ứng dụng thí nghiệm - thực hành ảo trong dạy thực hành kỹ thuật số

Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội LỜI NÓI ĐẦU *** Trong thời đại phát triển khoa học, công nghệ thông tin và truyền thông (ICT), con người và tất cả những gì xung quanh cuộc sống của con người đều có sự thay đổi dưới tác động của sức mạnh công nghệ. Trong đó, giáo dục cũng là một trong số các lĩnh vực ứng dụng hiệu quả công nghệ thông tin và các thành tựu khoa học – kỹ thuật. Việc ứng dụng thành công các thiết bị kỹ thuật số: máy tính, máy chiếu, phần mềm… đã mang đến cho giáo dục những điều kiện phát triển thuận lợi. Trong dạy học, dựa trên xu hướng sử dụng môi trường thực tại ảo (VR), các nhà giáo dục đã nghiên cứu xây dựng và sử dụng thành công công nghệ này trong quá trình dạy và học. Trong nội dung đồ án, em không đi sâu vào nghiên cứu thực tại ảo và công nghệ thực tại ảo mà chỉ tìm hiểu một hình thức thể hiện là thí nghiệm – thực hành ảo và ứng dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy học thực hành Kỹ thuật số. Việc tìm hiểu nội dung này không chỉ giúp em có được những hiểu biết xung quang vấn đề thí nghiệm – thực hành ảo, mà còn có thể thu được những kiến thức bổ ích trong công việc sau này. Kết thúc thời gian làm đồ án, em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Ngọc Sơn ( Bộ môn Công nghệ dạy học – Khoa Sư phạm kỹ thuật – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội ) – đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Sự chỉ bảo và định hướng của thầy là nền tảng vững chắc giúp em có thể hoàn thành đề tài một cách tốt nhất. Một lần nữa, em xin cảm ơn và kính chúc thầy sức khỏe, niềm vui và thành đạt! Cảm ơn các thầy cô khoa Sư phạm kỹ thuật và các bạn bè đã tạo điều kiện, động viên và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Nông Thị Hiền – SPKT Điện Tử K50 Thí nghiệm – Thực hành ảo 1 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội MỤC LỤC *** Lời nói đầu………………………………………………………………… 1 Mục lục………………………………………………………………………2 Danh sách hình vẽ……………………………………………………… 4 Danh sách bảng biểu…………………………………………………… 6 Danh sách các từ viết tắt…………………………………………………… 7 MỞ ĐẦU…………………………………………………………………….8 CHƯƠNG I – CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM - THỰC HÀNH ẢO TRONG DẠY THỰC HÀNH… …13 1.1. Tình hình ứng dụng CNTT và truyền thông hiện nay………… 13 1.1.1. Trong du lịch - giải trí……… ……… … ………………13 1.1.2. Trong giáo dục………………………… …… ……… …25 1.1.3. Trong lĩnh vực khoa học–kỹ thuật và một số lĩnh vực khác 34 1.2. Cơ sở lý luận về ứng dụng TN – TH ảo trong dạy học thực hành……………………………………………… 42 1.2.1. Một số khái niệm……………………………………… …42 1.2.2. Sử dụng Game trong dạy học………………………… ….61 CHƯƠNG II - CƠ SỞ THỰC TIỄN VIỆC ỨNG DỤNG THÍ NGHIỆM –THỰC HÀNH ẢO TRONG DẠY THỰC HÀNH…… 68 2.1. Thực trạng dạy học thực hành nói chung……………………… 68 2.1.1. Nội dung – Phương pháp dạy học thực hành…… ……… 68 2.1.2. Trình độ giáo viên dạy thực hành……….………………… 72 2.1.3. Phương tiện – Cơ sở vật chất dạy học thực hành……………73 2.1.4. Khả năng phát huy tính tích cực sáng tạo của người học… 78 2.2. Những đòi hỏi hiện nay trong dạy thực hành……………………80 2.2.1. Đòi hỏi về phương pháp dạy học thực hành………….…… 80 Nông Thị Hiền – SPKT Điện Tử K50 Thí nghiệm – Thực hành ảo 2 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội 2.2.2. Đòi hỏi về đổi mới nội dung–phương tiện dạy học thực hành…………………………………………………………………81 2.2.3. Nâng cao trình độ đội ngũ giáo viên và cơ sở vật chất dạy học thực hành……………………………………………………….83 2.3. Khả năng ứng dụng TN – TH ảo trong dạy học thực hành…… 84 2.3.1. Ưu điểm của TN – TH ảo so với TH – TH thực…………… 84 2.3.2 Hiệu quả ứng dụng công nghệ thông tin…………….……… 87 CHƯƠNG III – ỨNG DỤNG TN – TH ẢO TRONG DẠY THỰC HÀNH KỸ THUẬT SỐ……………………………………………94 3.1. Ứng dụng TN – TH ảo trong dạy học thực hành………………….94 3.1.1. Nguyên tắc sử dụng TN – TH ảo trong dạy thực hành… … 95 3.1.2. Quy trình sử dụng TN – TH ảo trong dạy thực hành…………98 3.2. Ứng dụng TN – TH ảo trong dạy thực hành Kỹ thuật số……….103 3.2.1. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của Kỹ thuật số……….… 103 3.2.2. Giới thiệu một số phần mềm để xây dựng và sử dụng TN – TH ảo………………………………………………………………… 109 3.2.3. Ứng dụng xây dựng một bài dạy thực hành cụ thể môn Kỹ thuật số - có sử dụng TN – TH ảo……………………… 115 KẾT LUẬN……………………………………………………………….122 TÀI LIỆU THAM KHẢO……………………………………………… 123 Nông Thị Hiền – SPKT Điện Tử K50 Thí nghiệm – Thực hành ảo 3 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH SÁCH HÌNH VẼ *** Hình 1.1. Giao diện làm việc của YouTube……………………………… 15 Hình 1.2. Thẻ nhớ SlotMusic và máy nghe nhạc Sansa slotMusic……… 16 Hình 1.3. Apple iPod Touch (16GB)………………………………………17 Hình 1.4. Giao diện khới động của trò chơi……………………………… 19 Hình 1.5. Không gian phòng nhảy Audition……………………………….20 Hình 1.6. Một cảnh trong Chuyện hai chiếc bình………………………….21 Hình 1.7. Toàn cảnh thánh đường Aya Sofya…… ………………………23 Hình 1.8. Thánh đường Hagia Sofia nhìn từ bên ngoài……………… …24 Hình 1.9. Nhà hát Odeon of Pericles………………………………………25 Hình 1.10. Giao diện phần mềm giúp học tốt vật lý Physics Simulations…30 Hình 1.11. Phần mềm thiết kế thí nghiệm vật lý ảo lớp 12……………… 31 Hình 1.12. Giao diện làm việc của Crocodile Chemistry………………… 32 Hình 1.13. Mô phỏng kiểm tra độ an toàn của người trong xe…………….37 Hình 1.14. Màn hình mô phỏng lái máy bay……………………………….38 Hình 1.15. Giao diện thi lý thuyết lái xe ô tô, mô tô 2 bánh……………….40 Hình 1.16. Mô phỏng lái xe ô tô………………………………………… 41 Hình 1.17. Trò chơi toán học Flash……………………………………… 62 Hình 1.18. Trò chơi toán học Monkey Math……………………………….63 Hình 1.19. Học tiếng Anh bằng máy chơi game NintendoDS…………… 64 Hình 2.1. Giờ học thực hành nghề sửa ô tô……………………………… 70 Hình 2.2. Giờ học thực hành nghề điện tử……………………………… 70 Hình 2.3. Giờ thực hành chuyên ngành cơ khí…………………………….76 Hình 2.4. Bãi tập thực hành ngoài trời…………………………………….76 Hình 3.1. Sơ đồ thể hiện quy trình sử dụng Thí nghiệm – thực hành ảo 99 Nông Thị Hiền – SPKT Điện Tử K50 Thí nghiệm – Thực hành ảo 4 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội Hình 3.2. Một học sinh đang tương tác với một tấm bảng kỹ thuật số… 106 Hình 3.3. Library of Congress - Thư viện lớn nhất thế giới…………… 107 Hình 3.4. Hệ thống rạp hát gia đình của Samsung……………………….109 Hình 3.5. Màn hình chính của phần mềm Crocodile Physics 6.05………110 Hình 3.6. Thí nghiệm hóa học với Crocodile chemistry……… ……….111 Hình 3.7. Hình ảnh phần mềm The Digital Frog……………………… 113 Hình 3.8. Kết quả hiển thị mô phỏng mạch chạy chữ SPKT ĐT…………121 Nông Thị Hiền – SPKT Điện Tử K50 Thí nghiệm – Thực hành ảo 5 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH SÁCH BẢNG BIỂU *** Bảng 1.1. Một số phần mềm/trò chơi ứng dụng trong dạy học…………….66 Bảng 2.1. Bảng số liệu thiết bị đã cấp cho các trường thực hành THCS….75 từ tháng 4/2005 đến tháng 12/2008 Bảng 3.1.Một số phần mềm TN - TH ảo hỗ trợ cho dạy học…………… 114 Nông Thị Hiền – SPKT Điện Tử K50 Thí nghiệm – Thực hành ảo 6 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT *** Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ICT Information and communication technology Công nghệ thông tin và truyền thông IT Information technology Công nghệ thông tin VR Virtual Reality Thực tại ảo CBT Computer Base Training Dạy học dựa vào máy tính CAD Computer – Aided Design Phần mềm thiết kế với sự trợ giúp của máy tính VLab Virtual Laboratory Phòng thực hành ảo TN – TH Thí nghiệm – thực hành CNTT Công nghệ thông tin Nông Thị Hiền – SPKT Điện Tử K50 Thí nghiệm – Thực hành ảo 7 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội MỞ ĐẦU *** 1. Tên đề tài Ứng dụng Thí nghiệm - thực hành ảo trong dạy thực hành Kỹ thuật số 2. Lý do chọn đề tài Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học- kỹ thuật, nền kinh tế, văn hóa, giáo dục…nước ta cũng có nhiều thay đổi mạnh mẽ. Trong đó, giáo dục là một trong số các lĩnh vực ứng dụng khá nhiều các thành tựu khoa học, kỹ thuật và được đánh dấu bằng việc sử dụng các phần mềm mô phỏng trong quá trình dạy và học. Trên cơ sở tính khả thi của các phần mềm mô phỏng này, các nhà khoa học đã nghiên cứu, xây dựng và cho ra đời một phương pháp giảng dạy mới hiệu quả, đó là phương pháp sử dụng thí nghiệm - thực hành ảo trong dạy học, đặc biệt là dạy học thực hành. Với thí nghiệm - thực hành ảo, người học có thể kiểm nghiệm, ứng dụng được lý thuyết mà không nhất thiết phải thao tác trên điều kiện thực tế, có thể tiếp thu kiến thức một cách trực quan, dễ hiểu nhất bằng ngôn ngữ hình ảnh cụ thể. Đặc biệt là đối với dạy học các môn kỹ thuật và trong đào tạo nghề, thí nghiệm - thực hành ảo càng có vai trò quan trọng. Xuất phát từ yêu cầu cụ thể của việc dạy các môn kỹ thuật và yêu cầu của dạy học thực hành, đòi hỏi người dạy phải cung cấp đủ về kiến thức, thuần thục về kỹ năng cho người học để có thể trang bị cho người học hành trang tốt nhất có thể khi ra trường. Trong khi đó, một thực trạng đặt ra trong vấn đề dạy thực hành hiện nay đó là vấn đề không đổi mới trong phương pháp, hạn chế về phương tiện giảng dạy dẫn đến sự không hứng thú tiếp thu của người học. Do đó, đòi hỏi phải có một phương pháp giảng dạy mới tạo Nông Thị Hiền – SPKT Điện Tử K50 Thí nghiệm – Thực hành ảo 8 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội ấn tượng và có hiệu quả trong quá trình dạy học. Nhất là trong thời đại phát triển công nghệ thông tin, khi xu hướng sử dụng máy tính và các phần mềm ứng dụng đang ngày càng phổ biến thì trong dạy học cũng phải có những thay đổi để có thể bắt kịp với nhịp độ phát triển giáo dục trong khu vực cũng như trên thế giới. Bên cạnh đó, trên cơ sở thực tế, sự có mặt và phạm vi ứng dụng của công nghệ số ngày càng khẳng định vai trò cũng như những đóng góp quan trọng của nó trong hầu hết các lĩnh vực. Chính vì vậy, việc giảng dạy kỹ thuật số đã và đang được quan tâm phát triển trong các trường chuyên nghiệp hiện nay. Đặc biệt là trong vấn đề dạy học thực hành, là giai đoạn hình thành và phát triển những kiến thức, tri thức kỹ năng, kỹ xảo cơ bản tạo nền tảng cho sự phát triển nghề nghiệp sau này của người học. Chính vì vậy, trong đồ án của mình, em lựa chọn đề tài “Ứng dụng thí nghiệm - thực hành ảo trong dạy thực hành kỹ thuật số” để minh họa và làm rõ hơn cho tác dụng của việc sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong quá trình dạy học thực hành nói chung và dạy thực hành kỹ thuật số nói riêng. Hy vọng, với sự đóng góp của thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy và học sẽ đem đến một phong cách giảng dạy, học tập mới chất lượng và lý thú. Góp phần giúp người học, đặc biệt là các em học sinh chủ động, tích cực tìm hiểu và nắm bắt tri thức công nghệ trong các môn học có tính ứng dụng thực tiễn cao như môn học kỹ thuật số. 3. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu a) Đối tượng nghiên cứu: Thí nghiệm – thực hành ảo và quá trình sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy thực hành môn Kỹ thuật số. b) Mục tiêu nghiên cứu: Nông Thị Hiền – SPKT Điện Tử K50 Thí nghiệm – Thực hành ảo 9 Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội  Đặc điểm thí nghiệm - thực hành ảo  Đánh giá tác dụng của thí nghiệm - thực hành ảo trong: • Dạy học • Đặc biệt là trong dạy thực hành  Quá trình sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy học thực hành. 4. Nhiệm vụ nghiên cứu  Nghiên cứu cơ sở lý luận về thí nghiệm - thực hành ảo  Nghiên cứu về dạy học thực hành  Xây dựng mẫu một bài dạy thực hành Kỹ thuật số có sử dụng thực hành ảo 5. Phạm vi nghiên cứu Đề tài “ Ứng dụng thí nghiệm - thực hành ảo trong dạy thực hành môn kỹ thuật số” cho sinh viên chuyên ngành điện tử các trường trung học chuyên nghiệp và cao đẳng, đại học và các trung tâm đào tạo nghề điện tử. 6. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng kết hợp giữa phương pháp nghiên cứu lý thuyết và phương pháp thực nghiệm. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết : Tổng hợp và phân tích các tài liệu lý thuyết để xây dựng cơ sở lý luận cho đề tài. Phương pháp thực nghiệm: Dựa trên sự hoạt động của các phần mềm mô phỏng cụ thể được cài đặt cho từng bài, quan sát, đánh giá và kiểm nghiệm các giả thuyết đã đưa ra. Nông Thị Hiền – SPKT Điện Tử K50 Thí nghiệm – Thực hành ảo 10 [...]... năng ứng dụng của thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy và học thực hành CHƯƠNG III ỨNG DỤNG THÍ NGHIỆM – THỰC HÀNH ẢO TRONG DẠY THỰC HÀNH KỸ THUẬT SỐ Trên nền tảng cơ sở thực tiễn đưa ra ở phần trên, nội dung chương này là sự trình bày các nguyên tắc, quy trình sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong việc dạy thực hành và ứng dụng sử dụng cho một bài thực hành cụ thể trong dạy thực hành Kỹ thuật số Qua... sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong quá trình dạy học thực hành   8 KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Dự kiến kết quả nghiên cứu 11 Nông Thị Hiền – SPKT Điện Tử K50 Thí nghiệm – Thực hành ảo Đồ án tốt nghiệp  Đại học Bách Khoa Hà Nội Đưa ra được một số tiêu chuẩn chung nhất trong việc ứng dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy thực hành  Xây dựng mẫu một bài thí nghiệm - thực hành ảo cụ thể trong. .. trong dạy thực hành Kỹ thuật số 9 Lĩnh vực ứng dụng Ứng dụng trong dạy thực hành kỹ thuật số và trong các nội dung học tập yêu cầu tính trực quan, sinh động, đặc biệt là trong dạy và học thực hành các môn kỹ thuật, đào tạo nghề 12 Nông Thị Hiền – SPKT Điện Tử K50 Thí nghiệm – Thực hành ảo Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA THÍ NGHIỆM – THỰC HÀNH ẢO 1.1 Tình hình ứng dụng. .. đồng nghiệp đã lập kế hoạch xây dựng một phòng thí nghiệm ảo thay cho cả một viện trên thực tế Phòng thí nghiệm này sẽ là công cụ học tập và là một kho tư liệu http://www.giaovien.net/bai-viet/bai-viet-ve-ict/doi-dieu-suy-nghi-ve-viec-ung-dung-cntt-va-sudung-blog-giao-vien -trong- day-hoc.html 17 28 Nông Thị Hiền – SPKT Điện Tử K50 Thí nghiệm – Thực hành ảo Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội nghiên... tạo thành trào lưu phát triển mạnh trong thế giới game 4 5 http://goodsmart.vn/may-nghe-nhac-apple-ipod-touch-16gb-p-10959.html http://www.vtc.vn/congnghe/5-may-xem-phim-di-dong-dinh-cao/172675/index.htm 17 Nông Thị Hiền – SPKT Điện Tử K50 Thí nghiệm – Thực hành ảo Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội này được xây dựng và ứng dụng giữa trên công nghệ thực tại ảo Virtual Reality (VR) Thực tại ảo. .. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA THÍ NGHIỆM – THỰC HÀNH ẢO Nội dung chương này trình bày về tình hình ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông hiện nay và một số khái niệm liên quan đến thí nghiệm – thực hành ảo, dạy học thực hành CHƯƠNG II CƠ SỞ THỰC TIỄN Bao gồm các vấn đề liên quan đến thực trạng dạy và học thực hành ở nước ta trong giai đoạn hiện nay, những đòi hỏi đặt ra cho dạy học thực hành Trên cơ sở đó,... Sử dụng Proteus, người dùng có thể quan sát quá trình ghép nối, đi dây một cách trực quan, hiểu được nguyên tắc hoạt động của một số mạch cơ bản Ứng dụng cho thực hành điện tử, kỹ thuật số http://www.hoahocvietnam.com/Home/Tin-hoc -trong- hoa-hoc/Crocodile-Chemistry-Phong-thinghiem-hoa-h.html 21 32 Nông Thị Hiền – SPKT Điện Tử K50 Thí nghiệm – Thực hành ảo Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội Trong. .. thực tế tốt nhất… Cùng với việc sử dụng các phòng thí nghiệm ảo là sự ứng dụng thực hành ảo trong dạy học Những bài tập thực hành luôn đem lại hứng thú cho học sinh và góp phần củng cố kiến thức đã học Tuy nhiên, cơ sở vật chất của một số trường chưa đáp ứng được nhu cầu cơ sở hạ tầng cho các phòng thí nghiệm, thực hành Bên cạnh đó, việc thao tác với hóa chất cũng như các thành phần trong các thí nghiệm. .. khái niệm thuật ngữ ảo trong nội dung về số phức được giới thiệu trong chương tình toán cao cấp: Số phức ( Complex number) là số được biểu diễn bởi tổng của một số thực và một số ảo (số không thực) Được biểu diễn dưới dạng: 18 http://vietbao.vn/Khoa-hoc/Phong-thi-nghiem-len-mang 29 Nông Thị Hiền – SPKT Điện Tử K50 Thí nghiệm – Thực hành ảo Đồ án tốt nghiệp Đại học Bách Khoa Hà Nội z = a + bi Trong đó:... kích thích sự say mê và tính giác của người học Thực tại ảo ra đời đã góp phần giải quyết tương đối hiệu quả vấn đề này Úng dụng thực tại ảo trong dạy học, với tác dụng to lớn của máy tính và các phần mềm ứng dụng cho học tập đã và đang trở thành một phương pháp dạy học tối ưu trong thời đại hiện nay Thực tại ảo được biết đến trong giáo dục, đặc biệt trong giảng dạy với các phầm mềm mô phỏng trong: thí . nghiệm - thực hành ảo  Đánh giá tác dụng của thí nghiệm - thực hành ảo trong: • Dạy học • Đặc biệt là trong dạy thực hành  Quá trình sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy học thực hành. 4 được một số tiêu chuẩn chung nhất trong việc ứng dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy thực hành.  Xây dựng mẫu một bài thí nghiệm - thực hành ảo cụ thể trong dạy thực hành Kỹ thuật số 9. Lĩnh. xét khả năng ứng dụng của thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy và học thực hành. CHƯƠNG III ỨNG DỤNG THÍ NGHIỆM – THỰC HÀNH ẢO TRONG DẠY THỰC HÀNH KỸ THUẬT SỐ Trên nền tảng cơ sở thực tiễn đưa ra