đơn giản trên bản hình vẽ tĩnh đơn giản trên bảng Chỉ có gần 5% số bài giảng được thiết kế trên cơ sở ứng dụng các phương tiện kỹ thuật dạy học hiện đại, các bài giảng này chủ yếu phục vụ cho các bài hội giảng hoặc trình diễn của giáo viên

1.3.3.2 Vận dụng những phương pháp dạy học tích cực

Cũng thông qua khảo sát cho thấy việc vận dụng các phương pháp dạy học tích cực hóa tư duy người học, dạy học có ứng dụng công nghệ mô phỏng… chưa được nhiều giáo viên quan tâm 82% giáo viên được hỏi chưa coi việc đổi mới phương pháp dạy học là nhiệm vụ quan trọng của nghề dạy học Hơn nữa việc chậm đổi mới nội dung chương trình đào tạo là một trong những nguyên nhân quan trọng làm cho các phương pháp dạy học tích cực ít được ứng dụng

Như vậy, ngay lúc này rất cần có một quy trình, một định hướng cụ thể giúp giáo viên dạy nghề, những người đang trực tiếp truyền đạt những tri thức nghề nghiệp đến với học sinh hiểu và vận dụng các phương pháp dạy học tích cực vào chính quá trình dạy học của họ Để làm được như vậy đòi hỏi phải có sự thay đổi nỗ lực của chính người giáo viên, phải bắt đầu từ khâu thiết kế bài giảng Luận văn này xây dựng được trình tự thiết kế bài giảng các môn học chuyên môn nghề của nghề Điện tử công nghiệp có ứng dụng công nghệ mô phỏng một cách đầy đủ, chi tiết, rõ ràng giúp cho người giáo viên dạy nghề Điện công tử nghiệp có thể vận dụng một cách hiệu quả nhất

1.3.3.3 Việc sử dụng phương tiện hỗ trợ dạy học để cải tiến phương pháp dạy học

Phương tiện dạy học là phương tiện dùng trong quá trình dạy học nó vừa mang thông tin, vừa có nhiệm vụ truyền đạt thông tin từ người thầy và môi trường học tập đến người học Phương tiện dạy học làm tăng khả năng hứng thú của người học, kích thích tư duy người học, tạo cho họ sự tò mò, ý muốn tìm hiểu và khám

phá trong học tập Bên cạnh đó phương tiện dạy học giúp người dạy kiểm tra, đánh giá chính xác khả năng tiếp thu tri thức của người học

Các dạng phương tiện sử dụng nhiều là các loại tranh ảnh, hình vẽ tĩnh, mô hình tĩnh Đây là loại phương tiện thô sơ đơn giản, đã và đang góp phần đáng kể trong quá trình dạy học Trên 80% giáo viên được hỏi thường xuyên sử dụng các phương tiện này, số còn lại đã sử dụng phương tiện dạy học hiện đại vào dạy học

Kết luận: việc vận dụng công nghệ mô phỏng trên máy tính dưới sự trợ giúp

của các phần mềm mô phỏng chuyên ngành Điện, Điện tử vào dạy học các môn chuyên môn nghề của nghề Điện tử công nghiệp là một hướng đổi mới phương pháp dạy học có hiệu quả Phương pháp dạy học này mang đến một cách học mới, một tâm lý mới, tích cực trong dạy nghề Phương pháp này không những đảm bảo các chức năng của quá trình dạy học như giáo dưỡng, phát triển và giáo dục mà nó còn kích thích hứng thú nghề nghiệp, khả năng tìm tòi tự học tự nghiên cứu, phát triển tư duy kỹ thuật cho học sinh Như vậy áp dụng công nghệ mô phỏng vào giảng dạy các môn học chuyên môn nghề của nghề Điện tử công nghiệp sẽ nâng cao được chất lượng dạy và học nghề, giúp cho học sinh lắm vững kiến thức, hiểu sâu sắc vấn

đề và có thể tìm ra con đường chiếm lĩnh tri thức trên cơ sở sự phát triển tư duy kỹ thuật của họ đồng thời giảm được thời gian dạy học

Việc biên soạn các bài giảng ứng dụng công nghệ mô phỏng trên máy tính giúp cho việc bảo quản, lưu giữ đơn giản, dễ dàng, sử dụng được nhiều lần, sử dụng

ở mọi lúc, mọi nơi, giúp cho người học có thể học trong giờ lên lớp, học ngoài giờ, học ở nhà, học qua mạng, học từ xa… Điều này tạo điều kiện thuận lợi cho việc cá thể hóa trong học tập, xã hội hóa học tập, tạo cơ hội học tập cho nhiều người, nhiều tầng lớp trong xã hội

CHƯƠNG 2 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀO XÂY DỰNG BÀI GIẢNG MỘT SỐ MÔN CHUYÊN MÔN NGHỀ CỦA NGHỀ ĐIỆN TỬ

CÔNG NGHIỆP TẠI TRƯỜNG TCN CƠ ĐIỆN HÀ NỘI

2.1 NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ BÀI GIẢNG CÓ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG

2.1.1 Những yêu cầu chung

Trong quá trình dạy học, khâu thiết kế bài giảng của giáo viên là rất quan trọng, nó góp phần chính cho bài giảng thành công và đạt được mục tiêu của bài Quá trình thiết kế bài giảng có sự ứng dụng của công nghệ mô phỏng phải tuân theo yêu cầu chung cơ bản sau:

2.1.1.1 Thể hiện được đầy đủ nội dung dạy học

Bài giảng được thiết kế sao cho phù hợp với trình độ nhận thức của học sinh, đáp ứng được mục tiêu đề ra Đồng thời nội dung bài học phải được thể hiện đầy đủ

và chính xác, nội dung của bài phải có tính mở, mềm dẻo, linh hoạt để người dạy có thể cập nhật, nâng cấp thường xuyên đáp ứng được sự phát triển của khoa học công nghệ

2.1.1.2 Đảm bảo tính trực quan

Kiến thức khoa học kỹ thuật thường trừu tượng, khó hiểu, các chi tiết, linh kiện nhỏ khó quan sát, nguyên lý hoạt động cũng được ẩn chứa bên trong các mạch điện các thiết bị Do vậy để hiểu, phân tích được vấn đề chúng ta cần mổ sẻ, trực quan hóa các sơ đồ, chi tiết máy móc, thiết bị để có thể tác động mạnh mẽ vào tư duy người học giúp họ tiếp thu nội dung kiến thức nhanh hơn Bên cạnh đó cần phải biết phối kết hợp các phương tiện giảng dạy, kết hợp âm thanh, hình ảnh, chuyển động, hình hoạt …để tác động nên nhiều giác quan của người học đồng thời đảm

bảo cả lớp cùng quan sát được Có như vậy mới phát huy được hiệu quả của tính trực quan trong dạy học

2.1.1.3 Đảm bảo tính logic khoa học

Nội dung bài giảng phải được thiết kế theo một tiến trình nhất định, từ kiến thức cơ bản đến kiến thức nâng cao, từ đơn giản đến phức tạp, có phần củng cố kiến thức, có phần kiến thức, thông tin bài học, có phần kiến thức nâng cao để phát triển

tư duy logic và tư duy kỹ thuật cho người học Kiến thức kỹ thuật phải phản ánh chính xác các quá trình thay đổi và phát triển của sự vật hiện tượng nhất là các hình

vẽ cấu tạo, nguyên lý làm việc

2.1.1.4 Đảm bảo tính tương thích

Bài giảng phải được thiết kế sao cho thuận tiện giảng dạy trên lớp, dễ dàng kết nối được với các thiết bị khác, có thể chạy được trong nhiều môi trường khác nhau, gọn nhẹ, dễ sử dụng Giao diện phải thân thiện phù hợp với thị hiếu, tâm sinh

lý lứa tuổi của người học nhằm mục đích lôi cuốn người học Bảo đảm vận chuyển nhanh gọn, có khả năng truyền tải trên mạng Internet hoặc các mạng nội bộ

2.1.1.5 Đảm bảo tính hệ thống

Bài giảng được thiết kế đảm bảo sự trọn vẹn của nội dung học tập theo mục tiêu đề ra của bài học, phù hợp với từng chương mục của chương trình môn học Những mục nhỏ, các ý trong bài giảng phải có sự tương tác lẫn nhau, nối tiếp nhau, logic với nhau và bổ trợ lẫn nhau giống như chuỗi mắt xích gắn kết xuyên suốt toàn

bộ chương trình môn học

2.1.2 Nguyên tắc thiết kế

Ngoài những yêu cầu chung trên việc thiết kế bài giảng cần phải tuân theo một số nguyên tắc sau để nâng cao hiệu quả xử dụng công nghệ mô phỏng trong dạy học

2.1.2.1 Đảm bảo tính chất đặc trưng của công nghệ mô phỏng: phù hợp,

Sự phù hợp ở đây là phù hợp với đối tượng người học, phù hợp với không gian, địa điểm học tập Khi tiến hành xây dựng bài giảng có ứng dụng công nghệ

mô phỏng cần phải xác định được đối tượng người học, nội dung bài học cần truyền đạt từ đó viết mục tiêu bài học Cần xác định được kiến thức, nội dung nào là trọng tâm, nội dung nào có tính trừu tượng khó hiểu và chỉ nên tập chung vào mô phỏng những nội dung đó Mô phỏng phải dễ nhìn dễ thấy, dễ quan sát, đảm bảo cả lớp cùng quan sát được Trong bài giảng sử dụng công nghệ mô phỏng cần chú ý tới khả năng giám sát và điều khiển được trực tiếp trên hình mô phỏng Nhờ đó bài giảng trở nên sinh động hấp dẫn người học, kích thích tính tò mò, muốn khám phá, tìm hiểu vấn đề học tập, nâng cao hiệu quả học tập

2.1.2.2 Đảm bảo tính sư phạm khi thiết kế mô phỏng

Nguyên tắc này hết sức quan trọng trong quá trình thiết kế bài giảng có ứng dụng công nghệ mô phỏng Nếu nguyên tắc này không được đảm bảo sẽ dẫn tới lạm dụng công nghệ mô phỏng, giờ học sẽ biến thành buổi hội thảo, buổi xem phim đơn điệu hoặc buổi hướng dẫn sử dụng phương tiện kỹ thuật Điều này rất nguy hiểm,

nó làm phản tác dụng của công nghệ mô phỏng trong dạy học, làm người học trở nên thụ động, không phát huy được tư duy kỹ thuật, tính tích cực của người học

Tính sư phạm ở đây được thể hiện qua việc lựa chọn nội dung trọng tâm khi thiết kế mô phỏng, trình chiếu các mô phỏng một cách hợp lý theo trình tự logic của quá trình nhận thức:

- Sử dụng các mô phỏng phải đúng lúc:

+ Phù hợp với tiến trình, nội dung bài giảng + Tránh làm phân tán sự tập trung của học sinh khi sử dụng mô phỏng + Không nên nặng về phô trương, trình diễn kỹ thuật, phần mềm

- Sử dụng mô phỏng phải đúng nơi:

+ Phải có kế hoạch trong việc dạy học sử dụng công nghệ mô phỏng,

+ Cần phải có sự chuẩn bị các thiết bị liên quan hỗ trợ như phòng học, máy vi tính, máy chiếu … để giờ dạy học đạt hiệu quả cao

- Sử dụng mô phỏng phải đủ độ:

+ Sử dụng mô phỏng phải phù hợp với trình độ và khả năng nhận thức, tiếp thu của học sinh

+ Tuân thủ các quy luật của quá trình nhận thức trực quan

+ Có thể huấn luyện trước các kỹ năng cần thiết để học sinh có thể tham gia trực tiếp vào quá trình mô phỏng, can thiệp được vào các hiệu ứng nhằm tạo điều kiện cho học sinh có những nhận thức sâu về vấn đề họ đang tìm hiểu

+ Cần bố trí các thiết bị quan sát, mô phỏng phải phù hợp với chiều cao, tầm nhìn của đối tượng học sinh, sao cho ở các góc độ khác nhau trong lớp đều quan sát được Các thiết bị sử dụng cũng cần được bố trí hợp lý để thuận tay trong quá trình thao tác sử dụng cũng như để gọi học sinh tham gia vào bài học

2.1.2.3 Đảm bảo tính sáng tạo của học sinh trong quá trình dạy học tương tác

Nội dung bài học mô phỏng phải có kiến thức mở để cho học sinh có thể thay đổi các thông số, trạng thái của mạch Điều đó nhằm phát triển khả năng tư duy logic và tư duy kỹ thuật sáng tạo của học sinh Tạo điều kiện cho người học có thể

tự học, học ở mọi nơi, mọi lúc khi họ có thể Người học có thể phát triển tư duy kỹ thuật, sự sáng tạo của mình theo nhiều hướng khác nhau thông qua việc điều chỉnh, thay đổi các thông số trên mô hình mô phỏng và quan sát, giám sát hiện tượng, quá trình… Từ đó họ có thể tự rút ra kết luận của vấn đề học tập, đây là yếu tố quan trọng nhất thể hiện tính hiệu quả của việc ứng dụng công nghệ mô phỏng trong dạy học

2.1.2.4 Đảm bảo tính an toàn trong quá trình sử dụng

- An toàn về điện:

+ Hạn chế các tiếp xúc không cần thiết đến các nguồn điện áp cao, các động tác thừa tác động đến thiết bị trong quá trình mô phỏng, đảm bảo an toàn cho giáo viên, học sinh và thiết bị sử dụng

+ Hệ thống dây dẫn, kết nối đến các thiết bị phải gọn gàng, không nên

để dây dẫn chạy ngang qua những vị trí đi lại nhiều

+ Tuyệt đối tuân thủ theo các quy định về an toàn khi sử dụng của từng loại thiết bi: ví dụ như: tắt máy tính, projector …

- An toàn về thị giác:

Cần chú ý đến các quy định về ánh sáng trong học tập, tránh không cho học sinh tiếp xúc trực tiếp, tiếp xúc quá lâu với các nguồn sáng có cường độ ánh sáng lớn và cũng không nên cho học sinh quan sát trong môi trường không đủ ánh sáng hoặc các hình, hiệu ứng mô phỏng mờ nhạt

- An toàn về thính giác:

Nếu trong mô phỏng có sử dụng hiệu ứng âm thanh để hỗ trợ thì nên chọn những hiệu ứng hợp lý Nếu trong phòng học có sử dụng hệ thống âm thanh thì cần phải điều chỉnh âm lượng vừa phải tránh gây chói tai, gây ức chế cho học sinh, tránh tiếng dội không cần thiết làm giảm hiệu quả

2.2 QUY TRÌNH THIẾT KẾ BÀI GIẢNG MỘT SỐ MÔN CHUYÊN MÔN NGHỀ CỦA NGHỀ ĐIỆN TỬ CÔNG NGHỆP CÓ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG

2.2.1 Những điều kiện cần để thiết kế bài giảng có ứng dụng công nghệ

mô phỏng

Dạy học có hiệu quả phụ thuộc vào nhiều yếu tố, nhưng yêu tố quan trọng không thể thiếu là công việc thiết kế bài giảng của giáo viên Muốn thiết kế được bài giảng có thể đạt được mục tiêu đề ra, bài giảng hấp dẫn, lôi cuốn được học sinh, phát huy tính tích cực, sáng tạo của họ thì việc ứng dụng công nghệ mô phỏng vào

những kiến thức, kỹ năng nhất định để họ có thể lồng ghép, đan xen, trình bày nội dung một cách hợp lý, khoa học trong việc thiết kế bài giảng có ứng dụng công nghệ mô phỏng

2.2.1.1 Trình độ chuyên môn kỹ thuật của người thiết kế

Đây là yếu tố quan trọng nhất trong quá trình xây dựng bài giảng có hiệu quả Bài giảng không thể thành công nếu nội dung chuyên môn sơ sài, kiến thức được xắp xếp không theo logic, trình tự nhận thức Nội dung bài học cần phải được cung cấp một cách chính xác, vừa có phần kiến thức trọng tâm vừa có phần kiến thức mở rộng Cần phải xác định rõ trọng tâm của bài giảng, những kiến thức tối thiểu mà học sinh cần nắm bắt được qua bài học, từ đó đưa ra các phương án thiết

kế bài giảng phù hợp

2.2.1.2 Kiến thức cơ bản về mô phỏng trong dạy học của người thiết kế

Công nghệ mô phỏng nhằm hỗ trợ quá trình dạy học, tạo hứng thú cho người học, biến kiến thức trừu tượng thành những kiến thức cụ thể, trực quan, sinh động Như vậy công nghệ mô phỏng trong dạy học nhằm trực quan hóa nội dung dạy học, chỉ ra con đường giải quyết vấn đề, phát triển tư duy logic, tư duy kỹ thuật cho người học

Nhưng muốn sử dụng công nghệ mô phỏng vào dạy học có hiệu qủa thì người thiết kế phải có những kiến thức cơ bản về nó Phải biết khi nào thì sử dụng

mô phỏng và phần mềm sử dụng là gì Người thiết kế phải biết sử dụng mềm dẻo sự

hỗ trợ của các phần mềm mô phỏng khác nhau từ đó lồng ghép vào bài giảng của mình để bài giảng đó thực sự mang lại hiệu quả cao nhất

2.2.1.3 Kinh nghiệm sư phạm và trình độ tin học của người thiết kế

Trong thực tế giảng dạy, một bài giảng không thể được gọi là thành công nếu thiếu đi kinh nghiệm sư phạm của người thầy Người có trình độ sư phạm tốt sẽ biết dẫn dắt vấn đề để rồi giải quyết vấn đề đó một cách logic, khoa học, đơn giản, dễ

Nhưng những người thầy có kinh nghiệm sư phạm tốt thì lại thường là những người lớn tuổi, khả năng tiếp cận với máy tính, tin học bị hạn chế Ngược lại những người thầy trẻ tuổi, kinh nghiệm sư phạm còn hạn chế nhưng họ lại rất nhanh nhạy trong việc sử dụng máy tính, kiến thức tin học đa dạng Do vậy rất cần phải có sự học tập, trao đổi kinh nghiệm giữa hai lớp thế hệ Những người thầy lớn tuổi sẽ chia sẻ, truyền đạt lại những kinh nghiệm sư phạm quý báu đã được tích lũy trong suốt quá trình dạy học lâu dài của mình cho thế hệ trẻ Những thầy giáo trẻ cũng phải có trách nhiệm hướng dẫn, khai thác, sử dụng máy vi tính cho lớp những người thầy lớn tuổi có kiến thức tin học hạn chế Có được như vậy mới tạo được sự đan xen, lồng ghép, kết hợp giữa kinh nghiệm sư phạm với trình độ tin học của người thầy trong việc thiết kế bài giảng để bài giảng trở nên hấp dẫn, dễ hiểu, khơi dạy lòng ham mê học tập của học sinh

2.2.1.4 Lựa chọn phần mềm mô phỏng

Trên thực tế có rất nhiều phần mềm mô phỏng khác nhau, mỗi phần mềm đều có những ưu nhược điểm riêng Việc chọn lựa phần mềm mô phỏng nào để phục vụ cho việc thiết kế bài giảng là phụ thuộc vào người thiết kế Không nên chỉ

sử dụng một phần mềm cho việc thiết kế bài giảng, cần phải kết hợp một số phần mềm mô phỏng để lồng ghép vào bài giảng của mình Những môn học khác nhau cũng cần chọn lựa phần mềm mô phỏng khác nhau sao cho việc mô phỏng có hiệu quả nhất

2.2.1.5 Khả năng can thiệp của học sinh khi mô phỏng

Một trong những cách để học sinh có thể hiểu bài, tiếp thu kiến thức nhanh, sâu sắc là cho họ tham gia trực tiếp vào nội dung bài giảng Vậy bài giảng được xây dựng có sự ứng dụng công nghệ mô phỏng phải hết sức chú ý đến vấn đề học sinh

có thể can thiệp trực tiếp vào quá trình mô phỏng Ví dụ: học sinh phải thay đổi được các thông số của mạch điện, các thông số của hệ thống khi thực hiện mô phỏng Mô phỏng có thể được thực hiện với nhiều tốc độ khác nhau, mô phỏng từng bước, từng phần, từng quá trình, mô phỏng có trọng tâm, có điểm nhấn Từ đó tạo