thiết kế bài giảng tương tác trường điện từ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH ĐỀ TÀI NC KH CẤP TRƯỜNG THIẾT KẾ BÀI GIẢNG TƯƠNG TÁC TRƯỜNG ĐIỆN TỪ S K C 0 9 MÃ SỐ: T2009 - 75 S KC 0 Tp Hồ Chí Minh, tháng năm 2010 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT Tp HCM ***** ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG TÊN ĐỀ TÀI: THIẾT KẾ BÀI GIẢNG TƢƠNG TÁC TRƢỜNG ĐIỆN TỪ MÃ SỐ: T2009 – 75 Chủ nhiệm đề tài: Ths.Nguyễn Ngọc Hùng THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH 05/ 2010 A PHẦN GIỚI THIỆU MỤC LỤC A Phần giới thiệu - Mục lục - Tóm tắt kết nghiên cứu - Tính cấp thiết đề tài - Mục tiêu nghiên cứu - Phạm vi nghiên cứu - Nội dung nghiên cứu B Phần nội dung Chương TỔNG QUAN VỀ E-LEARNING 1.1 KHÁI NIỆM VỀ E-LEARNING………………………………………………………… 1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA E-LEARNING…………………………………………………………1 1.3 PHÂN BIỆT E-LEARNING VỚI MỘT SỐ KHÁI NIỆM KHÁC……………………… 1.4 KẾT HỢP E-LEARNING VỚI CÁCH HỌC TRUYỀN THỐNG……………………… 1.5 CẤU TRÚC CỦA MỘT E-LEARNING………………………………………………… 1.6 CÁC KIỂU TRAO ĐỔI THƠNG TIN TRONG E-ELEARNING……………………… 1.7 PHƢƠNG THỨC TRUYỀN TẢI THƠNG TIN………………………………………… 1.8 ƢU NHƢỢC ĐIỂM CỦA E-LEARNING……………………………………………… Chương TƢƠNG TÁC TRONG E-LEARNING 2.1 TƢƠNG TÁC…………………………………………………………… 2.2 GIÁM HỘ(TUTORING)…………………………………………………………………16 2.3 CƠNG CỤ TRUYỀN THƠNG………………………………………………………… 22 2.4 PHẢN HỒI……………………………………………………………………………… 28 Chương KẾT QUẢ 3.1 MÔ TẢ VẮN TẮT NỘI DUNG HỌC PHẦN……………………………………… 33 3.2 CẤU TRÚC KHĨA HỌC TRỰC TUYẾN MƠN HỌC TRƢỜNG ĐIỆN TỪ………….34 3.3 CÁCH THỨC TIẾP CẬN KHĨA HỌC…………………………………………………35 C Phần kết luận Tài liệu tham khảo TĨM TẮT KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CƠNG NGHỆ CẤP TRƢỜNG Tên đề tài: THIẾT KẾ BÀI GIẢNG TƢƠNG TÁC TRƢỜNG ĐIỆN TỪ Mã số: T2009 -75 Chủ nhiệm đề tài: Ths Nguyễn Ngọc Hùng Tel.: 0913609224 E-mail: hungspkt@yahoo.com Cơ quan chủ trì đề tài: Trƣờng Đại học sƣ phạm kỹ thuật Tp.HCM Cơ quan cá nhân phối hợp thực hiện: Thời gian thực hiện: 12 tháng Mục tiêu: - Ứng dụng cơng nghệ thơng tin xây dựng giảng tƣơng tác Trƣờng Điện Từ - Thiết kế sản phẩm phục vụ cho việc giảng dạy lớp giáo viên Nội dung chính: -Giới thiệu tổng quan E-learning -Tƣơng tác E-learning -Giới thiệu cấu trúc khóa học,cách thức tiếp cận khóa học,kết Kết đạt đƣợc (khoa học, ứng dụng, đào tạo, kinh tế – xã hội, v.v…) a Khoa học - Báo cáo khoa học Khoa điện – điện tử tháng 12/2009 b Ứng dụng - Sử dụng làm tài liệu tham khảo cho mơn Trƣờng điện từ Địa ứng dụng - Tài liệu tham khảo cho sinh viên, học viên cao học nhà nghiên cứu liên quan đến Trƣờng điện từ TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI Để nâng cao chất lƣợng dạy học,ngồi giáo trình giảng dùng Powerpoint thơng thƣờng chƣa đƣa đến cho ngƣời học tiếp thu với hiệu suất tối ƣu,nhất đối tƣợng ngƣời học sàn trung bình có khả tự nghiên cứu tƣ cao.Ngƣời học trƣớc chủ yếu quan sát chính.Vậy giảng điện tử đƣợc thiết kế cơng phu hơn(có tƣơng tác ngƣời học ngƣời dạy)thiết kế q trình động,tĩnh xen lẫn,cách thiết kế lại bố cục giảng cho sản phẩm giảng có chất lƣợng cao nhằm đem đến cho ngƣời học tiếp thu tốt nhất.Ngòai ngƣời học tham gia trực tiếp vào họat động học sau học xong để tăng cƣờng việc tích cực hóa ngƣời học MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU - Ứng dụng cơng nghệ thơng tin xây dựng giảng tƣơng tác Trƣờng Điện Từ - Thiết kế sản phẩm phục vụ cho việc giảng dạy lớp giáo viên PHƢƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU - Phương pháp tham khảo tài liệu PHẠM VI NGHIÊN CỨU Nghiên cứu E-learning NỘI DUNG NGHIÊN CỨU -Giới thiệu tổng quan E-learning -Tƣơng tác E-learning -Giới thiệu cấu trúc khóa học,cách thức tiếp cận khóa học Chương E-LEARNING 1.1 KHÁI NIỆM VỀ E-LEARNING Có nhiều quan điểm, định nghĩa khác E-Learning, trích số định nghĩa E-Learning đặc trưng nhất:  Là thuật ngữ dùng để mơ tả việc học tập, đào tạo dựa cơng nghệ thơng tin truyền thơng ( Compare Infobase Inc [2])  Là việc học tập hay đào tạo chuẩn bị, phân phối quản lý sử dụng nhiều cơng cụ cơng nghệ thơng tin, truyền thơng khác thực mức cục hay tồn cục (MASIE Center [2])  Việc học tập phân phối hỗ trợ qua cơng nghệ điện tử Việc phân phối qua nhiều kỹ thuật khác Internet, TV, video tape, hệ thống giảng dạy thơng minh, việc đào tạo dựa máy tính (CBT ) ( Sun Microsystems, Inc [2])  Việc phân phối hoạt động, q trình, kiện đào tạo học tập thơng qua phương tiện điện tử Internet, intranet, extranet, CD-ROM, video tape, DVD, TV, thiết bị cá nhân (elearningsite[2]) 1.2 ĐẶC ĐIỂM CỦA E-LEARNING: Tuy có nhiều định nghĩa khác nhau, nói chung E-Learning có đặc điểm sau :  Dựa cơng nghệ thơng tin truyền thơng Cụ thể cơng nghệ mạng, kĩ thuật đồ hoạ, kỹ thuật mơ phỏng, cơng nghệ tính tốn…  Hiệu e-Learning cao so với cách học truyền thống ELearning có tính tương tác cao dựa multimedia  E-Learning trở thành xu tất yếu kinh tế tri thức 1.3 PHÂN BIỆT E-LEARNING VỚI MỘT SỐ KHÁI NIỆM KHÁC: Online Learning - Học tập trực tuyến: Chỉ phần ELearning, mơ tả việc học tập qua Internet / intranet / LAN / WAN Synchronous Learning - Học đồng bộ: Mơ tả việc học tập trực tuyến, thời gian thực người đăng nhập vào thời điểm trao đổi thơng tin trực tiếp với Formal Learning: Đa số thời gian học tập tn theo chương trình xác định trước Mơ hình đào tạo có giáo viên hướng dẫn (instructor led) dựa formal learning 1.4 KẾT HỢP E-LEARNING VỚI CÁCH HỌC TRUYỀN THỐNG: Sau thời gian sử dụng E-Learning người ta nhận thấy rằng: ELearning khơng phải giải pháp hồn hảo khơng thể thay hồn tồn cách học truyền thống Chính người ta kết hợp hai cách học thành mơ hình gọi Blended Learning Model [2] Trong trung tâm E-Learning, học viên gặp học viên khác, tham gia buổi thảo luận, trao đổi thắc mắc với giáo viên Đó kết hợp của:  Online offline learning,  Nhiều định dạng học khác (điện tử, giấy),  Formal informal learning,  Học đồng khơng đồng Giải pháp kết hợp hai cách học: E-Learning truyền thống (Blended Solution) nhằm mục đích đem lại hiệu cao cho học viên 1.5 CẤU TRÚC CỦA MỘT E-LEARNING: Dưới bảng tổng hợp cấp chương trình học ELearning Cấp cao chương trình cấp thấp media: Bảng 1.1: Mơ tả cấp chương trình e-Learning Cấp Ngƣời tạo nội Xuất Dùng cho Cơng cụ tạo dung quản lý nội học viên truy quản lý nhập dung máy chủ Tạo chương Đòi hỏi phải thể Học viên phải Learning trình liên quan mối đăng kí Management đến tích hợp quan hệ logic tham gia System vào khố học ( LMS ) khố Chƣơng khố học theo trình tự chặt học theo dõi trình chẽ khố học Tạo khố học u cầu kết hợp trang Khố học nội dung chế duyệt mục lục hay mục Tạo học bao gồm u cầu chọn kết nối trang hay Bài học đối tượng khác thành cấu trúc duyệt chặt chẽ, logic Tạo trang đòi hỏi đưa text vào Trang tích hợp với media khác Media Tạo media đòi hỏi phải tạo hình ảnh, ảnh động, âm thanh, video… Theo dõi phần khố học, học viên học hồn thành Truy cập khố học học viên mở để xem chọn học khố học Đưa học Truy cập lên đòi hỏi khả học đòi hỏi biểu diễn học viên chọn nhiều trang hay các thành phần trang khác thể học thống Course Authoring Tool Cung cấp Phải có trang cho học cách để u viên theo u cầu trang cầu thể nhận Đòi hỏi phải lưu Truy cập trữ hiệu thành phần tiết kiệm media đòi hỏi khả hoạt động riêng lẻ media Website authoring Tool Couse authoring and Web site authoring Tool Media Editor 1.6 CÁC KIỂU TRAO ĐỔI THƠNG TIN TRONG E-ELEARNING: Bao gồm kiểu trao đổi thơng tin sau: 1.6.1 Một - Một Kiểu trao đổi thường diễn :  Học viên với học viên,  Học viên với giáo viên, Hình 1.1: Trao đổi thơng tin  Giáo viên với học viên kiểu – 1.6.2 Một - Nhiều Kiểu trao đổi thường diễn :  Giáo viên với học viên,  Học viên với học viên khác Hình 1.2: Trao đổi thơng tin kiểu – nhiều 1.6.3 Nhiều - Một Kiểu trao đổi thường diễn :  Các học viên với giáo viên,  Các học viên với học viên Hình 1.3: Trao đổi thơng tin kiểu nhiều – 1.6.4 Nhiều - Nhiều Kiểu trao đổi thường diễn :  Các học viên với học viên,  Các học viên với học viên giáo viên Hình 1.4: Trao đổi thơng tin kiểu nhiều – nhiều 1.7 PHƢƠNG THỨC TRUYỀN TẢI THƠNG TIN 1.7.1 Nội dung kiến thức Truyền tải thơng tin E-learning cách thức truyền thơng tin từ giáo viên đến sinh viên Trong mơi trường E-Learning, dạng biểu diễn thơng tin truyền đạt có thuận lợi bất lợi riêng.Việc sử dụng dạng biểu diễn (hoặc kết hợp chúng) nâng cao chất lượng nội dung, dùng khơng có tính tốn kỹ lưỡng làm tác dụng Video trực quan text khơng phải lúc video hiệu text Và kiểu biểu diễn ảnh hưởng đến kiểu biểu diễn khác kết hợp chúng với Ví dụ biểu diễn văn hình, kết hợp thêm âm Nếu kết hợp tốt hiệu tăng nhiều so với để riêng loại Ngược lại, văn âm khơng khớp với 3.3 CÁCH THỨC TIẾP CẬN KHĨA HỌC Sinh viên tiếp cận khóa học cách: a)Nếu có sẵn đường truyền internet : sinh viên truy cập vào trang web trung tâm E-learning trường http://vinacel.hcmute.edu.vn/ ,sau chọn khóa học Trường điện từ để học trực tuyến b) Nếu khơng có sẵn đường truyền internet :sinh viên học offline chương trình MOODLE : cài phần mềm hỗ trợ WAMPSERVER (server offline) vào máy tính,sau vào Localhost hình : vào khóa học Trường điện từ để học ngoại tuyến Giao diện ban đầu khóa học có dạng nhƣ hình 1: 35 Hình 1: Giao diện ban đầu khóa học -Click vào ‘Login as guest’ vào khóa học.Giao diện khóa học có dạng nhƣ hình 2: 36 Hình 2: Giao diện khóa học +Mục „DIỄN ĐÀN TIN TỨC‟ dùng để cập nhật tin tức,thơng báo giảng viên cho sinh viên tham gia khóa học +Mục „HỎI ĐÁP CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN‟ dùng để giải đáp câu hỏi,thắc mắc sinh viên +Mục „THẢO LUẬN – TRAO ĐỔI‟ nơi giảng viên sinh viên gặp gỡ online (dưới hình thức chat) để thảo luận trao đổi vấn đề mơn học +Mục „CÁC THUẬT NGỮ LIÊN QUAN‟ nơi tập trung thuật ngữ thừơng dùng mơn học 37 -Click vào chƣơng cần học (ví dụ nhƣ Chƣơng :TRƢỜNG ĐIỆN TỪ DỪNG) để mở giảng lý thuyết chƣơng học chọn(hình 3): CHƢƠNG 3: TRƢỜNG ĐIỆN TỪ DỪNG 3.1- Định nghĩa phƣơng trình Maxwell : a)- Định nghĩa : Trường điện từ dừng có kèm phân bố dòng điện khơng đổi mơi trường đứng n hệ qui chiếu quan sát Đây trường hợp riêng trường điện từ trạng thái trường khơng biến đổi theo thời gian , tức  = có q trình dòng tiêu t tán mơi trường dẫn b)- Các phƣơng trình Maxwell: Ở trường điện từ phương trình Maxwell mơi trường có dạng sau ( Do Jcd = , nên viết Jd = J cho gọn )  Trong mơi trường dẫn có : rotE = ; divJ = với J = E ; (a)  Trong điện mơi bao quanh mơi trường dẫn : rotE = ; divJ = với D = E ; (b)  Bên bên ngồi vật dẫn : 38 rotH = J ; divB = với B = H ; (c) Các phương trình dạng ( a) ( b ) nêu rõ : trạng thái E D khơng phụ thuộc vào B,H Do , khỏa sát điện trường riêng lẻ mà khơng cần gắn với phương trình từ trường Ngược lại theo phương trình dạng (c ) phải khảo sát tứ trường gắn với riêng phân bố dòng điện J ( khơng cần gắn với tồn phân bố điện trường ) Vậy , khảo sát riêng lẻ điện trường sau từ trường Ở đây, dẫn quy luật tượng , ý đến thơng số tương tác thơng số động lực học ; đồng thời dẫn phương pháp tính tốn thường gặp thực tế Và ngắn gọn , vận dụng tương tự tốn trường dừng trường tĩnh ……… Hình 3: Mở giảng lý thuyết học TRƯỜNG ĐIỆN TỪ DỪNG -Click vào ‘Bài tập có lời giải’để tham khảo tập có lời giải (hình 4): Bài tập 1: Cáp trụ đồng trục bán kính lõi a, bán kính vỏ b, dài L, giưA lõi vỏ lớp cách điện có ε,γ = const Hiệu điện lõi vỏ U Xác định 1) Cường độ điện trường cách điện, dòng rò chảy qya cách điện, điện trở cách điện điện áp 2) Mật độ cơng suất tổn hao, cơng suất tổn hao đơn vị chiều dài 3) Mật độ diện tích khối tự liên kết lớp cách điện 39 Giải  #0 ; r 1)    0  Z divJ  ; r.J  K K  const  ; J  J E   K  r  K r  K D   E   r ; U   a    b   b  E.dr  a U K   ln b a J  I  Ptt   J  dS K U  b ln a     ; J  J er 2 L   U  b 0 r ln a b ln U a R   I 2L b 2 L a 0    E  dV    V a  r.d dZ  2   U  L  b ln a  r.dr  d dZ r2 b 2  L   U b  ln  2  L   ln  2  L b b a a ln ln a a       L    U  P  U I   b   ln   a   r.Dr     K  0   divD    3) ; bk   divP   divE  r.Dr r.Dr    Ptt   U  ε, γ ; E  E er U  b r  ln a S 2) U  b r  ln a  K  r. a ;  K b b 40 Bài tập 2: Tụ điện bán kính r1= cm, bán kính ngồi r2 = cm Giữa cốt trụ điện mơi thực có ε = 4.ε0 ;   C ; c = 10-10 S.cm> Xác định r cường độ trường điện, cảm ứng điện, mật độ điện tích khối tự do, liên kết điện mơi, điện dẫn rò G ; dòng rò R0 đơn vị chiều dài ? cho biết U = kV ………… Hình 4: Tham khảo giải mẫu -Click vào ‘Bài tập tự giải’ để download tập tự làm (hình 5) CHƯƠNG 3: BÀI TẬP TỰ GIẢI Cáp trụ đồng trục bán kính (lõi) r1 , bán kính (vỏ) r2 , lõi vỏ lớp điện môi có điện dẫn suất:   10 0 với 0 =const , r2 đặt điện áp U (vỏ nối đất ) Xác đònh cường độ điện trường điện môi điện dẫn rò đơn vò dài dây cáp ? Tụ điện trụ bán kính cốt a, bán kính cốt c, dài L, hai cốt tụ có hai lớp điện môi thực với độ dẫn điện 1 = const, 2 = const, mặt trụ phân chia hai lớp điện môi có bán kính b (a < b < c) Tính điện trở cách điện, điện dẫn rò tụ điện 41 Cho tụ điện phẳng hình vẽ, hai cực tụ lớp điện môi có    , r=3 Hãy xác đònh cường độ điện trường, điện trở 4x  cách điện mật độ phân bố điện tích khối hai cực tụ? (biết diện tích cực tu ïlà S)? U  d x Tụ điện cầu có bán kính a=1cm, bán kính b=5cm, hai cốt tụ điện môi thực có   K , (K =10-4 s) Dòng điện rò chảy qua lớp R điện môi có cường độ I=0.2A, tính: a Thế ? b Hiệu điện hai cốt tụ, điện dẫn rò tụ Một tụ điện trụ có bán kính a,b hình vẽ, có =40 ,     (K=const) Hãy tính: E , D , , G, Irò đơn vò dài tụ   K , r2 U a b Một tụ điện trụ có bán kính a,b , có chiều dài L hình vẽ, có   5 2  a.r  ,    5  b.r  Hãy tính: E , D , , G, Irò tụ   U a b Tụ điện cầu có bán kính a, bán kính b=10cm, hai cốt tụ lớp cầu điện môi thực có   5.10 10 s / m Xác đònh a để mật độ dòng 42 rò mặt cốt đạt giá trò nhỏ hiệu điện đặt vào hai cốt tụ không đổi Tính G ứng với a vừa tìm Hình 5:Bài tập tự giải -Click vào ‘Các trang web hữu ích’ chƣơng sinh viên đƣợc dẫn đến trang web hỗ trợ hình ảnh mơ trực quan cho học(sinh viên tự tính tốn,mơ cách thay đổi thơng số có sẵn theo ý mình) nhƣ hình dƣới : Hình 6:Tính tóan trường điện điện tích diểm 43 Hình 7:Mơ trực tuyến an-ten thẳng 44 Hình 8:Mơ trực tuyến phân cực sóng điện từ phẳng 45 C KẾT LUẬN 46 -Bài giảng điện tử thực thử nghiệm cho sinh viên chức số tỉnh có sở đào tạo liên kết với trường ĐHSPKT TPHCM Khánh hòa,Kiên giang Do đặc thù hình thức đào tạo chức nên sinh viên đa số vừa học ,vừa làm, việc học theo phương pháp truyền thống khó khăn,do họ khơng tham dự đầy đủ tiết giảng giáo viên.Chính mà giảng giúp ích nhiều cho sinh viên việc lựa chọn thời gian thích hợp cho việc học Các phần mềm để phục vụ học offline,các file cần thiết hướng dẫn cụ thể gởi cho sinh viên qua e-mail.Các sinh viên có tinh thần hơp tác tích cực kết đạt tương đối khả quan: có khoảng 70% sinh viên tham gia vào khóa học,trong nhiều sinh viên đưa câu hỏi, thắc mắc xác đáng buổi ‘THẢO LUẬN – TRAO ĐỔI’ (dưới hình thức chat) Những câu hỏi, thắc mắc chương học,các tập lớn giáo viên trả lời giải đáp cách đầy đủ trực quan Kết khảo sát cuối khóa cho thấy sinh viên làm kiểm tra đạt số điểm tốt so với học phương pháp truyền thống (60% đạt điểm trung bình,với 20% số đạt điểm trở lên;so với 50% điểm trung bình đạt điểm khá).Điều cho thấy sinh viên có tiếp thu tốt nhờ chủ động việc học -Bài giảng điện tử thiết kế để có tương tác người học người dạy; q trình động,tĩnh thiết kế xen lẫn;bố cục giảng xếp hợp lý Hy vọng giảng có chất lượng nhằm đem đến cho người học tiếp thu tốt 47 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] HƯỚNG DẪN XEM NỘI DUNG CỦA GIÁO TRÌNH ĐIỆN TỬ TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI Ks Nguyễn Duy Hải - Trung tâm CNTT – Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [2] Ngô Nhật nh; Trương Trọng Tuấn Mỹ, Trường điện từ, Trường ĐH Bách Khoa TP.HCM, 1995 - 399 trang [3] Nguyễn Bình Thành, Nguyễn Trần Quân, Lê Văn Bảng; Cơ sở lý thuyết trường điện từ, NXB ĐH THCN, 1977 – 324 trang [4] Phan Hồng Phương, Bài giảng lý thuyết trường điện từ, học viện bưu viễn thông Tp.HCM, 2000 [5] Jonh R.Reitz, Frederich J Milford, Robert W Christy – Addison, Foundations of Electromagnetic Theory, Addison – Wesley Publishing Company, USA; 1993 – 630 trang [6] Jonh D.Kraus, Daviel A Fleisch, Electromagnetics With Applications, Mc Graw-Hill-Singapore: 1999 – 619 trang [7]Carl H.Durney, Curtis C.Jonhson, Introduction to Modern Electromagnetics, Mc Graw-Hill, Kgakusha, Tokyo; 1996 – 471 trang 48 S K L 0