Ứng dụng phương pháp mô phỏng để xây dựng bài giảng trong ngành công nghệ ô tô của trường cao đẳng công nghệ việt hung

Đồng thời mô phỏng được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các chi tiết máy một cách sống động, biến cái phức tạp thành đơn giản, cái khó hiểu thành dễ hiểu, cái trừu tượng thành cái cụ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PHÙNG VĂN HẢO

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG ĐỂ XÂY DỰNG BÀI GIẢNG TRONG NGÀNH CÔNG NGHỆ ÔTÔ CỦA TRƯỜNG CĐCN

VIỆT – HUNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những gì mà tôi viết trong luận văn này là do sự tìm hiểu

và nghiên cứu của bản thân Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của các tác giả khác nếu có đều được trích dẫn nguồn gốc cụ thể

Luận văn này cho đến nay chưa được bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo vệ luận văn Thạc sỹ nào và chưa được công bố trên bất kỳ một phương tiện thông tin nào

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan ở trên đây

Hà Nội, ngày tháng năm 2010

Phùng Văn Hảo

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian nghiên cứu và làm việc nghiêm túc, khẩn trương với sự giúp đỡ hướng dẫn tận tình của GS.TS Phạm Minh Tuấn (Viện trưởng Viện Cơ khí Động lực, trường Đại học Bách khoa Hà Nội) cùng với sự chỉ bảo chăm lo của các thầy,

cô trong khoa Sư phạm kỹ thuật - Đại học Bách khoa Hà Nội, luận văn “Ứng dụng

phương pháp mô phỏng để xây dựng bài giảng trong ngành công nghệ ô tô của trường CĐCN Việt - Hung” đã cơ bản hoàn thành

Bởi vậy, tôi xin chân thành biết ơn GS.TS Phạm Minh Tuấn đã trực tiếp hướng dẫn tôi hoàn thành luận văn này

Tôi xin được gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy, cô giáo trong khoa Sư phạm kỹ thuật, Viện đào tạo sau đại học Bách khoa Hà Nội, các thầy trong Ban Giám hiệu và khoa Động lực trường Cao đẳng công nghiệp Việt - Hung đã giúp đỡ tôi trong quá trình học tập, nghiên cứu để tôi có thể hoàn thành luận văn này

Tuy đã rất nỗ lực phấn đấu, nhưng luận văn còn nhiều hạn chế, tôi rất mong được sự quan tâm đóng góp để luận văn của tôi được hoàn thiện hơn

Tôi xin trân trọng cảm ơn !

Hà Nội, ngày tháng năm 2010

Phùng Văn Hảo

MỤC LỤC

Bảng chữ cái viết tắt 7

Danh mục các hình vẽ và bảng biểu 8

Phần Mở đầu 10

1 Lý do chọn đề tài 11

2 Lịch sử nghiên cứu 12

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 13

4 Phương pháp nghiên cứu 13

5 Cấu trúc của luận văn 13

CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC SỬ DỤNG CÁC PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC VÀ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG ĐỂ

DẠY HỌC KỸ THUẬT 14

1.1 Phương tiện dạy học và vai trò của phương tiện dạy học 14

1.1.1 Khái niệm phương tiện dạy học 14

1.1.2 Vai trò của phương tiện dạy học trong giờ học 15

1.1.3 Chức năng của phương tiện trong giờ học 18

1.1.3.1 Nhiệm vụ của phương tiện dạy học trong giờ học 18

1.1.3.2 Chức năng của phương tiện dạy học 20

1.1.4 Một số yêu cầu về nguyên tắc sư phạm trong việc tạo và sử dụng phương tiện dạy học 21

1.1.4.1 Nguyên tắc đơn giản 21

1.1.4.2 Nguyên tắc trực quan 22

1.2 Phương pháp mô phỏng trong dạy học kỹ thuật 23

1.2.1 Tổng quan về phương pháp mô phỏng 23

1.2.1.1 Khái niệm 23

1.2.1.2 Mô hình 25

1.2.1.3 Tính chất của mô hình 26

1.2.1.4 Phân loại mô hình 27

1.2.1.5 Phương pháp mô phỏng 30

1.2.1.6 PPMP với sự trợ giúp của máy tính (mô phỏng số) 32

1.2.2 Khả năng ứng dụng và hạn chế của PPMP dạy học kỹ thuật 34

1.3 Cơ sở lý luận của việc ứng dụng PPMP để dạy học các môn của ngành công nghệ ô tô 36

1.3.1 ứng dụng PPMP để dạy học các môn của ngành công nghệ ô tô nhằm đổi mới PPDH 36

1.3.1.1 Phương pháp dạy học 36

1.3.1.2 ứng dụng PPMP - Phương pháp nghiên cứu khoa học vào trong dạy học các môn của ngành Công nghệ ô tô 37

1.3.1.3 ứng dụng PPMP theo hướng áp dụng công nghệ dạy học 37

1.3.1.4 ứng dụng PPMP - Dạy học tương tác 38

1.3.2 PPMP với việc thực hiện các nhiệm vụ dạy học 39

1.3.3 PPMP với việc nâng cao chất lượng dạy học 43

1.3.3.1 Khái niệm chất lượng 43

1.3.3.2 Chất lượng dạy học 44

CHƯƠNG II PHÂN TÍCH KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MÔ PHỎNG VÀO DẠY HỌC CÁC MÔN TRONG NGÀNH CÔNG NGHỆ Ô TÔ TẠI TRƯỜNG CĐCN VIỆT – HUNG 45

2.1 Lịch sử phát triển Trường CĐCN Việt – Hung 45

2.2 Khả năng vận dụng PPMP 49

2.2.1 Thực trạng dạy các môn trong ngành ô tô của trường CĐCN Việt - Hung 49

2.2.1.1 Giảng viên 49

2.2.1.2 Học sinh, sinh viên 50

2.2.2 Vị trí môn học trong chương trình đào tạo chuyên ngành ô tô tại trường CĐCN Việt – Hung 51

2.2.2.1 Đối tượng nghiên cứu của môn học 51

2.2.2.2 Mục đích của môn học 51

2.2.2.3 Chương trình, nội dung môn học 52

2.2.3 Tính khả thi của việc áp dụng công nghệ thông tin 52

2.2.4 Đặc điểm tâm lý của học sinh, sinh viên 53

2.3 Quy trình vận dụng 53

2.3.1 Cơ sở cho việc xây dựng quy trình ứng dụng PPMP 53

2.3.2 Quy trình vận dụng 54

2.3.2.1 Cấu trúc PPMP trong dạy học 54

2.3.2.2 Xây dựng MH và xử lý sư phạm 55

CHƯƠNG III XÂY DỰNG MỘT SỐ BÀI GIẢNG CỤ THỂ THEO PPMP 59 3.1 Bài : bơm xăng cơ khí kiểu màng 59

3.1.1 Công dụng 59

3.1.2 Cấu tạo 59

3.1.2.1 Nắp bơm 59

3.1.2.2 Thân bơm 60

3.1.2.3 Ruột bơm 61

3.1.3 Nguyên lý làm việc 61

3.1.3.1 Bơm máy 61

3.1.3.2 Bơm tay 62

3.2 Bài: Hệ thống đánh lửa bán dẫn 63

3.2.1 Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn 63

3.2.2 Nguyên lý hoạt động 64

3.2.2.1 Khi động cơ chưa hoạt động 64

3.2.2.2 Khi động cơ hoạt động 65

3.3 Bài: Nguyên lý hoạt động của động cơ xăng 4 kỳ 67

3.3.1 Sơ đồ cấu tạo 67

3.3.2 Nguyên lý hoạt động 68

3.3.2.1 Kỳ hút 68

3.3.2.2 Kỳ nén 68

3.3.2.3 Kỳ nổ (cháy, giãn nở, sinh công) 69

3.3.2.4 Kỳ xả 70

3.4 Ưu điểm của bài giảng ứng dụng PPMP 71

CHƯƠNG IV THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 73

4.1 Mục tiêu, nhiệm vụ thực nghiệm 73

4.1.1 Mục tiêu 73

4.1.2 Nhiệm vụ 73

4.2 Kế hoạch thực nghiệm 73

4.2.1 Địa điểm, thời gian và đối tượng thực nghiệm 73

4.2.2 Cơ sở vật chất 74

4.3 Nội dung và tiến trình thực nghiệm 74

4.3.1 Giáo án số: 01 74

4.3.2 Giáo án số: 02 78

4.3.3 Giáo án số: 03 80

4.4 Đánh giá kết quả thực nghiệm 83

4.4.1 Phương pháp đánh giá kết quả thực nghiệm 83

4.4.2 Phân tích đánh giá kết quả thực nghiệm 83

Phần Kết luận và kiến nghị 87

Phụ lục 1 89

Phụ lục 2 95

Tóm tắt luận văn Thạc sỹ 99

Summary 103

Tài liệu tham khảo 105

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU

Hình 1-1: MH dạy học theo Heiman và Schulz

Hình 1-2: MH dạy học theo Frank

Hình 1-3: MH mối quan hệ dạy học - học cơ bản theo Hortsch

Hình 1- 4: Tam giác quan hệ GV- học viên - nội dung dạy học

Hình 1-5: Vai trò của phương tiện dạy học trong tam giác quan hệ

Hình 1-6: Phân loại MH theo tính chất của MH

Hình 1-7: Phân loại MH theo lý thuyết xây dựng MH

Hình 1-8: Quá trình mô phỏng

Hình 1-9 : Quá trình mô phỏng số

Hình 1-10: Sơ đồ bản chất công nghệ dạy học hiện đại

Hình 1-11: Sơ đồ cấu trúc tư duy kỹ thuật

Bảng 1-1: Trạng thái dao động của nguyên hình cơ

Hình 2-1: Ban giám hiệu nhà trường ký kết hợp tác đào tạo với Hungary Hình 2-2: Chuyên gia Hungary với sinh viên Trường CĐCN Việt - Hung Hình 2-3: Ngày khai giảng năm học mới

Hình 2-4: Sơ đồ cấu trúc PPMP trong dạy học

Hình 2-5: Sơ đồ quy trình soạn giáo án

Hình 2-6: Sơ đồ soạn bài giảng theo PPMP

Hình 3-1: Bơm xăng cơ khí kiểu màng

Hình 3-2: Nắp bơm

Hình 3-3: Ruột bơm

Hình 3-4: Sơ đồ hệ thống đánh lửa bán dẫn

Hình 3-5: Sơ đồ nguyên lý khi động cơ chưa hoạt động

Hình 3-6: Sơ đồ nguyên lý khi động cơ hoạt động

Hình 3-7: Sơ đồ nguyên lý khi động cơ hoạt động

Hình 3-8: Sơ đồ cấu tạo động cơ xăng 4 kỳ

Hình 3-9: Sơ đồ nguyên lý hoạt động kỳ hút của động cơ xăng 4 kỳ Hình 3-10: Sơ đồ nguyên lý hoạt động kỳ nén của động cơ xăng 4 kỳ Hình 3-11: Sơ đồ nguyên lý hoạt động kỳ nổ của động cơ xăng 4 kỳ Hình 3-12: Sơ đồ nguyên lý hoạt động kỳ xả của động cơ xăng 4 kỳ Bảng 4-1: Phân phối kết quả kiểm tra

Bảng 4-2: Tần suất f(%) - Số % SV đạt điểm xi

Hình 4-1: Biểu đồ so sánh tần suất f(%) - Số % SV đạt điểm xi

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Sự phát triển nhanh chóng của nền kinh tế và khoa học kỹ thuật thì càng đòi hỏi ngành Giáo dục và Đào tạo nước nhà phải có sự phát triển vượt bậc để đáp ứng nhu cầu trong nước và hội nhập quốc tế Gánh nặng liên tục đặt lên vai những người thầy nói riêng và những người làm công tác giáo dục, đào tạo nói chung Học tập, nghiên cứu tự nâng cao trình độ để dáp ứng với tình hình mới là nhiệm vụ của nhà giáo

Công cuộc đổi mới của đất nước đã giúp cho nhân dân ta nâng cao được mọi mặt của đời sống vật chất và tinh thần, như điều mà Bác Hồ vĩ đại hằng mong ước

“nhân dân ta ai cũng có cơm ăn áo mặc, ai cũng được học hành”

Trong nghị quyết Trung Ương tại Đại hội IX của Đảng cộng sản Việt Nam

nêu rõ: “…đưa đất nước ta ra khỏi tình trạng kém phát triển, nâng cao rõ rệt đời sống vật chất, văn hoá, tinh thần của nhân dân, tạo nền tảng để đến năm 2020 nước

ta cơ bản trở thành một nước công nghiệp theo hướng hiện đại hoá Con đường công nghiệp hoá - hiện đại hoá của nước ta cần và có thể rút ngắn thời gian so với các nước đi trước, vừa có những bước tuần tự, vừa có những bước nhảy vọt”

Việc phát triển nguồn nhân lực, phát hiện, đào tạo và bồi dưỡng nhân tài là

sứ mệnh cao quý của nhà giáo Có những người thầy tâm huyết cả đời cống hiến vì

sự nghiệp giáo dục, đào tạo của nước nhà Đây chính là tinh hoa của nhân loại và là

nguyên khí của quốc gia Đảng và nhà nước ta đã coi giáo dục là “quốc sách hàng đầu” và luôn tôn vinh nghề giáo, nhà giáo “nghề sư phạm là nghề cao quý nhất trong các nghề cao quý, sáng tạo nhất trong các nghề sáng tạo”

Để đáp ứng được nhu cầu xã hội thì hiện nay hầu hết các nhà trường đều phải đổi mới tư duy, đổi mới phương pháp dạy học, đổi mới công tác phục vụ và quản sinh… Trong đó việc đổi mới phương pháp, phương tiện dạy học là nhiệm vụ

cấp bách luôn mang tính thời sự Với mục tiêu là để dạy tốt nhất và người học dễ hiểu nhất, tiếp thu được và làm được sau khi tốt nghiệp

Trên thế giới hiện nay có nhiều xu thế phát triển giáo dục đó là: đổi mới về

tư duy giáo dục; đổi mới nội dung, phương pháp giáo dục; hiện đại hoá giáo dục, phổ cập công nghệ thông tin; học không tập trung, học tập từ xa; học tập thường xuyên và suốt đời…

Trong những xu thế trên thì “đổi mới phương pháp giáo dục” được đánh giá

là một biện pháp hữu hiệu để nâng cao chất lượng giáo dục và đang được tiến hành rộng rãi trong các trường Đặc biệt là các trường Trung học chuyên nghiệp, Cao đẳng và Đại học, một thành phần rất quan trọng trong hệ thống giáo dục có vai trò đào tạo nguồn nhân lực cho đất nước

Đổi mới phương pháp dạy học lấy người học làm trung tâm, ứng dụng phương pháp dạy học mới vào quá trình dạy học, người học biết cách chiếm lĩnh thông tin tuỳ theo nhu cầu của mình, đánh giá và chuyển chúng thành kiến thức thông qua quá trình tương tác Lúc đó, người học không chỉ vận dụng những kiến thức đã học vào trong thực tiễn mà họ có thể đến được những con đường nghiên cứu khoa học có sự hướng dẫn, giúp đỡ của giáo viên

Tại Trường CĐCN Việt - Hung, hàng năm mọi giáo viên đều phải tham gia chế tạo đồ dùng, học cụ phục vụ cho giảng dạy và tham gia hội giảng rút kinh nghiệm, chọn giáo viên giỏi đi thi các cấp Các khoa đều được trang bị máy chiếu

đa năng và máy tính nên tiềm năng sử dụng sử máy tính làm phương tiện dạy học

là rất lớn

Do nhu cầu xã hội và xu thế phát triển của nền kinh tế nước ta nên trong những năm gần đây số người đăng ký vào học ngành công nghệ ô tô tại trường CĐCN Việt - Hung tăng nhanh đáng kể Hiện nay, khoa Động lực có khoảng 1200 học sinh, sinh viên và có thể tăng lên gấp đôi trong những năm tới đây Theo kế hoạch đến năm 2011, Trường CĐCN Việt - Hung nâng cấp thành Trường Đại học công nghiệp Việt - Hung thì khoa Động lực là một trong những khoa sẽ đảm nhận đào tạo khóa sinh viên đại học đầu tiên của nhà trường Chính vì vậy việc đổi mới

phương pháp dạy học là rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu người học, nâng cao chất lượng đào tạo

Ứng dụng PPMP trên máy tính vào việc dạy học kỹ thuật sẽ giảm được đáng

kể kinh phí dùng để chế tạo các thiết bị học tập, nhất là những thiết bị đắt tiền khó mua Đồng thời mô phỏng được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các chi tiết máy một cách sống động, biến cái phức tạp thành đơn giản, cái khó hiểu thành dễ hiểu, cái trừu tượng thành cái cụ thể quan sát được… Tư duy theo phương pháp mô hình

sẽ giúp cho người học hiểu sâu hơn kiến thức và có khả năng đáp ứng được xu thế phát triển của khoa học kỹ thuật sau khi tốt nghiệp

Thực trạng việc ứng dụng PPMP vào dạy học tại Trường CĐCN Việt - Hung còn rất hạn chế Khả năng ứng dụng công nghệ thông tin để xây dựng bài giảng tại

các khoa ngành thuộc khối kỹ thuật còn yếu nên việc nghiên cứu đề tài “ứng dụng phương pháp mô phỏng để xây dựng bài giảng trong ngành công nghệ ô tô của trường CĐCN Việt - Hung” là rất phù hợp với tình hình thực tế trong đơn vị công

tác của tác giả Được sự đồng ý của thầy hướng dẫn, tôi lựa chọn đề tài đó nhằm mục đích tìm ra giải pháp đổi mới phương pháp dạy học nhằm nâng cao chất lượng đào tạo tại Trường

Tuy nhiên do thời gian làm luận văn có hạn tác giả chỉ chọn đối tượng ứng dụng vào các môn của ngành công nghệ ô tô

2 Lịch sử nghiên cứu

Luận văn được tiến hành nghiên cứu từ tháng 2 năm 2010 đến tháng 9 năm

2010 cụ thể như sau

Từ tháng 2/2010 đến tháng 3/2010, đăng ký tên đề tài và đề cương luận văn

Từ tháng 4/2010 đến tháng 6/2010, nghiên cứu tài liệu về cơ sở lý luận để thực hiện đề tài Nghiên cứu và thực hiện nội dung chương 1 và chương 2

Từ tháng 7/2010 đến tháng 9/2010, nghiên cứu và thực hiện nội dung chương

3 và chương 4 Thực nghiệm sư phạm tại cơ quan công tác là Trường CĐCN Việt – Hung

Tháng 10/2010 hoàn thành luận văn, nộp hồ sơ học viên, làm thủ tục xin bảo

vệ luận văn Thạc sỹ

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là ứng dụng công nghệ dạy học hiện đại vào dạy học các môn của ngành Công nghệ ô tô tại Trường CĐCN Việt - Hung Phạm vi nghiên cứu là lý thuyết mô phỏng trong dạy học kỹ thuật, vận dụng vào việc xây dựng và ứng dụng một số bài mô phỏng trên máy tính cho các môn của ngành Công nghệ ô tô

4 Phương pháp nghiên cứu

* Nghiên cứu lý luận

Các văn kiện của Đảng và nhà nước, của Bộ giáo dục và Đào tạo, Trường CĐCN Việt - Hung có liên quan đến vấn đề cần nghiên cứu

Chương trình đào tạo ngành công nghệ ô tô và tài liệu về các môn học thuộc ngành Công nghệ ô tô tại trường CĐCN Việt - Hung

Các tài liệu về giáo dục nghề nghiệp, lý luận và công nghệ dạy học có liên quan đến đề tài luận văn

Nghiên cứu các phần mềm ứng dụng Công nghệ thông tin như flash, powerpoint…

* Nghiên cứu thực nghiệm

Quan sát, điều tra và xây dựng chương trình thử nghiệm, các ví dụ minh hoạ

và lập kế hoạch thực nghiệm sư phạm

5 Cấu trúc của luận văn

Luận văn được chia làm 4 chương như sau:

Chương I Cơ sở lý luận của việc sử dụng các phương tiện dạy học và ứng dụng phương pháp mô phỏng trong dạy học kỹ thuật

Chương II Phân tích khả năng ứng dụng phương pháp mô phỏng vào dạy học các môn trong ngành Công nghệ ô tô tại trường CĐCN Việt - Hung

Chương III Xây dựng một số bài giảng cụ thể theo PPMP

Chương IV Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC SỬ DỤNG CÁC PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC VÀ ỨNG DỤNG PPMP TRONG DẠY HỌC KỸ THUẬT

Để sử dụng các phương tiện dạy học và ứng dụng PPMP trong dạy học kỹ thuật chúng ta phải nghiên cứu cơ sở lý luận PPMP ngày nay đã được các nhà khoa học ứng dụng rộng rãi có cơ sở lý luận, có phương pháp và có phương tiện nên có thể gọi là Công nghệ mô phỏng Trong dạy học ngày nay, một trong những cách đổi mới phương pháp dạy học, người giáo viên ứng dụng PPMP để xây dựng bài giảng

và dạy học tương tác đã trở nên phổ biến ở rất nhiều cấp học khác nhau Với mục đích ứng dụng phương pháp mô phỏng để xây dựng bài giảng trong ngành công nghệ ô tô của trường CĐCN Việt - Hung, nên tác giả đã nghiên cứu cơ sở lý luận với những nội dung sau

1.1 Phương tiện dạy học và vai trò của phương tiện dạy học

1.1.1 Khái niệm phương tiện dạy học

Thuật ngữ “phương tiện” được dùng nhiều trong đời sống hàng ngày như phương tiện giao thông, phương tiện nghe nhìn… và trong các cuộc hội thảo khoa học thuật ngữ “phương tiện” cũng được sử dụng với rất nhiều nghĩa khác nhau Để tránh khả năng hiểu lầm và mâu thuẫn, trước khi đi vào nghiên cứu cần trình bày rõ khái niệm “phương tiện dạy học” được sử dụng trong luận văn này

Phương tiện theo từ điển Bách khoa toàn thư Microsoft Encyclopedia 99 được hiểu là một thực thể trung gian hay một công cụ trung gian để thực hiện giao tiếp Nói một cách khác, phương tiện là thành phần trung gian giữa hai hay nhiều thành phần giao tiếp với chức năng truyền đạt thông tin Người gửi thông tin cần sử dụng một phương tiện để truyền tải thông tin, còn người nhận cũng phải sử dụng phương tiện để nhận và hiểu được thông tin từ người gửi

Theo Tô Xuân Giáp [4, tr.6], phương tiện dạy học được hiểu trong mối quan

hệ giữa thông điệp và phương tiện, phương tiện chở, chuyển thông điệp đi Thông điệp từ giáo viên, tuỳ theo PPDH, được các phương tiện chuyển đến sinh viên Trong luận văn này khái niệm “phương tiện dạy học” được sử dụng theo

định nghĩa của Wolfgang Ihber [18, tr.5] “là thiết bị có mang ký tín hiệu được chế

tạo ra có chủ ý về phương tiện dạy học và được sử dụng một cách có lựa chọn nhằm truyền đạt một nội dung nào đó đến người học”

1.1.2 Vai trò của phương tiện dạy học trong giờ học

Quá trình học tập trong nhà trường là một quá trình tương tác giữa người học

và nội dung học tập, thể hiện chính trong giờ học Mục tiêu của giờ học là “việc học của học viên”, đó có thể là học kiến thức lý thuyết mới, hay một kỹ năng…

Trong các mô hình dạy và học mới, phương tiện dạy học chiếm một vị trí khá quan trọng trong giờ học

Trong MH dạy học theo lý thuyết học tập của Heiman và Schulz [19, tr.7], hình 1-1, thì phương tiện dạy học là một yếu tố rất quan trọng trong quá trình dạy học và tác động qua lại với phương pháp, chủ đề, dự định

Hình 1-1: MH dạy học theo Heiman và Schulz Trong mô hình dạy học của Frank [18, tr.11] như hình 1-2, thì mục đích việc dạy và học để làm gì, từ đó quyết định nội dung học cái gì, sau đó phải lựa chọn

Phương tiện Phương pháp

phương pháp dạy như thế nào và phương tiện dạy học bằng cái gì và dạy cho ai để phù hợp với tâm lý người học, dạy ở đâu để phù hợp với cấu trúc xã hội Như vậy ở đây phương tiện dạy học rất quan trọng cho việc dạy và học và có mối quan hệ như các yếu tố khác trong hình 1-2 Phương tiện dạy học sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến kết quả của việc dạy và học, nếu có phương tiện tốt phục vụ cho dạy học sẽ góp phần nâng cao được chất lượng dạy và học

Hình 1-2: MH dạy học theo Frank Theo Hortsch [19, tr.19], MH mối quan hệ dạy - học cơ bản bao gồm các chủ thể, đối tượng và hoạt động được biểu diễn như hình 1 - 3

C¸i g×

B» ng g×

Dạy

và học

Phương pháp

Mục đích

Hình 1- 3 : MH mối quan hệ dạy học - học cơ bản theo Hortsch

Trong MH trên, người dạy (GV) là chủ thể của hoạt động dạy, còn người học (học viên) vừa là đối tượng vừa là chủ thể: đối tượng của hoạt động dạy được điều khiển bởi người dạy, mặt khác lại là chủ thể của hoạt động học (hoạt động nhận thức) Như vậy hình thành một tam giác dạy học được biểu diễn như trên hình 1-4

Hình 1- 4: Tam giác quan hệ GV- học viên - nội dung dạy học

Từ sơ đồ mô tả tình huống dạy học này ta thấy nhiệm vụ của người GV trong giờ học khá rõ ràng: giới thiệu nội dung học và điều khiển hoạt động học, sự chú ý

và tích cực của học viên khi làm việc với nội dung học Điều khiển ở đây được thực hiện theo tương tác hai chiều với học viên Trong khi giới thiệu nội dung và điều khiển hoạt động học, người GV có thể sử dụng ngôn ngữ nói hoặc ngôn ngữ khác Việc sử dụng phương tiện cá nhân này thực chất bị hạn chế và người ta phải sử dụng các phương tiện khác như phấn bảng, chữ viết, tranh ảnh, sách giáo khoa và các phương tiện khác để đạt được mục đích của mình

Như vậy có thể nói vai trò của phương tiện dạy học là sự trợ giúp người giáo viên trong việc truyền đạt kiến thức, trong việc điều khiển hoạt động học tập của học viên, được thể hiện như hình 1 - 5 Phương tiện dạy học sẽ hỗ trợ người giáo viên điều khiển học viên, hỗ trợ người giáo viên giới thiệu nội dung học tới người học và phương tiện dạy học còn hỗ trợ học viên tiếp thu nội dung học tập được tốt hơn

PTDH hỗ trợ

Hình 1- 5: Vai trò của phương tiện dạy học trong tam giác quan hệ Trên đây tác giả đã nghiên cứu về phương tiện dạy học và vai trò của phương tiện dạy học mà các nhà khoa học nổi tiếng đã xây dựng trên cơ sở lý thuyết Sau đây tác giả phân tích chức năng, nhiệm vụ của phương tiện dạy học trong giờ học

1.1.3 Chức năng của phương tiện trong giờ học

1.1.3.1 Nhiệm vụ của phương tiện dạy học trong giờ học

* Truyền đạt nội dung học tập

Cách truyền đạt nội dung học tập sơ khai nhất là sử dụng các đối tượng thực,

ví dụ như cây cối hay việc thao tác mẫu, như trong các giờ học rèn luyện kỹ năng,

GV làm trước, học viên làm theo Tuy nhiên có nhiều lý do mà không thể, không

cần hay không nên đưa các đối tượng thực vào giờ học, khi đó người ta sử dụng đến các phương tiện dạy học như ảnh, chữ viết miêu tả, băng từ hay phim ảnh…

Phương tiện dạy học sử dụng trong các trường hợp này càng gần, giống như vật thật càng tốt, nó có thể là hình ảnh thu nhỏ của vật ấy hay những mô tả chi tiết bằng ngôn ngữ Chẳng hạn, khi dạy về một loại máy ngoài việc sử dụng sơ đồ chức năng của các máy ta cũng phải chú ý đến tranh ảnh mô tả hình dáng bên ngoài của máy hay các chi tiết của máy Ngoài ra cũng có những nội dung học tập mà không thể tồn tại vật thật, ví dụ như các định luật vật lý hay những công thức toán học Trong trường hợp này người ta phải sử dụng đến phương tiện đặc biệt là ký hiệu, chữ viết và ngôn ngữ

* Điều khiển giờ học

Nhiệm vụ cơ bản của người GV khi sử dụng phương tiện dạy học là phải lựa chọn phương tiện cho phù hợp với nội dung học tập Phương tiện dạy học sẽ giúp cho người giáo viên hướng sự chú ý của học viên tới những điểm quan trọng trong bài học mà không bị phân tán tư tưởng, giúp việc học của học viên có hiệu quả hơn

Trong các sách giáo khoa cũng thường chứa đựng sẵn các yếu tố điều khiển như các câu hỏi hay các bài tập Trong phương tiện dạy học hiện đại, ví dụ như các

bộ phim video hay các chương trình trên máy tính, khả năng điều khiển hoạt động học của học viên được nâng cao và có tác dụng rõ rệt hơn thông qua việc chuẩn bị của giáo viên

Phương tiện dạy học phục vụ cho bài giảng trực quan, tạo hứng thú học tập cho học viên, làm cho nội dung trở nên sống động Phương tiện dạy học tác động lên nhiều giác quan, tạo sự tập trung và sẵn sàng học cái mới của học viên, thúc đẩy động cơ học tập Rất nhiều công việc mà GV tự mình không thể làm được nếu không có phương tiện

Phương tiện cũng có thể phản tác dụng đối với quá trình dạy học nếu như việc sử dụng chúng không hợp lý, đơn điệu hoặc lạm dụng quá nhiều phương tiện trong một lúc…

1.1.3.2 Chức năng của phương tiện dạy học trong các giai đoạn của tiết học

Trong lý luận dạy học có nhiều quan điểm khác nhau khi phân chia các giai đoạn của một giờ học ở đây sử dụng một mô hình giờ học đơn giản nhất như sau

* Giai đoạn định hướng, tạo hứng thú học tập

Trong mỗi giờ học người ta phải quan tâm tới đặc điểm của học viên (tâm sinh lý, điều kiện xã hội, trình độ…) cũng như hứng thú học tập và sự chú ý của học viên với chủ đề của bài học, chỉ như thế thì một giờ học mới có thể thành công được Để làm được điều đó cần có những biện pháp kích thích hứng thú và tập trung của học viên như: nhắc lại những kiến thức vừa học của tiết trước; đưa ra một nhiệm vụ cần phải giải quyết; đặt một tình huống có vấn đề (tình huống chứa đựng mâu thuẫn)

Sử dụng trong giai đoạn này có thể là các phương tiện như các đoạn văn bản

mô tả nhiệm vụ, tranh, ảnh, phim, mô hình…

* Giai đoạn làm việc với nội dung mới

Trong giai đoạn này học viên được tiếp cận với nội dung học mới GV sử dụng phương tiện dạy học để giới thiệu, truyền đạt nội dung học Mỗi một giờ học đều có một nội dung học được quy định bởi chương trình môn học, những nội dung

đó cần được học viên tiếp thu nhờ chỉ dẫn và làm mẫu của giáo viên qua việc giảng bài hay qua phương tiện dạy học Chức năng này là chức năng quan trọng nhất của phương tiện GV có thể sử dụng phim, tranh ảnh hay băng từ để truyền tải phần lớn nội dung dưới nhiều dạng thông tin khác nhau như chuyển động, tiếng động, hình ảnh… Trong dạy học đa phương tiện có thể kết hợp hình ảnh và âm thanh để tạo ra những hiệu quả học tập nhất định

* Giai đoạn củng cố kiến thức

Trong giai đoạn này học viên có thể thông qua việc tiếp xúc với các phương tiện để hiểu rõ kiến thức bài học, nhất là những nội dung trìu tượng được thể hiện rõ ràng, người học quan sát được, điều khiển được Đặc biệt là sử dụng mô phỏng trên máy tính có thể giúp học sinh tìm hiểu, vận dụng kiến thức vừa học để giải thích hiện tượng xảy ra trên mô hình hoặc vật thật

* Giai đoạn kiểm tra đánh giá

Để đánh giá kết quả học tập trong mỗi giờ học GV và học viên có thể sử dụng cách kiểm tra miệng, kiểm tra viết, kiểm tra trắc nghiệm hay kiểm tra bằng thực hành Điều này được thực hiện bằng cách đặt ra các câu hỏi và bài tập, do đó cũng cần dùng đến phương tiện dạy học Ngoài các bản câu hỏi và bài tập từ lâu đã thông dụng trong dạy học thì hiện nay còn sử dụng các câu hỏi trắc nghiệm được lập trình sẵn trên máy tính

Khi đã phân tích chức năng, nhiệm vụ của phương tiện dạy học xong, tác giả tìm hiểu một số yêu cầu về nguyên tắc sư phạm trong việc tạo và sử dụng phương tiện dạy học mà các nhà khoa học đã nghiên cứu

1.1.4 Một số yêu cầu về nguyên tắc sư phạm trong việc tạo và sử dụng phương tiện dạy học

1.1.4.1 Nguyên tắc đơn giản

Hering [20, tr.27] đã đưa ra nguyên tắc đơn giản trong dạy học: quá trình đơn giản hóa một mệnh đề khoa học là một quá trình chuyển hóa một mệnh đề phức tạp,

mô tả nhiều đặc điểm riêng của sự vật hiện tượng, thành một mệnh đề khái quát, mô

tả những đặc điểm chung nhất của các sự vật hiện tượng mà vẫn giữ nguyên tính đúng đắn về khoa học Quá trình đơn giản hóa có thể tiến hành bằng hai cách: loại

bỏ những thành phần thứ yếu trong mệnh đề ; thay thế những đặc điểm riêng bằng một khái niệm khái quát

Thực tế khách quan vô cùng đa dạng và phong phú Mỗi mô hình chỉ phản ánh được một mặt nào đó của thực tế Nhiều khi một hệ thống thực thể khách quan phải dùng mô hình để phản ánh Trong khi xây dựng MH ta phải thực hiện thao tác trìu tượng hóa, khái quát hóa những thao tác ấy và bao giờ cũng dẫn đến một sự đơn giản hóa vì ta đã tước bỏ những chi tiết thứ yếu, chỉ còn giữ lại những thuộc tính và những mối quan hệ bản chất nhất

1.1.4.2 Nguyên tắc trực quan

Có thể nói, đối tượng nghiên cứu của khoa học kỹ thuật là các vật phẩm kỹ thuật, các quá trình kỹ thuật và các thao tác kỹ thuật Với đối tượng nghiên cứu như vậy, nội dung môn học kỹ thuật vừa mang tính cụ thể, vừa mang tính trìu tượng:

tính cụ thể thể hiện ở nội dung của nó nghiên cứu các vật phẩm kỹ thuật và thao tác

kỹ thuật cụ thể, tính trìu tượng được phản ánh trong hệ thống các khái niệm kỹ thuật, các nguyên lý và quá trình kỹ thuật mà học viên không trực tiếp tri giác, cảm giác được Do đó, trong dạy học kỹ thuật, nguyên tắc đảm bảo sự thống nhất giữa cái cụ thể và cái trìu tượng là rất quan trọng

Về mặt triết học Lênin đã chỉ rõ: “từ trực quan sinh động đến tư duy trìu tượng, từ tư duy trìu tượng đến thực tiễn là con đường biện chứng của sự nhận thức chân lý, nhận thức thực tại khách quan” Theo quan điểm này, trực quan là xuất

phát điểm của nhận thức, tức trực quan là nguồn cung cấp của tri thức

Trực quan là một tính chất của các hình ảnh chủ quan Các quá trình kỹ thuật diễn ra quanh ta rất phong phú, đa dạng Để học viên hiểu rõ các quá trình này, người ta phải tìm cách trực quan hóa chúng bằng các phương tiện trực quan tĩnh và động Trong dạy học, các đối tượng nhận thức (nội dung học tập) có thể xếp theo thứ tự tính trực quan giảm dần: các sự vật hiện tượng thực tồn tại trong tự nhiên; các sự vật hiện tượng đã được cụ thể hóa (MH mô tả bằng tranh ảnh, sơ đồ); các khái niệm trừu tượng (mô tả bằng ngôn ngữ nói và viết)

Một đối tượng nhận thức có thể được coi là một hình ảnh trực quan khi đối tượng có tính lưu giữ hình ảnh Đối tượng đó cho phép liên kết được với các đối tượng đã biết Có thể mô tả bằng ngôn ngữ từ những khái niệm và hiện tượng mà học viên đã hiểu rõ

Vì thế tính trực quan trong dạy học có thể đạt được với các điều kiện: người dạy và người học có thể tiến hành các động tác trực tiếp lên đối tượng; có thể quan sát được toàn bộ đối tượng; người dạy và người học tiến hành tác động lên đối tượng đã được cụ thể hóa (Ví dụ như MH); có thể mô tả đối tượng bằng ngôn ngữ, khái niệm

Tuy nhiên, nếu chỉ dựa hoàn toàn vào phương tiện dạy học thì mới chỉ tạo ra được hình ảnh của đối tượng và tính trực quan chưa phải đã đạt được trọn vẹn Chỉ khi những hình ảnh đó trở thành điểm khởi đầu cho một quá trình tư duy thì nguyên tắc trực quan trong dạy học mới được thực hiện một cách trọn vẹn Đó cũng chính

là quan điểm tâm lý học nhận thức: từ nhận thức cảm tính phải chuyển thành nhận thức lý tính và tái sinh cái cụ thể trong tư duy

Với việc sử dụng phương tiện dạy học là MH trước hết, tính trực quan của

MH thể hiện ở chỗ dễ dàng nhận biết được bằng các giác quan Ta có thể cảm giác, tri giác trực tiếp trên MH, nhưng nhiều khi không thể làm việc đó trên hiện tượng thực tế Tính trực quan cũng thể hiện ở chỗ ta đã vật chất hóa những tính chất, những quan hệ không thể trực tiếp tri giác được Ví dụ như dòng điện chạy trong mạch được biểu diễn bằng các véc tơ ngắn và dài khác nhau chỉ cường độ, với các góc khác nhau chỉ độ lệch pha…

Khái niệm trực quan còn được mở rộng trong trường hợp MH không trực tiếp diễn tả hiện tượng thực tế mà so sánh với một hiện tượng thực tế khác mà ta có thể tri giác được.Ví dụ như dùng MH sóng nước để diễn tả sự giao thoa của sóng ánh sáng Làm như vậy ta có thể hình dung được một cách cụ thể hiện tượng giao thoa của sóng ánh sáng mặc dù sóng ánh sáng hoàn toàn khác với sóng nước

Như vậy, việc nghiên cứu phương tiện dạy học đã được tác giả đề cập đến những vấn đề cơ bản là vai trò, chức năng, nhiệm vụ và một số yêu cầu về nguyên tắc sư phạm trong việc tạo và sử dụng phương tiện dạy học Đó chính là cơ sở lý luận của phương tiện dạy học Sau đây tác giả nghiên cứu vào vấn đề phương pháp

mô phỏng trong dạy học kỹ thuật

1.2 Phương pháp mô phỏng trong dạy học kỹ thuật

1.2.1 Tổng quan về phương pháp mô phỏng

1.2.1.1 Khái niệm

* Phương pháp

Phương pháp là những con đường, cách thức đề ra để giải quyết những vấn

đề hay nhiệm vụ nhất định nhằm đạt được mục đích đề ra

Phương pháp gồm có hai mặt là chủ quan và khách quan Mặt chủ quan là những cách thức mà con người vận dụng những quy luật khách quan để nghiên cứu

và tìm hiểu đối tượng Mặt khách quan là tác động của những quy luật chi phối sự tồn tại và phát triển của đối tượng (khách thể) được con người (chủ thể) nhận thức

Con người là chủ thể của phương pháp, trước khi tác động vào đối tượng phải có những hiểu biết cần thiết về đối tượng Sau khi tìm hiểu về đối tượng, chủ thể tìm kiếm, lựa chọn những thao tác thích hợp để thao tác với đối tượng

Như vậy phương pháp bao giờ cũng được lựa chọn trên cơ sở của những đối tượng nhất định, để đạt được mục đích nhất định Có những phương pháp có thể áp dụng cho nhiều đối tượng, nhưng không có phương pháp vạn năng nào cho mọi đối tượng

Mô phỏng từ lâu đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như kỹ thuật, kinh tế, xã hội… Ngày nay nhờ có sự trợ giúp của máy tính tốc độ cao, dung lượng bộ nhớ lớn mà PPMP được phát triển mạnh mẽ và đem lại hiệu quả lớn Mô phỏng được bắt đầu từ việc chú ý nhấn mạnh các quy tắc, quan hệ và quá trình phát triển của đối tượng nghiên cứu cùng với sự thay đổi của chúng Các quan hệ này của đối tượng có thể tạo ra các tình huống mới, thậm chí các quy luật mới được phát hiện trong quá trình 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 và nghiên cứu thực nghiệm trên đối tượng thực Nó được sử dụng khi không thể, không cần hay không nên thực nghiệm trên đối tượng thực

Một cách tổng quát, mô phỏng là thực nghiệm quan sát được và điều khiển được trên MH của đối tượng khảo sát Mô phỏng tạo thuận lợi cho người sử dụng

về các mặt [7] Nhận thức: trực quan hóa, dễ tiếp cận và đo lường, lặp lại được nhiều lần theo ý muốn, gợi mở, tiên đoán, sáng tạo và thử nghiệm… Công nghệ (về

thiết bị, phương pháp cũng như kỹ năng): khả thi, an toàn, hiệu quả kinh tế, tiết kiệm thời gian, luyện kỹ năng trước khi tiếp xúc với thực tế

1.2.1.2 Mô hình

MH là một thuật ngữ được dùng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học MH được coi là mẫu mà đối tượng cần nghiên cứu tương ứng ít nhiều đến nó, đối tượng cần nghiên cứu và MH lại không hoàn toàn đồng nhất với nhau Một MH chỉ phản ánh một số tính chất đặc trưng của đối tượng Có những khi cùng một đối tượng được thể hiện bằng nhiều MH khác nhau Khi nghiên cứu MH, ta có thể nhận được thông tin về vật đã được MH hóa và giúp ta hiểu biết được về vật cần nghiên cứu Nhiều khi MH có khả năng nhận biết được cả những vấn đề chưa biết (MH tĩnh gồm các bản vẽ thiết kế về xây dựng cũng như chi tiết máy…) Xét về mặt tâm lý,

MH kích thích ý nghĩ của người nghiên cứu và MH được dùng với tư cách là cái trục tư duy

MH là công cụ đặc biệt của nghiên cứu thực nghiệm, trên cơ sở là lý thuyết

mô phỏng Khái niệm về MH được sử dụng rộng rãi trong ngôn ngữ thông thường hàng ngày với những ý nghĩa rất khác nhau Trong các giờ khoa học tự nhiên, học sinh thường gặp MH tế bào, MH lò cao… Trong kỹ thuật ô tô thường dùng MH động cơ đốt trong, MH hộp số, MH ly hợp… Trong khi MH phân tử, MH nguyên tử

mô tả những vật thể mà ta chỉ biết được những tính chất của chúng chứ không quan sát trực tiếp được MH quá trình dạy học lại không phản ánh quá trình nào cả mà là phản ánh một quá trình trừu tượng, còn MH con người là MH mẫu mực mà ta phải vươn tới chứ không phải phỏng theo một thực thể đang tồn tại

Trong vật lý học, V A Stopho đã định nghiã: “MH là một hệ thống được hình dung trong óc hay được thực hiện một cách vật chất, hệ thống đó phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tượng nghiên cứu hoặc tái tạo nó, bởi vậy việc nghiên cứu MH sẽ cung cấp cho người ta những thông tin mới về đối tượng” Định nghĩa này chưa nêu bật được tính chủ quan của MH Cùng một đối tượng nghiên cứu chúng ta có thể xây dựng được nhiều MH khác nhau tùy thuộc vào mục đích

nghiên cứu và khả năng thực hiện của mỗi người Việc chọn thuộc tính nào và quan

hệ nào của đối tượng là đặc trưng tùy thuộc vào người nghiên cứu

Vì vậy, Geoffrey Gordon [22, tr.6] đã định nghĩa MH là hệ thống những thông tin về đối tượng được thu thập nhằm mục đích nghiên cứu

Theo định nghĩa chung nhất, MH được hiểu là một thể hiện bằng thực thể hay 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 [7]: làm đối tượng quan sát thay cho nguyên hình; làm đối tượng nghiên cứu (thực nghiệm hay suy diễn) về nguyên hình

1.2.1.3 Tính chất của mô hình

* Tính lý tưởng

Tính lý tưởng của MH khác với tính đơn giản ở chỗ, khi MH hóa người ta không thể xây dựng được các tính chất giống hệt với nguyên hình, ví dụ như từ trường của dòng điện hay sóng của các loại ánh sáng… Việc đơn giản hóa MH lại là một hoạt động có chủ ý của người xây dựng MH nhằm làm cho việc nghiên cứu thuận lợi hơn Như vậy MH nào cũng có ít hay nhiều tính chất lý tưởng Nói cách khác, không có MH nào giống hệt thực tiễn bởi nếu như vậy thì nó không còn tính cách là vật đại diện, thay thế nữa…

Tính chất lý tưởng của MH càng cao thì MH càng khái quát và càng giúp ta nhận thức được những nét chung nhất của hiện tượng và bao trùm được một số càng lớn hiện tượng Nhưng càng khái quát, càng có tính lý tưởng cao thì khi sử dụng

MH để nghiên cứu thực thể càng gặp nhiều khó khăn vì MH càng rời xa thực tế

* Tính chủ quan

Mỗi khi tạo ra một MH để nghiên cứu, người nghiên cứu cần phải có sẵn sự hình dung trong ý tưởng về đối tượng cần nghiên cứu của họ theo những quan điểm riêng của mình Trên thực tế mỗi người nhìn nhận một vấn đề trên những khía cạnh, những góc độ khác nhau, do vậy sự quyết định tính chất và mối quan hệ cơ bản của đối tượng có khác nhau Điều này dẫn đến cùng một đối tượng nghiên cứu, mỗi người xây dựng cho mình một MH khác nhau, đó là tính chủ quan của MH

1.2.1.4 Phân loại mô hình

MH được sử dụng để nghiên cứu hệ thống có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau Theo G.Gordon [22, tr.9], MH được phân loại trước hết thành MH vật lý và MH toán học MH vật lý dựa trên sự tương tự giữa những hệ thống cơ và điện hoặc hệ thống điện và thủy lực hay khí nén MH toán học thì sử dụng kí hiệu

và phương trình toán học để biểu thị một hệ thống, các tính chất của hệ thống được biểu diễn các biến và hoạt động của hệ thống được biểu diễn bằng các hàm toán học gắn kết các biến

Ở cấp thứ hai MH được phân thành MH tĩnh và MH động MH tĩnh chỉ cho những giá trị của hệ thống khi cân bằng, còn MH động có thể cho những giá trị của

hệ thống thay đổi theo thời gian qua hoạt động của MH

Trong MH toán, cấp thứ ba trong phân loại MH được phân biệt theo cách biểu diễn MH như hình 1-6, đó là các biến đại diện cho đặc điểm của hệ thống, theo

Mô hình số Mô hình tương tự Mô hình số

MH hóa hệ thống

nghiên cứu hoặc tái tạo nó, bởi vậy việc nghiên cứu MH sẽ cung cấp cho ta những thông tin mới về đối tượng Ví dụ như MH thang máy, MH dao động… Nói chung các MH này dùng trong quá trình thực nghiệm

Dựa trên tiêu chuẩn cùng chất, giống nhau về chất, khác nhau về chất giữa nguyên hình và MH, MH thực thể được chia làm ba loại: MH trích mẫu, MH đồng dạng và MH tương tự như hình 1-7

Hình 1 -7 : Phân loại MH theo lý thuyết xây dựng MH

MH trích mẫu là một tập hợp những cá thể (thường gọi là tập mẫu) trích ra từ một tổng thể được xét ở đây, MH là một thực thể cùng chất với nguyên hình, lý thuyết MH là lý thuyết xác suất và thống kê toán học, cho phép chọn dung lượng

MH tương

tự

MH

hệ thức

MH cấu trúc

MH

hình

học

MH động hình học

MH động lực học

tập mẫu theo độ chính xác và mức tin cậy cho trước, từ đó đánh giá thống kê đúng đắn về tổng thể MH 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, hai thực thể gọi là đồng dạng khi các đại lượng vật lý cùng tên của chúng tỷ lệ với nhau Đồng dạng hình học nếu chỉ có tỷ lệ về các chiều dài tương ứng, đồng dạng động hình học nếu có tỷ lệ về các lực tương ứng Dễ dàng nhận thấy rằng đồng dạng động hình học thì cũng đồng dạng hình học và đồng dạng động lực học thì cũng đồng dạng động hình học MH đồng dạng là một thực thể có các thông số vật lý cùng tên với nguyên hình (tức là giống chất với nguyên hình) và được xác định theo lý thuyết đồng dạng

Từ kết quả nhận được trên MH có thể suy ra nguyên hình thông qua tỷ số đồng dạng Tùy theo các chuẩn cứ đồng dạng: hình học, động hình học hay động lực học, có những MH đồng dạng tương ứng Bản vẽ kỹ thuật, MH máy bay, MH lò cao…là những ví dụ về MH đồng dạng hình học Loại MH này chỉ sử dụng ở giai đoạn thấp của quá trình nhận thức khi cần hình thành những biểu tượng hoặc thu thập kiến thức có tính chất kinh nghiệm Những kiến thức thu được trên MH là những tính chất bên ngoài của hiện tượng, của đối tượng thực

Mô hình tương tự, hai thực thể khác nhau về bản chất vật lý được gọi là MH tương tự khi trạng thái của chúng được mô tả bằng cùng một hệ phương trình vi phân và điều kiện đơn trị MH tương tự là một thực thể có những thông số vật lý khác tên với nguyên hình và được xác định theo lý thuyết tương tự MH này thường được gọi tên theo chất liệu của MH và nguyên hình, như bảng 1- 1 Ví dụ: MH điện

- cơ, trong đó quá trình dao động cơ học ở nguyên hình (chẳng hạn một kết cấu thép) được mô tả bằng cùng một phương trình vi phân với quá trình dao động điện ở

MH (là một mạch điện tương ứng) Từ đáp ứng tần số hay đáp ứng thời gian (dạng tín hiệu tương tự) trên MH điện, theo thuyết tương tự có thể dễ dàng suy ra trạng thái dao động của nguyên hình cơ

Lực Chuyển vị Vận tốc Khối lượng

Ma sát nhớt

Độ cứng

Tỷ số truyền

Điện áp Điện tích Dòng điện Điện cảm Điện trở Dung kháng

Tỷ số biến áp

Bảng 1- 1: Trạng thái dao động của nguyên hình cơ

* MH khái niệm

MH khái niệm là hệ thống những ký hiệu dùng với tư cách là MH: hình vẽ,

sơ đồ, đồ thị, chữ cái, các công thức, phương trình toán học MH khái niệm khác với MH thực thể ở chỗ đây là các MH có tính chất hình thức, trừu tượng Điển hình của loại MH này là các MH toán học

MH toán học là MH khái niệm dưới dạng một cấu trúc hay một hệ thức toán học Như vậy MH toán học dùng các ngôn ngữ toán học để khảo sát, nghiên cứu đối tượng

1.2.1.5 Phương pháp mô phỏng

Phương pháp dạy học (PPDH) có sử dụng mô phỏng là một trong những phương pháp dạy học, trước hết là các môn khoa học tự nhiên và kỹ thuật, có hiệu quả cao về nhiều mặt như trực quan, sinh động, gây hứng thú học tập và nghiên cứu, phát huy tư duy sáng tạo…

Mô phỏng là thực nghiệm quan sát được và điều khiển được trên MH, vì thế PPMP cũng có tên gọi tương ứng theo MH được sử dụng như: mô phỏng hình học,

mô phỏng tương tự, mô phỏng số… Cùng một đối tượng, tuỳ thuộc vào mục đích và điều kiện khảo sát, có thể MH hóa dưới các dạng khác nhau, vì thế có nhiều cách

mô phỏng khác nhau tương ứng Trong công nghệ dạy học ở nước ta hiện nay, ngoài phương pháp quen thuộc là hình vẽ, đồ dùng dạy học trực quan và các phương tiện nghe nhìn mà thầy trò khó tham gia tạo dựng, cải tiến, như đóng phim,

băng hình… Do máy tính ngày càng phổ biến, các PPMP bằng đồ họa vi tính đã trở thành hiện thực ở khá nhiều trường PPMP tiến hành theo 3 bước như hình 1-8, bước 1 mô hình hoá, bước 2 nghiên cứu mô hình, bước 3 đối chiếu kết quả thu được trên mô hình

Bước 1 MH hóa đối tượng nghiên cứu

Từ mục đích nghiên cứu, cần xác định, lựa chọn số một số tính chất và mối quan hệ chính của đối tượng nghiên cứu, đồng thời loại bỏ những tính chất và mối quan hệ thứ yếu để xây dựng MH

Hình 1- 8: Quá trình mô phỏng Bằng quan sát thực nghiệm người ta xác định được một tập hợp những tính chất của đối tượng nghiên cứu Thông thường, do kết quả của sự tương tự người ta

đi đến hình dung sơ bộ về sự vật hiện tượng cần nghiên cứu, tức là đi đến một MH

sơ bộ, chưa đầy đủ Trong giai đoạn này trí tưởng tượng và trực giác giữ vai trò quan trọng, nhờ đó người ta mới loại bỏ được những tính chất và mối quan hệ thứ yếu của đối tượng nghiên cứu, thay nó bằng MH chỉ mang tính chất và những mối quan hệ chính mà ta phải quan tâm MH lúc ban đầu mới có trong ý tưởng người nghiên cứu Nó trở thành mẫu, dựa vào đó nhà nghiên cứu dựng những MH thật (nếu nhà nghiên cứu dùng MH vật chất) Trong trường hợp MH lý tưởng thì người

ta đem đối chiếu trong ý tưởng MH với những sự vật, những hiện tượng mà người

1)

Đối tượng

nghiên cứu

3

tin mới Đối với các MH vật chất thì người ta làm thí nghiệm thực trên MH Còn đối với các MH lý tưởng thì tiến hành thao tác trên MH trong ý tưởng, tức là áp dụng những phép tính hay những phép phân tích logic trên các ký hiệu Người ta coi công việc này như là một thí nghiệm đặc biệt gọi là thí nghiệm tưởng tượng

Trong phương pháp MH khái niệm người ta biết trước được hành vi của MH trong những điều kiện nhất định Điều người ta muốn biết thêm là hiệu quả của những hành vi đó như thế nào

Bước 3 Đối chiếu kết quả thu được trên MH với kết quả thực tiễn đồng thời xét tính hợp thức của MH Trong trường hợp kết quả không phù hợp với thực tiễn phải chọn lại MH

Nếu bản thân MH là một phần tử cấu tạo của nhận thức thì cần phải kiểm tra

sự đúng đắn của nó bằng cách đối chiếu kết quả thu được từ MH với những kết quả thu được trực tiếp từ MH gốc Nếu sai lệch thì phải điều chỉnh ngay chính MH, có trường hợp phải bỏ hẳn MH đó thay bằng MH khác

Nếu bản thân MH không phải là đối tượng của nhận thức mà chỉ là phương tiện để nghiên cứu thì việc xử lý kết quả, hợp thức MH là phải phân tích những kết quả trên MH thành những thông tin thực về đối tượng nghiên cứu (ví dụ như MH kỹ thuật, MH toán học…) nếu những thông tin ấy không phù hợp thì cũng phải chỉnh

lý lại MH

Để việc MH hóa đạt hiệu quả, ngoài yêu cầu về tính đơn giản và trực quan của MH, cần phải chú ý đến tính hợp thức của MH so với nguyên hình, có thể chuyển các kết quả nhận được khi nghiên cứu MH sang đối tượng nghiên cứu

1.2.1.6 PPMP với sự trợ giúp của máy tính (mô phỏng số)

Ngày nay, nhờ các máy tính điện tử có tốc độ tính toán nhanh, dung lượng bộ nhớ lớn, cộng với kỹ thuật lập trình hiện đại mà người ta có thể xây dựng được các

MH có tính hợp thức cao đối với đối tượng cần nghiên cứu Đặc biệt phương pháp

mô phỏng số là phương pháp hữu hiệu để nghiên cứu những đối tượng có tính chất phức tạp, các đối tượng mà trong đó có các biến ngẫu nhiên Ví dụ MH phòng đợi

về số lượng khách hàng và nhu cầu phục vụ trong một khách sạn

Bản chất của PPMP là xây dựng một số MH số (MH thể hiện bằng chương trình máy tính) đại diện cho đối tượng cần nghiên cứu (nguyên hình), sau đó người

ta tiến hành các thực nghiệm trên MH, kết quả nhận được trên MH cần hợp thức với nguyên hình

Quá trình mô phỏng số có thể được biểu diễn như hình 1 - 9

* Phân loại mô phỏng số

Thứ nhất là PPMP liên tục: tín hiệu vào là liên tục và việc mô phỏng trước đây thường thực hiện trên máy tính tương tự thì hiện nay việc mô phỏng này được thực hiện trên máy tính số MH toán học được biểu diễn bằng phương trình vi tích phân

Thứ hai là PPMP rời rạc: các biến liên tục được rời rạc hóa, nhận các giá trị gián đoạn qua thời gian MH được biểu diễn bằng phương trình sai phân

* Quá trình mô phỏng số theo các bước như sau:

Bước 1: từ mục đích nghiên cứu ta thu thập các thông tin, dữ liệu cần thiết của đối tượng và các yếu tố tác động (môi trường), trên cơ sở đó xây dựng MH nguyên lý (phản ánh bản chất của đối tượng nghiên cứu)

Đối tượng cần nghiên cứu

MH nguyên lý

MH trên máy tính

Kết quả

Bước 2: tiến hành lập trình để xây dựng MH trên máy tính (là những chương trình chạy trên máy tính) Các chương trình này được viết bằng các ngôn ngữ cao cấp thông dụng như Visual Basic, Visual C++, Pascal…

Bước 3: lập kế hoạch thực nghiệm (số lần thử nghiệm, thời gian mô phỏng), hiệu chỉnh kế hoạch thực nghiệm để đảm bảo độ chính xác theo yêu cầu Thử nghiệm mô phỏng: cho chương trình chạy để lấy kết quả Kết quả có thể được biểu diễn dưới dạng số liệu hoặc đồ thị Cần lưu ý kết quả sẽ mang tính “đánh giá” chính xác nếu bước tính tăng lên đủ lớn

Bước 4: sau khi cài đặt chương trình, chạy thử xem MH có phản ánh đúng đặc tính của đối tượng không Nếu cần, phải sửa chữa lại các lỗi lập trình Sau khi chạy thử, nếu MH trên máy tính không đạt cần phải xây dựng lại MH nguyên lý

Để tiện lợi cho việc chế tạo và sử dụng MH, người ta phát triển nhiều phần mềm chế tạo mô phỏng chuyên dụng gồm nhiều khối chuẩn Ví dụ trong điều khiển học người ta thường sử dụng chương trình Matlab Simulink để mô phỏng, người sử dụng chỉ việc chọn các khối có sẵn, thay đổi tham số trong đó và dùng các kết nối khối, cho MH chạy trong thời gian cần thiết và nhận được kết quả ở dạng đồ thị, ma trận… Trong việc tạo các phim hoạt hình mô phỏng cũng có nhiều phần mềm chuyên dụng

Ưu điểm của các ngôn ngữ mô phỏng là: thời gian xây dựng chương trình ngắn, dễ bổ sung và sửa chữa sai sót, các kết quả được xử lý tốt, thuận tiện cho việc

sử dụng

Trên đây là tổng quan các nội dung của PPMP, sau đây tác giả tìm hiểu những ưu điểm và hạn chế của PPMP trong dạy học kỹ thuật

1.2.2 Khả năng ứng dụng và hạn chế của PPMP dạy học kỹ thuật

* Những ưu điểm của PPMP nói chung

PPMP giúp cho ta hiểu rõ đối tượng nghiên cứu MH là vật đại diện, trên đó

ta sẽ tác động những thao tác logic và thực nghiệm Rất nhiều hiện tượng và quá trình được giải thích rõ ràng thông qua MH Ví dụ như MH động cơ 4 kỳ giải thích các hiện tượng nguyên lý hoạt động của động cơ đốt trong

Sự giải thích bằng MH là một hình thức cổ xưa nhất trong khoa học Người

ta coi những quy luật chi phối MH cũng là những định luật chính của đối tượng nghiên cứu Ngày nay khi khoa học đã đi sâu vào thế giới vi mô, không trực tiếp quan sát được, thì chức năng giải thích của MH ngày càng có hiệu quả cao hơn

Tuy PPMP có tác dụng lớn lao được nhiều nhà khoa học công nhận nhưng cũng có những hạn chế do tính gần đúng, tính tạm thời của nó Các MH tuy phản ánh thế giới khách quan nhưng không thể thay thế hoàn toàn hiện thực khách quan được Thậm chí nhiều MH chỉ có giá trị hoàn toàn như một phương tiện, công cụ

Mặc dù mỗi MH chỉ phản ánh được một mặt nào đó của thế giới khách quan, nhưng khi sử dụng một MH người ta thường gán cho nó một tầm khái quát rộng hơn Và có khi chỉ quá tin tưởng vào một MH đã được xác lập mà người ta đi đến

sự bảo thủ, không thừa nhận những sự kiện thực tế mới trái với MH đó Điển hình

là MH cơ học của thế giới (theo Newton): các nhà khoa học đã trải qua một thời kỳ dài đấu tranh mới xác lập được những quan điểm lượng tử và tương đối, là những

MH mới phản ánh sâu sắc đầy đủ hơn thế giới vật chất

* Trong dạy học kỹ thuật, khi sử dụng các chương trình mô phỏng cần cân nhắc một số điểm sau:

Không thể sử dụng MH thay thế hoàn toàn nguyên hình Trước hoặc sau khi

sử dụng MH cần có sự liên hệ với đối tượng thực Chỉ có sự kết hợp hiệu quả giữa

MH - vật thực mới phát huy được kỹ năng - kỹ xảo cần thiết cho người học, ví dụ các cảm giác về khối lượng, kích thước, gia tốc…

Việc tạo và sử dụng MH cần có sự lựa chọn và có chú ý (tính chủ quan), tùy thuộc vào mục đích dạy học mà tạo ra những MH thích hợp

Chú ý tính tương thích của MH với nguyên hình Trong khi nghiên cứu các kết quả thu được trên MH phải có khả năng chuyển thành các kết luận về nguyên hình Trong quá trình dạy học, vấn đề đặt ra là các kết quả thu được trên MH mang một ý nghĩa truyền đạt nội dung học tập nào đó về nguyên hình

MH trên máy tính không phải luôn luôn đúng với thực tế do tính lý tưởng của MH tương đối cao Vì vậy phải thận trọng khi sử dụng các kết quả từ MH, không tuyệt đối hóa MH trên máy tính

Từ những ưu điểm và hạn chế của việc ứng dụng PPMP để dạy học kỹ thuật, tác giả phân tích cơ sở lý luận của việc ứng dụng PPMP để dạy học các môn của ngành công nghệ ô tô như sau

1.3 Cơ sở lý luận của việc ứng dụng PPMP để dạy học các môn của ngành công nghệ ô tô

1.3.1 Ứng dụng PPMP để dạy học môn “Cấu tạo ô tô” của ngành công nghệ ô

tô nhằm đổi mới PPDH

1.3.1.1 Phương pháp dạy học

PPDH là một trong những yếu tố quan trọng nhất của quá trình dạy học Các đặc trưng của PPDH là: PPDH phản ánh hình thức vận động của nội dung môn học; PPDH phản ánh cách tổ chức, điều khiển hoạt động nhận thức của GV; PPDH phản ánh sự vận động của quá trình nhận thức của người học nhằm đạt mục đích học tập; PPDH phản ánh cách thức hoạt động tương tác, sự trao đổi thông tin giữa người dạy

và người học

Nhà khoa học Nguyễn Ngọc Quang [11], định nghĩa: “PPDH là cách thức làm việc phối hợp thống nhất giữa thầy và trò, trong đó thầy truyền đạt nội dung tri thức để trên cơ sở đó, thông qua đó mà chỉ đạo sự học tập của trò; còn trò thì lĩnh hội và tự chỉ đạo sự học tập của bản thân, để cuối cùng đạt được mục đích dạy học”

Để đáp ứng nhu cầu đối với người học, nhất là sinh viên học các ngành kỹ thuật trong đó có ngành Công nghệ ô tô, đồng thời phát triển năng lực cá nhân và hướng họ thích ứng với xã hội thì đòi hỏi người giáo viên phải lựa chọn và tìm ra những PPDH tích cực nhất

Đổi mới PPDH nghĩa là tìm ra phương pháp mới, đồng thời kế thừa và kết hợp các phương pháp truyền thống Trong khuôn khổ luận văn tác giả đề cập đến hai trong các phương pháp chính: ứng dụng phương pháp nghiên cứu khoa học và

áp dụng công nghệ thông tin vào PPDH môn Cấu tạo ô tô

1.3.1.2 Ứng dụng PPMP - Phương pháp nghiên cứu khoa học vào dạy học môn Cấu tạo ô tô

“…sự chuyển hóa phương pháp khoa học thành PPDH là xu thế thời đại của việc sáng tạo ra PPDH mới, nhằm đưa nhà trường xích lại gần với khoa học - kỹ thuật - sản xuất”, [17, tr.47]

PPDH không chỉ đòi hỏi việc truyền đạt những kiến thức, những thành tựu khoa học, những kết quả mà con người tích lũy được cho người học mà còn phải dạy cho họ những cách thức suy nghĩ, con đường nhận thức mà các thế hệ trước đã thực hiện để đạt được kết quả đó

Đối với nghiên cứu khoa học, PPMP có chức năng nhận thức khoa học, nếu xét quá trình học tập của người học là một quá trình hoạt động nhận thức thì PPMP cũng là phương pháp nhận thức Đối tượng nghiên cứu và nội dung phản ánh của hoạt động nghiên cứu khoa học và hoạt động học tập về cơ bản giống nhau, vì vậy một số thao tác thủ thuật, con đường nhận thức của các nhà khoa học có thể được người GV sử dụng vào trong dạy học để hướng dẫn sinh viên làm theo Nhưng cần lưu ý rằng phương pháp khoa học không đồng nhất với PPDH vì PPDH có những tính độc lập riêng của nó Sự khác biệt giữa hai phương pháp là do trình độ của hai chủ thể sử dụng chúng Với các nhà khoa học: chủ động, tự lực sáng tạo ra chân lý mới cho loài người; còn người học chủ động sáng tạo trong khuôn khổ của sự chỉ đạo sư phạm của người GV Hai tiến trình này tiến hành khác nhau về cả điều kiện

và thời gian

Khi ứng dụng PPMP với tư cách là phương pháp khoa học vào PPDH, phương pháp khoa học đã được biến đổi đi cho phù hợp với đặc điểm của chủ thể là

SV, và với những điều kiện của quá trình dạy học

1.3.1.3 Ứng dụng PPMP theo hướng áp dụng công nghệ dạy học

Công nghệ dạy học hiện đại là sự áp dụng những thành tựu khoa học, kỹ thuật, công nghệ vào quá trình dạy học nhằm mục đích đề ra ý tưởng này đã được

tác giả Lê Khánh Bằng [1], mô tả như sơ đồ 1-10 Tổ chức quá trình dạy học trên cơ

sở thành tựu của khoa học giáo dục và thành tựu của các khoa học liên quan, để đạt mục đích giáo dục với chi phí tối ưu

Hình 1-10: Sơ đồ bản chất dạy học công nghệ hiện đại

Về mặt PPDH, dùng PPMP để triển khai các PPDH tích cực nhằm tạo thành một phân hệ PPDH chuyên biệt hóa [17, tr.67] trong đó PPMP trên máy tính đóng vai trò nòng cốt, liên kết các phương pháp nhằm phát huy tốt nhất ưu điểm của các phương pháp này, thực hiện hiệu quả mục đích dạy học

1.3.1.4 Ứng dụng PPMP - Dạy học tương tác

* Với hình thức dạy học truyền thống

Phương tiện sử dụng trong tương tác bao gồm phấn, bảng, hình vẽ, các sơ đồ,

mô hình, vật thật…

Tính tương tác trong dạy học truyền thống đó là tương tác một chiều, con người tương tác vào phương tiện, sử dụng phương tiện như một công cụ để truyền đạt kiến thức Và trong đó phương tiện sử dụng không tạo ra những thông tin phản

Đầu ra (mục tiêu)

Đầu vào (SV)

Phương tiện,

kỹ thuật Nội dung

Phương pháp

Tiêu chuẩn

Đạt mục đích giáo dục với chi phí tối ưu

hồi tác động lại người học Điều này làm cho người học trở nên nhàm chán và hiệu quả học tập đạt được không cao

* Với hình thức dạy học hiện đại

Trong thời đại ngày nay, thời đại công nghệ thông tin và truyền thông, máy tính trở thành phương tiện dạy học hỗ trợ đắc lực và mang lại hiệu quả cho quá trình dạy học Đặc biệt trong giai đoạn, dạy học đang tiến đến công nghệ dạy học hiện đại, công nghệ dạy học bằng máy tính thì máy tính trở thành một phương tiện tất yếu và không thể thiếu trong dạy học Một bài dạy theo công nghệ dạy học hiện đại

sẽ đáp ứng đồng thời hai yêu cầu cơ bản: là một bài dạy trên lớp đạt chuẩn mực sư phạm; là một bài dạy từ xa qua mạng (LAN, WAN…), người học có thể tái hiện đầy đủ những gì giáo viên cung cấp, nói một cách khác, là một trang web tương tác được theo ý đồ sư phạm

1.3.2 PPMP với việc thực hiện các nhiệm vụ dạy học

* PPMP kích thích hứng thú nhận thức của người học

Hứng thú nhận thức có vai trò rất quan trọng trong hoạt động học tập, là động lực quan trọng trong việc học tập Hoạt động học tập có hứng thú sẽ trở nên tích cực và sáng tạo, giúp cho người học vượt qua mọi trở ngại để cố gắng học tập

Hứng thú nhận thức là thái độ lựa chọn của cá nhân về đối tượng do ý nghĩa trong đời sống và sự hấp dẫn cảm xúc của nó [5] Đó là thái độ nhận thức bền vững của chủ thể đối với đối tượng nhận thức

Các giai đoạn phát triển của hứng thú nhận thức gồm ba giai đoạn với các mức độ khác nhau

Giai đoạn tiền hứng thú: giai đoạn này còn mang tính chất cảm tính đó là sự

tò mò và có cảm tình với đối tượng nhận thức

Giai đoạn thứ hai gồm hai mức độ: hứng thú nhận thức mang tính tình huống, nó được tạo ra những điều kiện, hoàn cảnh cụ thể trực tiếp tác động gây nên; hứng thú nhận thức mang tính cảm xúc, hứng thú nhận thức đã đi vào bên trong chủ thể nhưng chưa ổn định, nó phụ thuộc vào kết quả nhận thức