Ứng dụng công nghệ mô phỏng vào dạy học môn PLC nghề điện công nghiệp tại trường Cao đẳng nghề cơ điện và công nghệ thực phẩm Hà Nội

Ứng dụng công nghệ mô phỏng vào dạy học môn PLC nghề điện công nghiệp tại trường Cao đẳng nghề cơ điện và công nghệ thực phẩm Hà Nội Ứng dụng công nghệ mô phỏng vào dạy học môn PLC nghề điện công nghiệp tại trường Cao đẳng nghề cơ điện và công nghệ thực phẩm Hà Nội luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

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

LƯƠNG THỊ HẠNH

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀO DẠY HỌC

CAO ĐẲNG NGHỀ CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG NGHỆ THỰC

PHẨM HÀ NỘI

CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT CHUYÊN SÂU: SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

TS LÊ HUY TÙNG

HÀ NỘI – 2013

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung luận văn và sản phẩm của luận văn mà tôi viết ra

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 đầy đủ

Luận văn này cho đến nay vẫn chưa hề được bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo vệ luận văn thạc sĩ nào trên toàn quốc cũng như nước ngoài và cho đến nay chưa hề được công bố trên bất kỳ phương tiện thông tin nào

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

Hà Nội, tháng 5 năm 2013

Tác giả luận văn

Lương Thị Hạnh

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới Thầy giáo Tiến sỹ

Lê Huy Tùng, người đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này

Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các thầy giáo, các cô giáo Viện Sư phạm kỹ thuật- trường Đại học Bách Khoa Hà Nội Tác giả cũng gửi lời cảm ơn đến các cán

bộ Viện đào tạo Sau đại học - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tham gia quản

lý, giảng dạy và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu; Ban

Giám hiệu Trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội, các đồng nghiệp và các em học sinh khoa Điện - Điện tử - Tin học trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ tác giả trong quá trình thực nghiệm sư phạm tại trường

Trong quá trình nghiên cứu, mặc dù rất cố gắng nhưng luận văn không tránh khỏi thiếu sót, vì vậy tác giả rất mong nhận được sự chỉ dẫn và góp ý để đề tài được hoàn thiện hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Tác giả luận văn

Lương Thị Hạnh

MỤC LỤC

Trang phụ bìa………

LỜI CAM ĐOAN 1

LỜI CẢM ƠN 2

MỤC LỤC 3

DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 5

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ 6

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG 7

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 7

1.1.1 Xuất phát từ yêu cầu của xã hội đối với đào tạo nghề 7

1.1.2 Định hướng của bộ giáo dục và đào tạo về đổi mới phương pháp dạy học 7 1.1.3 Xuất phát từ việc ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học diễn ra phổ biến và sâu rộng trong các ngành, trong đó có ngành giáo dục trong giai đoạn hiện nay 8

1.1.4 Xuất phát từ nhu cầu giảng dạy môn chuyên môn nghề của nghề điện công nghiệp tại trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội 9

1.2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 10

1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 10

1.3.1 Đối tượng nghiên cứu 10

1.3.2 Phạm vi nghiên cứu 10

1.4 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC 10

1.5 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 11

1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 11

1.7 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN VĂN 11

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀ THỰC TRẠNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀO DẠY HỌC Ở MỘT SỐ TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ TRONG ĐỊA BÀN HÀ NỘI 13

2.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 13

2.1.1 Phương pháp dạy học (Teaching method) 13

2.1.2 Quy trình (Process) 14

2.1.3 Thiết kế (Design) 14

2.1.4 Quy trình thiết kế bài giảng 14

2.1.5 Mô phỏng (Simulation) 15

2.1.6 Công nghệ (Technology) 16

2.1.7 Công nghệ mô phỏng (Simulation technology) 16

2.2 ĐẶC TRƯNG CỦA CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG 17

2.2.1 Tính chất của mô phỏng 17

2.2.2 Các thiết bị và phần mềm dùng trong mô phỏng 19

2.2.3 C ấu trúc của phương pháp mô phỏng 20

2.2.4 Mô hình và mô hình mô ph ỏng 21

2.2.5 Áp d ụng công nghệ mô phỏng trong dạy học 26

2.2.6 Nh ững yêu cầu đặt ra khi áp dụng công nghệ mô phỏng trong dạy học 29 2.2.7 M ục đích áp dụng công nghệ mô phỏng trong dạy học 31

2.2.8 Tình hình nghiên c ứu và áp dụng mô phỏng trong dạy học 34

2.2.9 Những ưu việt và hạn chế của công nghệ mô phỏng 38

2.3 THỰC TRẠNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀO DẠY HỌC TẠI

MỘT SỐ TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ TRONG ĐỊA BÀN HÀ NỘI 39

2.3.1 Đặc điểm của học sinh học nghề 39

2.3.2 Việc vận dụng các phương pháp giảng dạy ở một số trường Cao đẳng nghề 40

CHƯƠNG 3: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀO XÂY DỰNG BÀI GIẢNG MÔN PLC NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TẠI TRƯỜNG 43

CAO ĐẲNG NGHỀ CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM HÀ NỘI 43 3.1 HIỆN TRẠNG DẠY VÀ HỌC TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠ ĐIỆN VÀ CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM HÀ NỘI 43

3.1.1 Hi ện trạng dạy các môn học nói chung 43

3.1.2 Hi ện trạng dạy học môn PLC 43

3.2 NGUYÊN TẮC THIẾT KẾ BÀI GIẢNG CÓ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG 44

3.2.1 Những yêu cầu chung 44

3.2.2 Nguyên tắc thiết kế 46

3.3 QUY TRÌNH THIẾT KẾ BÀI GIẢNG MÔN PLC NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHỆP CÓ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG 48

3.3.1 Những điều kiện cần để thiết kế bài giảng có ứng dụng công nghệ mô phỏng 48

3.3.2 Quy trình thiết kế 51

3.4 PHÂN TÍCH CHƯƠNG TRÌNH MÔN HỌC PLC 63

3.4.1 Đặc điểm môn học PLC của nghề Điện công nghiệp 63

3.4.2 Phân tích n ội dung môn học PLC 65

3.5 XÂY DỰNG MỘT SỐ BÀI GIẢNG MÔN PLC NGHỀ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP VỚI SỰ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG 65

3.5.1 G iáo án thứ nhất: Điều khiển tín hiệu đèn giao thông 65

3.5.2 Giáo án thứ hai: Đếm sản phẩm 70

4.1 MỤC ĐÍCH, ĐỐI TƯỢNG THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 75

4.1.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 75

4.1.2 Đối tượng và cơ sở thực nghiệm 75

4.2 CHUẨN BỊ CÁC ĐIỀU KIỆN THỰC NGHIỆM 76

4.2.1 Chương trình, lớp và giáo viên tham gia thực nghiệm 76

4.2.2 Cơ sở vật chất và phương tiện dạy học 76

4.3 NỘI DUNG VÀ TIẾN TRÌNH THỰC NGHIỆM 77

4.3.1 Chọn và thiết kế bài dạy 77

4.3.2 Tiến trình thực nghiệm 77

4.4 ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 78

4.4.1 Phương pháp đánh giá kết quả thực nghiệm 78

4.4.2 Kết quả thực nghiệm thông qua các bài kiểm tra 79

4.4.3 Đánh giá định tính 80

4.4.4 Đánh giá định lượng 80

4.5 LẤY Ý KIẾN CHUYÊN GIA 83

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 86

PLC (Programmable Logic Control) Điều khiển logic khả trình

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ

I Các bảng biểu

2 Bảng 4.2 Bảng thống kê điểm của học sinh trong bài kiểm tra thứ nhất 79

3 Bảng 4.3 Bảng thống kê điểm của học sinh trong bài kiểm tra thứ hai 80

4 Bảng 4.4 Bảng thống kê kết quả các bài kiểm tra của học sinh 81

5 Bảng 4.5 Bảng thống kê tỉ lệ phần trăm kết quả bài kiểm tra của HS 81

6 Bảng 4.6 Đối tượng thực hiện lấy ý kiến chuyên gia 84

II Các hình vẽ

4 Hình 3.1 Quy trình xây dựng bài giảng theo công nghệ mô phỏng 55

5 Hình 3.2.Quy trình xây dựng bài giảng điện tử với phần mềm Front Page 58

6 Hình 3.3 Quy trình xây dựng các mô phỏng với phần mềm WinCC 6.0 62

7 Hình 3.4 Giao diện mô phỏng điều khiển tín hiệu đèn giao thông 70

8 Hình 3.5 Giao diện mô phỏng đếm sản phẩm 74

9 Hình 4.1 Biểu đồ tỉ lệ phần trăm kết quả bài kiểm tra lớp ĐCN

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG

1.1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

1 1.1 Xuất phát từ yêu cầu của xã hội đối với đào tạo nghề

Chiến lược phát triển giáo dục giai đoạn 2011 - 2020 xác định rõ mục tiêu

chiến lược của giáo dục Việt Nam là tập trung nâng cao chất lượng toàn diện, phát triển nhanh nguồn nhân lực, nhất là nguồn nhân lực chất lượng cao, tạo lợi thế cạnh tranh trong bối cảnh hội nhập quốc tế; nhấn mạnh đến việc “dạy người”, đồng thời với “dạy chữ” và dạy nghề…; xác định nhiều giải pháp quan trọng về đổi mới quản

lý giáo dục; phát triển nhân lực ngành giáo dục; tiếp tục đổi mới nội dung chương trình, phương pháp dạy học và đánh giá chất lượng giáo dục; nhà nước và xã hội tăng cường đầu tư cho giáo dục, gắn giáo dục - đào tạo với nghiên cứu khoa học và triển khai công nghệ; đẩy mạnh hội nhập quốc tế về giáo dục - đào tạo [4]

Trong những năm qua, nền kinh tế nước ta đã đạt tốc độ tăng trưởng cao, cơ cấu kinh tế có bước chuyển dịch mạnh mẽ Quá trình công nghiệp hoá - Hiện đại hóa và hội nhập kinh tế quốc tế ở nước ta yêu cầu phải đáp ứng đủ số lượng lao động kỹ thuật chất lượng cao cho các ngành kinh tế, nhất là các ngành công nghiệp mũi nhọn, công nghệ cao như : Tin học, tự động hóa, điện, cơ điện tử, chế biến xuất khẩu v.v và đòi hỏi lao động phải được qua đào tạo, có như vậy các doanh nghiệp mới đủ sức cạnh tranh trên thị trường trong nước và quốc tế

Để đáp ứng được yêu cầu đó, hệ thống đào tạo kỹ thuật thực hành phải thường xuyên bổ sung, cập nhật, hoàn thiện các chương trình dạy nghề hoặc xây dựng các chương trình dạy nghề mới; nâng cao chất lượng đội ngũ giáo viên, cán bộ quản lý; đầu tư, đổi mới trang thiết bị giảng dạy và đặc biệt chú trọng đổi mới phương pháp giảng dạy để đào tạo đội ngũ nhân lực kỹ thuật có tay nghề cao trực tiếp làm việc với kỹ thuật, công nghệ mới

1 1.2 Định hướng của bộ giáo dục và đào tạo về đổi mới phương pháp dạy học

Ban Chấp hành Trung ương nhất trí thông qua Nghị quyết "Phát triển khoa học và công nghệ phục vụ sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá trong điều kiện kinh tế thị trường, định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế" Đối với Đề án "Đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo đáp ứng yêu cầu công nghiệp hoá, hiện đại hoá trong điều kiện kinh tế thị trường, định hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế" [3]

Tin học hóa quá trình dạy học là quan điểm đúng đắn và cần thiết trong bối cảnh đất nước đang từng bước bước vào xã hội thông tin, xã hội học tập Việc ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học ở các trường nghề còn ít và mang tính tự phát do vậy tin học hóa quá trình dạy học, nhất là dạy nghề ở các trường nghề, các cơ sở đào tạo nghề có ý nghĩa quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học [1]

1.1.3 Xuất phát từ việc ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học diễn ra phổ biến và sâu rộng trong các ngành, trong đó có ngành giáo dục trong giai đoạn hiện nay

Chỉ thị 58-CT/TW của Bộ Chính Trị ngày 17 tháng 10 năm 2000 về việc đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa và hiện đại hóa đã chỉ rõ trọng tâm của ngành giáo dục là đào tạo nguồn nhân lực về công nghệ thông tin và đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin trong công tác giáo dục và đào tạo

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

Ứng dụng công nghệ mô phỏng trong quá trình dạy học không chỉ mang hiệu quả về mặt sư phạm là đổi mới phương pháp dạy học mà nó còn có ý nghĩa về mặt kinh tế khi đất nước ta còn nghèo, đầu tư cho giáo dục còn hạn chế Sử dụng công nghệ thông tin, công nghệ mô phỏng trong quá trình dạy học sẽ làm giảm chi phí mua sắm vật tư, thiết bị thường xuyên mà cũng là con đường ngắn nhất để tiếp cận tri thức mới [2]

1.1.4 Xuất phát từ nhu cầu giảng dạy môn chuyên môn nghề của nghề điện công nghiệp tại trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội

Trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội trực thuộc

Bộ nông nghiệp & phát triển nông thôn có nhiệm vụ chính là đào tạo nghề cho mọi đối tượng trong cả nước, đặc biệt là khu vực phía nam Hà Nội Trường cũng có bề dày trong công tác đào tạo nghề, với những giáo viên có tay nghề cao nhưng chủ yếu các thầy, cô đang giảng dạy theo phương pháp truyền thống, ít ứng dụng công nghệ thông tin, công nghệ mô phỏng trong thiết kế bài giảng

Nghề điện công nghiệp là một trong những nghề truyền thống của trường, nghề trang bị cho người học những kiến thức, kỹ năng vận hành, sửa chữa khắc phục sự cố của các hệ thống điện, các dây truyền tự động hóa trong các nhà máy, xí nghiệp, các đơn vị sản xuất Môn PLC là môn học chuyên môn nghề bắt buộc, nó cung cấp cho người học kỹ năng lập trình, kỹ năng điều khiển các hệ thống tự động hóa, các dây truyền sản xuất công nghiệp hiện đại Môn học yêu cầu người học phải

có tư duy trừu tượng, tư duy tổng hợp cao, phải có cái nhìn tổng quát, gắn kết giữa

cơ cấu điều khiển với cơ cấu chấp hành

Do vậy việc ứng dụng công nghệ mô phỏng vào việc thiết kế bài giảng môn học PLC nói riêng và các môn học có tính chất tư duy trừu tượng nói chung là công việc thực sự mang lại hiệu quả cho sự tiếp thu bài giảng, lĩnh hội tri thức cho người

học, biến những vấn đề khó hiểu trở nên đơn giản, trực quan sinh động Muốn làm được như vậy chúng ta cần phải xây dựng những quy trình cụ thể cho những môn

học khác nhau trong việc xây dựng bài giảng có sự hỗ trợ của công nghệ mô phỏng

Có được như vậy chúng ta mới thực sự phát huy được tính hiệu quả của việc ứng dụng công nghệ mô phỏng trong dạy học Đây cũng chính là mục tiêu nâng cao chất lượng đào tạo của nhà trường trong giai đoạn mới

Do vậy tác giả đã chọn vấn đề: “Ứng dụng công nghệ mô phỏng vào dạy

học môn PLC nghề điện công nghiệp tại trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội” làm đề tài nghiên cứu của luận văn

Mở ra hướng để phát triển (nghiên cứu sinh)

1.3 ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

1 3.1 Đối tượng nghiên cứu

Quy trình thiết kế bài giảng môn học PLC nghề điện công nghiệp tại các cơ

sở đào tạo nghề với sự ứng dụng công nghệ mô phỏng

1 3.2 Phạm vi nghiên cứu

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

Việc thiết kế bài giảng thực nghiệm có ứng dụng công nghệ mô phỏng được giới hạn trong môn học PLC nghề điện công nghiệp

Tổ chức thực nghiệm sư phạm được tiến hành với các lớp cao đẳng nghề của nghề điện công nghiệp tại trường trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội và trường Cao đẳng nghề Thủy Lợi

1.4 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Nếu bài giảng môn học PLC nghề điện công nghiệp tại trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội được thiết kế có ứng dụng công nghệ mô phỏng theo quy trình hợp lý sẽ góp phần rút ngắn được thời gian đào tạo

và nâng cao được chất lượng dạy học

1.5 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Đề tài có các nhiệm vụ sau:

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

Phân tích, đánh giá thực trạng về việc thiết kế bài giảng môn học PLC nghề điện công nghiệp trong địa bàn Hà Nội

Nghiên cứu xây dựng quy trình thiết kế bài giảng có ứng dụng công nghệ mô phỏng trong dạy học môn PLC nghề điện công nghiệp

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

Thực nghiệm sư phạm bài giảng đã thiết kế

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

mô phỏng

1.6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

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

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

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

1.7 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN VĂN

Về mặt thực tiễn:

Đề tài đã xây dựng một số bài giảng môn học PLC nghề điện công nghiệp có ứng dụng công nghệ mô phỏng phù hợp với mục tiêu, nội dung đào tạo và trình độ người học

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

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀ THỰC TRẠNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀO DẠY HỌC Ở MỘT

SỐ TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ TRONG ĐỊA BÀN HÀ NỘI

2.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

2.1.1 Phương pháp dạy học (Teaching method)

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

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

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

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

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

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

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

Mối quan hệ mục đích - nội dung - phương pháp có tính quy luật, chi phối lẫn nhau, chi phối sự phát triển của quá trình dạy học

Công nghệ dạy học hiện đại được thể hiện thông qua phương pháp dạy học tích cực hóa tư duy người học, thông qua các phương tiện kỹ thuật phục vụ cho quá

trình dạy học và môi trường học tập, các yếu tố này tạo nên những điều kiện và cách thức khác nhau của quá trình dạy học nhằm hoàn thiện hóa quá trình dạy học Như vậy, phương pháp và phương tiện dạy học là các yếu tố của quá trình dạy học nhằm xúc tác trong quá trình dạy học giúp học sinh hứng thú hơn trong quá trình học tập, hiểu sâu sắc vấn đề bài học, rút ngắn thời gian đào tạo đó chính là công nghệ dạy học

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

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

Ví dụ, nếu không chuẩn bị bài trước khi lên lớp, chuẩn bị các điều kiện, phương tiện kỹ thuật, cơ sở vật chất không tốt thì bài giảng đó không có chất lượng được, tiết giảng đó cũng không thể thành công được…

2.1.3 Thiết kế (Design)

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

đó mà tiến hành xây dựng công trình, sản phẩm

2.1.4 Quy trình thiết kế bài giảng

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

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

2.1.5 Mô phỏng (Simulation)

Ứng dụng kỹ thuật mô phỏng trong dạy học tạo nên một phương pháp

dạy học hiện đại, đó là việc dạy về các khía cạnh khác nhau của thế giới bằng

việc bắt chước hoặc sao chép nó Sinh viên không những hình thành động cơ học

tập từ việc mô phỏng mà còn học bằng cách tương tác với chúng theo cách tương tự

mà họ sẽ tương tác trong các tình huống thực tế [9] Trong hầ u hết các trường

hợp, mô phỏng thường được đơn giản hóa thực tế bằng cách bỏ qua hoặc thay đổi

một vài chi tiết Trong thế giới đã được đơn giản hóa, sinh viên giải quyết các

vấn đề, học các khái niệm, quy trình, và hiểu được bản chất của hiện tượng cũng

như việc điều khiển chúng, hoặc qua đó học cách xử lý trong các tình huống khác nhau

Mô phỏng được phân ra 4 loại [ 11] Mô phỏng kinh nghiệm (experiencing simulations) được sử dụng để thiết lập nhận thức hoặc giai đoạn học hiệu quả cho học trong tương lai

Mô phỏng khai báo (informing simulations) được sử dụng để truyền thông tin tới sinh viên Tuy nhiên, việc mô phỏng này chỉ hiệu quả khi có sự trợ giúp của giáo viên Mô phỏng khai báo sẽ hợp lý hơn khi kèm với môi trường hỗ trợ,

chẳng hạn như lớp học hoặc phòng thí nghiệm

Mô phỏng củng cố (reinforcing simulation) sử dụng cho các đối tượng học đặc biệt Định dạng thông thường của mô phỏng củng cố là rèn luyện và luyện tập Một loạt các bài tập được tạo ra hoặc lưu trữ được đưa ra để các sinh viên thực

mô phỏng phi nhân quả (physical, non-causal simulation) [5] Hai phương pháp mô phỏng này thể hiện hai hướng tiếp cận khác nhau đối với mô hình hóa hệ thống và cũng thể hiện xu hướng phát triển của mô hình hóa, mô phỏng trong thực tế và trong dạy học

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

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

2.1.7 Công nghệ mô phỏng (Simulation technology)

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

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

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

Trong phạm vi luận văn này, công nghệ mô phỏng được ứng dụng để xây dựng các mô hình tĩnh, mô hình động cho phần kiến thức chuyên môn nghề của nghề điện công nghiệp, mô phỏng nguyên lý hoạt động của mạch điện, của hệ thống điều khiển và giám sát, giải thích các hiện tượng, các quá trình xảy ra dựa trên cơ sở máy vi tính, PLC và các phần mềm hỗ trợ

Dạy học bằng phương pháp mô phỏng trên cơ sở các mô hình đã được ứng dụng rất nhiều từ các môn khoa học tự nhiên như toán, lý, đến các môn học thuộc các ngành kỹ thuật như sinh vật, y học, cơ khí, cơ khí động lực… Với môn PLC nghề điện công nghiệp, phương pháp mô phỏng đã và đang góp phần đáng kể làm thay đổi phương pháp giảng dạy, tích cực hóa người học, tạo ra hứng thú, tự tìm tòi trong quá trình học tập của học sinh Bên cạnh đó các mô hình còn giúp học sinh tạo

ấn tượng cho bài học, quan sát, thay đổi thông số trên mô hình mô phỏng, đánh giá kết quả, rút ra kết luận về sự vật, hiện tượng trong vấn đề cần nghiên cứu

2.2 ĐẶC TRƯNG CỦA CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG

2.2.1 Tính chất của mô phỏng

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

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

Như vậy, một cách tổng quát ta có thể xem công nghệ mô phỏng trên hình 2.1:

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

+ Tính công nghệ: khả thi và hiệu quả Trong trường hợp đó chính là tính đơn

giản về hình thức, cấu trúc của mô hình so với nguyên hình Tuy nhiên, trong không

ít trường hợp, đặc biệt với mô hình khái niệm, thì không nhất thiết như vậy, mô

hình có thể phức tạp hơn nguyên hình

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

nghiên cứu trên mô hình là kết luận được chuyển sang đối tượng nghiên cứu vì vậy

mô hình thay thế phải phù hợp với đối tượng nghiên cứu

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

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

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

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

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

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

được, tương tác người – máy trong các hệ thống điều khiển, thông qua các giao diện

mô phỏng Nhờ đó, người học có thể tiến hành thực nghiệm bằng cách thay đổi các

Không đạt

Đạt

Hình 2.1 Công nghệ mô phỏng

tham số (gián đoạn hoặc liên tục), từ đó rút ra kết luận của bài học, kết luận của vấn

đề cần nghiên cứu

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

2.2.2 Các thiết bị và phần mềm dùng trong mô phỏng

2.2.2.1.Thiết bị dùng cho mô phỏng

Như đã phân tích ở trên, luận văn này chủ yếu tập trung vào mô phỏng trên máy vi tính có cấu hình phù hợp, thông thường cấu hình máy tính tối thiểu sử dụng cho việc mô phỏng hiện nay là máy vi tính có bộ vi xử lý Pentium IV, tốc độ 2,2GHz trở nên, RAM 512MB, Video Ram 128MB các thiết bị vào ra (bàn phím, chuột, máy quét, màn hình, máy in, …), bộ nhớ Các thiết bị này còn có tên gọi khác là phần cứng máy tính (hardware)

2.2.2.2 Phần mềm dùng trong mô phỏng

Để khởi động và thực hiện các thao tác xử lý thông tin trên máy tính, đòi hỏi phải có các chương trình cài đặt được gọi là phần mềm (software) Phần mềm của máy tính có nhiều loại khác nhau, thông thường chúng được chia thành các loại như sau:

- Phần mềm hệ thống

- Các phần mềm lập trình

- Các phần mềm tiện ích

- Các phần mềm ứng dụng: thương mại hoặc do người dùng tự tạo dựng trong số này những phần mềm ứng dụng cho quá trình dạy học gọi là phần mềm dạy học

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

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

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

- Kiểm tra kiến thức của người học

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

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

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

Trong ngành điện – điện tử, phần mềm hiện nay được sử dụng nhiều nhất, có thể mô phỏng được các dạng mạch tương tự và số là Circuitmaker, Proteus, Matlab…., các phần mền mô phỏng cho PLC: PLCSim, WinCC…

2.2.3 C ấu trúc của phương pháp mô phỏng

Cấu trúc của phương pháp mô phỏng

Đối tượng

(3)

* Quá trình mô phỏng tiến hành theo ba bước:

Bước 1: Mô hình hóa: Từ mục đích nghiên cứu, cần xác định, lựa chọn 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 mô hình

Bước 2: Nghiên cứu mô hình (tính toán thực nghiệm …) để rút ra những hệ

quả lý thuyết, kết luận về đối tượng nghiên cứu

Sau khi mô hình được xây dựng, cần áp dụng những phương pháp lý thuyết hoặc thực nghiệm khác nhau từ tư duy trên mô hình và thu được kết quả, những thông tin mới

Bước 3: Đối chiếu kết quả thu được trên mô hình với kết quả thực tiễn đồng

thời xét tính hợp thức của mô hình Trong trường hợp kết quả không phù hợp với thực tiễn phải chọn lại mô hình

Nếu bản thân mô hình 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 mô hình với những kết quả thu được trực tiếp từ mô hình gốc Nếu sai lệch thì phải điều chỉnh ngay chính mô hình,

có trường hợp phải bỏ hẳn mô hình đó và thay bằng một mô hình khác

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

Trong phạm vi nghiên cứu của luận văn tác giả tiến hành đi nghiên cứu và

xây dựng hệ thống mô phỏng số (mô phỏng thông qua sự trợ giúp của phần mềm và máy vi tính)

2.2.4 Mô hình và mô hình mô ph ỏng

2.2.4.1 Mô hình (Model)

a) Khái niệm

Mô hình là một thuật ngữ được dùng rộng rãi trong nhiều ngành khoa học Thông thường, mô hình được coi như là cái mẫu mà các đối tượng cần nghiên cứu

tương ứng ít nhiều với nó, nhưng không hoàn toàn đồng nhất với nó Một mô hình chỉ phản ánh một số tính chất của đối tượng, nhiều khi cùng một đối tượng phải dùng nhiều mô hình mới giải thích được

Theo từ điển tiếng việt, mô hình là vật cùng hình dạng nhưng được thu nhỏ,

mô phỏng cấu tạo và hoạt động của một vật khác để trình bày và nghiên cứu

Lý thuyết mô hình có nhiệm vụ xác định

+ Mô hình thoả mãn các điều kiện cho trước của bài toán về nguyên hình- “tư cách đại diện” hay tính hợp thức (validity) của mô hình

+ Các phép biến đổi kết quả từ mô hình thành kết quả tương ứng về nguyên hình

Hiện chưa có một lý thuyết tổng quát về mô hình nói chung, mà chỉ có những

lý thuyết được xây dựng cho từng loại mô hình việc phân loại mô hình sẽ dựa trên các cơ sở lý thuyết này

b) Phân loại

Mô hình được dùng để nghiên cứu hệ thống có thể được phân loại theo nhiều cách khác nhau

Theo G.Gordon, mô hình được phân loại trước hết thành mô hình vật lý và

mô hình toán học Mô hình vật lý dựa trên sự tương tự giữa những hệ thống cơ và điện hoặc hệ thống điện và thuỷ lực hay khí nén Mô hình toán học thì sử dụng những kí hiệu và phương trình toán học để biểu thị một hệ thống, các tính chất của

hệ thống được biểu diễn bằng các biến và hoạt động của hệ thống được biểu diễn bằng các hàm toán học gắn kết các biến

Ở cấp thứ 2 mô hình được phân thành mô hình tĩnh và mô hình động Mô hình tĩnh chỉ cho những giá trị của hệ thống khi cân bằng, còn mô hình động có thể cho những giá trị của hệ thống thay đối theo thời gian qua hoạt động của mô hình

Trong mô hình toán, cấp thứ 3 trong phân loại mô hình được phân biệt theo cách biểu diễn mô hình, đó là các biến đại diện cho đặc điểm của hệ thống, ta có mô hình tương tự và mô hình số

Có thể phân loại mô hình trên lý thuyết xây dựng mô hình như hình 2.3 :

- Mô hình khái niệm (Conceptual)

Mô hình khái niệm là hệ thống những ký hiệu dùng với tư cách là mô hình: hình vẽ, sơ đồ, đồ thị, chữ cái, các công thức, phương trình toán học Mô hình khái niệm khác với mô hình thực thể ở chỗ đây là các mô hình có tính chất hình thức, trừu tượng Trong các ngành khoa học kỹ thuật, điển hình của loại mô hình này là

mô hình toán học Mô hình toán học dùng ngôn ngữ toán học để mô tả đối tượng Việc nghiên cứu các mô hình toán học thường dựa trên cơ sở vận dụng các lý thuyết toán học hiện đại kết hợp công nghệ thông tin

Phân loại mô hình toán học: Mô hình hệ thức và mô hình cấu trúc

Trong thực tế thường gặp những mô hình là kết hợp của các loại mô hình trên, ví dụ như mô hình lược tả

*Mô hình lược tả: Là mô hình biểu diễn bằng hình học trực quan của những

thuộc tính hay quan hệ nào đó (hình học hoặc phi hình học) của đối tượng được xét

Hình 2.3: Phân loại mô hình theo tính chất của mô hình

Mô hình (MH)

MH

hệ thức

MH tương

tự

MH đồng dạng

MH trích mẫu

MH cấu trúc

MH động hình học

MH đồng lực học

MH hình học

Các lược đồ cấu trúc của một hệ thống, lưu đồ lập trình cho máy tính, lưu đồ vận hành của một thiết bị, biểu đồ tiến độ của một quá trình… là những ví dụ thường gặp của mô hình này Mô hình lược tả ngoài lợi ích về quan sát, trong nhiều trường hợp giúp ích cho việc nghiên cứu phương án quy hoạch, phân bổ hợp lý… trên nguyên hình

c) Tính chất và đặc trưng của mô hình

*Tính giống với “vật gốc” theo một nghĩa nào đó: Một hệ thống chỉ có thể

được coi là mô hình của vật gốc khi có thể chuyển được những kết quả nghiên cứu trên mô hình sang vật gốc Nghĩa là có sự tương tự giữa mô hình và vật gốc

*Tính lý tưởng: Tính lý tưởng của mô hình khác với tính đơn giản ở chỗ khi

mô hình hoá 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 hoá mô hình lại là một hoạt động có chủ ý của người xây dựng mô hình nhằm làm cho việc nghiên cứu được thuận lợi hơn

Tính chất lý tưởng của mô hình càng cao thì mô hình 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 mô hình

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

*Tính c hủ quan: Mỗi khi tạo ra một mô hình để nghiên cứu, người nghiên

cứu cần phải có sẵn sự hình dung trong óc 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 mô hình khác nhau, đó là tính chủ quan của mô hình

2.2.4.2 Mô hình mô ph ỏng

Mô hình mô phỏng là mô hình toán học tính toán tác động của các đầu vào đã

biết trước và các đáp ứng trên các đầu ra Mô hình kiểu như vậy có thể được tạo

ra bằng ngôn ngữ lập trình, bằng các câu lệnh hoặc sử dụng các hình thức trên

bảng tính điện tử Đầu ra ở các mô hình mô phỏng phụ thuộc vào đầu vào bất định,

và do đó chúng ta phải làm việc với các biến bất định và các hàm bất định

Việc xây dựng mô hình mô phỏng hợp lý và đáng tin cậy thường có các bước sau [8]:

*Hình thành v ấn đề: Hình thành những vấn đề sẽ được mô phỏng Phạm vi mô

phỏng của vấn đề, cấu hình mô hình và hệ thống sẽ được mô phỏng

*Thu thập thông tin và xây dựng mô hình khái niệm: Việc thu thập thông tin cho

thiết kế hệ thống và quy trình vận hành rất quan trọng Tiếp theo đó, điều quan

trọng là kiểm tra các liên kết máy tính, thiết kế các ràng buộc về khung thời gian

và chi phí Sẽ không có sự phù hợp tuyệt đối giữa mô hình và hệ thống

* Kiểm tra tính hợp lệ của mô hình khái niệm: Cần phải có kiểm tra ban đầu cấu

trúc của mô hình khái niệm trước một nhóm người gồm quản lý dự án và các

chuyên gia phân tích Nếu phát hiện có lỗi hoặc điều chưa hợp lý trong mô hình khái niệm, mà điều này thường xảy ra, thì phải cập nhật, chỉnh sửa mô hình khái

niệm trước khi tiến hành lập trình ở bước tiếp theo

* Lập trình: Bước tiếp theo là tiến hành lập trình mô hình khái niệm trên phần

mềm mô phỏng thương mại hoặc ngôn ngữ lập trình phổ biến (C, C++, )

* Ki ểm tra tính hợp lý của mô hình lập trình: Nếu có hệ thống thực thì cần tiến

hành đo đáp ứng ra của mô hình và so sánh với các giá trị đo thu được từ hệ thống

thực Điều này được gọi là hợp thức hóa các kết quả (results validation) Phân tích độ nhạy cũng phải được thực hiện trên mô hình lập trình để tìm ra các hệ số

mô hình ảnh hưởng đến các giá trị đo được Các hệ số này sau đó ảnh hưởng rất lớn đến toàn bộ chất lượng mô hình

* Thiết kế, xây dựng và phân tích mô phỏng: Với mỗi cấu hình hệ quan tâm, việc

quyết định kịch bản chiến thuật như thời gian chạy và thời gian khởi động phải được chú ý Việc phân tích các kết quả và quyết định nếu yêu cầu các thí nghiệm

bổ trợ cũng phải được chú ý

* Tài li ệu và trình diễn mô phỏng: Các tài liệu hướng dẫn sử dụng của chương

trình mô phỏng cần phải được đi kèm với sản phẩm mô phỏng Trong tài liệu cần

mô tả chi tiết chư ơng trình máy tính, và các kết quả nghiên cứu gần đây Trình

diễn cuối cùng đối với mô phỏng sẽ bao gồm các hoạt hình (animations) và các

thảo luận của quá trình xây dựng/kiểm chứng mô hình nhằm xác nhận tính chính xác của mô hình

2.2.5 Áp d ụng công nghệ mô phỏng trong dạy học

2.2.5.1 Cơ sở lý luận

a) Cơ sở triết học

Lý luận về nhận thức coi trực quan là xuất phát điểm của nhận thức, như Lênin

đã nói: “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng và từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn, đó là con đường biện chứng của sự nhận thức chân lý, nhận thức thực tại khách quan” Mô phỏng cho phép người học có thể thấy một cách cụ thể và tương tác được trên mô hình mô phỏng thay vì nhận thức trừu tượng bằng tư duy

b) Cơ sở tâm – sinh lý học

Theo thuyết nhận thức duy vật biện chứng, quá trình nhận thức gồm 3 giai đoạn kế tiếp nhau: nhận thức cảm tính, nhận thức lý tính và tái sinh cái cụ thể trong

tư duy Trong quá trình dạy học, việc sử dụng các mô hình mô phỏng cho phép người học tái tạo ra quá trình nhận thức cảm tính nảy sinh do kết quả của các tác động trực tiếp của sự vật hiện tượng lên các giác quan của con người giúp người học quan sát và thu nhận thông tin về những mặt, những thuộc tính, những mối liên

hệ của sự vật

c) Cơ sở giáo dục học

Trong quá trình học tập, sinh viên phải nắm vững các kiến thức cơ bản như lý luận nguyên lý làm việc, chức năng, hoạt động của hệ thống đồng thời rèn luyện kỹ năng thực hành, lặp đi lặp lại nhiều lần các thao tác để hình thành kỹ năng tay chân cũng như kỹ năng tư duy Do đó nó đòi hỏi có một phương pháp tư duy trừu tượng

và khái quát hóa vấn đề… từ đó cụ thể hóa lại Tương tác lên mô hình mô phỏng cho phép người học có thể thực hiện được các thao tác trên mô hình để hình thành

kỹ năng

- Kết hợp phương pháp mô phỏng với các phương pháp dạy học khác

Không có phương pháp dạy học nào là vạn năng, để một giờ học đạt chất lượng tốt, người dạy phải phối hợp các phương pháp dạy học một cách hợp lý

* Thực hành trên thiết bị thật: Thực hành trên mô hình mô phỏng cũng chỉ có thể

hình thành được những kỹ năng ban đầu mà không thể thay thế được việc thao tác thực hành trên thiết bị thật Do vậy, sau khi thực hành trên thiết bị mô phỏng, sinh viên cần được thực hành với một thời lượng cần thiết để có thể củng cố kỹ năng của mình, trừ trường hợp không thể thao tác được trên vật thật trong quá trình dạy học như điều khiển một lò cao trong luyện kim

* Phương pháp mô phỏng kết hợp với phương pháp dạy học angorit hóa

Bản chất của dạy học angorit hóa là một trong những kiểu dạy học nhằm hình thành cho sinh viên một phương pháp tư duy, hành động tổng quát gọi là angorit Phương pháp này giúp người học tư duy có kế hoạch và tiến hành các thao tác tư duy đúng đắn

Sử dụng hình vẽ mô phỏng trên máy tính kết hợp phương pháp dạy học angorit giúp cho người học nắm vững khái niệm về đối tượng nghiên cứu, trên cơ

sở đó vận dụng các thao tác trí tuệ để so sánh, phân tích, khái quát hóa thành lời giải tổng quát cho các bài toán cùng loại

Vai trò của phương pháp mô phỏng khi vận dụng angorit hóa vào dạy học không chỉ theo một hướng dạy angorit cho người học mà còn cả angorit của bản thân việc dạy học, giúp người học tránh việc nhận thức một cách máy móc áp đặt

mà hình thành cho họ một lời giải tổng quát cho một lớp các bài toán

*Phương pháp mô phỏng kết hợp với phương pháp nêu vấn đề

Bản thân của dạy học nêu vấn đề là đặt ra cho học sinh một hệ thống những vấn đề nhận thức có chứa đựng mâu thuẫn giữa cái đã biết và cái chưa biết mà bằng những kiến thức, kỹ năng đã có không đủ để giải quyết Mâu thuẫn này cần được người học chấp nhận như một nhiệm vụ học tập và sẵn sàng đem sức lực trí tuệ ra

để giải quyết Dưới sự chỉ đạo của người dạy, người học tham gia giải quyết những vấn đề mới về nhận thức và thực tiễn phù hợp với giáo dục

Khi kết hợp phương pháp mô phỏng với phương pháp nêu vấn đề trong quá

trình dạy học, tư duy của người học được phát triển trên cơ sở quan sát mô hình Điều này có tác dụng khẳng định thêm giá trị nhận thức bằng phương pháp mô phỏng

Về mô phỏng trong dạy học, những mô hình cần thiết tối thiểu (nguyên lý, bản chất…) đã được trình bày trong các giáo trình về hướng dẫn thực hành dưới dạng hình ảnh Tuy nhiên sự tư duy của các nhà xây dựng giáo trình và sinh viên còn có một sự chênh lệch khác biệt, do vậy dẫn đến có sự hiểu biết một cách máy móc, hay sai lệch nội dung Để truyền tải kiến thức đến cho sinh viên, người giáo viên phải cụ thể hóa lại, tìm cách biến đổi những mô hình trong tài liệu kỹ thuật sao cho sinh viên dễ hiểu hơn, sinh động hơn, phải tìm ra những mối liên hệ trong đó Mặt khác quan sát bằng những hình ảnh sống động, gần với vật thật sẽ làm bài giảng sinh động và hấp dẫn hơn, gây được sự hứng thú của người học

- Mô hình hoá và x ử lý sư phạm

Từ đối tượng nghiên cứu (đối tượng thật hoặc tranh vẽ, sơ đồ của đối tượng) Phân tích nội dung kiến thức cần truyền đạt, xác định mục tiêu mô phỏng, mô phỏng cái gì là cơ bản (lựa chọn các thuộc tính và các quan hệ đặc trưng), nên đơn giản hoá thực tế đến mức nào và bỏ bớt những gì cho thích hợp Trên cơ sở đó tiến

hành xây dựng mô hình, mô hình được xây dựng để học sinh quan sát và thí

nghiệm, qua đó mà bản thân nhận thức của học sinh cũng vận động và biến đổi theo nên khi mô hình hoá giáo viên cần chú ý đến:

+ Phù hợp với mục đích dạy học, trình độ lĩnh hội của học sinh

+ Phù hợp với sự vận động của nội dung môn học

+ Phù hợp với đặc điểm tâm sinh lý của học sinh (đơn giản, mang tính phổ biến- khái quát, dễ quan sát…)

Mô hình với tư cách phản ánh các nguyên lý kỹ thuật chung nhất, các quá trình kỹ thuật và thiết bị kỹ thuật… của các đối tượng kỹ thuật nên khi mô hình hoá cần chú ý đến các tính chất: tương tự, đơn giản, lý tưởng và trực quan

Từ trước đến nay, việc xây dựng mô hình thường do các chuyên gia thực hiện, để nâng cao chất lượng của một bài lên lớp Tuy nhiên giáo viên cũng có thể

đề xuất quy trình xây dựng mô hình trên phần mềm đơn giản, phổ cập Sau đó, từ

mô hình mô phỏng, các giáo viên chủ động tiến hành soạn bài giảng bảo đảm tính toàn diện, khoa học và kịp thời Cần chú ý rằng mô hình đưa ra cho học sinh nghiên cứu (là phương tiện trực tiếp để dạy học) phải đảm bảo phản ánh chính xác nội dung kiến thức, không được sai sót

- Tổ chức hoạt động dạy học: Cần chú ý đến khâu kích thích động viên, tổ

chức hoạt động và kiểm tra đánh giá

+ Dạy theo phương pháp tư duy của các nhà khoa học

+ Dạy qua các thao tác trên mô hình

2.2.6 Nh ững yêu cầu đặt ra khi áp dụng công nghệ mô phỏng trong dạy học

2.2.6.1 Nội dung mô phỏng

Trong chương trình nội dung dạy học nghề điện công nghiệp quá trình mô phỏng trong giảng dạy không nhất thiết phải chọn tất cả nội dung các bài để mô phỏng (nhất là mô phỏng trên máy tính), mà chỉ nên sử dụng cho một số bài Việc xác định nội dung bài học để mô phỏng cần phải được xem xét kỹ cả về yêu cầu cũng như mức độ triển khai để có hiệu quả thiết thực Trong một bài giảng chỉ quan tâm đến

mô phỏng những quá trình đặc trưng như: khi không thể thực nghiệm trên đối tượng thực, hay những quá trình có tính trừu tượng khó hình dung…Ví dụ: Quá trình hoạt

động của một vi mạch, quá trình hình thành từ trường quay, …

2.2.6.2 Phương pháp (kiểu) mô phỏng

Qua việc nghiên cứu lý thuyết về mô phỏng, với mục đích dạy học thực hành việc thay đổi tham số trong chương trình mô phỏng là cần thiết và có thể thực hiện được Việc thay đổi tham số trong mô phỏng sẽ dẫn đến tăng tính thuyết phục cho bài học, tạo niềm tin, triết lý vững vàng cho sinh viên, qua đó cũng gợi mở khả năng phán đoán tình huống và tư duy nghiên cứu của sinh viên Trong khuôn khổ luận văn này sử dụng phương pháp mô phỏng có điều khiển và tác động lên hệ thống nhằm thay đổi tham số để dẫn đến đầu ra của hệ thống có thay đổi khi ta tác động lên đầu vào của hệ thống cụ thể là mô phỏng định lượng (và bao gồm cả định tính)

sử dụng mô hình thực thể (mô hình đồng dạng hình học hay động hình học) Trên

cơ sở các mô hình này, sinh viên được giáo viên hướng dẫn nhận thức, gợi mở tiên đoán, tác động và sáng tạo trên mô hình

2.2.6.3 Thiết bị mô phỏng

Thiết bị mô phỏng trong quá trình dạy học được chọn ở đây cần phải đáp ứng được việc thiết kế và sử dụng mô hình theo đúng ý đồ sư phạm của người giáo viên, góp phần tích cực vào quá trình nhận thức và phát triển năng lực nhận thức của sinh viên Các thiết bị dạy học hiện đại ngày nay có thể đáp ứng được yêu cầu này, trong luận văn này phương tiện dạy học ở đây được chọn là máy tính

Yêu cầu của phần mềm xây dựng chương trình mô phỏng: Phần mềm dùng

thiết kế chương trình mô phỏng phải phát huy tính hiệu quả dạy học của nó và phải

đảm bảo các yêu cầu như tính khoa học; tính hiệu quả; tính sư phạm; tính thẩm mỹ

và tính kinh tế

- Tính khoa học

+ Phải cho kết quả chính xác, nêu rõ bản chất vấn đề

+ Hình ảnh phải rõ nét và chính xác, ngôn từ trình bày rõ ràng dễ hiểu

+ Các thông tin trong chương trình phải phù hợp với nội dung chương trình và các giáo trình đang được sử dụng trong nhà trường Nội dung thiết kế phải phát triển được tính tư duy sáng tạo của sinh viên, đảm bảo tính vừa sức

+ Tạo khả năng giao tiếp dễ dàng giữa người và thiết bị

+ Phần mềm được viết theo chiều hướng phát triển tư duy của sinh viên

- Tính thẩm mỹ

+Màu sắc sử dụng hài hòa, kích thước chữ và hình vẽ phải phải đảm bảo cho sinh viên dễ quan sát, không gian bố trí hình và chữ thích hợp để tạo và duy trì sự hứng thú học tập của sinh viên

- Tính kinh tế

+ Sử dụng được nhiều lần, phạm vi sử dụng rộng, giá thành hạ, sử dụng được trên nhiều loại máy

2.2.7 M ục đích áp dụng công nghệ mô phỏng trong dạy học

2.2.7.1 Nhằm đổi mới phương pháp dạy học

Như đã đề cập ở trên, trong mối quan hệ giữa: mục đích – nội dung – phương pháp có tính quy luật sẽ chi phối sự tiến triển của sự dạy học Vào mỗi thời điểm lịch sử khác nhau, mục đích và nội dung dạy học luôn được thay đổi và nó kéo theo

sự đổi mới về phương pháp dạy học Với thời kỳ khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển như hiện nay, cùng sự đổi mới về mục đích dạy học thì phương pháp dạy học cũng phải thay đổi theo với xu hướng làm tăng khả năng hoạt động nhận thức của người học Phương pháp dạy học cần phải làm cho người học động não và suy nghĩ

có phương pháp, sự tích cực chủ động trong suy nghĩ, độc lập và sáng tạo để từ đó nâng cao chất lượng hoạt động trí tuệ

Đổi mới phương pháp dạy học nghĩa là tìm ra các phương pháp mới, đồng

thời kế thừa và kết hợp với các phương pháp truyền thống Trong khuôn khổ luận văn tác giả muốn 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 phương pháp dạy học để mô phỏng cho quá trình dạy học môn PLC nghề điện công nghiệp

2.2.7.2 Thực hiện nhiệm vụ dạy học

a Phương pháp dạy học mô phỏng với nhiệm vụ phát triển

* PPMP kích thích nhận thức hứng thú của người học

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

Một trong những giải pháp để kích thích hứng thú của người học là người dạy phải biết sử dụng phương pháp dạy học hợp lý, phù hợp với đặc điểm tâm sinh

lý của người học Khi ứng dụng phương pháp mô phỏng trong dạy học, cần làm cho nội dung dạy học trở nên mới, hấp dẫn và làm cho người học ý thức được ý nghĩa

và giá trị của nội dung bài học Với sự kết hợp một cách khoa học và logic giữa hình ảnh, màu sắc, âm thanh minh họa những khái niệm kỹ thuật trừu tượng kết hợp với lời giảng của người dạy gây sự hấp dẫn cho người học

Đánh giá mức độ hứng thú nhận thức của người học thông qua:

- Sự tập trung chú ý cao của người học trong quá trình học

- Hăng hái phát biểu ý kiến xây dựng bài

* PPMP phát triển tư duy kỹ thuật

Sản phẩm của giáo dục ngày nay phải là những con người có trí tuệ Đó là khả năng thích nghi với sự biến đổi liên tục của cuộc sống, khả năng tự hoàn thiện kiến thức sau khi ra trường, như vậy việc trang bị công cụ nhận thức (phương pháp

tư duy) cho người học là điều cần thiết

- Phương pháp tư duy là những con đường, cách thức mà chủ thể dùng để phản ánh những thuộc tính và mối quan hệ có tính quy luật của đối tượng nhận thức Nhiệm vụ đặt ra cho người dạy học kỹ thuật là phải tìm ra các phương pháp dạy học nhằm phát triển tư duy kỹ thuật cho người học

- Tư duy kỹ thuật: “ Tư duy kỹ thuật là sự phản ánh khái quát các nguyên lý

kỹ thuật, các quá trình kỹ thuật, các thiết bị kỹ thuật bằng ngôn ngữ kỹ thuật (lời nói hoặc dưới dạng sơ đồ, kết cấu mô hình và kết cấu kỹ thuật)” nhằm giải quyết các nhiệm vụ đặt ra trong thực tế

Tư duy kỹ thuật được hình thành và phát triển qua việc giải quyết các nhiệm

vụ kỹ thuật, nghĩa là ứng dụng các quy luật của khoa học vào việc giải quyết các nhiệm vụ thực tiễn cho con người, tính khả thi và tính hiệu quả được coi trọng trong quá trình tư duy

Các biện pháp phát triển tư duy kỹ thuật cho người học:

- Hình thành vững chắc cho người học các khái niệm kỹ thuật

- Sử dụng khoa học các phương tiện trực quan, đặc biệt các phương tiện dạy học hiện đại

- Phát huy tính tích cực, chủ động học tập, thường xuyên chú ý rèn luyện cho người học các thao tác tư duy kỹ thuật: phân tích – tổng hợp, so sánh, trừu tượng hóa, khái quát hóa….Khi dạy học các môn kỹ thuật bằng phương pháp mô phỏng, người dạy cố gắng chỉ ra cho người học biết con đường tư duy của các nhà khoa học

để mô hình hóa và thực nghiệm trên nó

- Sử dụng các phương pháp nghiên cứu khoa học trong dạy học để bồi dưỡng nhận thức cho người học

- Cấu trúc bài dạy phù hợp với logic nội dung kỹ thuật và logic của quá trình nhận thức

b Phương pháp dạy học mô phỏng với nhiệm vụ giáo dục

- Học tập bằng phương pháp mô phỏng, người học được rèn luyện tính độc

lập, tự chủ, kiên trì, cần cù và chăm chỉ

- Dạy học bằng phương pháp mô phỏng sẽ làm cho hứng thú của người học trở

nên bền vững, biến hứng thú thành nhu cầu của bản thân, hình thành động cơ học tập 2.2.7.3 Nâng cao chất lượng dạy học

Chất lượng là một thuật ngữ đa nghĩa, đa chiều Một cách chung nhất có thể hiểu chất lượng là cái tạo nên phẩm chất, giá trị của một sự vật, sự việc hay

một con người; nó là những tính chất cơ bản nhất của sự vật giúp phân biệt nó

với các sự vật khác

Chất lượng dạy học thể hiện qua năng lực người học sau khi hoàn thành chương trình môn học Cụ thể: khối lượng nội dung và trình độ kiến thức, kỹ năng thực hành, năng lực nhận thức và năng lực tư duy, phẩm chất nhân văn của người học Tùy theo cách xác định, đánh giá mà chất lượng dạy học có thể được phát biểu khác nhau:

- Theo cách đánh giá trong, chất lượng dạy học là mức độ đạt được của người học

so với mục tiêu đề ra

- Theo cách đánh giá ngoài, chất lượng dạy học là mức độ đáp ứng nhu cầu của cơ

sở sử dụng

Như vậy dù cách đánh giá nào cũng cần phải xây dựng được những tiêu chí, chỉ số cụ thể cho việc đánh giá chất lượng dạy học Chẳng hạn, theo cách đánh giá trong, các tiêu chí đó có thể là: khối lượng và chất lượng kiến thức – kỹ năng mà người học chiếm lĩnh, là khả năng hoạt động trí tuệ và phẩm chất nhân văn của người học có được nhờ quá trình đào tạo

2.2.8 Tình hình nghiên c ứu và áp dụng mô phỏng trong dạy học

Điểm nổi bật của công nghệ mô phỏng đó là xu hướng phát triển và cách thức sử dụng Công nghệ mô phỏng được sử dụng trong giáo dục đại học đặc biệt đang được tích hợp vào trong chương trình đào tạo y tế Mặt khác với việc mô phỏng thực tế ảo cũng được đánh giá là một công cụ học tập hiệu quả, mô phỏng

không chỉ giúp mọi người phát triển năng lực mà còn giúp các tổ chức, giảng viên

và sinh viên trong việc đánh giá và phát triển năng lực [12]

Trong thực tế đã có nhiều sản phẩm đuợc gọi mô phỏng số do các cá nhân, các tổ chức xây dựng từ nghiệp dư đến chuyên nghiệp Một vài trong số đó là: + Các phần mềm hỗ trợ thiết kế mạch điện tử bao gồm Workbench, Proteus, Circuit Maker… Đây là các phần mềm hỗ trợ người sử dụng trong thiết kế các mạch điện tử Phần mềm cung cấp đầy đủ các linh kiện, môi trường lắp ráp, các dụng cụ đo… Mạch điện được thiết kế trong môi trường đó cũng “hoạt động” phù hợp với mạch điện thực giống nó Có thể coi nó là mạch điện ảo, thí nghiệm ảo, thực hành ảo + Các phần mềm hỗ trợ thiết kế các chi tiết, các hệ thống cơ khí như Inventer, SoildWork… Với các phần mềm này, người sử dụng chỉ cần thiết kế, lựa chọn các chi tiết, xác định kiểu ghép nối, liên kết cho chúng, việc còn lại như hệ thống ấy sẽ hoạt động ra sao, ghép nối như vậy có truyền động được không… hoàn toàn do chương trình tính toán và cho ra kết quả phù hợp với thực tế Đây cũng được coi là những hệ thống, chi tiết, mối ghép ảo

+ Trên Internet, một số trang web đã giới thiệu các bài thí nghiệm, thực hành ảo

do đó bất cứ ai truy cập vào các trang web site đó đều thao tác được với các bài đã được chuẩn bị sẵn Đó là các chương trình mô phỏng được viết bằng ngôn ngữ lập trình Java và tồn tại trên trang web dưới dạng những Java Applet Cụ thể là:

- Phòng thí nghiệm vật lý ảo của tác giả Fu – Kwun Hwang, tại địa chỉ http://didaktik.physik.uni–wuerzburg.de/∼pkrahmer/ntnujava/ bao gồm nhiều thí nghiệm khác nhau như: Mạch cắt tín hiệu (Clipping circuit), gương và ảnh (Mirror and Image), thao tác với gương (Play with Mirror), phản xạ với hai gương (Multiple reflection with mirror)

Với các bài thí nghiệm ảo trên, người học có thể thao tác với các đối tượng trong chương trình để hiểu biết sâu sắc hơn về gương phẳng, hệ thống gương phẳng, nguyên tắc làm việc của mạch cắt tín hiệu…

- Một phòng thí nghiệm ảo (Virtual Laboratory) đặt tại địa chỉ http: //physics.allym.ac.kr/edcation/oregon/vlab/ được xây dựng với mục tiêu cung cấp

cho sinh viên các tài liệu tương tác bằng ngôn ngữ lập trình Java Một loạt các thí nghiệm được xây dựng để minh họa cho ứng dụng của hình thức dạy học này Trong đó các thí nghiệm ảo đề cập tới những khái niệm chung, các phương trình vật lý

và thể hiện sự tương tác với dữ liệu mà nó mô phỏng thí nghiệm vật lý thực Trong lĩnh vực kỹ thuật điện tử, thí nghiệm thiết kế mạch điện logic cũng được xây dựng loại này tại địa chỉ http://www.jhu.edu/virlab/logic.htm/

Trong lĩnh vực hóa học, khi truy cập vào website http://www.chem.ox.ac.uk/vrchemistry/default.htm/ người học đều có thể thao tác với các thí nghiệm hóa học ở các cấp độ khác nhau

Những ví dụ về các bài mô phỏng, thực hành ảo đề cập tại nhiều địa chỉ trên cho phép khẳng định vai trò quan trọng của nó trong dạy học nói chung, trong dạy

và học qua mạng nói riêng Tuy nhiên qua nghiên cứu và tìm hiểu cho thấy, một cơ

sở lý luận cho việc xây dựng và sử dụng các thí nghiệm thực hành đó chưa được đề cập tại những địa chỉ trên Bên cạnh đó còn rất ít các nội dung mô phỏng đề cập gần với lĩnh vực kỹ thuật và thực hành

2.2.8.2 Tại Việt Nam

Trong những năm qua với sự hội nhập và phát triển toàn diện của nước ta, nghiên cứu và áp dụng các ứng dụng công nghệ thông tin ngày càng phổ biến và có hiệu quả cao Công trình “ phòng thí nghiệm vật lý đại cương ảo” do bộ môn vật lý- tin học thuộc Viện vật lý kỹ thuật – Đại học bách khoa Hà Nội xây dựng Nội dung của phần mềm này bao gồm hệ thống các bài thí nghiệm vật lý ảo như: Xác định hệ

số nhớt của chất lỏng, quan sát sự chuyển pha của chất rắn, thí nghiệm khảo sát cặp nhiệt điện, thí nghiệm thuyết minh con quay Cardant, thí nghiệm chứng minh ảo về

mô hình nguyên tử Bor….Với một thiết kế hoàn chỉnh, quá trình xử lý khoa học và trung thực hình ảnh của dụng cụ, trang thiết bị…thao tác trong thí nghiệm được mô phỏng khá giống thật, đã tạo nên một môi trường thí nghiệm giống như thật thể hiện trên màn hình máy tính

Công trình thí nghiệm ảo và các thí nghiệm hóa học do PGS.TS Nguyễn Đức Chuy khoa Hóa học, trường ĐHSP Hà Nội và các cộng sự xây dựng Để có được

phần mềm này, ban đầu tác giả sử dụng camera ghi hình các thí nghiệm hóa học thực (được thể hiện theo kịch bản và biểu diễn bởi các chuyên gia thí nghiệm) và chuyển đổi tín hiệu video thành các file movie chạy được trên máy tính Sau đó xây dựng phần mềm nhằm thao tác thuận lợi với các file movie trên Một số thí nghiệm hóa học trong đĩa CD có thể kể tới như: Cấu tạo nguyên tử, hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học Tuy nhiên cũng như trường hợp trên một cơ sở đầy đủ về lý luận

và thực tiễn cho thí nghiệm ảo đã không được nhóm tác giả đề cập Với công nghệ xây dựng như vậy, tác giả dùng thuật ngữ thí nghiệm ảo đã phù hợp chưa và dựa trên tiêu chí nào là điều cần nghiên cứu thêm

Công trình “nghiên cứu khoa học và phát triển Công nghệ thông tin và truyền thông”, đề tài khoa học cấp nhà nước KC – 01 – 14 do PGS.TS Vũ Trọng Rỹ và các cộng sự tại Viện chiến lược và chương trình giáo dục kết hợp với các chuyên gia tin học của Viện Công nghệ thông tin thuộc trường ĐHQG Hà Nội hợp tác xây dựng thành công phần mềm gồm 20 thí nghiệm ảo phục vụ cho dạy học các môn vật lý 8,9; Hóa học 9; sinh học 8,9 các bài thí nghiệm được thể hiện bởi nhiều cảnh khác nhau được chuẩn bị trước mô tả những trạng thái khác nhau của đối tượng và có thể chuyển từ cảnh này sang cảnh khác một cách tuần tự Định nghĩa về thí nghiệm ảo, các tác giả cho rằng “thí nghiệm ảo là một loại sản phẩm đa phương tiện (Multimedia), một loại phần mềm dạy học mô phỏng thí nghiệm về hiện tượng, quá trình vật lý, hóa học, sinh học… nào đó xảy ra trong tự nhiên hoặc trong phòng thí nghiệm, được tạo ra bởi sự tích hợp các dữ liệu dạng số trên máy tính, có khả năng tương tác với người dùng và có giao diện thân thiện với người dùng” Ngoài ra còn một số công trình nghiên cứu khá chi tiết về phạm trù này [7]

Tuy nhiên các công trình trên đều tập trung đi sâu vào lĩnh vực thí nghiệm, thực

hành ảo của bậc trung học phổ thông mà chưa đề cập đến việc dạy học thực hành của hệ đào tạo cao hơn Từ những vấn đề còn tồn tại trên, luận văn này được thực hiện với mục tiêu khái quát hóa về mặt cơ sở lý luận và thực tiễn của việc xây dựng

và sử dụng mô phỏng trong dạy học nói chung, trong dạy học thực hành hệ đào tạo CĐN, trên cơ sở đó, xây dựng thử nghiệm một số bài mô phỏng số điển hình

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

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

2.2.9.1.Tính ưu việt

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

cho phù hợp với thực tế giảng dạy

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

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

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

của công nghệ thông tin, có khả năng thay đổi và cập nhật nội dung dễ dàng, giao tiếp trực tiếp với mạng internet, một kho tàng kiến thức điện tử khổng lồ luôn cập nhật và phát triển

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

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

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

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

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

thể lưu giữ trên máy tính , đĩa CD, Flash disk…,với sự phát triển như hiện nay của mạng toàn cầu internet thì việc lưu giữ có thể thực hiện trên máy chủ, có thể chuyển các tài liệu minh họa sang dạng siêu văn bản (hypertext), nhưng trong các tranh web

để người dùng truy cập thông qua các địa chỉ website trên mạng phục vụ cho việc

tự học, đào tạo từ xa…

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

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

đa phương tiện

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

2.3 THỰC TRẠNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀO DẠY HỌC TẠI MỘT SỐ TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ TRONG ĐỊA BÀN HÀ NỘI

2.3.1 Đặc điểm của học sinh học nghề

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

đỗ vào các trường đại học, cao đẳng, không có khả năng học tập lên cao Trình độ đầu vào của học sinh học nghề thấp Đa phần các ngành nghề trình độ đầu vào chỉ cần hết trung học cơ sở là có thể được học trung cấp nghề, với trình độ cao đẳng nghề có trình độ trung học phổ thông hoặc trung học bổ túc