Ứng dụng phương pháp mô hình mô phỏng trong đào tạo chuyên ngành kỹ thuật điện

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - TRẦN THỊ LƯƠNG ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH MƠ PHỎNG TRONG ĐÀO TẠO CHUN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC CHUYÊN NGÀNH LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS TRẦN QUANG KHÁNH Hà Nội 2012 LỜI CẢM ƠN Với tình cảm chân thành, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Trần Quang Khánh – người tận tâm nhiệt tình bảo, hướng dẫn, giúp đỡ tơi suốt thời gian nghiên cứu hoàn thành luận văn thạc sĩ Tôi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, Viện Sư phạm kỹ thuật, Viện đào tạo Sau đại học trường Đại học Bách khoa Hà Nội quan tâm tạo điều kiện cho tơi hồn thành khóa học Tơi xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, thầy, cô công tác trường Đại học Kinh tế Kỹ thuật Hải Dương giúp đỡ tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành khóa học Xin gửi lời tri ân đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp người thân u ln động viên, khích lệ, giúp đỡ tơi thời gian học tập nghiên cứu Mặc dù cố gắng, song điều kiện thời gian hạn chế trình độ thân nên luận văn tránh khỏi thiếu sót khiếm khuyết Tơi mong nhận góp ý, bảo hội đồng chấm luận văn, thầy cô, bạn đồng nghiệp để luận văn hoàn thiện Hà Nội, tháng 09 năm 2012 Học viên Trần Thị Lương LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan tơi viết luận văn tìm hiểu nghiên cứu thân Mọi kết nghiên cứu ý tưởng tác giả khác có trích dẫn nguồn gốc cụ thể Luận văn chưa bảo vệ hội đồng bảo vệ luận văn Thạc sỹ chưa công bố phương tiện thông tin Tôi xin hồn tồn chịu trách nhiệm mà tơi cam đoan Hà Nội, ngày20 tháng 09 năm 2012 Tác giả luận văn Trần Thị Lương MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục chữ viết tắt Mở đầu CHƯƠNG CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY 11 DỰNG VÀ ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP MƠ HÌNH MƠ PHỎNG TRONG ĐÀO TẠO CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN 1.1 Tổng quan phương pháp mơ hình mơ 11 1.1.1 Mơ hình 11 1.1.1.1 Khái niệm 11 1.1.1.2 Phân loại 11 1.1.1.3 Tính chất 15 1.1.2 Mơ phương pháp dạy học mô 16 1.1.2.1 Mô 16 1.1.2.2 Phương pháp dạy học mô 18 1.1.2.3 Cấu trúc phương pháp mô NCKH 20 1.1.3 Phương tiện dạy học mơ hình mơ 22 1.1.4 Phương pháp mơ với trợ giúp máy tính 26 1.1.5 Tình hình nghiên cứu áp dụng mơ hình mơ dạy học 29 1.1.5.1 Trên giới 29 1.1.5.2 Tại Việt Nam 32 1.2 Cơ sở lý luận việc nghiên cứu, xây dựng ứng dụng phương 36 pháp mơ hình mơ đào tạo chuyên nghành kỹ thuật điện 1.2.1 Đặc điểm nội dung tri thức ngành điện 36 1.2.2 Những bất cập phương pháp truyền thống giảng dạy 43 chuyên ngành kỹ thuật điện 1.2.3 Tác dụng phương pháp mơ hình mơ giảng dạy 44 chun ngành kỹ thuật điện 1.2.4 Áp dụng phương pháp mô hình mơ dạy học ngành kỹ 47 thuật điện 1.2.4.1 Cơ sở lý luận 47 1.2.4.2 Quy trình áp dụng 48 1.3 Cơ sở thực tiễn việc nghiên cứu, xây dựng ứng dụng 51 phương pháp mơ hình mơ đào tạo chun nghành kỹ thuật điện 1.3.1 Yêu cầu việc đổi phương pháp đào tạo kỹ thuật 50 1.3.2 Hiệu ứng dụng công nghệ thông tin đào tạo kỹ thuật 56 1.3.3 Khả áp dụng mơ hình mơ đào tạo ngành kỹ thuật 58 điện 1.4 Kết luận chương 60 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG SIMULINK 63 TRONG ĐÀO TẠO CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN 2.1 Tổng quan số phần mềm mô 63 2.2 Khái quát Simulink 65 2.2.1 Khởi động Simulink 66 2.2.2 Tạo soạn thảo lưu đồ tín hiệu 67 2.2.3 Tạo hệ thống 69 2.2.4 Khởi động ngừng mô 69 2.3 Các khối chức thư viện Simulink 70 2.3.1 Thư viện Sources 71 2.3.2 Thư viện Sinks 73 2.3.3 Thư viện Ports - Subsystems 74 2.3.4 Thư viện Signals - Routing 75 2.3.5 Thư viện Electrical Sources 77 2.3.6 Thư viện Measurements 78 2.3.7 Thư viện Elements 80 2.3.8 Thư viện Power Electronics 82 2.4 Quy trình xây dựng mơ hình mơ Simulink 84 2.5 Kết luận chương 84 CHƯƠNG XÂY DỰNG MỘT SỐ BÀI MƠ HÌNH MƠ PHỎNG TRONG 86 CHƯƠNG TRÌNH DẠY HỌC CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN 3.1 Xây dựng số mơ hình mơ 86 Bài Mơ hình mơ mạch chỉnh lưu cầu bap dùng Thyristor 86 Bài Mơ hình mơ biến tần ba pha 90 3.2 Đánh giá hiệu 97 3.2.1 Dễ dùng, trực quan sinh động 97 3.2.2 Tính kinh tế 98 3.2.3 Tính khả thi 99 3.3 Kết luận chương 99 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 101 TÀI LIỆU THAM KHẢO 104 PHỤ LỤC 107 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Nội dung viết tắt Nghĩa đầy đủ CNH – HĐH Cơng nghiệp hóa, đại hóa CNTT Công nghệ thông tin GD – ĐT Giáo dục – Đào tạo KHKT Khoa học kỹ thuật MTV Máy vi tính MH/MĐ Mơn học, mơ đun NCKH Nghiên cứu khoa học PPDH Phương pháp dạy học PPGD Phương pháp giảng dạy PMMP Phần mềm mô PTDH Phương tiện dạy học PTKTDH Phương tiện kỹ thuật dạy học TBDH Thiết bị dạy học TN, TH Thí nghiệm, thực hành MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Trong chiến lược phát triển đất nước, Đảng Nhà nước ta quan tâm đầu tư cho giáo dục, coi giáo dục quốc sách Nghị Đại hội Đảng toàn quốc lần thứ X xác định, việc đầu tư cho giáo dục có nghĩa đầu tư cho phát triển bền vững, đầu tư cho nguồn nhân lực có chất lượng cao nhằm đưa nước ta thành nước cơng nghiệp vào năm 2020 Vì công tác đào tạo, bồi dưỡng để nâng cao chất lượng đội ngũ cán bộ, đội ngũ trí thức giữ vị trí quan trọng Đây yếu tố then chốt, mang tính định đưa đất nước lên Như cha ơng ta nói: “Hiền tài nguyên khí quốc gia, nguyên khí thịnh nước mạnh, ngun khí yếu nước suy’’ Thực trạng chung giáo dục Việt Nam bên cạnh thành tựu đạt nhiều điều bất cập, tồn lớn tập trung vào chất lượng đào tạo chưa cao Phương pháp dạy học yếu tố quan trọng ảnh hưởng lớn đến chất lượng đào tạo Một PPDH khoa học, phù hợp tạo điều kiện để giáo viên người học phát huy hết khả việc truyền đạt, lĩnh hội kiến thức, phát triển tư duy, tạo hứng thú, say mê sáng tạo người học PPDH cũ, lạc hậu dẫn đến “sự thụ động” người học việc tiếp cận tri thức Sự thụ động nguyên nhân tạo cho người học trì trệ, ngại đọc tài liệu, ngại tranh luận, thiếu khả thuyết trình, lười tư thiếu tính sáng tạo tư khoa học Người học quan niệm cần học giáo viên giảng lớp đủ họ chấp nhận tất giáo viên trình bày Dẫn đến giao tiếp trao đổi thông tin lớp học mang tính chiều chất lượng đào tạo không nâng cao Hiện nay, với phát triển vũ bão khoa học công nghệ Việc ứng dụng thành tựu CNTT để đổi PPDH nhằm mục đích nâng cao chất lượng đào tạo cấp học Việt Nam việc làm cần thiết CNTT mở triển vọng to lớn việc đổi phương pháp hình thức dạy học Những phương pháp dạy học theo cách tiếp cận kiến tạo, phương pháp dạy học theo dự án, dạy học phát giải vấn đề có nhiều điều kiện để ứng dụng rộng rãi Nếu trước nhấn mạnh tới phương pháp dạy cho người học nhớ lâu, dễ hiểu, phải đặt trọng tâm hình thành phát triển cho người học phương pháp học chủ động Nếu trước thường quan tâm nhiều đến khả ghi nhớ kiến thức thực hành kỹ vận dụng, trọng đặc biệt đến phát triển lực sáng tạo người học Như vậy, việc chuyển từ “lấy giáo viên làm trung tâm” sang “lấy học sinh làm trung tâm” trở nên dễ dàng Nhờ phát triển CNTT mà lĩnh vực công nghệ phần mềm phát triển mạnh mẽ Các phần mềm giáo dục xây dựng phong phú đa dạng Mỗi giáo viên tự trang bị cho nhiều cơng cụ phần mềm dạy học để hỗ trợ cho trình dạy học Nhờ sử dụng phần mềm dạy học mà học sinh trung bình, trung bình yếu hoạt động tốt mơi trường học tập Việc thiết kế giáo án giảng dạy máy tính điện tử trở nên sinh động hơn, tiết kiệm nhiều thời gian so với cách dạy theo phương pháp truyền thống Chỉ cần “bấm chuột”, vài giây sau hình nội dung giảng với hình ảnh, âm sống động, thu hút ý học sinh Thông qua giáo án điện tử, giáo viên có nhiều thời gian đặt câu hỏi gợi mở tạo điều kiện cho học sinh hoạt động nhiều học Như vậy, việc ứng dụng CNTT dạy học góp phần nâng cao bước chất lượng học tập cho học sinh, tạo môi trường giáo dục mang tính tương tác cao, khơng đơn “thầy đọc, trò chép” kiểu truyền thống Học sinh khuyến khích tạo điều kiện để chủ động tìm kiếm tri thức, xếp hợp lý trình tự học tập, tự rèn luyện thân Trong đào tạo ngành điện, nội dung kiến thức mang tính trừu tượng, cụ thể, thực tiễn, phong phú, đa dạng, phức tạp, khoa học, công nghệ, đại tự động hoá cao Để giúp người học hiểu sâu sắc chất phức tạp nguyên lý kỹ thuật, nhiều phần mềm mô phục vụ giảng dạy xây dựng như: Matlab/ Simulink, Flash, Cade-Simu, Pesim, Orcad, Protel, Proteus, Tina v.v Kết hợp phần mềm mô với phương tiện dạy học đại, người giáo viên xây dựng bài, chương trình mơ sống động, thật để trình chiếu giảng dạy, nhằm trực quan hoá giảng, tác động lên giác quan sinh viên để phát triển tư duy, thúc đẩy động học tập, tạo tập trung, hứng thú, yêu thích ngành nghề chọn học Qua góp phần đổi PPDH theo hướng đại hố Ngồi ra, thiết bị thực hành, thực tập ngành điện thường phức tạp, đắt tiền, nguy hiểm thay đổi theo cơng nghệ Do vậy, giáo viên nghiên cứu phần mềm mô để xây dựng thực hành, phịng thực hành - thí nghiệm ảo để phục vụ yêu cầu thực hành ngành học, nhằm giảm bớt kinh phí đầu tư sở vật chất mà đảm bảo nội dung học tập sinh viên Xuất phát từ vấn đề trên, tác giả mạnh dạn nghiên cứu đề tài: “ Ứng dụng phương pháp mơ hình mơ đào tạo chun ngành kỹ thuật điện”, nhằm góp phần nâng cao chất lượng đào tạo ngành Điện Trường Đại học Kinh tế Kỹ thuật Hải Dương nơi mà tác giả công tác Mục đích nghiên cứu Đề tài nghiên cứu sử dụng phần mềm Simulink Matlab để xây dựng số mơ hình mơ hỗ trợ trình đào tạo chuyên ngành kỹ thuật điện Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu đề tài mơ hình mơ Phạm vi nghiên cứu đề tài: Đề tài nghiên cứu mơ hình mơ đào tạo chun ngành kỹ thuật điện, sở xây dựng sử dụng số mơ hình mơ hỗ trợ trình đào tạo chuyên ngành kỹ thuật điện Giả thuyết khoa học Xây dựng xử dụng mơ hình mơ đào tạo chun ngành kỹ thuật điện góp phần phát triển tư duy, phát huy tính tích cực, sáng tạo học tập, tạo tập trung, hứng thú nhận thức, u thích mơn học học sinh Qua góp phần nâng cao chất lượng đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật cho xã hội Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu sở lý luận thực tiễn việc xây dựng ứng dụng phương pháp mơ hình mơ đào tạo chuyên ngành kỹ thuật điện ... xây dựng ứng dụng 51 phương pháp mơ hình mơ đào tạo chun nghành kỹ thuật điện 1.3.1 Yêu cầu việc đổi phương pháp đào tạo kỹ thuật 50 1.3.2 Hiệu ứng dụng công nghệ thông tin đào tạo kỹ thuật 56... mơ hình mơ đào tạo chun ngành kỹ thuật điện, sở xây dựng sử dụng số mơ hình mơ hỗ trợ trình đào tạo chuyên ngành kỹ thuật điện Giả thuyết khoa học Xây dựng xử dụng mơ hình mơ đào tạo chun ngành. .. áp dụng mơ hình mơ đào tạo ngành kỹ thuật 58 điện 1.4 Kết luận chương 60 CHƯƠNG NGHIÊN CỨU PHẦN MỀM MÔ PHỎNG SIMULINK 63 TRONG ĐÀO TẠO CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT ĐIỆN 2.1 Tổng quan số phần mềm mô