Ứng dụng công nghệ mô phỏng vào dạy học một số môn của nghề điện tử công nghiệp tại trường trung cấp nghề cơ điện hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - NGUYỄN MẠNH QUYỀN ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀO DẠY HỌC MỘT SỐ MÔN CỦA NGHỀ ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TẠI TRƯỜNG TRUNG CẤP NGHỀ CƠ ĐIỆN HÀ NỘI CHUYÊN SÂU: SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS NGUYỄN XUÂN LẠC HÀ NỘI - 2010 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi chưa cơng bố cơng trình chưa đăng tài liệu, tạp chí, hội nghị khác Những kết nghiên cứu luận văn trung thực Hà Nội, tháng 10 năm 2010 Tác giả luận văn Nguyễn Mạnh Quyền LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến quý thầy hướng dẫn: GS.TS Nguyễn Xuân Lạc Đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả hồn thành luận văn Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới: - Các thầy, cô khoa Sư Phạm Kỹ Thuật trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội - Khoa Điện – Điện Tử, Ban giám hiệu Trường TCN Cơ Điện Hà Nội - Quý thầy cô, bạn bè đồng nghiệp, em học sinh, sinh viên Đã tạo điều kiện, giúp đỡ, động viên, chia sẻ để tác giả hoàn thành luận văn tốt nghiệp Xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Nguyễn Mạnh Quyền MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa ……………………………………………………………… Lời cam đoan ……… ………………………………………… ………… Lời cảm ơn ……… ………………………………………………………… Mục lục …………………………………………………………… ……… Danh mục chữ viết tắt ….……………………………………………… Danh mục bảng biểu, hình vẽ, sơ đồ ……………………….………… Mở đầu … ………………………………………………………………… Lý chọn đề tài ……………………………………………………… Mục đích nghiên cứu …….……………………….………….………… 10 Đối tượng phạm vi nghiên cứu … ………………………………… 10 Giả thuyết khoa học ….………………………………………………… 10 Nhiệm vụ nghiên cứu ………… …………………….………………… 10 Phương pháp nghiên cứu …….………………………………………… 11 Những đóng góp luận văn ………….………………………… 11 Cấu trúc luận văn ……….………………………………………… 12 Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀ THỰC 13 TRẠNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀO DẠY HỌC Ở MỘT SỐ TRƯỜNG TCN TRONG ĐỊA BÀN HÀ NỘI …………………………… 1.1 Một số khái niệm ………………………………………… 13 1.1.1 Phương pháp dạy học ……….…………………………………… 13 1.1.2 Quy trình … ……………………………………………………… 15 1.1.3 Thiết kế …….……………………………………………………… 16 1.1.4 Quy trình thiết kế giảng …… ………………………………… 16 1.1.5 Mơ hình …………………………………………………………… 16 1.1.6 Mô …………………………………………………….…… 21 1.1.7 Công nghệ ………………………………………………………… 22 1.1.8 Công nghệ mô …………………………………………… 22 1.2 Đặc trưng công nghệ mô ………………………………… 23 1.2.1 Tính chất mơ ………………………………………… 23 1.2.2 Các thiết bị phần mềm dùng mô ….……………… 25 1.2.3 Những ưu việt hạn chế công nghệ mô … ………… 27 1.3 Thực trạng ứng dụng công nghệ mô vào dạy học 28 trường TCN ………………………………………………………………… 1.3.1 Đặc điểm học sinh học nghề …… …………………………… 28 1.3.2 Đặc điểm môn học chuyên môn nghề nghề Điện tử công 29 nghiệp ……………………………………………………………………… 1.3.3 Việc vận dụng phương pháp dạy học trường TCN …… 30 Chương 2: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀO XÂY DỰNG BÀI 33 GIẢNG MỘT SỐ MÔN CHUYÊN MÔN NGHỀ CỦA NGHỀ ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TẠI TRƯỜNG TRUNG CẤP NGHỀ CƠ ĐIỆN HÀ NỘI … 2.1 Nguyên tắc thiết kế giảng có ứng dụng cơng nghệ mơ … 33 2.1.1 Những yêu cầu chung … ………………………………………… 33 2.1.2 Nguyên tắc thiết kế …… ………………………………………… 34 2.2 Quy trình thiết kế giảng số môn chuyên môn nghề nghề 37 Điện tử cơng nghệp có ứng dụng công nghệ mô … 2.2.1 Những điều kiện cần để thiết kế giảng có ứng dụng cơng nghệ 37 mơ …………………………………………………………………… 2.2.2 Quy trình thiết kế ………… ……………………………………… 40 2.2.2.1 Quy trình thiết kế giảng Web hỗ trợ 44 phần mềm FrontPage ………………………………………………………… 2.2.2.2 Quy trình thiết kế mô với phần mềm WinCC 6.0 … 2.3 Xây dựng số giảng môn học lập trình PLC nghề điện tử 47 51 cơng nghiệp với ứng dụng công nghệ mô …….………………… 2.3.1 Giáo án thứ nhất: Điều khiển tín hiệu đèn giao thông ……………… 51 2.3.2 Giáo án thứ hai: Giám sát điều khiển nhiệt độ ………………… 57 Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM …… ……………………………… 63 3.1 Mục đích, đối tượng thực nghiệm sư phạm ………………………… 63 3.2 Chuẩn bị điều kiện thực nghiệm …….…………………………… 64 3.3 Nội dung tiến trình thực nghiệm ….……………………………… 65 3.4 Đánh giá kết thực nghiệm ……….……………………………… 66 3.5 Lấy ý kiến chuyên gia …….…………………………………………… 73 Kết luận kiến nghị …….………………………………………………… 75 Tài liệu tham khảo …….…………………………………………………… 77 Phụ lục ……………………………………………………………………… 79 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT CNMP Công nghệ mô TCN Trung cấp nghề MP Mô ĐTCN Điện tử công nghiệp DH Dạy học TN Thực nghiệm ĐC Đối chứng K47A-N1 Khóa 47 lớp A – nhóm K47A-N2 Khóa 47 lớp A – nhóm K47B-N1 Khóa 47 lớp B – nhóm K47B-N2 Khóa 47 lớp B – nhóm K2A Khóa lớp A K2B Khóa lớp B I/O (Input/Output) Vào/Ra PLC (Programmable Logic Control) Điều khiển logic khả trình CD (Compact Disc) Đĩa Compac DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ I Các bảng biểu Bảng 3.1 Đối tượng sở thực nghiệm Bảng 3.2 Bảng thống kê điểm học sinh kiểm tra thứ Bảng 3.3 Bảng thống kê điểm học sinh kiểm tra thứ hai Bảng 3.4: Bảng thống kê kết kiểm tra học sinh Bảng 3.5: Bảng thống kê tỉ lệ phần trăm kết kiểm tra học sinh Bảng 3.6 Đối tượng thực lấy ý kiến chuyên gia II Các hình vẽ Hình 2.1 Giao diện mơ phát xung vng Hình 2.2 Giao diện mơ hoạt động đếm tiến Hình 2.3 Giao diện mơ hoạt động so sánh Hình 2.4 Giao diện mơ điều khiển tín hiệu đèn giao thơng Hình 2.5 Giao diện mơ hoạt động hàm FC1 Hình 2.6 Giao diện mơ điều khiển quạt gió Hình 2.7 Giao diện mơ hoạt động hàm FC2 Hình 2.8 Giao diện mơ giám sát điều khiển nhiệt độ II Các sơ đồ Sơ đồ 1.1 Các thành tố trình dạy học Sơ đồ 1.2 Phân loại mơ hình Sơ đồ 1.3 Công nghệ mô Sơ đồ 2.1 Quy trình xây dựng giảng theo cơng nghệ mơ Sơ đồ 2.2 Quy trình xây dựng giảng điện tử với phần mềm Front Page Sơ đồ 2.3 Quy trình xây dựng mơ với phần mềm WinCC 6.0 MỞ ĐẦU LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI Định hướng giáo dục đào tạo đổi phương pháp dạy học Chỉ thị số 22/2005 ngày 29/7/2005 Bộ trưởng Bộ Giáo dục đào tạo nhiệm vụ tồn ngành giáo dục có nêu: “Tiếp tục đổi mạnh mẽ phương pháp dạy học; tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin hoạt động nhà trường, ứng dụng giảng dạy, học tập quản lý giáo dục” Tin học hóa q trình dạy học quan điểm đắn cần thiết bối cảnh đất nước bước bước vào xã hội thông tin, xã hội học tập Việc ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học trường nghề cịn mang tính tự phát tin học hóa q trình dạy học, dạy nghề trường nghề, sở đào tạo nghề có ý nghĩa quan trọng việc đổi phương pháp dạy học Nâng cao chất lượng dạy học, giảm chi phí đào tạo Máy tính, cơng cụ dạy học đại, mơ hình học cụ hỗ trợ đắc lực cho trình dạy học, biến vấn đề trừu tượng, khó hiểu trở thành đơn giản nhờ việc mô trực quan sinh động Nhờ ứng dụng công nghệ mô mà chất vấn đề lột tả rõ ràng, trực quan: phương trình tốn học, vật lý học, ngun lý hoạt động mạch điện, chuyển động học, q trình sản xuất… Ứng dụng cơng nghệ mơ q trình dạy học khơng mang hiệu mặt sư phạm đổi phương pháp dạy học mà cịn có ý nghĩa mặt kinh tế đất nước ta nghèo, đầu tư cho giáo dục cịn hạn chế Sử dụng cơng nghệ thơng tin, cơng nghệ mơ q trình dạy học làm giảm chi phí mua sắm vật tư, thiết bị thường xuyên mà đường ngắn để tiếp cận tri thức Nhu cầu giảng dạy môn chuyên môn nghề nghề Điện tử công nghiệp trường TCN Cơ Điện Hà Nội Trường TCN Cơ Điện Hà Nội trực thuộc Bộ Nơng Nghiệp & PTNT có nhiệm vụ đào tạo nghề cho đối tượng nước, đặc biệt khu vực phía nam Hà Nội Trường có bề dày cơng tác đào tạo nghề, với giáo viên có tay nghề cao chủ yếu thầy, cô giảng dạy theo phương pháp truyền thống, ứng dụng cơng nghệ thơng tin, cơng nghệ mô thiết kế giảng Nghề điện tử công nghiệp nghề đào tạo trường, nghề trang bị cho người học kiến thức, kỹ vận hành, sửa chữa khắc phục cố hệ thống điện, điện tử, dây truyền tự động hóa nhà máy, xí nghiệp, đơn vị sản xuất Mơn học lập trình PLC mơn học chun mơn nghề bắt buộc, cung cấp cho người học kỹ lập trình, kỹ điều khiển hệ thống tự động hóa, dây truyền sản xuất công nghiệp đại Môn học yêu cầu người học phải có tư trừu tượng, tư tổng hợp cao, phải có nhìn tổng quát, gắn kết cấu điều khiển với cấu chấp hành Do việc ứng dụng công nghệ mô vào việc thiết kế giảng môn học lập trình PLC nói riêng mơn học có tính chất tư trừu tượng nói chung cơng việc thực mang lại hiệu cho tiếp thu giảng, lĩnh hội tri thức cho người học Biến vấn đề khó hiểu trở nên đơn giản, trực quan sinh động Muốn làm cần phải xây dựng quy trình cụ thể cho môn học khác việc xây dựng giảng có hỗ trợ cơng nghệ mơ Có thực phát huy tính hiệu việc ứng dụng cơng nghệ mơ dạy học Đây mục tiêu nâng cao chất lượng đào tạo nhà trường giai đoạn Do tác giả chọn vấn đề: “Ứng dụng công nghệ mô vào dạy học số môn nghề điện tử công nghiệp trường Trung cấp nghề Cơ Điện Hà Nội” làm đề tài nghiên cứu luận văn [11] Nguyễn Xuân Lạc, Bài giảng lý luận công nghệ dạy học tương tác, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [12] Nguyễn Xuân Lạc, Bài giảng phương pháp luận nghiên cứu khoa học – công nghệ, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [13] Nguyễn Xuân Lạc, Bài giảng cộng tác đội dạy học tương tác, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [14] Lê Thanh Nhu, Bài giảng lý luận dạy học môn chuyên ngành kỹ thuật, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [15] Lê Thanh Nhu, Bài giảng phương pháp dạy học chuyên ngành kỹ thuật, Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội [16] Nguyễn Doãn Phước, Phan Xuân Minh, Vũ Vân Hà (2006), Tự động hóa với SIMATIC S7-300, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội [17] Siemens (2007), S7-300 Automation System Module Data, NÜRNBERG GERMANY [18] Siemens (2003), S7-300 Automation System CPU Specifications: CPU 31xC and CPU 31x, NÜRNBERG GERMANY [19] Siemens (2003), SIMATIC HMI WinCC V6 Getting Started, NÜRNBERG GERMANY [20] Siemens (2007), SIMATIC HMI WinCC V6.2 SP2 Migration, NÜRNBERG GERMANY 78 PHỤ LỤC PHIẾU THĂM DÒ Ý KIẾN CHUYÊN GIA Nôi dung trả lời phiếu thăm dị nhằm mục đích phục vụ cho luận văn thạc sĩ: “Ứng dụng công nghệ mô vào dạy học số môn nghề điện tử công nghiệp trường trung cấp nghề điện hà nội” Thầy (cô) đánh dấu (x) vào ô tương ứng điền nội dung phù hợp Thông tin cá nhân người thăm dị: a) Họ Tên: …………………………………………………………………… b) Trình độ học vấn: Cao đẳng ; Đại học ; Thạc sĩ ; Tiến sĩ c) Chuyên ngành: ……………………………………………………………… d) Thâm niên giảng dạy: ……… năm e) Cơ quan công tác: …………………………………………………………… Trong q trình dạy học, thầy (cơ) có thường xuyên sử dụng phương tiện dạy học đại không? a) Thường xuyên b) Thỉnh thoảng c) Hiếm d) Không sử dụng Thầy (cô) dạy học giảng điện tử chưa? a) Đã dạy b) Có ý định dạy c) Chưa dạy d) Ý kiến khác: ………………………………………………………………… Thầy (cô) vận dụng công nghệ mô vào dạy học chưa? a) Đã vận dụng b) Có ý định vận dụng c) Chưa vận dụng d) Ý kiến khác: ………………………………………………………………… Thầy (cô) thiết kế giảng với ứng dụng công nghệ mô dựa sở nào? a) Theo quy trình sư phạm kỹ thuật b) Tự làm theo hiểu biết c) Khơng theo quy trình d) Ý kiến khác: ………………………………………………………………… 79 Theo thầy (cơ) có cần thiết xây dựng quy trình thiết kế giảng với ứng dụng công nghệ mô không? a) Rất cần thiết b) Cần thiết c) Không cần thiết d) Ý kiến khác: ………………………………………………………………… Theo thầy (cơ) dạy học có ứng dụng cơng nghệ mơ có kích thích học sinh học tập, nâng cao chất lượng đào tạo khơng? a) Có b) Khơng c) Ý kiến khác: ………………………………………………………………… Quy trình thiết kế giảng với ứng dụng công nghệ mô cho số môn chuyên môn nghề nghề Điện tử công nghiệp đảm bảo: Ý KIẾN STT NỘI DUNG Các bước thiết kế giảng với ứng dụng công nghệ mô chi tiết, rõ ràng Các bước thiết kế mô giảng xác, phù hợp với đối tượng giáo viên dạy nghề Có thể vận dụng quy trình để thiết kế giảng có ứng dụng cơng nghệ mô cho môn học chuyên môn nghề nghề Điện tử công nghiệp Đồng ý Không đồng ý Ý kiến khác Nếu có ý kiến khác, xin Thầy (cơ) vui lịng cho biết cụ thể: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Xin trân trọng cảm ơn quý Thầy (cô) / 80 Quy trình xây dựng giảng theo cơng nghệ mơ Phân tích đối tượng người học Xác định mục tiêu học Lập đề cương chi tiết nội dung học Lựa chọn hình thức mô Xây dựng mô Soạn giáo án có ứng dụng cơng nghệ mơ Xây dựng giảng điện tử Liên kết mô vào giảng Kiểm tra, chỉnh sửa hoàn thiện Đạt yêu cầu 10 Sử dụng lưu trữ 81 Khơng đạt u cầu Quy trình xây dựng giảng điện tử với phần mềm FrontPage Lựa chọn nội dung dạy Xây dựng kịch Chuẩn bị nguồn học liệu Chuẩn bị phương tiện, công cụ hỗ trợ Tạo Web Site thiết kế trang chủ giao diện FrontPage Thiết kế trang nhánh mang thông tin nội dung Chèn đối tượng, ảnh động, mô Thiết lập liên kết Kiểm tra tổng thể chạy thử Đạt yêu cầu 10 Sử dụng lưu trữ 82 Không đạt yêu cầu Quy trình xây dựng mơ với phần mềm WinCC 6.0 Xác định nội dung cần mô Khởi động phần mềm WinCC Tạo biến địa Thiết kế giao diện Tạo trường liên kết đồ thị Đặt hiệu ứng lập trình hiệu ứng Kết nối phần cứng với PLC Kiểm tra, chạy mô thử Quan sát so sánh kết Không đạt yêu cầu Đạt yêu cầu 10 Lưu lại, bố trí mơ vào giảng 83 PHẦN LẬP TRÌNH PLC * Chương trình điều khiển tín hiệu đèn giao thơng 84 85 * Chương trình giám sát điều khiển lị nhiệt + Hàm FC1: Đọc tín hiệu tương tự đầu vào - Khai báo biến: 86 - Lập trình: 87 + Hàm FC2: Chuyển đổi giá trị số tương tự: - Khai báo biến: 88 - Lập trình: 89 + Chương trình Được lập trình OB1 90 91 92 ... trường Trung cấp nghề Cơ Điện Hà Nội Trường Trung cấp nghề số GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Nếu giảng môn học chuyên môn nghề nghề Điện tử công nghiệp trường TCN Cơ Điện Hà Nội thiết kế có ứng dụng cơng nghệ. .. giảng môn học chuyên môn nghề nghề Điện tử công nghiệp địa bàn Hà Nội Nghiên cứu xây dựng quy trình thiết kế giảng có ứng dụng cơng nghệ mơ dạy học môn chuyên môn nghề nghề Điện tử công nghiệp. .. XÂY DỰNG BÀI 33 GIẢNG MỘT SỐ MÔN CHUYÊN MÔN NGHỀ CỦA NGHỀ ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TẠI TRƯỜNG TRUNG CẤP NGHỀ CƠ ĐIỆN HÀ NỘI … 2.1 Nguyên tắc thiết kế giảng có ứng dụng công nghệ mô … 33 2.1.1 Những