Dạy học tích hợp và vận dụng trong dạy học học phần điều khiển lập trình plc tại trường cao đẳng giao thông vận tải thành phố hồ chí minh

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI -    - NGUYỄN VŨ THANH NHÂN DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THƠNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THEO ĐỊNH HƯỚNG TÍCH HỢP LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC HÀ NỘI – 2017 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI -    - NGUYỄN VŨ THANH NHÂN DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG GIAO THÔNG VẬN TẢI THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH THEO ĐỊNH HƯỚNG TÍCH HỢP Chuyên ngành: LL PPDH môn Kỹ thuật công nghiệp Mã số: 60 14 01 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ GIÁO DỤC HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS NGUYỄN TRỌNG KHANH HÀ NỘI – 2017 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn kết nghiên cứu cá nhân Các số liệu tài liệu trích dẫn luận văn trung thực Kết nghiên cứu không trùng lặp với cơng trình cơng bố trước Tơi xin chịu trách nhiệm với lời cam đoan Hà Nội, tháng năm 2017 Tác giả Nguyễn Vũ Thanh Nhân i LỜI CÁM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới: Ban Giám hiệu, Phịng Sau đại học, Trung tâm Thơng tin - Thư viện Thầy, Cô khoa Sư phạm kỹ thuật - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội quan tâm, tạo điều kiện để tác giả học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Đặc biệt, tác giả xin tỏ lịng biết ơn sâu sắc PGS.TS Nguyễn Trọng Khanh tận tình bảo hướng dẫn tác giả suốt trình học tập hồn thành luận văn Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Thầy, Cô trường Cao đẳng Giao thông vận tải Thành phố Hồ Chí Minh quan tâm, tạo điều kiện, góp ý cho tác giả trình thực đề tài Xin cảm ơn tồn thể gia đình, bạn bè, đồng nghiệp quan tâm giúp đỡ, động viên tác giả! Hà Nội, tháng năm 2017 Tác giả Nguyễn Vũ Thanh Nhân ii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU - CÁC CHỮ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, HÌNH VẼ viii MỞ ĐẦU Chương CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC TÍCH HỢP 1.1 TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ DẠY HỌC TÍCH HỢP 1.1.1 Tình hình nghiên cứu dạy học tích hợp nước ngồi 1.1.2 Tình hình nghiên cứu dạy học tích hợp nước 1.2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 11 1.2.1 Tích hợp 11 1.2.2 Dạy học tích hợp 12 1.3 DẠY HỌC TÍCH HỢP LÝ THUYẾT VỚI THỰC HÀNH 17 1.3.1 Phân tích chương trình, xác định chủ đề/bài tích hợp 17 1.3.2 Biên soạn giáo án, chuẩn bị sở vật chất, phương tiện dạy học 21 1.3.3 Tổ chức thực dạy học tích hợp 27 1.3.4 Kiểm tra đánh giá dạy học tích hợp 27 1.4 THỰC TRẠNG DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC 30 1.4.1 Sơ lược trình dạy học Điều khiển lập trình PLC 30 iii 1.4.2 Thực trạng dạy học Điều khiển lập trình PLC trường Cao đẳng Giao thông vận tải thành phố Hồ Chí Minh 31 Kết luận chương 42 Chương 44 DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC 44 THEO HƯỚNG TÍCH HỢP 44 2.1 KHÁI QUÁT VỀ HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC 44 2.1.1 Mục tiêu học phần 44 2.1.2 Vai trị, vị trí học phần 45 2.1.3 Nội dung chương trình học phần 45 2.1.4 Đặc điểm học phần 46 2.1.5 Điều kiện thực dạy học học phần 47 2.2 DẠY HỌC TÍCH HỢP HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC 48 2.2.1 Dạy học tích hợp Cấu trúc phương thức hoạt động PLC 48 2.2.2 Dạy học tích hợp Các phép tốn nhị phân PLC 61 2.3 VÍ DỤ MINH HỌA 77 Kết luận chương 90 Chương 92 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 92 3.1 MỤC ĐÍCH, NHIỆM VỤ VÀ TIẾN TRÌNH THỰC NGHIỆM 92 3.1.1 Mục đích thực nghiệm 92 3.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm 92 3.1.3 Tiến trình thực nghiệm 93 3.2 ĐỐI TƯỢNG VÀ QUÁ TRÌNH THỰC NGHIỆM 93 3.2.1 Đối tượng thực nghiệm 93 iv 3.2.2 Chuẩn bị thực nghiệm: 93 3.2.3 Triển khai nội dung thực nghiệm 94 3.3 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 95 3.3.1 Đánh giá định tính 95 3.3.2 Đánh giá định lượng 96 Kết luận chương 104 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 106 TÀI LIỆU THAM KHẢO 108 PHỤ LỤC 111 v DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU - CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ CTĐT Chương trình đào tạo DHTH Dạy học tích hợp ĐH-CĐ Đại học - Cao đẳng GV Giáo viên/Giảng viên HS Học sinh KH Khoa học LĐTB &XH Lao động thương binh xã hội NXB Nhà xuất PPDH Phương pháp dạy học SV Sinh viên SGK Sách giáo khoa TPHCM Thành phố Hồ Chí Minh TT Thông tư vi DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng Tên bảng Trang Bảng 1.1 Mức độ quan trọng học phần Điều khiển lập trình PLC Bảng 1.2 Mức độ phù hợp nội dung học phần chương trình Bảng 1.3 Mức độ sử dụng phương pháp dạy học học phần Bảng 1.4 Trang thiết bị giảng dạy học phần Bảng 1.5 Mức độ việc vận dụng dạy học tích hợp cho học phần Bảng 1.6 Những yếu tố ảnh hưởng chất lượng dạy học học phần Bảng 1.7 Trọng tâm đổi phương pháp dạy học Bảng 1.8 Tổ chức dạy học phần theo hướng phát triển lực Bảng 1.9 Học liệu sử dụng dạy nội dung học phần Bảng 1.10 Tinh thần tham gia nghiên cứu triển khai dạy học phần theo hướng tích hợp Bảng 3.1 Phân chia đối tượng thực nghiệm Bảng 3.2 Xếp loại điểm số Bảng 3.3 Xếp loại kết kiểm tra lớp đối chứng lớp thực nghiệm Bảng 3.4 Bảng phân phối Fi (số sinh viên Fi đạt điểm Xi) lớp ĐC TN Bảng 3.5 Bảng tần suất fi (%) (số phần trăm sinh viên đạt điểm Xi) Bảng 3.6 Bảng tần suất hội tụ lùi fa (số % SV Fi đạt điểm Xi trở xuống) Bảng 3.7 Phương sai, độ lệch chuẩn, hệ số biến thiên cho lớp đối chứng Bảng 3.8 Phương sai, độ lệch chuẩn, hệ số biến thiên cho lớp thực nghiệm Bảng 3.9 Bảng so sánh tham số thống kê vii DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ, HÌNH VẼ Biểu đồ Tên biểu đồ Trang Bảng 3.1 Phân phối tần suất hội tụ lớp đối chứng lớp thực nghiệm qua kiểm tra Bảng 3.2 Biểu diễn đường tích lũy kiểm tra sau học xong Hình Tên hình Hình 1.1 Các bước biên soạn giáo án tích hợp Hình 1.2 Hoạt động GV SV tiểu kỹ viii Trang viên chủ yếu Quý Thầy/Cô sử dụng học liệu tiến hành giảng dạy nội dung học phần Điều khiển lập trình PLC? Mức độ Học liệu Luôn Thường Thỉnh Không xuyên thoảng Tài liệu in ấn (phiếu tập, phiếu mô tả công việc, hướng dẫn thực hành) Tài liệu giảng dạy dựa máy vi tính Tài liệu nghe nhìn (tranh ảnh, mơ hình, phim, máy chiếu, bảng, máy chun dùng) 10 Q Thầy/Cơ cho biết gặp phải khó khăn việc xác định yếu tố tiến hành biên soạn giáo án tích hợp? Rất Yếu tố khó khăn Khó khăn Khơng khó khăn Mục tiêu Nội dung - Thời gian cho nội dung Hoạt động dạy học Phương tiện dạy học 11 Q Thầy/Cơ vui lịng cho biết ý kiến đóng góp, đề xuất tiến hành dạy học tích hợp học phần Điều khiển lập trình PLC? Xin trân trọng cảm ơn Quý Thầy/Cô quan tâm, giúp đỡ 114 PHỤ LỤC PHIẾU KHẢO SÁT Ý KIẾN SINH VIÊN ĐÃ VÀ ĐANG THEO HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC PHIẾU KHẢO SÁT (Dành cho sinh viên) Bạn vui lòng cho biết ý kiến việc học tập Bạn lựa chọn câu hỏi phù hợp cách đánh dấu (X) Bạn cảm thấy học tập học phần Điều khiển lập trình PLC?  a Rất thích thú  b Thích thú  c Bình thường  d Nhàm chán Bạn cho biết mức độ cần thiết học phần Điều khiển lập trình PLC chương trình đào tạo Kỹ thuật Điện Tự động hóa?  a Rất cần thiết  b Cần thiết  c Ít cần thiết  d Khơng cần thiết Bạn có thường xun trao đổi nội dung học tập với giảng viên trình học tập học phần Điều khiển lập trình PLC lớp không?  a Luôn  b Thường xuyên  c Thỉnh thoảng  d Không Bạn cảm thấy có vấn đề cần giải giáo viên đặt gợi mở giáo viên?  a Sẵn sàng suy nghĩ tìm hướng giải  b Lo lắng khơng tìm hướng giải  c Bình thường  d Khơng quan tâm 115 Theo bạn, giảng viên sử dụng phương pháp với mức độ giảng dạy nội dung học phần Điều khiển lập trình PLC? Mức độ Ln Thường Thỉnh Không xuyên thoảng Phương pháp Thuyết trình kết hợp đàm thoại Làm mẫu (giảng viên làm mẫu) Giải vấn đề Dạy học theo dự án (giảng viên đề xuất dự án, sinh viên tự thiết kế, thực giải dự án tạo sản phẩm) Dạy học theo định hướng hoạt động (giảng viên định hướng, sinh viên thực hiện) Giảng viên sử dụng hình thức với mức độ để bạn tham gia vào hoạt động học tập học phần Điều khiển lập trình PLC? Mức độ Hình thức Ln Thường Thỉnh Khơng ln xun thoảng Giới thiệu nguồn tài liệu từ sách tham khảo, từ mạng internet Phát tài liệu học tập (phiếu tập, phiếu mô tả công việc, phiếu hướng dẫn thực hành ) Kiểm tra cũ Chuẩn bị học trước Giao tập hoạt động theo 116 nhóm Giao tập hoạt động theo cá nhân Giảng viên sử dụng phương tiện giảng dạy tiến hành giảng dạy nội dung học phần Điều khiển lập trình PLC? Mức độ Ln Thường Thỉnh Không xuyên thoảng Phương tiện Tài liệu in ấn (phiếu tập, phiếu mô tả cơng việc, hướng dẫn thực hành) Giáo trình điện tử Tài liệu nghe nhìn (tranh ảnh, mơ hình, phim, máy chiếu, bảng biểu, máy chuyên dùng) Theo bạn, nguyên nhân ảnh hưởng đến việc học tập học phần Điều khiển lập trình PLC? TT Nguyên nhân Nội dung trừu tượng, khó hiểu Phương pháp giảng dạy không lôi Phương tiện học tập nghèo nàn Thiếu tài liệu nghiên cứu học tập 117 Đồng ý Không đồng ý Theo bạn, giảng viên cần thay đổi phương pháp giảng dạy nội dung học phần Điều khiển lập trình PLC? Mức độ Rất Phương pháp cần thiết Cần thiết Bình Khơng thường cần thiết Thuyết trình nhiều Thuyết trình ít, tăng cường đàm thoại, làm việc nhóm Tăng cường hoạt động thực hành Tiến hành dạy học theo chủ đề, hướng dẫn học sinh phát hiện, giải vấn đề 10 Bạn có tự tin vận dụng kiến thức, kỹ việc luyện tập tạo sản phẩm theo yêu cầu kỹ thuật, sau học xong học phần Điều khiển lập trình PLC?  a Rất tự tin  b Tự tin  c Ít tự tin  d Không tự tin Chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp bạn! 118 PHỤ LỤC CHƯƠNG TRÌNH HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC Số TT Thời gian (tiết) Tên học phần Tổng số Lý Thực Kiểm thuyết hành tra Đại cương điều khiển lập trình PLC 4 Cấu trúc, phương thức hoạt động PLC 22 16 Các phép toán nhị phân 52 41 Các phép toán số PLC 34 27 Xử lý tín hiệu Analog 30 23 Các họ PLC khác 4 150 32 111 Cộng 119 PHỤ LỤC ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC Bài 1: Đại cương điều khiển lập trình Tổng quan điều khiển 1.1 Khối vào 1.2 Bộ nhớ (Memory) 1.3 Khối xử lý – điều khiển Điều khiển nối cứng điều khiển lập trình So sánh PLC với hình thức điều khiển khác 3.1 PLC với hệ thống điều khiển rơle 3.2 PLC với máy tính cá nhân Các ứng dụng PLC thực tế Bài 2: Cấu trúc phương thức hoạt động PLC Cấu trúc PLC 1.1 Thiết bị điều khiển logic khả trình PLC 1.2 Bộ nhớ Thiết bị điều khiển lập trình PLC 2.1 CPU 212 2.2 CPU 214 Địa ngõ vào/ 3.1 Họ S7-200 CPU21x bao gồm: 212, 214, 215 216 3.2 Họ S7-200 CPU22x bao gồm: 221, 222, 224 226 Cấu trúc nhớ 4.1 Phân chia nhớ 4.2 Vùng liệu 4.3 Vùng đối tượng 4.4 Cổng vào/ra mở rộng 120 Xử lý chương trình 5.1 Thực chương trình 5.2 Cấu trúc chương trình S7 – 200 Bài 3: Kết nối dây PLC thiết bị ngoại vi Kết nối dây PLC thiết bị ngoại vi 1.1 Kết nối với máy tính 1.2 Kết nối ngõ vào cho PLC 1.3 Kết nối ngõ cho PLC Kiểm tra việc nối dây phần mềm Cài đặt sử dụng phần mềm lập trình cho PLC 3.1 Cài đặt STEP 7- Micro/Win 32 máy tính cá nhân (PC) 3.2 Sử dụng phần mêm lập trình cho PLC Bài 4: Các phép toán nhị phân PLC Các liên kết logic Các lệnh ghi / xóa giá trị cho tiếp điểm 2.1 Lệnh Logic tiếp điểm 2.2 Lệnh vào/ra 2.3 Các lệnh ghi/xóa giá trị cho tiếp điểm 2.4 Các lệnh tiếp điểm đặc biệt Timer 3.1 Khái niệm Timer 3.2 Các lệnh điều khiển Timer Counter 4.1 Khái niệm Counter 4.2 Lệnh điều khiển Counter Các tập ứng dụng 121 Bài 5: Các phép toán số PLC Chức truyền dẫn Chức so sánh 2.1 So sánh kiểu Byte 2.2 So sánh kiểu INT Chức dịch chuyển Chức chuyển đổi Bài 6: Xử lý tín hiệu analog Tín hiệu Analog Biểu diễn giá trị Analog 2.1 Tín hiệu ngõ vào (Analog Input) 2.2 Tín hiệu ngõ (Analog Output) Kết nối ngõ vào/ra Analog 3.1 Định địa phần cứng Analog S7-200 3.2 Kết nối phần cứng Analog S7-200 Hiệu chỉnh tín hiệu Analog 4.1 Dạng liệu ngõ vào 4.2 Ví dụ Giới thiệu mơ đun Analog PLC 5.1 Module EM231 5.2 Module EM235 Bài 7: Các tập ứng dụng điều khiển động Giới thiệu Cách kết nối dây 2.1 Kết nối ngõ vào 2.2 Kết nối ngõ 2.3 Đấu nối thiết bị lập trình với PLC 122 PHỤ LỤC PHIẾU ĐÁNH GIÁ QUÁ TRÌNH LUYỆN TẬP Học phần: Điều khiển lập trình PLC Kỹ đánh giá: Điều khiển mơ hình băng chuyền đếm sản phẩm STT Tiêu chí đánh giá Các thao tác Chuẩn bị: * Chuẩn bị thiết bị: - Mơ hình băng chuyền - Kiểm tra nút điều khiển ON/OFF - Kiểm tra PLC S2-200 - Mơ hình hoạt động tốt - Nút điều khiển hoạt động tốt - PLC hoạt động tốt - Kiểm tra cảm biến - Các cảm biến tốt * Chuẩn bị dụng cụ: Bộ vít, kềm, bút thử điện, đồng hồ vạn * Chuẩn bị vật tư: - Dây điện đấu nối Các dụng cụ sử dụng tốt - Dây điện đơn mềm tiết diện 1.5mm, có mầu - Dây đảm bảo tốt - Dây cáp nạp chương trình Thực lắp đặt kết thiết bị: - Tìm hiểu sơ đồ nối dây - Xác định vị trí lắp đặt Lắp cảm biến, ngõ phần tử tín hiệu mơ vào/ra PLC hình Nguyên lý hoạt động 123 Họ tên SV: …………… Lớp:…………Khóa:… Ngày:……………… Thực Có Khơng Đánh giá Đạt Khơng đạt Phân tích lưu đồ giải thuật, lập trình: 11 - Khai báo ngõ vào/ra Bảng Symbol Table 12 - Viết chương trình Lập trình 13 - Kiểm tra lỗi Không báo lỗi 14 - Chạy mô Hoạt động tốt Nạp chương trình điều khiển: 15 - Phân tích yêu cầu - Đảm bảo yêu cầu, 16 - Kiểm tra sơ đồ kết nối - Đúng sơ đồ 17 - Nạp (Download) chương trình vào PLC 18 - Hồn thiện chương trình - Khơng báo lỗi Đảm bảo hoạt động tốt Kiểm tra, hoàn thiện vận hành mơ hình băng chuyền: 19 - Kiểm tra hệ thống mơ hình 20 - Hồn thiện mạch điện 20 - Kiểm tra có điện 21 - Vận hành mơ hình băng chuyền đếm sản phẩm - Mơ hình đảm bảo thông mạch tốt - Mạch điện đảm bảo gọn, đẹp, khoa học - Đảm bảo an tồn - Mơ hình hoạt động yêu cầu 124 PHỤ LỤC PHIẾU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ LUYỆN TẬP Học phần: Điều khiển lập trình PLC Kỹ đánh giá: Điều khiển mơ hình băng chuyền đếm sản phẩm STT Tiêu chí đánh giá Điểm Điểm Max thực Phần sản phẩm Kỹ thuật Mỹ thuật An toàn Người thiết bị (dụng cụ môi trường làm việc) Thời gian 45’ Phần thao tác, quy trình 4.1 Điểm quy trình 4.2 Điểm thao tác TỔNG 10 125 Họ tên SV: …………… Lớp:…………Khóa:… Ngày:……………… Đánh giá Đạt Không đạt Ghi PHỤ LỤC BẢNG ĐIỂM BÀI KIỂM TRA NHÓM LỚP ĐỐI CHỨNG (ĐC) STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 Họ tên Hồ Tuấn Anh Phan Thế Bảo Mai Tuấn Cảnh Nguyễn Quốc Duy Nguyễn Thành Đại Tơ Ngọc Hà Mai Thanh Hải Lê Đức Hồng Nguyễn Quang Hợp Nguyễn Thanh Huy Trương Thái Khương Châu Thanh Kiệt Trần Hoài Linh Phạm Thanh Long Nguyễn Anh Minh Nguyễn Hải Sơn Đặng Anh Tài Nguyễn Lê Phúc Thịnh Trần Khánh Trung Tạ Hồng Trúc Nguyễn Thành Tự Nguyễn Hoàng Vi 126 Điểm 7 6 8 8 5 PHỤ LỤC BẢNG ĐIỂM BÀI KIỂM TRA NHÓM LỚP THỰC NGHIỆM (TN) STT 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 Họ tên Nguyễn Văn Cường Trần Công Hậu Đỗ Văn Hiếu Nguyễn Văn Hoàng Trần Anh Hồng Trần Nguyễn Khánh Huy Phan Việt Hùng K' Nhại Nguyễn Thanh Phong Cao Hoài Phúc Trần Mai Phương La Thanh Tâm Lê Công Thạch Lâm Quang Thạo Nguyễn Phước Trường Trải Nguyễn Trung Trực Trần Hữu Vinh Nguyễn Huy Vương Nguyễn Tịnh Yên Võ Hưng Yên 127 Điểm 9 6 8 10 7 10 ... luận dạy học tích hợp - Nghiên cứu trình dạy học học phần Điều khiển lập trình PLC - Vận dụng lý luận dạy học tích hợp để biên soạn giảng học phần Điều khiển lập trình PLC trình độ cao đẳng trường. .. cho học phần Điều khiển lập trình PLC trường Cao đẳng Giao thông vận tải TPHCM GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Xây dựng giảng thực dạy học học phần Điều khiển lập trình PLC trình độ cao đẳng trường Cao đẳng. .. hóa trường Cao đẳng Giao thông vận tải TPHCM - Đối tượng nghiên cứu: Lý luận dạy học tích hợp; trình dạy học học phần Điều khiển lập trình PLC - Phạm vi nghiên cứu: Vận dụng dạy học tích hợp