Dạy Học Học Phần Điều Khiển Logic Khả Trình Theo Lý Thuyết Điều Khiển Trong Đào Tạo Cao Đẳng

Trong dạy học, nếu coi quá tr nh dạy học như một hệ thống có điều khiển và phản hồi để kết quả lu n đạt mục tiêu phát triển NL cho người học th dạy học theo LTĐK hoàn toàn phù hợp về mặt

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI -    -

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Người hướng dẫn khoa học: 1 PGS.TS Đặng Văn Nghĩa

2 TS Trần Đức Vượng

Hà Nội - 2020

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan c ng tr nh nghiên cứu khoa học này là của tác giả Số liệu

và trích dẫn trong công trình là trung thực Kết quả nghiên cứu là khách quan, không trùng với bất kỳ c ng tr nh nào đã được công bố trước đó Tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực của luận án

Hà Nội, ngày tháng năm 2020

Tác giả

Hà Ngọc Ninh

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin được tỏ lòng cảm ơn chân thành tới PGS.TS Đặng Văn Nghĩa,

TS Trần Đức Vượng đã hết lòng dìu dắt, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho

tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án

Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Sau đại học, Bộ môn Phương pháp dạy học, Khoa Sư phạm Kỹ thuật Trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và hoàn thành luận án

Tác giả xin cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Cao đẳng kỹ thuật Đồng Nai, các đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi về công việc, thời gian và

lu n động viên để tác giả hoàn thành luận án này

Tác giả xin cảm ơn các chuyên gia, các thầy cô giáo, các em sinh viên

đã nhiệt t nh giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận án

Tác giả xin chân thành cảm ơn gia đ nh, người thân đã lu n động viên, khuyến khích và giúp đỡ về mọi mặt để tác giả hoàn thành luận án

Hà Nội, tháng năm 2020

Nghiên cứu sinh

Hà Ngọc Ninh

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt là Viết đầy đủ là

bị điều khiển logic khả trình

MỤC LỤC

Trang

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 3

4 Khách thể, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

5 Giả thuyết khoa học 4

6 Phương pháp nghiên cứu 4

7 Đóng góp mới của luận án 5

8 Cấu trúc của luận án 6

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN 7

1.1 TỔNG QUAN LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VẤN ĐỀ 7

1.1.1 T nh h nh nghiên cứu ở nước ngoài 7

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước 11

1.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 17

1.2.1 Điều khiển và điều khiển học 17

1.2.2 Lý thuyết điều khiển 18

1.2.3 Điều khiển thích nghi 20

1.2.4 Hệ thống điều khiển 22

1.3 LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN 23

1.3.1 Dạy học theo lý thuyết điều khiển và th ng tin phản hồi trong dạy học 23

1.3.2 Bản chất dạy học theo lý thuyết điều khiển 31

1.3.3 Đặc điểm của dạy học theo lý thuyết điều khiển 33

1.3.4 Các hoạt động học tập trong dạy học theo lý thuyết điều khiển 40

1.3.5 Phương tiện trong dạy học theo lý thuyết điều khiển 41

1.3.6 Tiến tr nh dạy học theo lý thuyết điều khiển 43

1.3.7 Tổ chức dạy học theo lý thuyết điều khiển 51

1.3.8 Yêu cầu của dạy học theo lý thuyết điều khiển 53

1.3.9 Các yếu tố ảnh hưởng tới dạy học theo lý thuyết điều khiển 54

1.4 THỰC TRẠNG DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH 54

1.4.1 Mục đích, đối tượng, nội dung và phương pháp khảo sát 54

1.4.2 Kết quả khảo sát 56

Kết luận chương 1 63

CHƯƠNG 2 BIỆN PHÁP DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH (PLC) THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN 64

2.1 NGUYÊN TẮC DẠY HỌC THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN 64

2.1.1 Đảm bảo mục tiêu, nội dung chương tr nh đào tạo 64

2.1.2 Đảm bảo phù hợp với tr nh độ, nhu cầu, hứng thú của sinh viên 64

2.1.3 Tạo m i trường thuận lợi để sinh viên phát triển năng lực 65

2.1.4 Phù hợp với thực tiễn các cơ sở đào tạo 65

2.2 SỰ PHÙ HỢP DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN 65

2.2.1 Phù hợp đặc điểm học phần Điều khiển logic khả tr nh 65

2.2.2 Phù hợp với nội dung 66

2.3 MỘT SỐ BIỆN PHÁP DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH (PLC) THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN 66

2.3.1 Xây dựng qui trình thiết kế dạy học theo lý thuyết điều khiển 66

2.3.2 Thiết kế bộ công cụ thu nhận thông tin phản hồi 70

2.3.3 Xử lý thông tin phản hồi 85

2.3.4 Phản hồi kết quả kiểm tra, đánh giá đến sinh viên 85

2.3.5 Các bước dạy học học phần điều khiển logic khả trình theo lý thuyết điều khiển 86

2.4 MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA THIẾT KẾ DẠY HỌC HỌC PHẦN

ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN 88

2.4.1 Ví dụ 1: Giáo án số 4: Timer và ứng dụng 88

2.4.2 Ví dụ 2: Giáo án số 8: Counter và ứng dụng Thời gian 5 tiết 109

Kết luận chương 2 117

CHƯƠNG 3 KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 118

3.1 MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP KIỂM NGHIỆM 118

3.1.1 Mục đích kiểm nghiệm, đánh giá 118

3.1.2 Nội dung kiểm nghiệm đánh giá 118

3.1.3 Phương pháp kiểm nghiệm 118

3.2 KẾT QUẢ KIỂM NGHIỆM 123

3.2.1 Kết quả kiểm nghiệm bằng phương pháp chuyên gia 123

3.2.2 Kết quả thực nghiệm bằng phương pháp thực nghiệm sư phạm 125

Kết luận chương 3 136

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 137

DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN 139

TÀI LIỆU THAM KHẢO 140 PHỤ LỤC

DANH MỤC CÁC BẢNG

Trang Bảng 1.1 Thang điểm giá trị mức độ thực trạng dạy học học phần Điều khiển

logic khả trình 56

Bảng 2.1 Kiểm quan sát NL giải quyết vấn đề 84

Bảng 2.2 Bảng kiểm NL chuyên môn 84

Bảng 2.3 Kiểm năng lực giải quyết vấn đề 95

Bảng 2.4 Kiểm năng lực chuyên môn 96

Bảng 2.5 Kiểm năng lực giải quyết vấn đề 115

Bảng 2.6 Kiểm năng lực chuyên môn 116

Bảng 3.1 Kết quả kiểm tra sau TN lớp TN và ĐC 126

Bảng 3.2 Tần suất fi (%) kết quả các lớp TN và ĐC 126

Bảng 3.3 Tần suất hội tụ tiến các lớp TN và ĐC 126

Bảng 3.4 Các tham số thống kê kết quả học tập lớp TN và ĐC 126

Bảng 3.5 Bảng kiểm tra mẫu (Paired Samples Test) 127

Bảng 3.6 Mức độ ảnh hưởng của phương pháp 127

Bảng 3.7 Kết quả kiểm tra sau TN lớp TN và ĐC 131

Bảng 3.8 Tần suất fi(%) kết quả học tập lớp TN và ĐC 131

Bảng 3.9 Tần suất hội tụ tiến lớp TN và ĐC 131

Bảng 3.10 Các tham số thống kê kết quả học tập lớp TN và ĐC 132

Bảng 3.11 Paired Samples Test (Kiểm tra mẫu) 132

Bảng 3.12 Mức độ ảnh hưởng của tác động TN đợt 1 133

DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ

Trang

Biểu đồ 3.1 Tần suất kết quả học tập lớp TN11 và ĐC11 128

Biểu đồ 3.2 Tần suất hội tụ tiến của lớp TN11 và ĐC11 128

Biểu đồ 3.3 Tần suất kết quả học tập lớp TN12 và ĐC12 129

Biểu đồ 3.4 Tần suất hội tụ tiến của lớp TN12 và ĐC12 129

Biểu đồ 3.5 Tần suất kết quả học tập lớp TN21 và ĐC21 133

Biểu đồ 3.6 Tần suất hội tụ tiến của lớp TN21 và ĐC21 133

Biểu đồ 3.7 Tần suất kết quả học tập lớp TN22 và ĐC22 134

Biểu đồ 3.8 Tần suất hội tụ tiến của lớp TN22 và ĐC22 134

DANH MỤC CÁC HÌNH

Trang

Hình 1.1 Hệ điều khiển thích nghi 21

Hình 1.2 Hệ thống điều khiển vòng hở 22

Hình 1.3 Các phần tử cơ bản hệ thống điều khiển phản hồi kiểu vòng kín 23

H nh 1.4 Lược đồ chức năng của hệ thống dạy học (Theo Nguyễn Xuân Lạc) 24

H nh 1.5 Sơ đồ sử dụng thông tin phản hồi để điều khiển quá trình dạy học (theo Phạm Đ nh Văn) 26

Hình 1.6 Mô hình dạy học theo lý thuyết điều khiển 44

Hình 1.7 Các bước dạy học theo lý thuyết điều khiển 52

Hình 2.1 Các bước thiết kế dạy học theo lý thuyết điều khiển 67

Hình 2.2 Quy trình xây dựng bộ công cụ thu nhận thông tin phản hồi 71

Hình 2.3 Các bước dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo lý thuyết điều khiển 87

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

1.1 Quan điểm đổi mới giáo dục và đào tạo ở nước ta

Sự phát triển của xã hội đã đặt giáo dục và đào tạo trước nhiều cơ hội

và thách thức; trong đó, mục tiêu phát triển năng lực (NL) người học nhằm nâng cao chất lượng đào tạo để đáp ứng nhu cầu của xã hội là một trong những yếu tố được quan tâm hàng đầu

Nghị quyết số 29-NQ/TW ngày 04/11/2013 của Hội nghị Trung ương

8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo chỉ rõ mục tiêu

cụ thể đối với giáo dục nghề nghiệp là: “…Đối với giáo dục nghề nghiệp, tập trung đào tạo nhân lực có kiến thức, kỹ năng và trách nhiệm nghề nghiệp Hình thành hệ thống giáo dục nghề nghiệp với nhiều phương thức và tr nh độ đào tạo kỹ năng nghề nghiệp theo hướng ứng dụng, thực hành, bảo đảm đáp ứng nhu cầu nhân lực kỹ thuật công nghệ của thị trường lao động trong nước

và quốc tế…” [27] Luật giáo dục và luật giáo dục nghề nghiệp [34], [35], yêu cầu năng lực cần đạt được [41] có thể thấy rằng, mục tiêu đào tạo ở các trường đại học, cao đẳng không chỉ mang lại cho SV kiến thức và kỹ năng nghề nghiệp mà quan trọng cần phải bổ sung, tiếp cận nhiều phương thức đào tạo mới nhằm đáp ứng nhu cầu đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật cho thị trường lao động trong nước và quốc tế Để thực hiện được mục tiêu đó, cần phải đổi mới đồng bộ từ mục tiêu dạy học, nội dung dạy học, phương pháp và phương tiện dạy học đến phương pháp kiểm tra, đánh giá Do đó đổi mới phương pháp dạy học theo hướng phát triển NL của SV phù hợp với thực tế giáo dục và sự phát triển của khoa học công nghệ trong giai đoạn hiện nay

1.2 Phát huy tính tích cực, chủ động của người học

Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, khối lượng kiến thức tăng từng ngày, khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo là nền tảng thúc đẩy

phát triển nhanh và bền vững thành phần kinh tế, trong đó có giáo dục thì quan điểm người dạy là trung tâm không còn phù hợp và hạn chế sự chủ động, sáng tạo của người học Do đó giáo dục cần phải phát huy tính chủ động, tích cực, sáng tạo của người học Đặc biệt trong đào tạo các ngành kỹ thuật những kiến thức luôn gắn liền với thực tiễn đòi hỏi người học tự học, chủ động tiếp thu kiến thức, làm chủ tri thức và linh hoạt trong vận dụng kiến thức vào thực tiễn Để người học có được NL đó th dạy học theo lý thuyết điều khiển giúp người học chủ động giải quyết vấn đề để lĩnh hội kiến thức, được điều chỉnh và định hướng để luôn luôn tiếp cận mục tiêu qua đó giúp

người học nhanh chóng hình thành và phát triển NL

1.3 Lý thuyết điều khiển đối với đổi mới phương pháp dạy học trong dạy học

Lý thuyết điều khiển (LTĐK) là thành tựu của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khác nhau và đã đem lại hiệu quả tích cực Các hệ thống điều khiển trong nhiều lĩnh vực đều đòi hỏi sự thích nghi với điều kiện hoạt động và sự thay đổi m i trường

Thực trạng dạy học học phần Điều khiển logic khả trình cho SV ngành

kỹ thuật tại một số trường cao đẳng và đại học cho thấy chất lượng đào tạo

SV tr nh độ cao đẳng hiện nay đã có những thay đổi tích cực hướng đến việc phát triển NL của SV Tuy nhiên, vẫn còn một số bất cập như phương pháp dạy học chậm đổi mới, ứng dụng công nghệ thông tin còn hạn chế cho nên việc nghiên cứu lý luận và thực tiễn để nâng cao chất lượng đào tạo là cần thiết

Trong dạy học, nếu coi quá tr nh dạy học như một hệ thống có điều khiển và phản hồi để kết quả lu n đạt mục tiêu phát triển NL cho người học th dạy học theo LTĐK hoàn toàn phù hợp về mặt cấu trúc, khả thi trong triển khai do có sự tương đồng của thành tố trong quá trình dạy học với các thành phần của một hệ thống điều khiển

1.4 Nâng cao hiệu quả ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học

Ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học sẽ làm thay đổi vai trò của người dạy và người học, cách thức dạy tiếp cận của người học tạo ra sự thay đổi trong tiến trình dạy học hướng đến phát huy tính chủ động sáng tạo cho người học

Trong dạy học học phần Điều khiển logic khả trình, nội hàm của học phần đã mang tính c ng nghệ và ứng dụng công nghệ th ng tin cao như việc sử dụng các phần mềm chuyên ngành, truyền thông giữa các đối tượng nghiên cứu của học phần do đó ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học là tất yếu

Từ các lý do trên, tác giả chọn đề tài “Dạy học học phần Điều

khiển logic khả trình theo lý thuyết điều khiển trong đào tạo cao đẳng kỹ thuật” để nghiên cứu và vận dụng vào thực tiễn

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu, phát triển cơ sở lý luận và thực tiễn dạy học theo LTĐK Trên cơ sở đó đề xuất tổ chức dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo LTĐK trong đào tạo cao đẳng kỹ thuật

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn dạy học theo LTĐK

- Xây dựng tiến trình dạy học theo LTĐK và vận dụng vào dạy học học phần Điều khiển logic khả trình cho SV cao đẳng ngành Điện, điện tử

- Thiết kế bộ công cụ thu nhận thông tin phản hồi bằng phần mềm trắc nghiệm trong dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo LTĐK

- Kiểm nghiệm, đánh giá tính khả thi và hiệu quả của tiến trình dạy học

4.2 Đối tượng nghiên cứu

LTĐK trong kỹ thuật, dạy học theo LTĐK và các biện pháp tác động vào quá trình dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo LTĐK cho SV cao đẳng ngành Điện, điện tử

- Kiểm nghiệm sư phạm tại một số trường Đại học và Cao đẳng kĩ thuật: Dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo LTĐK cho SV; thời gian từ tháng 2 đến tháng 12 năm 2018

5 Giả thuyết khoa học

Nếu thiết kế được tiến trình dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo Lý thuyết điều khiển trên cơ sở thu nhận và xử lý thông tin phản hồi từ sinh viên để đánh giá kết quả học tập của họ sẽ giúp giảng viên và sinh viên điều chỉnh quá trình dạy và học để đạt được mục tiêu dạy học, qua đó nâng cao chất lượng dạy học

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Nhóm phương pháp nghiên cứu lý luận (Phân tích, tổng hợp, khái quát hóa)

Sử dụng để phân tích, tổng hợp các tài liệu trên thế giới và ở Việt Nam

về dạy học theo LTĐK, b nh luận và đưa ra kết luận của tác giả, từ đó xây dựng cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học theo LTĐK và các biện pháp dạy học học phần Điều khiển logic khả trình trong đào tạo Cao đẳng kỹ thuật

6.2 Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Phương pháp điều tra bằng bảng hỏi: Nghiên cứu thực trạng dạy học học phần Điều khiển logic khả trình: Xây dựng các câu để khảo sát, đánh giá

việc thiết kế, tổ chức, đánh giá và những khó khăn trong dạy học từ đó phân tích làm cơ sở để đề xuất dạy học theo LTĐK cho SV cao đẳng kỹ thuật

- Phương pháp quan sát: Quan sát các hoạt động của GV, hoạt động của SV trong các giờ lên lớp để đưa ra nhận xét định tính về tác động sư phạm đối với SV

- Phương pháp chuyên gia: Xin ý kiến các chuyên gia về nội dung đề xuất dạy học học phần điều khiển logic khả trình theo LTĐK gồm: Tiến trình dạy học và ví dụ minh họa Đánh giá tính khả thi và hiệu quả của biện pháp

đề xuất Số lượng chuyên gia cụ thể gồm: 18 chuyên gia về phương pháp dạy học, 17 chuyên gia về dạy học học phần điều khiển logic khả trình

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tiến hành thực nghiệm dạy học học phần Điều khiển logic khả tr nh theo LTĐK cho SV cao đẳng năm thứ ba

để kiểm nghiệm tính khả thi, tính đúng đắn của đề tài

6.3 Nhóm phương pháp thống kê toán học

Sử dụng toán thống kê để tổng hợp, phân tích kết quả, tính toán các tham

số đặc trưng của thực nghiệm sư phạm so sánh kết quả thực nghiệm và đối chứng Phần mềm sử dụng để thống kê toán học: Microsoft Excel và SPSS

7 Đóng góp mới của luận án

7.1.Về lý luận

- Phát triển được cơ sở lý luận dạy học kỹ thuật theo LTĐK

- Đề xuất mô hình và nguyên tắc dạy học theo LTĐK

- Xây dựng tiến trình dạy học theo LTĐK trong trong đào tạo cao đẳng

kỹ thuật

7.2.Về thực tiễn

- Khảo sát, đánh giá thực trạng dạy học học phần Điều khiển logic khả trình cho SV cao đẳng kỹ thuật theo định hướng nghiên cứu của đề tài

- Xây dựng được bộ công cụ thu nhận thông tin phản hồi trong dạy học học phần Điều khiển logic khả trình bằng phần mềm trắc nghiệm

- Đề xuất được một số biện pháp vận dụng LTĐK vào dạy học học phần Điều khiển logic khả trình (PLC) cho sinh viên cao đẳng kỹ thuật

- Vận dụng tiến trình dạy học theo LTĐK thiết kế được các bài dạy cụ thể trong dạy học học phần Điều khiển logic khả trình cho SV cao đẳng kỹ thuật

- Kết quả thực nghiệm sư phạm và đánh giá của chuyên gia đã khẳng định tính cần thiết và hiệu quả của biện pháp đã đề xuất

8 Cấu trúc của luận án

Ngoài phần mở đầu, kết luận và phụ lục, luận án gồm ba chương:

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học theo lý thuyết điều khiển

Chương 2: Biện pháp dạy học học phần Điều khiển logic Khả tr nh (PLC) theo lý thuyết điều khiển

Chương 3: Kiểm nghiệm và đánh giá

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN

1.1 TỔNG QUAN LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VẤN ĐỀ

1.1.1 Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài

1.1.1.1 Những nghiên cứu về lý thuyết điều khiển cổ điển trong kỹ thuật

Trải qua lịch sử, con người luôn cố gắng thích nghi với các điều kiện xã hội khác nhau, dùng tư duy của m nh để điều khiển thế giới khách quan theo cách có lợi nhất cho mình và quá trình phát triển cứ thế tiếp diễn trong nhiều giai đoạn lịch sử kế tiếp Đến nửa cuối thế kỷ XVII trong thời kỳ đầu của cuộc cách mạng kỹ thuật lần thứ nhất đã bắt đầu xuất hiện những phát minh ứng dụng đầu tiên của công nghệ điều khiển tự động như: van an toàn cho hệ thống khí hơi, điều khiển tốc độ cối xay gió Phát minh quan trọng nhất cho đến nay được coi là nền móng, động lực cho nghiên cứu Lý thuyết điều khiển (LTĐK) sau này là phát minh của James Watt vào năm 1769 về điều khiển tốc độ tuabin hơi nước dựa trên lực quay ly tâm của quả nặng hay còn được gọi là máy điều tốc ly tâm Năm 1868, J.C Maxwell là người đã thiết lập một

lý thuyết toán học liên quan tới LTĐK, sử dụng m h nh phương tr nh vi phân

để giải thích các vấn đề về tính thiếu ổn định mà thiết bị điều tốc của James Watt gặp phải Năm 1874, Edward Jonh Routh đã đưa ra “Tiêu chuẩn ổn định của hệ bậc năm” Lyapunov đã mở rộng công việc của Routh cho hệ phi tuyến trong luận án tiến sỹ khoa học của m nh vào năm 1892 với tựa đề "Vấn

đề tổng quan về ổn định của chuyển động" Các biến đổi toán học cơ sở để phát triển lý thuyết điều khiển đã được Laplace (1749 - 1827) và Fourier (1758 - 1830) phát triển [25] Cuối những năm 1920 đầu năm 1930, H W Bode và H Nyquist làm việc tại phòng thí nghiệm điện thoại Bell đã

nghiên cứu công trình về thiết kế bộ khuếch đại phản hồi dựa trên đáp ứng tần số và ngược lại bằng toán học biến số phức, công trình miêu tả cách xác định tính ổn định của hệ thống sử dụng phương pháp miền tần số Phương pháp này sau được mở rộng để cho ra đời những phương pháp thiết kế hệ thống điều khiển mà ngày nay vẫn được sử dụng rộng rãi Năm 1948, Walter R Evans một kỹ sư làm trong ngành hàng kh ng, phát triển kỹ thuật

đồ thị để vẽ quỹ đạo nghiệm của phương tr nh đặc trưng của hệ thống có phản hồi Đây thực sự là đóng góp rất quan trọng trong quá trình phát triển của LTĐK tự động Khoảng thời gian từ năm 1960 đến nay là thời kỳ phát triển mạnh mẽ của lý thuyết điều khiển nâng cao như: điều khiển tối ưu, thích nghi, bền vững, trí tuệ nhân tạo, logic mờ,… Chúng được ứng dụng vào các hệ thống điều khiển hiện đại và giúp cho các hệ thống tự động ngày càng ổn định và th ng minh hơn [25], [28]

Từ các nghiên cứu về lý LTĐK cho thấy LTĐK kinh điển chính là nền tảng cơ bản của điều khiển hiện đại để thiết kế các hệ thống đơn giản nhưng rất hiệu quả được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực hiện nay

1.1.1.2 Những nghiên cứu về lý thuyết điều khiển hiện đại

Bắt đầu những năm 1980, các bộ điều khiển đã từng bước sử dụng máy tính số để tính toán các tham số cho bộ điều khiển Sau đó việc ứng dụng máy tính trong điều khiển phát triển mạnh mẽ cho phép xử lý khối lượng th ng tin lớn và chính xác trong thời gian ngắn Cho đến ngày nay, máy tính kh ng thể thiếu trong các hệ điều khiển

Trong các hệ thống điều khiển th điều khiển có phản hồi là hệ thống ứng dụng phổ biến nhất trong tất cả các lĩnh vực: c ng nghiệp, năng lượng,

n ng nghiệp, giao thông, an ninh quân sự … Ngay cả trong quản lý xã hội, kinh tế, sản xuất, hệ thống điều khiển vẫn có những ứng dụng nhất định

Các nghiên cứu [76], [78] cho rằng: Mặc dù giữ vai trò lịch sử quan trọng của thời đại, điều khiển học lại kh ng thật giống như một m n khoa học độc lập Từ điều khiển học đã nhanh chóng, liên tục h nh thành các ngành khoa học mới như khoa học máy tính, lý thuyết th ng tin, trí tuệ nhân tạo, khoa học nhận thức, hệ thống phức tạp, khoa học thiết kế m h nh và m phỏng máy tính, những hệ thống năng động, cuộc sống nhân tạo nên các chuyên gia điều khiển cũng nghiên cứu theo nhiều ngành khoa học khác nhau

Nghiên cứu về LTĐK hiện đại, nhiều tác giả đã đi sâu nghiên cứu về thu nhận và xử lý th ng tin phản hồi để điều khiển đối tượng điều khiển theo yêu cầu: Gene F Franklin, J David Powell, Abbas Emami-Naeini [59], [64], Tác giả John Doyle, Bruce Francis, Allen Tannenbaum đã đi sâu nghiên cứu

th ng tin phản hồi trong lý thuyết điều khiển [62]

Từ các nghiên cứu về LTĐK cổ điển và hiện đại cho thấy phạm vi của LTĐK kh ng hạn chế trong một ngành kỹ thuật cụ thể nào mà có thể áp dụng cho nhiều lĩnh vực Sự phát triển của LTĐK hiện đại và ứng dụng rộng rãi của máy vi tính giúp cho khoa học kỹ thuật phát triển nhảy vọt Sự phát triển đó làm nền tảng cho Cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0 hiện nay

1.1.1.3 Những nghiên cứu về dạy học theo lý thuyết điều khiển

Sau những năm 1970 của thế kỷ 20, LTĐK được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành và nhiều lĩnh vực khác nhau Bắt đầu từ những năm 1980 LTĐK mới được nghiên cứu và vận dụng trong giáo dục Những nghiên cứu đầu tiên về vấn đề này là nghiên cứu th ng tin phản hồi trong dạy học Năm

1994, tác giả Wagner E.D cho rằng yếu tố nảy sinh tương tác trong dạy học là

t nh huống, để tạo dựng cho người học các nhiệm vụ học tập Các tương tác hướng đến tập trung vào quá tr nh kích thích điều chỉnh, duy tr các tác động

và phản hồi một cách liên tục của người học, điều chỉnh hành vi của người học th ng qua các phản hồi nhằm đạt mục tiêu học tập [72] Tác giả Robert J

Marzano, Debra J.P, Jane E P đã nghiên cứu về tầm quan trọng của thông tin phản hồi trong dạy học [69] Năm 2000, Kate Day cho rằng trong dạy học việc thu nhận th ng tin phản hồi để điều chỉnh quá tr nh dạy học là yếu tố quan trọng cho việc thành c ng trong dạy học [63] Năm 2006, tác giả David Nicol đã nghiên cứu m h nh tự đánh giá và tự điều chỉnh th ng tin phản hồi Tác giả cho rằng SV có thể sử dụng th ng tin phản hồi để tự đánh giá và tự điều chỉnh quá tr nh học tập của m nh [58, tr.214] Năm 2007, nhóm tác giả Hattie, J và Timperley nghiên cứu và đề xuất m h nh th ng tin phản hồi trong dạy học để đáp ứng tốt nhất NL của người học và mục tiêu đề ra [60] Năm 1998, tác giả Paul Black và Dylan Wiliam nghiên cứu LTĐK trong dạy học theo hướng vận dụng trong đánh giá quá tr nh Tác giả cho rằng: Sự thành

c ng của đánh giá quá tr nh có liên quan đến cách người dạy sử dụng nó để điều chỉnh hoạt động giảng dạy và học tập Hiệu quả học tập dựa trên sự tham gia của người học vào hoạt động học tập được người dạy tổ chức Tăng cường

th ng tin phản hồi là yếu tố rất quan trọng để cải thiện kết quả [54] Tác giả Christopher Benjamin đã nghiên cứu về việc nâng cao dạy học bằng thông tin phản hồi [57] Nhóm tác giả Leo Stocco, Ignacio Galiano, Francisco Paz, Roberto Rosales and David Feixo đã ứng dụng lý thuyết điều khiển vào dạy học m h nh hóa quá tr nh dạy học như một hệ thống điều khiển để nâng cao chất lượng dạy học [66] Tác giả LO Mun Ling nghiên cứu về lý thuyết biến đổi và vận dụng linh hoạt trong dạy học th ng qua các ví dụ [67]. Khi nghiên cứu về th ng tin phản hồi tích cực trọng dạy học, tác giả Ovando, M

N và Norwest Territories cho rằng th ng tin phản hồi là ch a khóa dẫn đến sự thành c ng trong dạy học [68], [77] Nghiên cứu về tầm quan trọng của phản hồi trong dạy học, các tác giả Lia Voerman, Paulien C Meijer, Fred A.J Korthagen, Robert Jan Simons cho rằng: Th ng tin phản hồi phản ánh hiểu biết của người học được tham chiếu đến mục tiêu để nâng cao hiệu quả dạy học [65] Các tác giả Silverman, S., Tyson, L., & Krampitz, J Khi nghiên cứu

về mối quan hệ giữa th ng tin phản hồi của SV và GV cho rằng: trong dạy học phản hồi của SV có ảnh hưởng trực tiếp đến thành tích của SV và hiệu quả dạy học [71]

Có thể thấy rằng, LTĐK được ứng dụng trong dạy học ở nhiều độ khác nhau Các nghiên cứu cho rằng trong dạy học thông tin phản hồi từ người học đóng vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh quá trình dạy học của người dạy và quá trình tự điều chỉnh của người học; từ đó nâng cao hiệu quả dạy học

1.1.2 Tình hình nghiên cứu ở trong nước

1.1.2.1 Những nghiên cứu về lý thuyết điều khiển

Ở Việt Nam, nghiên cứu về LTĐK khá muộn, các nghiên cứu chủ yếu

là LTĐK hiện đại dựa trên nền tảng LTĐK cổ điển và phát triển các nghiên cứu về LTĐK hiện đại của các nhà nghiên cứu nước ngoài Tuy nghiên cứu muộn hơn nhưng những các nghiên cứu cũng đã tập trung nhiều trong lĩnh vực tự động hóa Các tác giả Nguyễn Duy Anh [1], Trần Đ nh Long [23], Phan Xuân Minh, Hà Thị Kim Duyên, Phạm Xuân Khánh [25], Nguyễn Thương Ng [28], Nguyễn Doãn Phước [30], Nguyễn Thị Phương Hà, Huỳnh Thái Hoàng [7], [8] đã tập trung nghiên cứu vào một số vấn đề chính của LTĐK: Ở mức độ hệ thống: nghiên cứu hệ thống tuyến tính, hệ thống phi tuyến, hệ thống phân tán Ở mức độ các phương thức điều khiển chính: Điều khiển thích nghi, điều khiển phân cấp, điều khiển th ng minh, điều khiển tối

ưu, điều khiển bền vững, điều khiển ngẫu nhiên

Các phương pháp điều khiển tối ưu được phát triển trên nền tảng của các nghiên cứu như quy hoạch hoạt động của Bellman, nguyên lý cực đại của Pontryagin, ứng dụng phương tr nh Ricatti trong việc tổng hợp các hệ điều khiển và điều chỉnh; điều khiển thích nghi với các hệ thích nghi cơ bản và phổ quát: hệ cực trị, hệ giải tích và đưa ra phương pháp tổng quát để khảo sát hệ thích nghi

Như vậy có thể thấy, LTĐK dựa trên các nền tảng của lý thuyết phản hồi và phân tích hệ thống tuyến tính, kết hợp các khái niệm của mạng truyền

dữ liệu và lý thuyết truyền th ng V vậy, phạm vi của LTĐK kh ng hạn chế trong một ngành kỹ thuật cụ thể nào mà có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như hàng kh ng, hóa học, cơ học, m i trường, xây dựng, điện và điện tử

1.1.2.2 Những nghiên cứu về dạy học theo lý thuyết điều khiển

Với sự phát triển của LTĐK, các quy luật điều khiển cùng vai trò, tầm quan trọng của nó, việc vận dụng các quy luật điều khiển trong dạy học đã được các nhà nghiên cứu quan tâm và vận dụng trong giảng dạy nhiều m n học, Nhiều tác giả thống nhất và đưa ra các quan điểm:

a Quá trình dạy học là một hệ thống: Tác giả Trần Thị Tuyết Oanh

cho rằng, quá tr nh dạy học được cấu trúc bởi nhiều thành tố khác nhau (mục tiêu, nội dung, phương pháp…) Các thành tố này có sự liên hệ biện chứng với nhau theo những quy luật xác định để tạo nên tính ổn định, bền vững và riêng biệt của hệ thống [29]

b Quá trình dạy học là một hệ thống điều khiển được:

Tác giả Nguyễn Ngọc Quang cho rằng: Quá tr nh dạy học có thể điều khiển được th ng qua các mối quan hệ biện chứng dạy và học, truyền thụ và điều khiển, lĩnh hội và tự điều khiển [32,tr.15] Theo tác giả Nguyễn Văn Hộ,

“Khi xem xét cấu trúc hệ dạy học dưới quan điểm điều khiển học th hệ dạy học bao gồm quá tr nh điều chỉnh hoạt động dạy và quá tr nh điều chỉnh hoạt động học Học sinh trong quá tr nh dạy học vừa là khách thể vừa là chủ thể của quá tr nh này, mối liên hệ nghịch được coi là nền tảng của sự điều chỉnh quá tr nh dạy học” [12, tr.25] Theo nhóm tác giả Đặng Vũ Hoạt, Hà Thị Đức, Lưu Xuân Mới: Quá tr nh tổ chức, điều khiển và tự tổ chức điều khiển trong hoạt động dạy học có thể diễn ra theo Algorit: Phát lệnh  thực hiện lệnh 

thu mối liên hệ ngược  phát lệnh bổ sung  phân tích đánh giá kết quả cuối cùng Mối liên hệ ngược chính là tín hiệu để điều khiển quá tr nh học tập [9.tr.64], [26, tr.94] Các tác giả Đinh Văn Đệ và Phạm Hữu Lộc cho rằng vận dụng lý thuyết thông tin và LTĐK trong dạy học là rất quan trọng, nâng cao chất lượng giảng dạy Vận dụng lý thuyết thông tin và LTĐK là phần tất yếu trong giáo dục đại học Ở đó, vận dụng lý thuyết thông tin là quá trình chuyển tải kiến thức từ người thầy đến người học dưới dạng thông tin: thông tin nén chặt, thông tin dư, nạp thông tin, mã hóa, giải mã,…để biến thành kiến thức cốt lõi của người học Dưới sự điều khiển của người thầy bởi các phương pháp điều khiển trong quá trình giảng dạy, người học tiếp cận kiến thức, kỹ năng một cách tối ưu Muốn quá trình dạy học đạt kết quả tốt cần phải biết kết hợp nhiều phương pháp với sự chọn lựa thích hợp: mục tiêu – nội dung – đối tượng - thời gian – phương pháp – phương tiện – học liệu… Lý thuyết thông tin phải được kết hợp chặt chẽ và nhuần nhuyễn với LTĐK Có thể thấy rằng, trong quá trình dạy học cần phải tránh điều khiển hở, không có phản hồi [73] Tác giả Ngô Tứ Thành cho rằng sự kết hợp và hội nhập giữa các lĩnh vực khoa học và công nghệ, đặc biệt là công nghệ th ng tin đã đem lại những ứng dụng quan trọng trong lĩnh vực giáo dục và đào tạo; tuy nhiên việc nghiên cứu LTĐK chưa được đề cập trong giáo dục Tác giả đã đề cập đến xu hướng ứng dụng mô hình LTĐK trong m i trường giáo dục đại học thông qua phân tích tính cần thiết, những thuận lợi, thách thức khi triển khai mô hình này cho các trường đại học LTĐK học áp dụng vào quá trình dạy học để thực hiện có hiệu quả người thầy phải thường xuyên trau dồi nghiệp vụ sư phạm, cải tiến phương pháp giảng dạy, cập nhật và đổi mới nội dung giảng dạy, thu thập được thông tin về mặt nhận thức từ phía người học bằng các phương pháp kiểm tra, đánh giá khác nhau [37, tr.128]

Một số tác giả kh ng đưa ra m h nh dạy học theo LTĐK nhưng đề xuất một số quan điểm về dạy học đã nói nên tầm quan trọng của một số yếu

tố của dạy học theo LTĐK như yếu tố phản hồi của SV, điều của GV, điều chỉnh của GV và SV Tác giả Phạm Văn Thơi cho rằng, hiện nay đa phần

GV chưa chú trọng đúng mức vấn đề tìm hiểu sự tiếp thu của SV đối với vấn

đề mình truyền thụ tới mức độ nào, th ng thường GV chỉ quan tâm tới một chiều là truyền thụ kiến thức cho SV, hoặc quá trình kiểm tra chưa thấy được sự phản hồi của SV, hoặc sự phản hồi đó có chính xác hay kh ng Việc thiết lập mối liên hệ ngược từ SV tới GV sẽ giúp GV nắm bắt được mức độ, khả năng kiến thức SV tiếp thu được Giúp SV phát huy tính tích cực, chủ động, SV là trung tâm của quá trình dạy và học [40] Tác giả Trịnh Lê Hồng Phương đã đề cập đến vấn đề mối quan hệ tương tác qua lại giữa ba yếu tố: Tác động qua lại trực tiếp giữa các cá nhân SV và giữa SV với GV trong không gian lớp học nhằm thực hiện các mục tiêu dạy học đã xác định Khi tiến hành dạy học tương tác cần tiến hành theo các bước: chuẩn bị, tìm hiểu thăm dò, đặt câu hỏi, lựa chọn câu hỏi để khám phá, báo cáo kết quả khám phá, đánh giá Vận dụng lý thuyết tương tác trong dạy học cần đảm bảo các nguyên tắc: mục tiêu bài học, tính khoa học, tính sư phạm và tính khả thi Khi thiết kế bài học theo phương pháp tương tác cần chú ý đến các hoạt động của SV và GV trong đó là người hướng dẫn chỉ đạo SV tiến hành các hoạt động tìm tòi, khám phá để tự chiếm lĩnh kiến thức [31, tr.123] Tác giả Nguyễn Văn Hợi đề cập đến vai trò của phương tiện dạy học sao cho đúng nghĩa với phương pháp vận dụng LTĐK vào dạy học Ngày nay, việc ứng dụng công nghệ, phương tiện hiện đại vào dạy học đang là xu thế tất yếu Tuy nhiên, việc sử dụng những phương tiện hiện đại đó sao cho phát huy hiệu quả học tập và kích thích sự sáng tạo của SV thì GV cần vận dụng phương pháp điểu khiển vào việc sử dụng các phương tiện dạy học [10] Tác giả Nguyễn Đức Hỗ nghiên cứu quá trình dạy học theo quan điểm công nghệ

dạy học như một hệ thống với đầu vào, quá tr nh tác động và đầu ra [11] Tác giả Bernd Meier và Nguyễn Văn Cường [2], [3] dựa trên các lý thuyết giáo dục, các mô hình lí luận dạy học, Mô hình dạy học truyền thống và mô hình dạy học tích cực đã cho rằng không có một PPDH có hiệu quả vạn năng Cần vận dụng phối hợp các PPDH phù hợp với mục tiêu và nội dung, điều kiện dạy học cụ thể, tuy nhiên các phương pháp tác giả phân tích đều gồm nhiều thành phần để tạo ra một hệ thống hoàn chỉnh Tác giả Lê Thị Quỳnh Trang đã ứng dụng vận dụng phương pháp phân tích hệ thống trong dạy học kỹ thuật điện cho SV ngành sư phạm kỹ thuật đã đề xuất tiến trình dạy học như một hệ thống điều khiển [44] Tác giả Lê Xuân Quang [33] khi nghiên cứu về quy trình dạy học chung và vận dụng trong dạy học môn công nghệ theo định hướng giáo dục STEM cho rằng trong giáo dục sau đánh giá phải điều chỉnh để thực hiện quy trình tiếp theo Tác giả Trần Tuyến cho rằng: Cấu trúc của dạy học theo lý thuyết học tập kiến tạo chính là sự tương tác hay mối quan hệ tác động qua lại lẫn nhau giữa các thành tố cơ bản: Người dạy, người học, nội dung với cốt lõi của các hoạt động là kinh nghiệm của người học được diễn ra trong m i trường học tập tích cực [47] Theo tác giả có thể mô hình hóa quá trình dạy học dưới dạng một hệ thống điều khiển kín trong đó người dạy đóng vai trò là bộ điều khiển, người dạy là đối tượng điều khiển, thông tin phản hồi từ người học giúp người dạy điều chỉnh quá trình dạy học để đáp ứng theo mục tiêu dạy học

Như vậy, có thể coi quá trình dạy học là một hệ thống điều khiển với hai thành tố cơ bản là hoạt động dạy và hoạt động học, trong đó người dạy là chủ thể của hoạt động dạy, có chức năng lãnh đạo, tổ chức, điều khiển hoạt động học của người học Người học thực hiện hoạt động học một cách tự giác, tích cực, chủ động bằng các hoạt động tự điều khiển hoạt động học tập nhằm đạt được mục đích học tập

c Quá trình điều khiển của người dạy và thông tin phản hồi từ người học là đặc trưng của dạy học theo LTĐK:

Khi nghiên cứu về quan hệ tương tác giữa thầy và trò trong quá trình dạy học, tác giả Nguyễn Trọng Thuyết cho rằng: Trong quá trình dạy học không phải chỉ có tác động một chiều từ thầy đến trò mà còn có sự tác động trở lại từ trò đến thầy Chính sự thống nhất biện chứng giữa dạy và học là một trong những quy luật của quá trình dạy học Nó phản ánh mối quan hệ gắn kết, mối quan hệ giữa thầy với tư cách người tự tổ chức tự điều khiển, lãnh đạo và trò với tư cách người tự tổ chức, tự điều khiển hoạt động nhận thức [42]

Trong nghiên cứu: “Các biện pháp thu nhận và sử dụng thông tin phản hồi về kết quả học tập của SV để nâng cao chất lượng dạy học m n Phương pháp dạy học ở trường đại học Sư phạm”, Phạm Đ nh Văn nhấn mạnh đến tầm quan trọng của thông tin phản hồi đến quá trình dạy học, tác giả đã đề xuất được một số biện pháp nhằm thu nhận và xử lý thông tin phản hồi có hiệu quả trong quá trình dạy học [52] Tác giả Nguyễn Văn Tuấn cho rằng bản chất của quá trình dạy học trên phương diện điều khiển học là một quá

tr nh điều khiển và điều chỉnh của GV kết hợp với quá trình tự điều khiển và

tự điều chỉnh của học sinh [45, tr.18] Theo tác giả Đặng Thành Hưng, trong quá trình dạy học giải quyết vấn đề, giáo viên phải thường xuyên tiếp nhận, duy trì và xử lý th ng tin ngược (hồi tiếp) để áp dụng nó vào việc điều chỉnh, định hướng lại và thay đổi các biện pháp hỗ trợ người học giải quyết vấn đề cho đến khi họ thành công [18] Tác giả Nguyễn Xuân Lạc đã m h nh hóa quá trình dạy học theo LTĐK dưới dạng một tập hợp phần tử có cấu trúc và tương tác xác định Với đề xuất đó tác giả phân tích quá trình dạy học theo LTĐK được tiếp cận đồng thời qua ba hướng: tiếp cận điều khiển học, tiếp cận sư phạm tương tác và tiếp cận công nghệ [21, tr.37]

Có thể thấy, tương tác qua lại giữa người dạy và người học là hoạt động chủ đạo của quá tr nh dạy học, trong đó người dạy là người điều khiển, tổ chức hoạt động học tập của người học, th ng tin phản hồi từ người học đóng vai trò quan trọng trong việc điều khiển và điều chỉnh quá

tr nh dạy học

Dạy học theo LTĐK được nghiên cứu ở nhiều góc độ khác nhau, một số nghiên cứu đã được vận dụng vào thực tiễn Tuy nhiên, chưa có công trình nghiên cứu dạy học theo LTĐK chuyên sâu theo nội dung dạy học kỹ thuật Vì vậy, đề tài “Dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo lý thuyết điều khiển trong đào tạo cao đẳng kỹ thuật” là phù hợp với xu thế phát triển của lý luận dạy học hiện đại và thực tế đào tạo gắn với doanh nghệp trong bối cảnh hiện nay

1.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.2.1 Điều khiển và điều khiển học

Trong mọi hoạt động của con người trong bất kỳ lĩnh vực nào vị trí nào đều liên quan đến điều khiển Khái niệm điều khiển được hiểu là tập hợp tất

cả các tác động mang tính tổ chức của một quá tr nh dào đó nhằm đạt được mục đích mong muốn của quá tr nh đó Theo Từ điển Tiếng Việt: Điều khiển

là quá tr nh thu thập thông tin, xử lí thông tin và tác động lên hệ thống để đáp ứng hệ thống “gần” với mục đích định trước [51] Tác giả Nguyễn Thị Phương Hà, Huỳnh Thái Hoàng: Điều khiển là quá trình thu thập, xử lý thông tin và tác động lên hệ thống để đáp ứng của hệ thống “gần” với mục đích định trước [7] Theo tác giả Nguyễn Xuân Lạc, những hệ có trạng thái biến đổi theo quy luật, do con người chi phối được gọi chung là hệ điều khiển [21] Có thể thấy rằng: Trong bất kỳ hệ điều khiển nào đều bao gồm quá tr nh thu nhận

th ng tin, xử lý th ng tin và tác động lên đối tượng điều khiển

Như vậy, Điều khiển là quá trình thu thập, xử lý thông tin và tác động lên đối tượng điều khiển theo một nguyên tắc, một quy luật nào đó để đáp ứng mục đích định trước của hệ thống

Trong khoa học, tồn tại ngành khoa học đã và đang phát triển mạnh mẽ

là điều khiển học Điều khiển học được phân chia thành nhiều lĩnh vực khác nhau: Điều khiển học kỹ thuật, điều khiển học sinh học, điều khiển học xã hội, điều khiển học kinh tế…Theo Từ điển Tiếng Việt, điều khiển học là khoa học về việc điều khiển, thu thập, truyền và xử lý thông tin, thường bao gồm liên hệ điều chỉnh ngược trong các cơ thể sống, trong máy móc và các tổ chức và các kết hợp của chúng Theo từ điển Bách Khoa Bách khoa Việt Nam: “Điều khiển học là Khoa học nghiên cứu các quy luật chung của quá

tr nh th ng tin (thu thập, xử lý, truyền th ng tin) và điều khiển trong các hệ thống” [49]

Theo tác giả, khái niệm về điều khiển được hiểu là tập hợp tất cả các tác động mang tính tổ chức của một quá tr nh nào đó nhằm đạt được mục đích mong muốn của quá tr nh đó Có thể thấy một hệ điều khiển gồm hai phần chính: bộ điều khiển (giống như “bộ não” và “hệ thần kinh” của hệ thống); đối tượng điều khiển (bao gồm toàn bộ các cơ cấu chấp hành) Bộ điều khiển

sẽ chi phối các hoạt động của đối tượng điều khiển

Như vậy, có thể hiểu: “Điều khiển học là khoa học nghiên cứu về các

qui luật và quá trình thu thập, xử lý thông tin và điều khiển trong mọi lĩnh vực đời sống xã hội, khoa học công nghệ nhằm đạt được mục đích mong muốn”

1.2.2 Lý thuyết điều khiển

Cũng như các ngành khoa học khác, LTĐK phát triển từng bước và được vận dụng gần như trong tất cả các lĩnh vực khác nhau Bắt đầu là sự ra đời của LTĐK cổ điển, các tham số được tính toán trong miền tần số bằng phép biến đổi Fourier và mặt phẳng s bằng phép biến đổi Laplace Các

phương pháp phân tích và thiết kế hệ thống trong LTĐK cổ điển gồm có phương pháp Nyquist, Bode, và phương pháp quỹ đạo nghiệm số, hàm truyền phức LTĐK hiện đại ban đầu được phát triển chủ yếu cho hệ tuyến tính, sau

đó được mở rộng cho hệ phi tuyến bằng cách sử dụng lý thuyết của Lyapunov Ngoài ra, LTĐK được phát triển tối ưu bởi điều khiển th ng minh (intelligent control): Các phương pháp điều khiển th ng minh như điều khiển

mờ, thuật toán di truyền m phỏng/bắt chước các hệ thống th ng minh sinh học, về nguyên tắc kh ng cần dùng m h nh toán học để thiết kế hệ thống,

do đó có khả năng ứng dụng thực tế rất lớn vì trong thực tế có những đối tượng điều khiển rất phức tạp, rất khó hoặc kh ng thể xác định được m hình toán

Các khâu hiệu chỉnh đơn giản như hiệu chỉnh vi tích phân tỉ lệ PID (Proportional Integral Derivative), hiệu chỉnh sớm trễ pha, thường được sử dụng trong các hệ thống điều khiển kinh điển Ảnh hưởng của các khâu hiệu chỉnh này đến biểu đồ Nyquist, biểu đồ Bode và quỹ đạo nghiệm số có thể thấy được dễ dàng; nhờ đó, có thể lựa chọn được khâu hiệu chỉnh thích hợp

Hiện nay, có rất nhiều phương pháp điều khiển được ứng dụng rộng rãi như điều khiển thích nghi, điều khiển tối ưu Trong đó phương pháp điều khiển thích nghi được ứng dụng nhiều với hệ thống điều khiển có tín hiệu đầu vào kh ng ổn định, là cơ sở để thiết kế hệ thống tự điều chỉnh trong thực tiễn

Theo từ điển Bách Khoa Việt Nam: Lý thuyết điều khiển là “Lí thuyết toán học nghiên cứu các hệ thống hoặc quá tr nh mà sự thay đổi trạng thái được m tả bởi một hoặc một hệ phương tr nh có chứa các tham

số gọi là tham số điều khiển Một bài toán chính của LTĐK là nghiên cứu các phương pháp lựa chọn các giá trị tham số điều khiển thích hợp sao cho quá tr nh vận động nhằm đạt được mục tiêu đề ra” [50, tr.689]

Theo tác giả LTĐK cổ điển là cơ sở và nền móng cho lý thuyết hiện đại sau này Khi nói đến LTĐK hiện này thường nói đến LTĐK tự động, bản chất của LTĐK tự động vẫn là quá tr nh thu thập, xử lý th ng tin và điều khiển nhưng đã được tự động hóa nhằm đáp ứng được mục đích mong muốn trước sự ảnh hưởng của nhiễu và các biến đầu vào

Như vậy,có thể hiểu: Lý thuyết điều khiển là khoa học nghiên cứu về

các hệ thống hoặc quá trình thu thập, xử lý thông tin và điều khiển trong các hệ thống điều khiển có chứa các tham số điều khiển nhằm đạt được mục tiêu đã đề ra

1.2.3 Điều khiển thích nghi

Trong LTĐK hiện đại có nhiều m h nh điều khiển như: Điều khiển tối ưu, điều khiển thích nghi, điều khiển bền vững và điều khiển mờ Mỗi

m h nh điều khiển có những ưu nhược điểm nhất định Tùy thuộc vào việc giải quyết các vấn đề khác nhau mà lựa chọn m h nh lý thuyết điều khiển phù hợp Trong các m h nh điều khiển đó th điều khiển thích nghi mang nhiều đặc điểm phù hợp để vận dụng thiết kế dạy học nhằm phát triển NL

cho SV Do đó, trong nghiên cứu này m h nh điều khiển thích nghi (hình

1.1) được lấy làm cơ sở của dạy học theo LTĐK

Điều khiển thích nghi là hệ thống điều khiển tự động, có thể tự xác định quy luật của tín hiệu điều khiển dựa trên th ng tin của hệ thống trong quá tr nh làm việc Đó là quá tr nh thay đổi th ng số và cấu trúc hay tác động điều khiển trên cơ sở lượng th ng tin trong quá tr nh làm việc với mục đích đạt được một trạng thái nhất định để tối ưu khi thiếu lượng thông tin ban đầu cũng như khi điều kiện làm việc thay đổi Theo tác giả Nguyễn Doãn Phước, trong các hệ thống điều khiển thích nghi thì điều khiển khi

mô hình không chính xác hoặc luôn bị thay đổi cũng như khi có nhiễu tác động vào hệ thống [30]

Trên thực tế các hệ điều khiển luôn bị ảnh hưởng bởi nhiễu và sự biến đổi của các biến đầu vào Xuất phát từ thực tế đó người ta mong muốn một hệ luôn ổn định trước sự biến đổi đó bằng cách tự xác định quy luật của tín hiệu điều khiển

Hình 1.1 Hệ điều khiển thích nghi Như vậy, hệ thống điều khiển thích nghi là hệ thống điều khiển mà thông số của bộ điều khiển thay đổi để giữ vững chất lượng điều khiển của hệ thống có sự hiện diện của các yếu tố bất định hoặc biến đổi không biết trước Trong hệ thống điều khiển thích nghi có hai vòng hồi tiếp: Vòng hồi tiếp thông thường và vòng hồi tiếp chỉnh định thông số

Có thể thấy trong m h nh điều khiển thích nghi có các thành phần khi m h nh hóa như như một phương pháp dạy học nó mang đầy đủ các yếu tố để quá trình dạy học hiệu quả: Bộ điều khiển đóng vai trò người dạy, đối tượng đóng vai trò người học, mô hình chuẩn tương đương các tiêu chí đánh giá Tín hiệu phản hồi biểu hiện mức độ NL của người học

Cơ cấu chỉnh định là những điều chỉnh của người dạy và người học trong quá trình dạy học để đáp ứng mục tiêu dạy học là NL của SV Đây là cơ sở

để đề xuất dạy học theo LTĐK được tr nh bày trong chương 2

Tín hiệu phản hồi

Mô hình chuẩn

Đối tượng

Cơ cấu Chỉnh định

Bộ điều khiển

Tín hiệu ra Tín hiệu vào

1.2.4 Hệ thống điều khiển

a Hệ điều khiển hở

Một hệ thống điều khiển là một liên kết với cấu trúc nhiều thành phần, tạo nên một cấu hình hệ thống để đáp ứng một yêu cầu nào đó Cơ sở để phân tích hệ thống là kiến thức nền tảng cung cấp bởi lý thuyết hệ thống tuyến tính; trong đó, giả thiết mối quan hệ giữa các thành phần của hệ thống

là mối quan hệ nhân - quả Một thành phần hay quá trình cần được điều khiển

có thể biểu diễn bằng một khối có đầu vào và đầu ra Quan hệ vào - ra thể hiện mối quan hệ nhân - quả của quá trình; trong đó, tín hiệu vào được xử lý nhằm tạo ra một tín hiệu ra, thường là với công suất đã được khuếch đại Trong hệ thống điều khiển, nếu không có tín hiệu phản hồi thì đó là hệ thống điều khiển kiểu vòng hở sử dụng một bộ điều khiển nhằm điều khiển một quá

Hình 1.3 Các phần tử cơ bản hệ thống điều khiển phản hồi kiểu vòng kín

Trong mọi hệ thống điều khiển điều kín bao gồm ba bộ phận cơ bản:

Thiết bị điều khiển, đối tượng điều khiển, thiết bị đo lường

Hệ thống điều khiển phản hồi thường sử dụng hàm mô tả một mối quan

hệ xác định trước giữa tín hiệu ra và tín hiệu vào đối sánh để điều khiển quá

tr nh Thường thì sự sai khác giữa tín hiệu ra của quá trình và tín hiệu vào đối sánh được khuếch đại và sử dụng để điều khiển quá trình sao cho sự sai khác liên tục giảm Khái niệm phản hồi được coi là nền tảng cho việc phân tích và thiết kế các hệ thống điều khiển Do sự phức tạp của các hệ thống cần điều khiển ngày càng lớn và việc đạt được hiệu suất tối ưu của các hệ thống ngày càng được quan tâm, tầm quan trọng của kỹ thuật điều khiển đã và đang gia tăng một cách nhanh chóng

1.3 LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN

1.3.1 Dạy học theo lý thuyết điều khiển và thông tin phản hồi trong dạy học

1.3.1.1 Dạy học theo lý thuyết điều khiển

Ở mức độ coi tiến trình dạy học là một hệ thống, một số tác giả cho rằng dạy học là một hệ thống điều khiển được Theo tiếp cận điều khiển học, tác giả Nguyễn Xuân Lạc cho rằng: Quá trình dạy học là hệ điều khiển kín theo độ lệch giữa mục tiêu và kết quả học tập [21], tác giả đưa ra lược đồ chức năng của hệ thống dạy học (hình 1.4)

Tín hiệu vào

Thiết bị điều khiển điều khiển Đối tượng

Thiết bị

đo lường

Sai lệch

Tín hiệu điều khiển Tín hiệu ra

Tín hiệu phản hồi

Tác giả Ngô Tứ Thành [37] đề xuất mô hình quá trình dạy và học theo LTĐK Trên quan điểm của điều khiển học thì giảng dạy là quá tr nh tác động bằng thông tin của GV đến SV nhằm giúp cho sinh viên có được các kiến thức theo yêu cầu của đào tạo Kết quả đào tạo sẽ được so sánh với mục tiêu bằng liên hệ ngược Một số mô hình hóa của Phạm Đ nh Văn [52] và Nguyễn Văn Tuấn [46] cũng chỉ ra vòng kín trong quá trình dạy học giữa GV và SV thông qua thông tin phản hồi

Hình 1.4 Lược đồ chức năng của hệ thống dạy học (Theo Nguyễn Xuân Lạc)

Theo tác giả, trong giáo dục nếu m h nh hóa theo LTĐK th quá tr nh dạy học được coi như một hệ kín; mang đầy đủ ba thành phần cơ bản của hệ kín: Thiết điều khiển, đối tượng điều khiển, Thiết bị đo lường Mối liên hệ ngược giữa kết quả dạy học so với mục tiêu được phản ánh qua tín hiệu phản hồi, sai lệch… Khi đó m h nh hóa GV đóng vai trò là thiết bị điều khiển SV

là đối tượng điều khiển Thiết bị đo lường là quá trình thu nhận và xử lý thông tin phản hồi từ SV đến GV, Kết quả của quá trình dạy học của SV được so sánh với mục tiêu dạy học đóng vai trò là sai lệch Sai lệch là yếu tố giúp GV điều chỉnh quá trình dạy học

(PT, PP, KN) học

Kết quả học tập (Nhân cách)

Môi trường

Nhà trường Tự nhiên, xã hội

Cơ sở quản lí (Nhà nước, …, doanh nghiệp) gia đ nh v.v…

Cơ sở quản lí (nội dung, kế hoạch,…), cơ

sở vật chất v.v…

Mục

tiêu

Như vậy, dạy học theo LTĐK trong đó người dạy đóng vai trò điều

khiển, người học đóng vai trò là đối tượng điều khiển và có khả năng tự điều chỉnh Dựa vào mức độ sai lệch kết quả học tập của người học đạt được so với mục tiêu, người dạy điều chỉnh quá trình dạy, người học điều chỉnh quá trình học để đạt được mục tiêu dạy học

1.3.1.2 Thông tin phản hồi trong dạy học

sử dụng thông tin phản hồi trong dạy học; quá trình phản hồi của người học

và sự điều chỉnh của người dạy và người học

Theo từ điển Tiếng Việt: Thông tin là sự truyền đạt, phản ánh tri thức dưới các hình thức khác nhau, thông tin cho biết về thế giới xung quanh và những quá trình xảy ra trong nó [51] Tác giả Phạm Thế Long cho rằng: Thông tin là tất cả những g đem lại sự hiểu biết về thế giới xung quanh và về chính con người Thông tin rất phong phú và đa dạng nhưng có ba dạng cơ bản là dạng văn bản, dạng hình ảnh và dạng âm thanh [22] Theo tác giả Phạm

Đ nh Văn, thông tin phản hồi là thông tin về kết quả của một quá trình tác động vào một đối tượng, trong mối quan hệ ảnh hưởng trở lại đối với yếu tố đầu vào của quá trình Trong dạy học, thông tin phản hồi được hiểu là những thông tin thu nhận được từ người học, có tác động trở lại đối với chính người học và người dạy làm cho quá trình dạy học ngày càng hoàn thiện hơn [52]

Tác giả Nguyễn Thị Ái Minh đã nghiên cứu về thông tin phản hồi tích cực trong dạy học và cho rằng có hai hướng phản hồi tích cực: Phản hồi theo

hướng tán đồng là cung cấp cho người nhận những tin tức hoặc th ng tin đầu vào về những nỗ lực mà họ làm tốt; phản hồi theo hướng góp ý báo cáo cho người học những điều mà họ cần nỗ lực hơn [24]

Theo Phạm Đ nh Văn, trong dạy học phản hồi là sự tác động trở lại của kết quả học tập của người học đối với tác động sư phạm của người dạy, của nhà quản lý và đối với chính bản thân người học (hình 1.5) [52]

Hình 1.5 Sơ đồ sử dụng thông tin phản hồi để điều khiển quá trình dạy học

(theo Phạm Đình Văn)

Tác giả cho rằng thông tin phản hồi trong dạy học phải thỏa mãn: Thông tin phải phản ánh kết quả lĩnh hội của người học sau một quá trình tác động sư phạm không chỉ bao gồm các minh chứng về khối lượng kiến thức

mà cả quá trình nhận thức kiến thức đó Phải tạo ra các tình huống để người học bộc lộ tối đa kết quả đạt được của quá tr nh lĩnh hội Thông tin phản hồi phải được thu nhận và sử dụng liên tục chứ không phải là kết quả cuối cùng Công cụ thu nhân thông tin phản hồi thường được diễn đạt dưới dạng câu hỏi, bài tập nhận thức

Hoạt động dạy - học Thầy  trò

Kết quả học tập

Biện pháp Tác động

Thông tin phản hồi

người học Thông tin này giúp người dạy điều chỉnh quá trình dạy, người học

tự điều chỉnh quá trình dạy để đạt được mục tiêu dạy học

Thông tin phản hồi trong dạy học theo LTĐK có thể chia thành hai loại chính:

+ Thông tin phản hồi từ kết quả học tập và thái độ của người học bao gồm 3 loại thông tin phản hồi: thông tin phản hồi về kiến thức, thông tin phản hồi về kỹ năng và th ng tin phản hồi về thái độ của người học:

- Thông tin phản hồi về kiến thức: Phản ảnh mức độ đạt được, chưa đạt, cần bổ sung về kiến thức của người học so với mục tiêu dạy học

- Thông tin phản hồi về kỹ năng: Phản ánh mức độ hình thành và phát triển kỹ năng được bộc lộ qua thao tác, hành động và sản phẩm của hoạt động Thông tin phản hồi về kỹ năng cho biết những kỹ năng đạt được, chưa đạt và những kỹ năng cần chỉnh sửa, bổ sung

- Thông tin phản hồi về thái độ: Phản ánh mức độ cảm xúc, hành vi của người học trong quá trình dạy học Thông tin phản hồi về thái độ giúp người dạy đánh giá về những biểu hiện của sự tiến bộ về thái độ từ đó người dạy điều chỉnh, sửa chữa, uốn nắn trong nhìn nhận, quan điểm và hành động của người học

+ Thông tin phản hồi từ cảm nhận của người học với tiến trình dạy học của người dạy gồm: cách thức tổ chức dạy học, nhịp điệu truyền đạt kiến thức, sự phối hợp giữa kênh tiếng với sử dụng đa phương tiện trong dạy học, giao tiếp giữa người dạy và người học

c Đặc điểm: Đặc điểm thông tin phản hồi trong dạy học theo LTĐK

- Phản ánh kiến thức, kỹ năng, thái độ của người học trong quá trình dạy học

- Phản ánh mối liên hệ giữa người dạy và người học trong quá trình dạy học nhằm đạt được mục tiêu dạy học.- Thông tin phản hồi dễ dàng so sánh

với mục tiêu dạy học để thấy được những sai lệch của kết quả dạy học so với mục tiêu từ đó giúp người dạy và người học điều chỉnh quá trình dạy học

d Công cụ thu nhận:

Công cụ thu nhận thông tin phản hồi về kiến thức, kỹ năng, thái độ là: Trắc nghiệm khách quan, câu hỏi, bài tập nhận thức, bảng kiểm quan sát và những ghi chép theo dõi trong quá trình dạy học

Như vậy, trong dạy học thông tin phản hồi là những thông tin thu nhận

từ người học phản ánh kết quả của quá trình dạy học

Có thể thấy rằng để giúp người dạy điều chỉnh quá trình dạy học những

thông tin về tiến trình dạy học người dạy có thể thu nhận và xử lý, điều chỉnh kịp thời, riêng thông tin về kết quả học tập và thái độ của người hoc cần phải

có công cụ thu nhận, xử lý và đánh giá chính xác giúp người dạy điều chỉnh quá trình đạy của m nh và giúp người học điều chỉnh quá trình học tập Trong khuôn khổ luận án chủ yếu sẽ xây dựng công cụ thu nhận, xử lý và tác động trở lại giúp người học điều chỉnh quá trình học tập

1.3.1.3 Đánh giá trong dạy học theo lý thuyết điều khiển

Tác giả C.Boston cho rằng, việc đánh giá mang tính chẩn đoán cung cấp phản hồi cho người dạy và người học trong suốt quá trình dạy học được gọi là đánh giá quá tr nh với mục đích điều chỉnh quá trình dạy học để đạt được mục tiêu dạy học [55] Tác giả Black và Wiliam cho rằng: Đánh giá bao gồm tất cả các hoạt động mà người dạy và người học đã thực hiện để thu thập thông tin phản hồi về kết quả học tập của người học Thông tin phản hồi được

sử dụng để điều khiển quá trình dạy học [54] Theo Herbert: “Đánh giá quá trình thực hiện trong suốt khóa học hay trong suốt thời gian học, SV thực hiện một dự án học tập có mục đích hỗ trợ quá trình học Những người tham gia đánh giá quá tr nh học có thể là giáo viên, học sinh, các bạn học cung cấp các thông tin về việc học tập của học sinh/sinh viên Đánh giá quá tr nh thực hiện

trong m i trường học tập vì mục đích nâng cao chất lượng học tập Hình thức phổ biến của đánh giá quá tr nh là đánh giá dự báo hay đánh giá chẩn đoán Đánh giá dự báo đo lường kiến thức hay kỹ năng hiện có của học sinh để xác định phương pháp học phù hợp cho học sinh” [61] Tác giả Sharon Gedye cho rằng: Đánh giá quá tr nh là đánh giá cung cấp cho người học thông tin cho phép họ cải thiện việc học và hiệu suất của họ [70]

Tác giả Nguyễn Công Khanh và Đào Thị Oanh cho rằng đánh giá là một bộ phận không thể tách rời quá trình dạy học với mục đích phát triển năng lực () người học [17] Nghiên cứu đến đánh giá NL trong lĩnh vực giáo dục, tác giả Trần Khánh Đức [4], [5] đã xây dựng mô hình đánh giá NL, Theo

đó tác giả phân chia thành các NL thành phần, mỗi NL được đánh giá theo tiêu chí cụ thể Tác giả Đặng Thành Hưng [16] cho rằng để đánh giá chính xác và hiệu quả NL của người học thì khâu nhận diện kỹ năng là quan trọng, tác giả đề xuất đánh giá theo tiêu chí của các kỹ năng cụ thể và phải được theo dõi đánh giá trong cả quá trình thực hiện Tác giả Nguyễn Quang Việt nghiên cứu đánh giá kết quả học tập theo NL trong đào tạo nghề tác giả cho rằng để đánh giá chính xác cần thiết lập quy trình xây dựng công cụ đánh giá

và đánh giá theo NL cho nhóm dựa trên phân c ng lao động và tổ chức sản xuất [53] Khi nghiên cứu dạy học chuyên ngành kỹ thuật, tác giả Nguyễn Văn Tuấn cho rằng để đánh giá NL người học thì việc đánh giá quá tr nh là cần thiết [46] Tác giả Hoàng Thị Tuyết [48] đánh giá tiếp cận năng lực là xu thế của giáo dục hiện đại

Trong quá trình dạy học, tùy thuộc vào mục đích kiểm tra mà GV lựa chọn các loại hình đánh giá phù hợp giúp thu thập thông tin và rút ra kết luận chính xác về người học Một số h nh thức đánh giá trong quá

tr nh dạy học: