Matlab và ứng dụng trong giảng dạy môn điện tử công suất

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI --- NGUYỄN THỊ THANH MATLAB VÀ ỨNG DỤNG TRONG GIẢNG DẠY MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀN

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

-

NGUYỄN THỊ THANH

MATLAB VÀ ỨNG DỤNG TRONG GIẢNG DẠY

MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC CHUYÊN SÂU: SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐIỆN

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan nội dung của đề tài: “Matlab và ứng dụng trong giảng dạy môn điện tử công suất.” chưa từng được bảo vệ ở bất cứ hội đồng nào Những

số liệu thực trạng việc dạy và học môn điện tử công suất trong báo cáo của luận văn

do tác giả điều tra, phân tích và tổng hợp Trong luận văn những ý kiến trích dẫn được tác giả ghi chú trích dẫn

Tác giả xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình

Hà nội, ngày 20 tháng 10 năm 2014

Tác giả thực hiện

Nguyễn Thị Thanh

Cuối cùng là lời cảm ơn chân thành đến gia đình, người thân cùng toàn thể bạn bè, những người luôn động viên tinh thần giúp tác giả hoàn thành nhiệm vụ được giao

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT

TT Từ viết tắt Nghĩa của từ viết tắt

Magnetic Synchronous Generator )

DANH MỤC BẢNG

dụng vào giờ học

20

16 Bảng 3.1 Các yếu tố đầu vào cho các mô hình FC 78

17 Bảng 3 2 Các yếu tố đầu vào cho các mô hình PV 83

18 Bảng 3.3 Các thông số DC/DC chuyển đổi ở đầu ra hệ thống PV 84

19 Bảng 3.4 Bảng thông số điều khiển tuan bin gió 90

20 Bảng 3.5 Thông số của bộ chỉnh lưu hai cầu trong tua bin gió 92

trăm khả năng tiếp thu kiến thức tương ứng với các hoạt động học tập của sinh viên

14

được ứng dụng vào giờ học

20

17 Hình 2.14 Mô tả thyristor 26

41 Hình 2.38 Kết quả mô phỏng mạch chứa Ideal Switch 44

64 Hình 2.60 Cầu Thyristor 59

chuyên nghành kỹ thuật

66

chuyển đổi DC-AC trực tiếp nối vào lưới điện

71

bộ chuyển đổi DC-AC

72

bộ chuyển đổi AC-AC

74

79 Hình 3.14 Sơ đồ khối hệ thống pin mặt trời[18] 79

mặt trời

82

cầu)[21]

88

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN

LỜI CẢM ƠN

DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT

DANH MỤC BẢNG

DANH MỤC HÌNH

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU

CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀ ỨNG DỤNGTRONG DẠY HỌC KỸ THUẬT 1

1.1 M ỘT SỐ KHÁI NIỆM 1

1.1.1 Mô phỏng 1

1.1.2 Công nghệ mô phỏng 2

1.1.3 Ứng dụng mô phỏng trong dạy học kĩ thuật 3

1.2 D ẠY HỌC CHUYÊN NGÀNH KĨ THUẬT 4

1.2.1 Dạy học 4

1.2.2 Dạy học chuyên ngành kĩ thuật 5

1.3 M ỘT SỐ PHẦN MỀM ỨNG DỤNG TRONG DẠY HỌC CHUYÊN NGHÀNH KỸ THUẬT 6

1.3.1 Phần mềm PSPICE 6

1.3.2 Phần mềm PSIM 7

1.3.3 Phần mềm TINA 7

1.3.4 Matlab/Simulink 8

1.4 M Ô PHỎNG KĨ THUẬT VỚI M ATLAB NHẰM NĂNG CAO HIỆU QUẢ DẠY VÀ HỌC 9

1.4.1 Matlab cung cấp kiến thức 10

1.4.2 Matlab giúp rèn luyện kỹ năng thực hành 10

1.4.3 Matlab góp phần giáo dục nhân cách 10

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 11

CHƯƠNG 2: MATLAB VÀ ỨNG DỤNG CHO MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 12

2.1 V AI TRÒ CỦA M ATLAB ĐỐI VỚI MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 12

2.1.1 Matlab có thể đánh giá được toàn diện hiệu suất hệ thống 12

2.1.2 Matlab giúp tiết kiệm chi phí 12

2.1.3 Matlab giúp kiểm tra sự phá hủy dễ dàng 12

2.1.4 Matlab giúp đơn giản hóa các bộ phận của mạch 13

2.2 T HỰC TRẠNG GIẢNG DẠY ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT VÀ KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG MÔ PHỎNG 13

2.3 M ATLAB / S IMULINK CHO ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 21

2.3.1 Diode 22

2.3.1.1 Mô tả 22

2.3.1.2 Hộp thoại và các thông số 23

2.3.1.3 Các đầu vào ra 24

2.3.1.4 Cho phép và giới hạn 24

2.3.1.5 Ví dụ và kết quả mô phỏng 25

2.3.2 Thyristor 26

2.3.2.1 Mô tả 26

2.3.2.2 Hộp thoại và các thông số 28

2.3.2.3 Các đầu vào ra 29

2.3.2.4 Cho phép và giới hạn 29

2.3.2.5 Ví dụ và kết quả mô phỏng 29

2.3.3 GTO 30

2.3.3.1 Mô tả 30

2.3.3.2 Hộp thoại và các thông số 32

2.3.3.3 Các đầu vào ra 33

2.3.3.4 Cho phép và giới hạn 33

2.3.3.5 Ví dụ và kết quả mô phỏng 33

2.3.4 Mosfet 36

2.3.3.2 Mô tả 36

2.3.4.2 Hộp thoại và các thông số 37

2.3.4.3 Các đầu vào ra 38

2.3.4.4 Cho phép và giới hạn 38

2.3.4.5 Ví dụ và kết quả mô phỏng 38

2.3.5 Ideal Switch 40

2.3.5.1 Mô tả 40

2.3.5.2 Hộp thoại và các thông số 42

2.3.5.3 Các đầu vào ra 43

2.3.5.4 Cho phép và giới hạn 43

2.3.3.5 Ví dụ và kết quả mô phỏng 43

2.3.6 IGBT 44

2.3.6.1 Mô tả 44

2.3.6.2 Hộp thoại và các thông số 46

2.3.6.3 Các đầu vào ra 47

2.3.6.4 Cho phép và giới hạn 47

2.3.6.5 Ví dụ và kết quả mô phỏng 47

2.3.7 Đo áp 49

2.3.7.1 Mô tả 49

2.3.7.2 Hộp thoại và các thông số 50

2.3.7.3 Các đầu vào ra 50

2.3.7.4 Ví dụ và kết quả mô phỏng 51

2.3.8 Đo dòng 52

2.3.8.1 Mô tả 52

2.3.8.3 Các đầu vào ra 53

2.3.8.4 Ví dụ và kết quả mô phỏng 53

2.3.9 Đồng hồ đa năng 54

2.3.9.1 Mô tả 54

2.3.9.2 Dấu thông thường đối với dòng điện và điện áp 55

2.3.9.3 Hộp thoại và các thông số 56

2.3.9.4 Ví dụ và kết quả mô phỏng 57

2.3.10 Các cầu thông dụng 59

2.3.10.1 Mô tả 59

2.3.10.2 Các loại cầu thông dụng 60

2.3.10.3 Hộp thoại và các thông số 62

2.3.10.4 Các đầu vào ra 64

2.3.10.5 Cho phép và giới hạn 65

2.3.10.6 Ví dụ và kết quả mô phỏng 65

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 69

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ MÔ PHỎNG CHO MỘT SỐ PHẦN CỦA ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT 70

3.1 X ÂY DỰNG CẤU TRÚC MÔ PHỎNG TRONG DẠY HỌC THEO MÔ HÌNH MÔ PHỎNG TRONG NCKH 70

3.1.1 Mô phỏng trong nghiên cứu khoa học 70

3.1.2 Xây dựng cấu trúc mô phỏng trong dạy học 71

3.2 X ÂY DỰNG QUY TRÌNH VẬN DỤNG PPMP TRONG DẠY HỌC CHUYÊN NGÀNH KỸ THUẬT 71 3.2.1 Mối quan hệ giữa PPMP trong dạy học với phương pháp khoa học 72 3.2.2 Tác động của PPMPDH đối với công nghệ dạy học 72

3.2.3 Soạn bài giảng theo PPMP 73

3.3 M ỘT SỐ BÀI TẬP LỚN CHO SINH VIÊN NGHIÊN CỨU 75

3.3.1 Điện tử công suất cho chuyển đổi hệ thống pin nhiên liệu 75

3.3.2 Pin nhiên liệu 77

3.3.3 Pin mặt trời 81

3.3.4.Tuabin gió 89

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 110

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 110

TÀI LIỆU THAM KHẢO

PHỤ LỤC 1

PHỤ LỤC 2

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

Ngày nay, những thành tựu của khoa học-công nghệ đang đưa thế giới chuyển

từ kỷ nguyên công nghiệp sang kỷ nguyên thông tin và kinh tế tri thức, tác động tới tất cả mọi lĩnh vực, làm biến đổi nhanh chóng, sâu sắc đời sống vật chất và tinh thần của xã hội Kho tàng kiến thức của nhân loại ngày càng đa dạng và phong phú Trong điều kiện đó, việc toàn cầu hóa và hội nhập kinh tế là xu thế tất yếu, khách quan của các nước đang phát triển Các phương tiện truyền thông, mạng viễn thông, Internet tạo điều kiện thuận lợi cho giao lưu, hội nhập văn hóa và cũng là điều kiện thuận lợi cho việc đổi mới và phát triển giáo dục Nhà trường từ chỗ hoạt động khép kín chuyển sang mở cửa rộng rãi, đối thoại với xã hội, gắn bó chặt chẽ với nghiên cứu khoa học- công nghệ và ứng dụng; Giáo viên thay vì chỉ truyền đạt tri thức, chuyển sang cung cấp cho người học phương pháp thu nhận thông tin một cách tự lực, có phân tích và tổng hợp

Trong bối cảnh quốc tế đó, để đáp ứng nhu cầu của sự phát triển đất nước, nền giáo dục Việt Nam phải thực hiện một sự đổi mới sâu sắc và toàn diện về nội dung lẫn phương pháp dạy học như tinh thần của nghị quyết TW2 - khóa VIII của Đảng Cộng Sản Việt Nam đã nêu: “Đội mới mạnh mẽ phương pháp giáo dục - đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của người học, từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học, đảm bảo điều kiện thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh, nhất

là sinh viên đại học” Vì vậy, với mong muốn đóng góp một phần nhỏ vào việc nâng cao hiệu quả dạy học, tôi chọn đề tài về đổi mới phương pháp giảng dạy

là: “Matlab và ứng dụng trong giảng dạy môn điện tử công suất” Tác giả hy

vọng có thể tạo thêm những bậc thang để các giáo viên, sinh viên tiếp cận với PPDH hiện đại, khuyến khích họ tăng cường sử dụng công nghệ thông tin vào quá trình dạy học để nâng cao hiệu quả dạy học

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu ứng dụng của Matlab trong giảng dạy môn điện tử công suất nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức của sinh viên và nâng cao chất lượng giảng dạy môn điện tử công suất

3 Khách thể,đối tượng, phạm vi nghiên cứu

3.1 Khách thể nghiên cứu:

Matlab và ứng dụng trong giảng dạy môn điện tử công suất

3.2 Đối tượng nghiên cứu: Matlab/Simulink và điện tử công suất

3.3 Phạm vi nghiên cứu: Matlab và ứng dụng trong giảng dạy môn điện tử công suất

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

4.1 Nghiên cứu cơ sở lí luận về mô phỏng và dạy học chuyên nghành kỹ

thuật

4.2 Đánh giá thực trạng giảng dạy điện tử công suất và khả năng ứng

dụng mô phỏng

4.3 Cơ sở lí luận phần mềm Matlab cho điện tử công suất

4.4 Thiết kế mô phỏng một phần của điện tử công suất

5 Giả thuyết khoa học

Nếu ứng dụng phần mềm Matlab/ Simulink vào dạy học môn điện tử công suất

sẽ góp phần nâng cao hiệu quả việc dạy và học môn học này tại các trường đại học và cao đẳng

6 Phương pháp nghiên cứu

- Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu các tài liệu, các bài báo trong và ngoài nước về mô phỏng trong dạy học, các ứng dụng của Matlab trong dạy học kỹ thuật Trên cơ sở đó tổng hợp và phân tích

- Phương pháp điều tra bằng phiếu : Tài liệu thu thập được tác giả đề xuất sử dụng các công cụ điều tra trên mạng để tiến hành thu thập số liệu

- Phương pháp mô phỏng: xây dựng một số học liệu cho điện tử công suất

7 Cấu trúc luận văn:

Ngoài phần mở đầu,kết luận, danh mục tài liệu tham khảo, luận văn được

chia làm 3 chương:

Chương 1: Công nghệ mô phỏng và ứng dụng trong dạy học kỹ thuật

Chương 2: Matlab và ứng dụng trong dạy học điện tử công suất

Chương 3: Thiết kế mô phỏng cho một số phần của điện tử công suất

Do điều kiện thời gian, kiến thức còn hạn hẹp nên luận văn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót về mặt nội dung lẫn hình thức Tác giả thực hiện rất mong nhận được sự quan tâm chỉ bảo của quý thầy cô, bạn bè để luận văn được hoàn thiện hơn

CHƯƠNG 1: CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀ ỨNG DỤNGTRONG DẠY

Mô phỏng thường được dùng trong nghiên cứu khoa học (NCKH), là quá trình phát triển mô hình hoá rồi mô phỏng một đối tượng cần nghiên cứu Thay cho việc phải nghiên cứu đối tượng cụ thể mà nhiều khi là không thể hoặc rất tốn kém tiền của, chúng ta xây dựng những mô hình hoá của đối tượng đó trong phòng thí nghiệm và tiến hành nghiên cứu đối tượng đó dựa trên mô hình hoá này Kết quả rút

ra được phải có kiểm chứng với kết quả đo đạc thực tế Dựa trên những kết quả thu được sau quá trình mô phỏng, ta có thể rút ra hướng đi tiếp cho nghiên cứu và sản xuất về sau Đây là lĩnh vực phức tạp, trong bài báo này chỉ giới hạn nghiên cứu việc ứng dụng khoa học công nghệ trong giáo dục và cơ sở lý luận cho việc sử dụng

mô phỏng trong dạy học nhằm đổi mới phương pháp giảng dạy hiện nay ở các trường đại học kỹ thuật

Mô phỏng (Simulation, Imitation) là phương pháp mô hình hoá dựa trên việc xây dựng mô hình số và dùng phương pháp số để tìm các lời giải Chính vì vậy, máy tính số là công cụ duy nhất và hữu hiệu để thực hiện việc mô phỏng hệ thống

Lý thuyết cũng như thực nghiệm đã chứng minh rằng chúng ta chỉ có thể xây dựng được các mô hình gần đúng với đối tượng mà thôi, vì trong quá trình mô hình hoá bao giờ cũng phải chấp nhận một số giả thiết nhằm giảm bớt độ phức tạp của

mô hình, để mô hình có thể ứng dụng thuận tiện trong thực tế Mặc dầu vậy mô hình hoá luôn luôn là một phương pháp hữu hiệu để con người nghiên cứu đối tượng, nhận biết các quá trình, các quy luật tự nhiên Đặc biệt ngày nay, nhờ có sự trợ giúp đắc lực của kỹ thuật máy tính, kỹ thuật tin học, người ta đã phát triển các

phương pháp mô hình hoá cho phép xây dựng các mô hình ngày càng gần với đối tượng nghiên cứu, đồng thời việc thu nhận lựa chọn xử lý các thông tin về mô hình rất thuận tiện, nhanh chóng và chính xác Chính vì vậy, mô hình hoá là một phương pháp nghiên cứu khoa học cần nghiên cứu và ứng dụng vào thực tiễn

1.1.2 Công nghệ mô phỏng

Công nghệ là hệ thống phương tiện, phương pháp và kỹ năng nhằm vận dụng quy luật khách quan, tác động vào một đối tượng nào đó, đạt một thành quả xác định cho con người[2]

Công nghệ mô phỏng là công nghệ tạo ra những mô hình, thiết bị mô phỏng hoạt động giống hoặc gần giống như những sự vật, hiện tượng, quá trình xảy ta trong thực tế Việc nghiên cứu, thao tác trên thiết bị mô phỏng cho phép rút ra những kết luận thực tế Việc nghiên cứu, thao tác trên thiết bị mô phỏng cho phép rút ra kết luận và hình thành kỹ năng phục vụ cho lợi ích con người [3]

Tiết kiệm thời gian, kinh phí, nguyên vật liệu, tránh được những trường hợp rủi ro, nguy hiểm trong điều kiện thực, giảm tác động xấu tới môi trường…, thậm chí có thể làm được cái không thể làm trong điều kiện thực Đó là những gì công nghệ mô phỏng có thể mang lại

Thay cho việc phải nghiên cứu đối tượng thực, cụ thể mà nhiều khi là không thể hoặc tốn kém, người ta mô hình hoá đối tượng đó trong phòng thí nghiệm và tiến hành nghiên cứu đối tượng đó dựa trên mô hình này

Công nghệ mô phỏng liên quan đến nhiều ngành khoa học: toán, vật lý, mô hình hóa, tự động, điện tử công suất Đây là công cụ đa dạng và linh hoạt đặc biệt thích ứng với việc nghiên cứu thử nghiệm và giáo dục đào tạo

Mô phỏng được ứng dụng rất nhiều trong các lĩnh vực khác nhau như trong

công nghiệp nghệ nhằm tối ưu chất lượng, kỹ thuật an toàn, kiểm tra; trong giáo dục

và đào tạo, đặc biệt gần đây được ứng dụng khá rộng rãi trong thiết kế các trò chơi Việc ứng dụng kỹ thuật mô phỏng trong dạy học tạo nên một phương pháp dạy học hiện đại, đó là việc dạy về các khía cạnh khác nhau của thế giới bằng việc bắt chước hoặc sao chép nó Sinh viên không những hình thành động cơ học tập từ việc mô phỏng mà còn học bằng cách tương tác với chúng theo cách tương tự mà họ sẽ tương tác trong các tình huống thực tế [4]

Mô phỏng trên máy tính giúp sinh viên có cơ hội để quan sát gián tiếp thế giới thực và tương tác với nó Trong lớp học, mô phỏng có thể đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra các thí nghiệm ảo và các yêu cầu Các vấn đề đưa ra dựa trên

mô phỏng cho phép sinh viên giám sát các thí nghiệm, kiểm tra các mô hình mới và nâng cao nhận biết trực giác của họ về các hiện tượng phức tạp Mô phỏng có thể sử dụng cho các công việc mà không thể làm được trong thực tế, các công việc đòi hỏi chi phí cao, hoặc các công việc quá nguy hiểm nếu làm trong thực tế Mô phỏng có thể đóng góp vào việc thay đổi khái niệm; cung cấp các kinh nghiệm không hạn chế cho các sinh viên, cung cấp các công cụ cho nhu cầu nghiên cứu khoa học [6]

1.1.3 Ứng dụng mô phỏng trong dạy học kĩ thuật

Phương pháp dạy học sử dụng phương pháp mô phỏng (PPMP) có nhiều ưu điểm Trước hết, nó vẫn duy trì được ưu điểm của phương pháp giảng dạy truyền thống là phát huy vai trò chủ đạo của người thầy, bên cạnh đó PPMP lại có thế mạnh mà phương pháp dạy học truyền thống không thể có như sử dụng hình ảnh động, mô phỏng hoạt động “như thật” của các mạch điện tử, thực hành ảo, các hoạt động của thiết bị, sinh viên có thể “can thiệp” vào tiến trình bài giảng như thay đổi

“thông số” kỹ thuật của thiết bị ảo nên giúp sinh viên nhanh chóng nẵm vững kiến thức Vì vậy giáo viên có nhiều quỹ thời gian để làm việc trực tiếp với học trò hơn, nâng cao hiệu quả giảng dạy

Hình 1.1: Mô hình nâng cao chất lượng dạy học bằng phương

pháp mô phỏng [5]

Phương pháp dạy học sử dụng PPMP đã đổi mới phương thức giảng dạy, chuyển việc giảng viên truyền thụ kiến thức cho học sinh sang giảng viên hướng dẫn học sinh tìm kiếm tri thức, tìm cách khám phá khoa học

Chất lượng dạy học PPMP Gia công sư

phạm nội

tưởng tượng Hứng thú nhận thức

Phương pháp dạy học sử dụng PPMP cho phép chúng ta xác lập được phương pháp học tập hiệu quả nhất cho người học và cũng dễ dàng lý giải các câu châm ngôn:

- Nếu tôi chỉ nghe thì tôi sẽ quên ngay,

- Nhưng nếu tôi nhìn thì tôi sẽ nhớ,

- Còn nếu tôi thực hành thì tôi sẽ hiểu

“Nếu tôi chỉ nghe”, tức là nghe giảng theo phương pháp truyền thống, thầy đọc trò ghi, học sinh rất dễ quên “Nếu tôi nhìn”, tức là nhìn trên màn hình xem các

mô hình chuyển động như thật quá trình vận hành của thiết bị sẽ giúp học sinh nhớ bài giảng lý thuyết Câu này cũng giống nghĩa với câu châm ngôn “trăm nghe không bằng một thấy” “Nếu tôi thực hành”, tức là cho phép sinh viên được “thực hành” ngay trên các thiết bị ảo như thật sẽ giúp sinh viên hiểu sâu sắc bản chất vấn đề Điều này cho thấy trí nhớ là quá trình tái hiện tích hợp của các giác quan Xét về phương diện lý luận, PPMP bổ sung vào lý luận phương pháp giáo dục hiện đại ở khía cạnh mới: Học sinh tự tìm kiến thức bằng hành động thao tác trực tiếp vào các thiết bị ảo, các mô hình trong bài giảng như những giáo viên Trong khi phương pháp giáo dục truyền thống khi dạy các môn kỹ thuật chủ yếu là: Giáo viên làm mẫu còn học sinh làm theo

1.2 Dạy học chuyên ngành kĩ thuật

1.2.1 Dạy học

"Dạy học là quá trình hoạt động hai mặt do thầy giáo (dạy) và học sinh (học) nhằm thực hiện các mục đích dạy học Nhiệm vụ dạy học trong nhà trường không chỉ đảm bảo một trình độ học vấn nhất định mà còn góp phần hình thành nhân cách con người của xã hội cộng sản chủ nghĩa" (Bách khoa Giáo dục học - Maxcơva)

Hình 1.2 Mô hình TPACK

Mô hình Tpack (kiến thức về công nghệ, nội dung và phương pháp) hình ảnh hóa các thành tố quan trọng của quá trình phát triển chuyên môn liên tục này Mô hình đưa ra cái nhìn tổng quan về ba dạng cơ bản của kiến thức mà một giáo viên cần để ứng dụng công nghệ thông tin vào việc dạy học của mình: kiến thức công nghệ, kiến thức phương pháp, kiến thức về nội dung, cũng như mối quan hệ tương tác giữa chúng [8]

Một giáo viên có khả năng kết hợp tất cả ba dạng cơ bản của kiến thức sẽ đem lại một giờ học đầy hứng thú, hiệu quả và lôi cuốn người học

1.2.2 Dạy học chuyên ngành kĩ thuật

Phương pháp giảng dạy cổ điển nặng về truyền đạt một chiều, đặc trưng nhất

là thầy giảng trò ghi Sự minh họa bằng hình vẽ hay một vài giáo cụ trực quan được xem như một bước sâu hơn trong phương pháp giảng dạy Cho sinh viên làm bài tập

và các hình thức kiểm tra cũng chỉ có tính chất củng cố những kiến thức đã được tiếp thu một cách thụ động

Kiến thức về nội dung và công nghệ

Kiến thức về nội dung và phương pháp

Kiến thức về công

nghệ và phương

pháp

Kiến thức về công nghệ, nội dung và phương pháp

Với một số ngành học, môn học có trong các ngành công nghiệp có mức độ

tự động hóa, tin học hóa ngày càng cao tính chất “sôi kinh, nấu sử” thì có thể phương pháp giảng dạy truyền thống, thầy đọc trò ghi chưa lộ rõ các nhược điểm Nhưng đối với những môn học kỹ thuật như: Môn điện tử công suất, truyền động điện… phải đào tạo cả kiến thức và kỹ năng nghề nghiệp thì phương pháp giảng dạy

cũ sẽ trở nên bất cập vì những lý do sau:

Do diễn giải chỉ bằng logic tư duy, thầy dẫn dắt truyền đạt trò thu nhận nên chỉ dừng lại được ở các mô hình toán học hay sơ đồ thuật toán, lưu đồ công nghệ , kết quả là các kỹ sư, cử nhân đào tạo ra “ôm một mớ lý thuyết” mà khai triển ứng dụng khó khăn

Do tiếp thu thụ động, người học bị hạn chế sự sáng tạo, thiếu khả năng tự nghiên cứu trong quá trình tiếp cận các lĩnh vực công nghệ mới nên sau quá trình học ra làm việc bị động với công việc, nhất là thiếu khả năng tự đào tạo, cập nhật và nâng cao trình độ

Thiếu khả năng làm việc nhóm, thiếu khả năng hợp tác trong công việc mà

đó lại là các đòi hỏi ngày càng cần thiết đối với các kỹ sư hiện nay

Do đặc điểm của các môn học chuyên ngành kỹ thuật như trên đã phân tích là tìm hiểu, phân tích, thiết kế mạch cùng với các phần thí nghiệm, thực hành trợ giúp nên các bài giảng trên lớp của môn học này thường lồng ghép rất nhiều hình vẽ mạch điện tử Với phương pháp dạy học truyền thống để thể hiện các hoạt động của các thiết bị này, giáo viên phải dành khá nhiều thời gian vẽ hình trên bảng, tuy nhiên những hình vẽ này trên bảng luôn ở trạng thái “tĩnh” khó có sức thuyết phục [5]

1.3 Một số phần mềm ứng dụng trong dạy học chuyên nghành kỹ thuật 1.3.1 Phần mềm PSPICE

PSPICE là phần mềm mô phỏng mạch điện - điện tử trường đại học tổng hợp California ở Berkeley sáng tạo ra Hiện nay, PSPICE được xem là một trong những phần mềm mô phỏng mạch điện - điện tử mạnh và phổ biến trên thế giới Phần mềm này cho phép người dùng thiết lập mô hình phần tử của mình theo định hướng nghiên cứu riêng, mở ra khả năng rộng lớn cho các chuyên gia trong lĩnh vực điện

tử công suất Đây là sản phẩm mới nhất, nhằm tổng hợp các giai đoạn thiết kế chế

tạo mạch điện tử: xây dựng mạch nguyên lý, mô phỏng, chuyển mạch nguyên lý mạch sang mạch in, đổ sang máy làm mạch in

Thư viện của PSPICE rất lớn, lên đến hàng chục nghìn linh kiện điện tử, bóng bán dẫn, vi mạch IC của rất nhiều hãng trên thế giới, vì vậy rất thuận lợi khi thiết kế hay khảo sát mạch sử dụng các linh kiện có sẵn trong thư viện và xây dựng các mô hình riêng, tự thiết lập thư viện riêng phục vụ mục đích của mình

Trong PSPICE có sẵn rất nhiều loại nguồn điện để người khảo sát sử dụng (nguồn điện áp, dòng điện một chiều, nguồn điện hình sin, dạng sóng theo hàm mũ, nguồn tín hiệu điều chế tần số) và 4 nguồn phụ thuộc cơ bản Ngoài ra còn có công tắc điện tử được điều khiển bằng điện áp hoặc bằng dòng điện Các phân tích chính

là đặc tính truyền đạt, đặc tính tần số, điểm làm việc một chiều, đặc tính động Trong mô phỏng mạch điện tử công suất quan trọng nhất là phân tích động (transient analysis) Trong PSPICE chế độ phân tích này thường tốn thời gian tính của PC, khi mạch phức tạp hoặc thời gian khảo sát lớn, dung lượng của file dữ liệu này có thể lên đến hàng trăm MB Vì vậy, khi chương trình đang chạy ta có thể tạm dừng chương trình để theo dõi và kiểm tra sơ bộ nếu thấy không đạt thì ngắt hẳn chương trình để sửa đổi

1.3.2 Phần mềm PSIM

yêu cầu bộ nhớ RAM tối thiểu là 32 MB Chương trình thiết kế mạch của PSIM là một chương trình có tính tương tác cao giữa giao diện của các thư mục và phần mềm soạn thảo mạch điện với người sử dụng Các phần tử của mạch được chứa trong menu Elements Các phần tử được chia thành bốn nhóm là: Phần tử mạch công suất (Power), phần tử mạch điều khiển (Control), phần tử nguồn (Sources) và các phần tử khác (Others) Thư viện trong PSIM bao gồm hai phần: Thư viện hình ảnh (PSIMimage.lib) và thư viện danh sách (PSIMLIB) Thư viện danh sách không thể sửa đổi được, nhưng thư viện hình ảnh có thể sửa đổi hoặc tạo lập một thư viện hình ảnh riêng cho người sử dụng

1.3.3 Phần mềm TINA

Đây là phần mềm chuyên dụng cho phân tích mạch điện, mạch điện tử dạng tương tự và xung số mạch điện tử công suất do hãng designsoft đưa ra thị trường TINA có thanh công cụ đặc trưng là các phần tử mô phỏng mạch, được chia làm

một phương trình với nhiều tham số đặc trưng, do đó mô hình mô phỏng rất sát đặc tính Vôn-ampe thực của chủng loại đó Vì vậy để đưa vào mạch một bóng bán dẫn

cụ thể cần phải biết khá nhiều tham số của nó, điều này không phải lúc nào cũng biết được Để dễ dàng cho người sử dụng, thư viện của TINA có sẵn hàng trăm loại bóng thông dụng trên thị trường với các tham số chuẩn do nhà chế tạo cung cấp

1.3.4 Matlab/Simulink

Đây là phần mềm được phổ cập ở mức độ toàn cầu Hiện nay ở nước ta, Matlab cũng khá quen thuộc trong lĩnh vực điều khiển và tự động hóa Tuy nhiên từ phiên bản 5.3 của matlab mới cho phép thâm nhập vào lĩnh vực điển tử công suất (power electronic) Đây là phần mềm bổ sung của mục “power system blockset” nằm trong phần simulink Trong đó đưa ra mô hình các phần tử bán dẫn là: tiristo, diot, GTO, MOSFET và ideal switch Tất cả các phần tử này đều được mô phỏng như một mạch gồm điện trở mắc nối tiếp điện cảm khi ở trạng thái dẫn dòng điện, còn khi không dẫn dòng thì tương ứng đứt mạch (tổng trở bằng vô hạn), ngoài ra luôn có mạch RC đấu song song Bằng cách ghép từng hình theo một sơ đồ cụ thể nào đó, có thể thiết lập một thư viện các mạch điển tử công suất theo ý muốn (ví dụ như mạch chỉnh lưu cầu hoặc mạch băm xung…)

Phần mềm mô phỏng bằng Simulink rất thuận lợi khi cần phân tích và khảo sát ở khía cạnh hệ thống, nhất là với hệ thống kín, ở đó mạch điện tử công suất chỉ

lầ một khối của hệ thống Trong simulink, các van được mô phỏng hoặc như một khoá lý tưởng, hoặc như một điện trở hai trạng thái Như vậy, phần tử bán dẫn mô phỏng không phản ánh chính xác đặc tính Vôn-ampe của chúng nữa song điều đó không ảnh hưởng đến bản chất của hệ thống được nghiên cứu, mặt khác lại giảm được đáng kể thời gian tính máy Lưu ý rằng trong simulink, các xung điều khiển cho các van là tín hiệu mức logic 0/1, không phải là điện áp điều khiển hay dòng điều khiển cho van nên không cần chú ý về phương diện cách ly giữa lực và điều khiển

Nhìn chung phần mềm Matlab là phần mềm dễ sử dụng, trực quan Chính vì vậy, tác giả lựa chọn phần mềm Matlab vào môn điện tử công suất

1.4 Mô phỏng kĩ thuật với Matlab nhằm năng cao hiệu quả dạy và học

Với sự phát triển của khoa học máy tính, phương pháp mô phỏng ngày càng chứng tỏ ưu thế của nó Trong công tác phục vụ nghiên cứu, phân tích và thiết kế hệ thống của các nhận định cũng như các kết quả khoa học, phương pháp mô phỏng đã đóng góp một vai trò to lớn, nó cho phép giảm chi phí, hạn chế rủi ro, tăng cường các ưu điểm của sản phẩm nghiên cứu để từ đó chúng ta có thể đánh giá, rút ngắn thời gian và hạ giá thành thử nghiệm

Phần mềm mô phỏng Matlab và Simulink là một công cụ mô phỏng mạnh với giao diện, khả năng lập trình linh hoạt, cùng với các công cụ có sẵn để phục vụ

mô phỏng cho công việc nghiên cứu cho các ngành kỹ thuật như: Điện, điện tử, điều khiển tự động… Trong đó Simulink là công cụ dùng để mô phỏng và phân tích hệ thống động học được tích hợp sẵn trong chương trình Matlab/Simulink cho phép chúng ta mô phỏng Simulink bao gồm các khâu cơ bản trong ngành kỹ thuật điều khiển tự động đáp ứng đầy đủ yêu cầu mô phỏng, phân tích cũng như tính mở cho người sử dụng nếu người sử dụng muốn định nghĩa thêm một khâu mới Ngoài

ra Simulink còn tương thích với các chương trình được lập trình trên nền Matlab là M-file Điều này làm cho quá trình mô phỏng thêm linh hoạt hệ thống trên cả miền thời gian liên tục và gián đoạn có sẵn trong các thư viện

Mô phỏng bằng Matlab phù hợp với mục đích giáo dục

Hình 1.3: Mục đích giáo dục (theo Albert shanker)

1.4.1 Matlab cung cấp kiến thức

Khi ứng dụng Matlab vào bài giảng, hiệu quả bài giảng và chất lượng lĩnh hội kiến thức của sinh viên được nâng cao hơn Giáo viên phải biết tạo cơ hội phát huy tư duy sáng tạo của sinh viên Cụ thể thông qua các công cụ của Matlab, giáo viên có thể rèn luyện cho sinh viên các thao tác tư duy: cách quan sát mạch điện tử, khả năng mô tả và diễn đạt tư duy tạo điều kiện cho họ hình thành năng lực phân tích, so sánh, tổng hợp, khái quát hóa và trừu tượng hóa

1.4.2 Matlab giúp rèn luyện kỹ năng thực hành

Giáo viên phải thông qua bài giảng bằng mô phỏng bằng Matlab để rèn luyện cho sinh viên kỹ năng thực hành Cụ thể sinh viên có thể tự mình tiến hành mô phỏng với các phần mềm Matlab kết hợp với các kiến thức tin học cơ sở để điều chỉnh tại chỗ quá trình mô phỏng theo ý muốn Hơn nữa sinh viên còn được rèn luyện kỹ năng tư duy thuật toán, kỹ năng lập trình tạo khả năng thích ứng với xã hội thông tin trong tương lai [9]

1.4.3 Matlab góp phần giáo dục nhân cách

Giáo viên thông qua phương pháp dạy học bằng mô phỏng bằng Matlab để rèn luyện cho sinh viên tính độc lập, tự chủ, kiên trì, cần cù và chăm chỉ Đặc điểm phương pháp mô phỏng là gây hứng thú cho sinh viên, làm cho sinh viên yêu thích môn học, tạo tiền đề cho việc định hướng nghề nghiệp

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Mô phỏng trên máy tính là xu hướng dạy học mới, hiện đại đã và đang được nghiên cứu và áp dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực Trong lĩnh vực giáo dục, các bài giảng có ứng dụng mô phỏng kết hợp phương tiện nghe nhìn hiện đại sẽ tạo cho sinh viên nhiều kỹ năng như: khả năng hoạt động quan sát (các hình ảnh tĩnh hoặc động), khả năng thao tác trên đối tượng, khả năng tự do phát triển tư duy, khả năng ứng dụng vào thực tế Đây được cho là lựa chọn con đường tối ưu để nhận thức Trong chương 1 tác giả đã giải quyết được một số vấn đề:

Cung cấp lí luận khoa học làm sáng rõ luận điểm :

- Mô phỏng, công nghệ mô phỏng, ứng dụng công nghệ mô phỏng trong dạy học kỹ thuật Qua đó thấy được tầm quan trọng của mô phỏng trong dạy học kỹ thuật

- Đặc điểm dạy học chuyên ngành kỹ thuật

- Giới thiệu một số phần mềm dùng mô phỏng trong kỹ thuật: Psim, Tina, Pspice, Matlab Qua đó thấy được lý do tác giả sử dụng phần mềm Matlab trong đề tài

- Mô phỏng kỹ thuật khi sử dụng phần mềm Matlab nâng cao hiệu quả dạy và học Qua đó thấy được lợi ích giáo dục mà phần mềm Matlab mang lại trong dạy học chuyên ngành kỹ thuật là rất phù hợp với mục đích giáo dục

CHƯƠNG 2: MATLAB VÀ ỨNG DỤNG CHO MÔN ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT

Ngày nay, với việc phát triển mạnh mẽ các ứng dụng của khoa học kỹ thuật trong công nghiệp, đặc biệt là trong công nghiệp điện tử thì các thiết bị điện tử có công suất lớn cũng được chế tạo ngày càng nhiều Và đặc biệt các ứng dụng của nó vào các ngành kinh tế và đời sống hàng ngày đã và đang được phát triển hết sức mạnh mẽ

Chính vì vậy môn học điện tử công suất là một yêu cầu cấp thiết đối với mỗi sinh viên Điện - Điện tử nói riêng và sinh viên chuyên nghành kỹ thuật nói chung

2.1 Vai trò của Matlab đối với môn điện tử công suất

2.1.1 Matlab có thể đánh giá được toàn diện hiệu suất hệ thống

Công cụ Simulink trong phần mềm matlab cung cấp một dải rất rộng các mô hình ĐTCS cần thiết để xây dựng chính xác hiệu suất của hệ thống mạch điện tử Thông qua mô phỏng trên máy tính, chúng ta xem xét được toàn diện hơn, lựa chọn được các thông số điều kiện hợp lý, tối ưu, nâng cao chất lượng điều khiển, tăng nhanh tiến độ, sớm phát hiện những tồn tại trước khi đưa các mạch điện tử vào ứng dụng, đảm bảo an toàn, kéo dài tuổi thọ của các thiết bị điện tử đem lại hiệu quả kinh tế rõ ràng

2.1.2 Matlab giúp tiết kiệm chi phí

Sử dụng mô phỏng bằng Simulink thường rẻ hơn rất nhiều so với việc làm mạch thực Hoặc phân tích sâu hơn để xây dựng mạch thực tế, có nhiều thành phần được xác định [10]

Đúng vậy việc thực hiện trên phần mềm Matlab mô hình chính xác Một phân tích chi tiết một mô phỏng chương trình cần mô hình chính xác của tất cả các yếu tố mạch có kết quả phù hợp với thực tế, chi phí thấp hơn rất nhiều so với thí nghiệm trên mô hình điện tử và trên mạch điện tử thực tế

2.1.3 Matlab giúp kiểm tra sự phá hủy dễ dàng

Trong thực tế, việc kiểm tra sự phá hủy của một mạch điện tử là khó, có trường hợp không thể thực hiện được trong phòng thí nghiệm Do an toàn hoặc do các chi phí liên quan có thể được mô phỏng Phản ứng lỗi mạch điện tử và các điều kiện bất thường có thể được phân tích kỹ lưỡng qua Matlab

2.1.4 Matlab giúp đơn giản hóa các bộ phận của mạch

Để tập chung vào một phần của mạch điện tử điều này không thể thực hiện được trong phòng thí nghiệm Yêu cầu được liệt kê ở trên đặt ra thách thức cần có khi đánh giá mục tiêu mô phỏng Nói chung là không mong muốn để mô phỏng tất

cả các khía cạnh của hệ thống một các chi tiết Lý do là thời gian mô phỏng có thể rất dài và nội dụng thông tin đầu ra rất nhiều, đáp ứng được yêu cầu quan tâm Do

đó sử dụng phần mềm Matlab là hợp lý cho việc mô phỏng một cách đơn giản và đáp ứng được ngay một cách khách quan

Các mạch có các cấu trúc liên kết một cách thống nhất rõ ràng mà không cần người sử dụng phải cung cấp một hệ thống mô tả nào cho hệ điều hành của phần mềm Mô phỏng điện tử công suất bằng Matlab là quan tâm lớn đến thiết kế Tính chất chuyển đổi của các thiết bị được sử dụng cho phép phát triển các thuật toán chuyên ngành giúp tiết kiệm thời gian mô phỏng so với mô phỏng bằng thuật toán

Sử dụng Simulink hộp công cụ phần mềm của Matlab, cung cấp cơ sở sơ lược phân tích một mạch điện tử và phần mềm này thể hiện được những ưu điểm vượt trội gắn liền với mô phỏng trong quá trình thiết kế mạch điện tử[11]

Hoạt động chuyển mạch mạnh mẽ: Hành động chuyển đổi do thiết bị chuyển mạch trạng thái vắng (điốt, thyristor và transitor) phải được xử lý một cách thích hợp, dựa trên cách chuyển mạch được mô hình hóa như thế nào, tắt/ mở quá trình chuyển đổi, hoặc đại diện cho một phi tuyến hay dẫn đến các cấu trúc phụ thuộc thời gian của mạch [12]

2.2 Thực trạng giảng dạy điện tử công suất và khả năng ứng dụng mô phỏng

Để có các số liệu điều tra này, Tác giả sử dụng phương pháp thu thập số liệu qua Google driver

Những câu hỏi tác giả xây dựng trong phiếu điều tra thực trạng việc giảng dạy môn điện tử công suất ( phụ lục 1) tác giả đã bám sát theo sơ đồ:

Hình 2.1 :Tháp học tập( Learning Pyramid) thể hiện tỉ lệ phần trăm khả năng tiếp thu kiến thức tương ứng với các hoạt động học tập của sinh viên

Đối tượng điều tra là các giảng viên, cựu sinh viên, sinh viên ở các Trường: Đại học Bách Khoa Hà Nội, Đại học Bách Khoa thành phố Hồ Chí Minh, Đại học Bưu Chính Viễn Thông, Đại học Công nghiệp Hà Nội, Cao đẳng Công nghiệp Nam Định, Possco E&C Việt Nam, Fuji Corp., Đại học Đà Lạt

Sau 45 ngày, tác giả đã thu được 182 phiếu trả lời với các số liệu thu thập được cụ thể như sau:

Bảng 2.1: Đánh giá thái độ của người học

Thái độ của người học Số lượng Phần trăm

Hình 2.2: Đánh giá thái độ người học đối với môn điện tử công suất

Từ thực tế thu được khi đặt câu hỏi “Thái độ của anh chị đối với môn điện tử công suât?” có 53% số người học tỏ thái độ bình thường, 23% người học tỏ thái độ không thích, 23% người học thích, và chỉ có 1% người học rất thích môn điện tử công suất

Và khi người học trả lời câu hỏi “cảm xúc của anh chị về môn điện tử công suất?”Điều thú vị ở đây là sự ra đời môn điện tử công suất vào thế kỷ 20 được cả thế giới đánh giá là một bước ngoặt trong công nghệ, cũng như đánh dấu thú vị những ứng dụng quan trọng của môn học vào thực tế

Thái độ của anh chị đối với môn

điện tử công suất

Rất thích thích Bình thường Không thich Khác

Bảng 2.2: Đánh giá cảm xúc của người học đối với môn điện tử công suất

Cảm xúc người học về môn điện tử

Hình 2.3: Cảm xúc của người học đối với môn điện tử công suất

Chiếm đến 73% số người trả lời đánh giá khó, 23% đánh giá rất khó, 5% đánh giá bình thường và chỉ 1% đánh giá dễ

Qua đây, chúng ta thấy tránh nhiệm của giáo viên đối với môn điện tử công suất là rất lớn Giáo viên cần thiết kế việc giảng dạy làm sao để thúc đẩy việc học, khuyến khích khả năng tự quyết và tư duy độc lập ở sinh viên

Quá trình học tập ở đại học không phải chỉ bắt đầu ở giảng đường khi SV nghe thầy giáo giảng bài hoặc trao đổi, tranh luận với các bạn đồng học Quá trình

này chỉ thật sự bắt đầu khi SV chuẩn bị một cách tích cực các điều kiện cần thiết để tiếp cận môn học như: đọc trước giáo trình, tìm tài liệu có liên quan

Sự chuẩn bị tư liệu này càng trở nên hiệu quả hơn khi đi liền với nó là một sự chuẩn

bị về mặt tâm thế để có thể tiếp cận kiến thức một cách chủ động và sáng tạo Với

sự chuẩn bị tâm thế này, SV có thể chủ động tự đặt trước cho mình một số câu hỏi liên quan đến nội dung sẽ được đặt trên lớp, thậm chí có thể tự tạo cho mình một cái

“khung tri thức” để trên cơ sở đó có thể tiếp nhận bài học một cách có hệ thống

Bảng 2.3: Đánh giá hoạt động của người học trong môn điện tử công suất

Hoạt động của người học Thường

xuyên

Đôi khi Ít khi

Trao đổi, thảo luận để giải quyết

bài tập thầy cho trên lớp

Làm thực hành Đề xuất các

hướng giải quyết vấn đề môn học

Thường xuyên Đôi khi

Ít khi

Trong những hoạt động thường xuyên của sinh viên chỉ là ghi chép bài đầy

đủ (chăm chỉ chép bài) 109/182 sinh viên thường xuyên nghe giảng và ghi chép bài đầy đủ nhưng thật đáng buồn khi hoạt động thường xuyên có tỷ lệ rất ít thực hành

có 26 ý kiến, đề xuất giải quyết các vấn đề môn học có 30 ý kiến, trao đổi thảo luận chỉ chiếm 50 ý kiến

Kết quả ở trên cho chúng ta thấy một thực trạng việc học môn điện tử công suất có nhiều điều cần được lưu tâm Đó là cách học thụ động ở sinh viên hay chương trình đào tạo tại các trường chú trọng vào lý thuyết mà coi nhẹ việc thực hành?

Thực trạng của nền giáo dục Việt Nam hiện nay nói chung và thực trạng việc dạy học môn điện tử công suất nói riêng bên cạnh những thành tựu đã đạt được còn khá nhiều điều bất cập, trong đó tồn tại lớn nhất tập trung vào chất lượng đào tạo chưa cao Nhiều chuyên gia, nhà khoa học, những người có tâm huyết với sự nghiệp giáo dục và đào tạo đã bày tỏ quan điểm của mình về thực trạng này, đồng thời chỉ

ra khá nhiều nguyên nhân dẫn tới sự bất cập giữa quy mô đào tạo và chất lượng đào tạo Trong đó các nguyên nhân chính tập trung vào sự yếu kém, bất hợp lý trong phương pháp giảng dạy, đội ngũ giáo viên giảng dạy, chương trình đào tạo, tài liệu học tập, giáo trình

Phương pháp giảng dạy là một trong những yếu tố quan trọng và ảnh hưởng rất lớn đến chất lượng đào tạo Một phương pháp giảng dạy khoa học, phù hợp sẽ tạo điều kiện để giảng viên, và người học phát huy hết khả năng của mình trong việc truyền đạt, lĩnh hội kiến thức và phát triển tư duy Một phương pháp giảng dạy khoa học sẽ làm thay đổi vai trò của người thầy đồng thời tạo nên sự hứng thú, say

mê và sáng tạo của người học

Bức tranh chung về phương pháp giảng dạy tại các cấp học của chúng ta hiện nay là tập trung vào kỹ năng tư duy phân tích, nghĩa là dạy cho người học cách hiểu các khái niệm, thảo luận theo phương pháp định sẵn, loại bỏ những hướng đi không đúng, tìm ra câu trả lời đúng nhất Thậm chí, nhiều nơi phương pháp thuyết trình (thầy giảng, trò ghi) vẫn chiếm ưu thế Phương pháp giảng dạy này đã làm mất đi một hình thái khác của tư duy đó là tư duy sáng tạo Tư duy sáng tạo tập trung vào

khám phá các ý tưởng, phát triển thành nhiều giải pháp, tìm ra nhiều phương án trả lời đúng thay vì chỉ có một

Hậu quả của phương pháp giảng dạy cũ dẫn đến sự thụ động của người học trong việc tiếp cận tri thức Sự thụ động này là nguyên nhân tạo cho người học sự trì trệ, ngại đọc tài liệu, ngại tranh luận, thiếu khả năng thuyết trình, lười tư duy và thiếu tính sáng tạo trong tư duy khoa học Người học còn quan niệm rằng chỉ cần học những gì giảng viên giảng trên lớp là đủ Ngoài ra, sự thụ động của họ còn thể hiện qua phản ứng của họ đối với bài giảng của giảng viên trên lớp Họ chấp nhận tất cả những gì giảng viên trình bày Sự giao tiếp trao đổi thông tin trong lớp học hầu như chỉ mang tính một chiều [14]

Bảng 2.4:Thực trạng ứng dụng phần mềm Matlab vào giảng dạy

Hình 2.5: Thực trạng ứng dụng phần mềm Matlab vào giảng dạy

Bảng 2.5: Đánh giá của người học khi phần mềm Matlab

được ứng dụng vào giờ học

Đánh giá ứng dụng phần mềm Matlab Số lượng Tỷ lệ phần

trăm

Không hứng thú với việc giáo viên ứng

Hình 2.6: Đánh giá của người học khi phần mềm Matlab

được ứng dụng vào giờ học

Việc thay đổi phương pháp dạy học cũ và ứng dụng một số phần mềm vào trong tiết học, trong giờ thực hành Việc ứng dụng phần mềm Matlab vào trong các giờ học

51% đánh giá trực quan hơn, 29% đánh giá dễ hiểu hơn, 9% đánh giá hứng thú lôi cuốn hơn, 2% đánh giá khó hiểu hơn, 8% đánh giá không quan tâm tới việc giáo viên ứng dụng phần mềm Matlab vào giờ học

Từ những số liệu trên, khi ứng dụng phần mềm Matlab vào giảng dạy giáo viên và học sinh cần có một số kiến thức về Matlab nhất định, kỹ năng sử dụng máy tính Tuy việc áp dụng phần mềm Matlab/Simulink mô phỏng mạch điện tử công suất làm tăng chất lượng bài giảng giáo viên cũng có thể thấy tính trực quan và hứng thú mà phần mềm đem lại làm cho hoạt động học tập trở nên tích cực hơn Nhưng sử dụng phần mềm Matlab nói riêng và phần mềm mô phỏng nói chung không phải là phương pháp vạn năng trong dạy học Mà cần kết hợp với phương tiện, nghiệp vụ sư phạm cũng như ý thức học tập của người học mới có được hiệu quả thực sự như mong muốn

2.3 Matlab/ Simulink cho điện tử công suất

Hình 2.7 : Matlab/ Simulink cho điện tử công suất

nó sẽ bắt đầu dẫn dòng với một điện áp thuận Vf nhỏ đi qua nó Nó khóa khi dòng chảy qua thiết bị trở thành 0 Khi diode bị phân cực ngược (Vak < 0), nó bắt đầu trạng thái off[13]

Hình 2.9: Mô tả hoạt động của Diode

Khối Diode được mô phỏng bằng một điện trở, một điện cảm và một nguồn áp một chiều mắc nối tiếp với khóa Diode Hoạt động của khóa

này được điều khiển bởi điện áp Vak và dòng Iak

Hình 2.10: Sơ đồ khối Diode

Khối Diode cũng chứa với mạch nối tiếp Rs-Cs mà có thể được nối song song với diode (Giữa các cực A và K)

- Forward voltage Vf - Điệp áp thuận diode device (V)

- Initial current Ic - Đặt dòng khởi điểm chảy bên trong device Nó thường được đặt về 0 cốt để bắt đầu mô phỏng với khối Diode này

- Snubber resistance Rs - Điện trở xung Đặt điện trỏ xung bằng vô

cùng để loại trừ xung khỏi khối mô phỏng

- Snubber capacitance Cs - Điện cảm xung (F) Đặt điện trỏ xung

bằng 0 để loại trừ xung khởi khỏi mô phỏng

- Show measurement port - Nếu được lựa chọn, sẽ thêm vào đầu ra

của khối mô phỏng để trả về giá trị dòng và áp của diode

2.3.1.3 Các đầu vào ra

m : Là một vector chứa 2 tín hiệu

Bảng 2.6: tín hiệu vào/ra của diode

và dòng hồi phục ngược (reverse-recovery) (âm) không được đề cập Trong phần lớn các mạch, dòng ngược không ảnh hưởng tới đặc tính của bộ biến đổi hay các thiết bị khác

Phụ thuộc vào giá trị của điện cảm thông Lon, diode được mô hình hoặc như một nguồn dòng (Lon > 0), hoặc như một mạch topology circuit thích hợp (Lon = 0) Khối Diode không thể nối tiếp với một điện cảm, một nguồn dòng hay một mạch hở trừ khi số mạch snubber của nó được sử dụng Xem phần Improving Simulation Performance để biết thêm chi tiết về vấn đề này