Công nghệ dạy học tương tác ảo trong đào tạo đại học ngành cơ điện tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI -oo0oo - NGUYỄN THỊ THANH CÔNG NGHỆ DẠY HỌC TƯƠNG TÁC ẢO TRONG ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2020 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN THỊ THANH CÔNG NGHỆ DẠY HỌC TƯƠNG TÁC ẢO TRONG ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ Ngành: Lý luận phương pháp dạy học Mã số: 9140110 LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC KỸ THUẬT NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: : TS LÊ HUY TÙNG GS.TS NGUYỄN XUÂN LẠC Hà Nội – 2020 LỜI CẢM ƠN Tôi xin bảy tỏ lòng cảm ơn chân thành tới: Tập thể Thầy giáo hướng dẫn: TS Lê Huy Tùng GS Nguyễn Xuân Lạc tận tình dẫn, giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu thực Luận án Tôi xin trân trọng cảm ơn khoa khí, phịng khoa học cơng nghệ trường Đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên tạo điều kiện giúp đỡ làm thực nghiệm Tôi xin trân trọng cảm ơn Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam, Công ty VR Tech giúp đỡ trình nghiên cứu sản phẩm, chương trình, thiết bị phục vụ q trình thực nghiệm Tơi xin chân thành cảm ơn Viện sư phạm kỹ thuật Phòng đào tạo trường Đại học Bách khoa Hà Nội tạo điều kiện học tập, nghiên cứu, tiến hành Luận án Tơi xin tri ân đến gia đình tồn thể anh em, bạn bè, đồng nghiệp quan tâm, động viên, giúp đỡ suốt trình thực Luận án Hà Nội, ngày 15 tháng 09 năm 2020 (Nghiên cứu sinh) Nguyễn Thị Thanh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan mà tơi viết Luận án cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các kết quả, số liệu luận án trung thực chưa tác giả khác công bố Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm mà cam đoan Hà Nội, ngày 15 tháng 09 năm 2020 T/M Tập thể hướng dẫn TS Lê Huy Tùng GS.TS Nguyễn Xuân Lạc (Nghiên cứu sinh) Nguyễn Thị Thanh MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC CÁC BẢNG ii DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ .iv DANH MỤC BIỂU ĐỒ .iv MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài 1.1 Nhu cầu phát triển khoa học công nghệ đại 1.2 Thực trạng dạy học ngành điện tử Việt Nam 1.3 Tính thời đại cơng nghệ dạy học tương tác ảo 2 Mục đích nghiên cứu 3 Khách thể, đối tượng phạm vi nghiên cứu Giả thuyết khoa học .3 Nhiệm vụ nội dung nghiên cứu .3 Phương pháp nghiên cứu .4 6.1 Phương pháp nghiên cứu lý luận 6.2 Phương pháp nghiên cứu thực tiễn Những đóng góp Luận án 7.1 Về lý luận 7.2 Về thực tiễn Bố cục Luận án .5 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ .6 CÔNG NGHỆ DẠY HỌC TƯƠNG TÁC ẢO 1.1 Tổng quan nghiên cứu công nghệ dạy học tương tác ảo .6 1.1.1 Thế giới .6 1.1.2 Việt Nam 10 1.2 Các khái niệm .13 1.2.1 Khái niệm công nghệ dạy học 13 1.2.2 Khái niệm dạy học tương tác ảo 15 1.2.3 Khái niệm phương pháp dạy học tương tác ảo 20 1.3 Lý luận công nghệ dạy học tương tác ảo 24 1.3.1 Phân loại phương pháp dạy học sử dụng công nghệ tương tác ảo 24 1.3.2 Môi trường công nghệ dạy học tương tác ảo 26 1.3.3 Những thành phần công nghệ dạy học tương tác ảo hình thành phương pháp dạy học 27 1.3.4 Vai trị cơng nghệ dạy học tác ảo hình thành kỹ cho người học 34 1.4 Đặc điểm ngành điện tử vai trò học phần Robot công nghiệp 35 1.5 Cơ sở thực tiễn công nghệ dạy học tương tác ảo trường đại học .39 1.5.1 Cách thức nội dung khảo sát 39 1.5.2 Kết .40 1.5.3 Đánh giá 46 KẾT LUẬN CHƯƠNG 47 CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ DẠY HỌC TƯƠNG TÁC ẢO 49 CHO HỌC PHẦN ROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG 49 ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ 49 2.1 Thiết kế dạy học phần Robot công nghiệp dựa vào công nghệ tương tác ảo 49 2.1.1 Quy trình thiết kế chương trình tương tác ảo dạy học ngành điện tử 49 2.1.2 Phần mềm Unity .51 2.1.3 Xây dựng chương trình VR cánh tay Robot kính Oclus 53 điện thoại 53 2.1.4.Lắp kết nối chương trình TTA 58 2.1.5 Quy trình thiết kế giáo án tương tác ảo cho học phần Robot công nghiệp 59 2.2 Giáo án mẫu cho học phần Robot công nghiệp .61 2.3 Thiết kế quy trình tổ chức dạy học tương tác ảo 78 2.4 Thiết kế, phân loại giảng tương tác ảo 79 2.5 Xây dựng tiêu chí để tổ chức dạy học dựa vào công nghệ tương tác ảo .83 2.5.1 Điều kiện môi trường học tập tương tác ảo 83 2.5.2 Điều kiện người dạy người học tương tác ảo 84 2.5.3 Các tiêu chí tổ chức dạy học tương tác ảo .84 KẾT LUẬN CHƯƠNG 91 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM VÀ ĐÁNH GIÁ 93 3.1 Khái quát chung chương trình thực nghiệm 93 3.1.1 Mục đích 93 3.1.2 Nhiệm vụ 93 3.1.3 Đối tượng thực nghiệm 93 3.1.4 Năng lực thực nghiệm 94 3.1.5 Phương pháp thực nghiệm .101 3.2 Tổ chức thực nghiệm 102 3.2.1 Công tác chuẩn bị 102 3.2.2 Nội dung thực nghiệm 102 3.2.3.Tiến trình thực 103 3.3 Kết thực nghiệm .103 3.3.1 Kết đánh giá định tính .103 3.3.2 Kết đánh giá định lượng 103 3.4 Kết khảo sát ý kiến sinh viên sau học 110 3.5 Kết khảo sát lấy ý kiến chuyên gia 115 KẾT LUẬN CHƯƠNG 119 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 121 TÀI LIỆU THAM KHẢO 123 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA LUẬN ÁN .129 PHỤ LỤC 1: HÌNH ẢNH LỚP HỌC TƯƠNG TÁC ẢO PL-4 PHỤ LỤC 2: NỘI SUY QUỸ ĐẠO TRONG KHÔNG GIAN KHỚP CỦA ROBOT BẬC TỰ DO PL-7 PHỤ LỤC 3: TÍNH TỐN THIẾT KẾ ROBOT PL-13 PHỤ LỤC 4: CODE PL-21 PHỤ LỤC 5: ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT HỌC PHẦN PL-36 ROBOT CÔNG NGHIỆP PL-36 PHỤ LỤC 6:PHIẾU ĐÁNH GIÁ ĐỀ CƯƠNG CHI TIẾT PL-41 HỌC PHẦN ROBOT CÔNG NGHIỆP PL-41 PHỤ LỤC 7: PHIẾU ĐIỀU TRA THỰC TRẠNG DẠY HỌC TƯƠNG TÁC ẢO TRONG MÔN ROBOT CÔNG NGHIỆP PL-42 PHỤ LỤC 8: PHỤ LỤC DANH SÁCH CHUYÊN GIA CHO Ý KIẾN PL-44 PHỤ LỤC 9: PHIẾU XIN Ý KIẾN CHUYÊN GIA PL-45 PHỤ LỤC 10: PHIẾU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM PL-46 PHỤ LỤC 11: PHIẾU KHẢO SÁT Ý KIẾN SINH VIÊN ONLINE PL-49 PHỤ LỤC 12: PHIẾU ĐIỀU TRA THÔNG TIN SINH VIÊN PL-50 PHỤ LỤC 13: PHIẾU KHẢO SÁT Ý KIẾN SINH VIÊN PL-51 SAU GIỜ HỌC PL-51 PHỤ LỤC 14 : PHÂN LOẠI ROBOT PL-53 PHỤ LỤC 15: ROBOT SONG SONG PL-57 PHỤ LỤC 16: CÁCH ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP NGƯỜI HỌC PL60 PHỤ LỤC 17: TỔNG HỢP ĐIỂM HỌC TẬP ĐẦU VÀO CỦA SINH VIÊN PL-62 PHỤ LỤC 18: TỔNG HỢP ĐIỂM LỚP THỰC NGHIỆM VÀ LỚP ĐỐI CHỨNG PL-63 PHỤ LỤC 19: GIÁO ÁN THEO PHƯƠNG PHÁP TRUYỀN THỐNG PL-64 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT i DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1: Khảo sát đánh giá học phần Robot công nghiệp .41 Bảng 2: Tần suất giá viên sử dụng dạy học tương tác ảo thực tế 42 Bảng 3: Khảo sát cấp độ dạy học tương tác ảo giáo viên sử dụng .43 Bảng 4: Yếu tố định để giáo viên lựa chọn dạy học tương tác ảo .43 Bảng 5: Nhận thức GV tương tác ảo dạy học 44 Bảng 6: Đánh giá tầm quan trọng DHTTA dạy học hệ đại học .44 Bảng 7: Biện pháp kỹ thuật sử dụng DH TTA để nâng cao hiệu 45 Bảng 8: Đánh giá GV hình thức DHTTA đưa vào 45 Bảng 9: Giáo viên đánh giá khó khăn tiến hành DH TTA 46 Bảng 1: Code chương trình điều khiển cánh tay Robot Oclus điện thoại 54 Bảng 2: Đánh giá kỹ DHTTA hoạt động giáo dục 85 Bảng 3: Đánh giá tính hiệu lãnh đạo, tổ chức lớp học TTA (lãnh đạo quản lý người học, việc học môi trường dạy học TTA) .85 Bảng 4: Đánh giá tương tác người học – môi trường1 86 Bảng 5: Đánh giá tương tác người học – người dạy 86 Bảng 6: Đánh giá tương tác người học – người học 87 Bảng 7: Mức độ ảnh hưởng tích cực yếu tố từ mơi trường bên 88 Bảng 8: Mức độ ảnh hưởng tích cực mơi trường tâm lý dạy học TTA 88 Bảng 9: Tương tác người học – môi trường lớp học Robot công nghiệp .89 Bảng 10: Tiêu chí lớp học tương tác ảo cho học phần Robot công nghiệp 90 Bảng 1: Số lượng sinh viên tiến hành thực nghiệm giai đoạn 94 Bảng 2: Số lượng sinh viên tiến hành thực nghiệm giai đoạn 94 Bảng 3: Tổng hợp số lượng sinh viên tiến hành thực nghiệm 94 Bảng 4: Thông tin lớp học sinh viên học tốt 97 Bảng 5: Sinh viên thường nhớ xem chương trình truyền hình .98 Bảng 3.6: Thơng tin ngồi học sinh viên quan tâm .98 Bảng 3.7: Thông tin để học kỹ sinh viên 99 Bảng 3.8: Thơng tin sinh viên thích giáo viên sử dụng học .99 Bảng 3.9: Thơng tin sinh viên chơi trị chơi, sinh viên thích 100 Bảng 10: Xếp loại điểm 104 Bảng 11: Cách tính điểm .104 Bảng 12: So sánh số lượng sinh viên đạt điểm Xi điểm trình kết thúc modul 105 Bảng 13: Kết kiểm tra ( Số sinh viên đạt điểm Xi) .106 Bảng 14: Bảng tần suất ( số phần trăm SV đạt điểm Xi) 107 Bảng 15: Phương sai, độ lệch chuẩn,hệ số biến thiên cho lớp đối chứng 108 Bảng 16: Phương sai, độ lệch chuẩn,hệ số biến thiên cho lớp thực nghiệm 108 ii