Xây dựng phòng thực hành ảo phục vụ dạy học môn kỹ thuật số cho sinh viên ngành sư phạm kỹ thuật công nghiệp khoa sư phạm kỹ thuật trường đại học sư phạm kỹ thuật hưng yên

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MINH HỌA Hình 1.1: Khuôn viên của TOPICA trên Second Life Hình 1.2: Một phần khu giảng đường của TOPICA trên Second Life Hình 1.3: Phòng học thực hành môn Kế toán vậ

-

NGUYỄN THỊ CÚC

ĐỀ TÀI:

XÂY DỰNG PHÒNG THỰC HÀNH ẢO PHỤC VỤ DẠY HỌC MÔN

KĨ THUẬT SỐ CHO SINH VIÊN NGHÀNH SƯ PHẠM KĨ THUẬT CÔNG NGHIỆP KHOA SƯ PHẠM KĨ THUẬT TRƯỜNG ĐẠI HỌC

SƯ PHẠM KĨ THUẬT HƯNG YÊN

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC

NGÀNH: SƯ PHẠM KĨ THUẬT

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:

NGUYỄN TRỌNG BÌNH

HÀ NỘI - 2010

tác giả hoàn thành luận văn này

Khoa Sư phạm Kỹ thuật và Viện đào tạo Sau đại học – Đại học Bách Khoa

Hà Nội đã tạo điều kiện cho việc học tập, nghiên cứu, tiến hành luận văn

Đồng nghiệp ở tr ường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên đã giúp đỡ tác giả trong quá trình xây dựng các bài thực hành Kỹ thuật số

Tập thể sinh viên khóa 5 ngành Sư phạm Kỹ thuật Công nghiệp đã giúp đỡ tác giả trong quá trình hoàn thiện các bài TNTH

Gia đình và bạn bè đã quan tâm, động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình học tập và thực thực hiện luận văn

Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2010

Tác giả

Nguyễn Thị Cúc

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những gì tôi viết ra trong luận văn này là do sự tìm hiểu và nghiên cứu của bản thân Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của các tác giả khác nếu có đều được trích dẫn đầy đủ

Luận văn này đến nay vẫn chưa hề được bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng bảo

vệ luận văn thạc s ĩ nào trên toàn quốc cũng như nước ngoài và đến nay chưa hề được công bố trên bất kỳ phương tiện thông tin nào

Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan trên đây

Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2010

Tác giả

Nguyễn Thị Cúc

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 12

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 12

1 Quan điểm, chủ trương chính sách của Đảng về phát triển giáo dục trong thời kỳ CNH, HĐH đất nước 12

2 Thực trạng dạy học thực hành của sinh viên ngành Sư phạm Kỹ thuật Công nghiệp khoa Sư phạm Kỹ thuật 12

3 Sự xuất hiện hình thức đào tạo mới 13

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 15

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 15

IV GIẢ THUYẾT KHOA HỌC 15

V NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 15

VI PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 16

VII NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI 16

VIII CẤU TRÚC LUẬN VĂN 16

Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ 18

SỬ DỤNG PHÒNG THỰC HÀNH ẢO TRONG DẠY HỌC MÔN KỸ THUẬT SỐ. 18

1.1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ PHÒNG THỰC HÀNH ẢO 18

1.1.1 Trên thế giới 18

1.1.2 Tại Việt Nam 21

1.2 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC XÂY DỰNG PHÒNG THỰC HÀNH ẢO MÔN KỸ THUẬT SỐ 28

1.2.1 Một số khái niệm 28

1.2.1.1 Một số khái niệm liên quan đến đào tạo 28

1.2.1.2 Một số khái niệm liên quan đến TNTH ảo 30

1.2.2 Thực tại ảo (Virtual Reality - VR) 38

1.2.2.1 Khái niệm thực tại ảo 38

1.2.2.2 Đặc điểm của hệ thực tại ảo 39

1.2.2.3 Các thành phần của một hệ thống thực tại ảo 41

1.2.2.4 Cơ sở dữ liệu cho thế giớ i ảo (Virtual World Database) 44

1.2.2.5 Một số ứng dụng chính của thực tại ảo 44

1.2.2.6 Kết luận về thực tại ảo 44

1.2.3 Thí nghiệm thực hành ảo 45

1.2.3.1 Khái niệm TNTH ảo 45

1.2.3.2 Đặc điểm TNTH ảo 46

1.2.3.3 Phân loại TNTH ảo 46

1.2.3.4 Mối liên hệ giữa TNTH ảo với mô phỏng 49

1.2.3.5 Yếu tố tương tác với mô hình trong TNTH ảo 50

1.2.3.6 Vai trò của TNTH trong đào tạo 52

1.2.3.7 So sánh TNTH thật với TNTH ảo 56

1.2.3.8 Hạn chế của TNTH ảo 56

1.2.4 Phòng th ực hành ảo 57

1.2.5 Dạy học thực hành thực hành kỹ thuật 58

1.2.5.1 Cơ sở dạy học thực hành kỹ thuật 58

1.2.5.2 Cấu trúc bài thực hành 62

1.3 CƠ SỞ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH ẢO TRONG DẠY HỌC KỸ THUẬT SỐ 65

1.3.1 Yêu cầu của việc đổi mới phương pháp đào tạo 65

1.3.2 Hiệu quả ứng dụng công nghệ thông tin trong đào tạo 68

1.3.3 Khả năng áp dụng TNTH ảo trong dạy học thực hành Kỹ thuật số 70

1.3.3.1 Đặc điểm môn học chuyên ngành Kỹ thuật số 70

1.3.3.2 Về cơ sở hạ tầng và nguồn nhân lực. 71

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 75

Chương 2: XÂY D ỰNG PHÒNG THỰC HÀNH ẢO TRONG DẠY HỌC MÔN KỸ THUẬT SỐ 76

2.1 PHÂN TÍCH CHUNG MÔN KỸ THUẬT SỐ 76

2.1.1 Chương trình lý thuyết 76

2.1.1.1 Mục tiêu chung của môn học 76

2.1.1.2 Chương trình môn học 76

2.1.2 Chương trình thực hành 79

2.1.2.1 Mục tiêu chung của môn học 79

2.1.2.2 Chương trình môn học 79

2.2 XÂY DỰNG CÁC BÀI THỰC HÀNH ẢO TRONG CHƯƠNG TRÌNH

KỸ THUẬT SỐ 81

2.2.1 Nguyên tắc xây dựng 81

2.2.1.1 Phù hợp với mục tiêu, nội dung bài học 81

2.2.1.2 Đơn giản và hiệu quả 82

2.2.1.3 Công cụ, phương tiện cần thiết cho việc xây dựng bài thực hành 90

2.2.2 Quy trình xây dựng bài TH ảo 104

Chương 3: THIẾT KẾ MINH HỌA MỘT SỐ BÀI THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH ẢO KỸ THUẬT SỐ CHO SINH VIÊN 111

NGÀNH SƯ PHẠM KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN 111

3.1 BÀI THỰC HÀNH SỐ 3: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP PHẦN TỬ NHỚ RS TỪ CÁC CỔNG LÔGÍC CƠ BẢN 111

3.1.1 Xác định mục tiêu của bài học 111

3.1.2 Lựa chọn kiến thức cơ bản và trọng tâm 111

3.1.3 Cách thức thực hiện 111

3.2 BÀI THỰC HÀNH SỐ 7: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH ĐẾM TIẾN ĐỒNG BỘ SỬ DỤNG TRIGƠ RỜI RẠC 125

3.2.1 Xác định mục tiêu của bài học 125

3.2.3 Cách thức thực hiện 125

3.3 BÀI THỰC HÀNH SỐ 10: THIẾT KẾ VÀ LẮP RÁP MẠCH ĐIỀU KHIỂN NẠP DỮ LIỆU SONG SONG HOẶC NỐI TIẾP VÀO THANH GHI 4 BÍT LÀM QUEN VỚI IC GHI DỊCH VÀ IC CHỐT 131

3.3.1 Xác định mục tiêu của bài học 131

3.3.2 Lựa chọn kiến thức cơ bản và trọng tâm 131

3.3.3 Cách thức thực hiện 131

3.4 SỬ DỤNG TNTH ẢO TRONG DẠY HỌC THỰC HÀNH KỸ THUẬT SỐ .137

3.4.1 Nguyên tắc sử dụng 137

3.4.1.1 Phù hợp với mục tiêu và nội dung bài học 137

3.4.1.2 Phù hợp với thời lượng của bài thực hành 137

3.4.1.3 Phù hợp với tiến trình bài dạy 138

3.4.1.4 Phù hợp với các nguyên tắc sử dụng trực quan trong bài dạy 138

3.4.1.5 Đảm bảo tính tương tác trong các bài TNTH ảo 138

3.4.2 Quy trình sử dụng TNTH ảo trong dạy học thực hành Kỹ thuật số 138

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 141

I Kết luận 141

II Kiến nghị 141

TÓM TẮT Error! Bookmark not defined PHỤ LỤC 142

TÀI LIỆU THAM KHẢO 146

Tiếng Việt 146

CNTT: Công nghệ thông tin

CNTT&TT: Công nghệ thông tin và truyền thông PTDH: Phương tiện dạy học

KHKT: Khoa học kỹ thuật

GD – ĐT: Giáo dục – Đào tạo

GV: Giảng viên

SV: Sinh viên

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ MINH HỌA

Hình 1.1: Khuôn viên của TOPICA trên Second Life

Hình 1.2: Một phần khu giảng đường của TOPICA trên Second Life

Hình 1.3: Phòng học thực hành môn Kế toán vật tư

Hình 1.4: Phòng học thực hành các kỹ năng thực tế của ngành đào tạo Cử nhân Tài chính kế toán

Hình 1.5: Hệ thống HDM (Head- Muonted Display)

Hình 1.6: BOOM

Hình 1.7: Mô hình thể hiện TNTH ảo giống như thật

Hình 1.8: Mô hình thể hiện TNTH ảo cho kết quả thực

Hình 1.9: Mô hình thể hiện TNTH ảo cho kết quả phù hợp

Hình 1.10: Sơ đồ mối liên hệ giữa TNTH ảo với mô phỏng

Hình 1.11: Sơ đồ cấu trúc của hoạt động

Hình 1.12: Sơ đồ phân tích quá trình công nghệ

Hình 1.13: Sơ đồ quá trình hình thành kỹ năng ban đầu

Hình 1.14: Sơ đồ cấu trúc bài dạy thực hành kỹ thuật với 3 giai đoạn

Hình 2.1.a: Hình ảnh minh họa sản phẩm của thao tác lắp ráp mạch ghi dịch 4 bít dùng trigơ JK

Hình 2.1.b: Hình ảnh minh họa sả n phẩm của thao tác lắp ráp mạch ghi dịch 4 bít dùng trigơ D

Hình 2.1.c: Hình ảnh minh họa sản phẩm của thao tác lắp ráp mạch ghi dịch 4 bít nối tiếp hoặc song song tích hợp trên một mạch

Hình 2.2.a: Hình ảnh minh họa sản phẩm kết quả mạch ghi dịch 4 bít song song khi D1=1

Hình 2.2.b: Hình ảnh minh họa sản phẩm kết quả mạch ghi dịch 4 bít song song khi D1=0

Hình 2.2.c: Hình ảnh minh họa sản phẩm kết quả mạch ghi dịch 4 bít nối tiếp khi D1 = 1 khi tác động 1 xung nhịp

Hình 2.2.d: Hình ảnh minh họa sản phẩm kết quả mạch ghi dịch 4 bít nối tiếp khi

Hình 2.3: Máy đo đa năng trong Mutisim

Hình 2.4: Máy tạo dao động trong Mutisim

Hình 2.5: Máy đo công suất trong Mutisim

Hình 2.6: Máy đo dao động 2 kênh trong Mutisim

Hình 2.7: Máy đo dao động 4 kênh trong Mutisim

Hình 2.8: Máy đo đáp ứng tần số trong Mutisim

Hình 2.9: Máy đo tần số trong Mutisim

Hình 2.10: Máy phân tích lôgíc trong Mutisim

Hình 2.11a: Hình vẽ mô tả quá trình chuyển đổi bảng trạng thái của máy chuyển đổi

lôgíc trong Mutisim

Hình 2.11b: Hình vẽ mô tả quá trình chuyển đổi bảng trạng thái sang công thức

Boolean của máy chuyển đổi lôgíc trong Mutisim

Hình 2.11c: Hình vẽ mô tả quá trình chuyển đổi bảng trạng thái sang công thức

Boolean đơn giản của máy chuyển đổi lôgíc trong Mutisim

Hình 2.11d: Hình vẽ mô tả quá trình chuyển đổi từ công thức Boolean tìm bảng

trạng thái và mạch lôgíc tương ứng của máy chuyển đổi lôgíc trong Mutisim

Hình 2.11e: Hình vẽ mô tả quá trình chuyển đổi từ công thức Boolean tìm mạch

lôgíc tương ứng mà chỉ sử dụng cổng NAND của máy chuyển đổi lôgíc trong

Mutisim

Hình 2.12: Máy phân tích dòng điện - điện thế trong Mutisim

Hình 2.13: Máy phân tích nhiễu trong Mutisim

Hình 2.14: Máy phát sóng của hãng Agilent trong Mutisim

Hình 2.15: Máy đo đa năng của hãng Agilent trong Mutisim

Hình 2.16: Dao động nghiệm của hãng Agilent trong Mutisim

Hình 2.17: Dao động nghiệm của hãng Tektronix trong Mutisim

Hình 2.18: Que dò giá trị trong Mutisim

Hình 2.19: Quy trình xây dựng bài TNTH ảo

Hình 2.20.a: Nội dung sơ đồ mạch đếm tiến của bài TNTH ảo

Hình 2.20.b: Nội dung nguyên lý làm việc của mạch đếm tiến của bài TNTH ảo Hình 2.21: Hình ảnh kết quả của mạch đếm thể hiện bằng đèn hiển thị và Oscillosope

Hình 3.1: Sơ đồ mạch lôgíc của trigơ RS không đồng bộ

Hình 3.2: Kí hiệu và bảng chân lý của trigơ RS không đồng bộ

Hình 3.3: Sơ đồ mạch lôgíc của trigơ RS đồng bộ

Hình 3.4: Kí hiệu và bảng chân lý của trigơ RS đồng bộ

Hình 3.5: Bước 1: Thực hiện vẽ mạch lôgíc trên phần mềm Mutisim cho mạch lôgíc của trigơ RS không đồng bộ

Hình 3.6 a: Hướng dẫn vẽ mạch lôgíc trên phần mềm Mutisim cho mạch lôgíc của trigơ RS không đồng bộ

Hình 3.6 b: Hình ảnh minh họa cho phần hướng dẫn các thao tác v ẽ mạch lôgíc của trigơ RS không đồng bộ

Hình 3.7 a: Thực hành lắp ráp mạch lôgíc trên phần mềm Mutisim cho mạch lôgíc của trigơ RS không đồng bộ

Hình 3.7 b: Hình ảnh minh họa cho phần thực hành mạch lôgíc của trigơ RS

Hình 3.10 a: Hướng dẫn thao tác lắp ráp mạch lôgíc của trigơ RS đồng bộ

Hình 3.10 b: Hình ảnh minh họa cho phần hướng dẫn lắp ráp mạch lôgíc của trigơ

RS đồng bộ

Hình 3.11 a: Thực hành thao tác lắp ráp mạch lôgíc của trigơ RS đồng bộ Hình 3.11b: Hình ảnh minh họa cho phần thực hành mạch lôgíc của trigơ RS đồng bộ

Hình 3.12 a: Hình ảnh minh họa cho trạng tháo trigơ RS đồng bộ khi

Hình 3.13 a: Bảng báo cáo phần thực hành vẽ mạch bài số 3

Hình 3.13 b: Bảng báo cáo phần kết quả khảo sát mạch bài số 3

Hình 3.13 c: Bài tập mở rộng của bài số 3

Hình 3.14: Sơ đồ mạch đếm tiến đồng bộ sử dụng 4 trigơ JK

Hình 3.15: Nguyên lý làm việc của mạch đếm tiến đồng bộ sử dụng 4 trigơ JK Hình 3.16 a: Bước 1 lắp ráp mạch đếm tiến đồng bộ sử dụng 4 trigơ JK trên phần mềm Mutisim

Hình 3.16 b: Bước 2, bước 3 kiểm tra kết quả mạch đếm tiến đồng bộ sử dụng

4 trigơ JK trên phần mềm Mutisim

Hình 3.17 a: Hình ảnh minh họa của báo cáo kết quả thực hành bài 7

Hình 3.17 b: Hình ảnh minh họa của báo cáo kết quả thực hành bài 7

Hình 3.18: Mạch đếm từ 0 đến 999 từ IC 74LS90N có hiện thị LED 7 thanh Hình 3 19: Khái niệm mạch ghi dịch

Hình 3 20: Phân loại mạch ghi dịch

Hình 3 21: Giới thiệu IC 74LS194

Hình 3 22a: Bước 1 bài thực hành mạch ghi dịch nhập tin 4 bít nối tiếp

Hình 3 22b: Bước 2 bài thực hành mạch ghi dịch nhập tin 4 bít nối tiếp

Hình 3 22c: Bước 3 bài thực hành mạch ghi dịch nhập tin 4 bít nối tiếp

Hình 3 23: Báo cáo bài thực hành số 10

Hình 3 24: Quy trình sử dụng TN, TH ảo

MỞ ĐẦU

I LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

1 Quan điểm, chủ trương chính sách của Đảng về phát triển giáo dục trong thời kỳ CNH, HĐH đất nước

- Nghị quyết TW II khoá VIII đã khẳng định: “Giáo dục là quốc sách hàng đầu”,

khẳng định vị trí và tầm quan trọng của giáo dục trong thời kỳ CNH - HĐH đất

nước Với mục tiêu xây dựng con người mới, đào tạo thế hệ trẻ có đạo đức trong

sáng, có tri thức khoa học, có tư tưởng sáng tạo, có năng lực thực hành giỏi, có tác

phong công nghiệp, có sức khoẻ Đó là thế hệ tiếp theo để xây dựng CNXH [27]

Đại hội đại biểu toàn quốc của Đảng lần thứ IX đã xác đinh rõ nhiệm vụ của ngành

giáo dục là: “Đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy học, khắc phục lối truyền thụ mộ t

chiều, rèn luyện nếp tư duy sáng tạo của người học Từng bước áp dụng các phương

pháp dạy học tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học…”[4],[5]

- Chỉ thị số 22/2005 ngày 27/9/2005 về nhiệm vụ toàn ngành giáo dục năm học

2005 – 2006 cũng nêu: “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy học; tăng

cường ứng dụng CNTT trong các hoạt động của nhà trườ ng, nhất là ứng dụng trong

giảng dạy, học tập và quản lý giáo dục.”[1]

- Trong đổi mới phương pháp dạy học theo hướng hiện đại hóa, việc phát triển

và ứng dụng CNTT&TT, môi trường dạy học đa phương tiện vào quá trình dạy học

là yêu cầu bắt buộc Với phương pháp học tập mới này, học sinh sẽ đóng vai trò

trung tâm trong hoạt động dạy học Vai trò của học sinh đối vớ i việc học sẽ mang

tính tích cực, chủ động hơn Người học sẽ phải xác định việc học là cho mình, để

khẳng định mình, phục vụ cho tương lai của mình Và hơn thế nữa, người học còn

phải xác định việc học là suốt đời, học mọi lúc mọi nơi

2 Thực trạng dạy học thực hành của sinh viên ngành Sư phạm Kỹ thuật Công nghiệp khoa Sư phạm Kỹ thuật

Đặc điểm của sinh viên ngành Sư phạm Kỹ thuật Công nghiệp là:

+ Sinh viên do khoa quản lý;

+ Chuyên môn chuyên ngành do khoa khác quản lý;

+ Không có phòng thực hành riêng cho khoa;

+ Thời gian sinh viên tham gia các phòng thực hành rất ngắn;

+ Khoa chưa có phòng thực hành Kỹ thuật số, nơi mà mỗi sinh viên có thể thực

hành để tự mình khảo sát các mạch lôgíc, các cổng lôgíc Để khắc phục tình trạng

đó tôi mạnh dạn chọn đề tài “Xây dựng phòng thực hành ảo phục vụ dạy môn

Kỹ thuật số cho sinh viên ngành Sư phạm Kỹ thuật Công nghiệp khoa Sư phạm Kỹ thuật trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên”.

3 Sự xuất hiện hình thức đào tạo mới

- Phát triển toàn diện con người thời kỳ công nghiệp hóa, hiện đại hóa là mục

tiêu của hình thức đào tạo mới Nội dung của phát triển toàn diện đó là phát triển trí

năng, phát triển thể năng và phát triển tâm năng Các hình thức đào tạo mới đị nh

hướng vào lựa chọn nội dung, định hướng về phương pháp dạy học

- Các kiến thức được xây dựng theo các tiêu chuẩn sau: Góp phần thực hiện hiệu

quả các mục tiêu giáo dục nói chung, các mục tiêu môn học nói riêng về tất cả các

mặt Kiến thức phải cần thiết, có ích đối với người học, mang tính tổng hợp cao có

tần số xuất hiện và được sử dụng nhiều trong đờ i sống cộng đồng dân tộc, quốc tế;

Đáng tin cậy, có căn cứ khoa học, có giá trị cơ bản và cập nhật; Có tác dụng gây

hứng thú và thiết thực đối với người học, có tính hành dụng cao; Phù hợp với trình

độ và năng lực, với kinh nghiệm và vốn sống, với đặc điểm tâm, sinh lý lứa tuổi của

người học; Có tác dụng hình thành những phương pháp, cách thức học tập và

nghiên cứu; Có tác dụng góp phần phát triển những năng lực sáng tạo, giúp người

học giải quyết vấn đề nảy sinh trong học tập và trong thực tiễn đời sống; Là cơ sở

để tiếp tục “Học tập suốt đời”; Hướng tới đáp ứng những đòi hỏi, những nhu cầu

cần thiết cho nghề nghiệp sau này

- Nội dung đào tạo gồm 2 phần:

+ Phần bắt buộc(phần cứng) gồm những phần cơ bản, cốt lõi và chuẩn mực đòi hỏi 100% sinh viên phải nắm vững

+ Phần tự chọn (phần mềm) gồm nhiều mức khác nhau, cũng sẽ tương ứng mức yêu cầu lượng SV nắm được vấn đề khác nhau, có thể 80%, 60%,… hoặc thậm chí là 20% thích ứng với từng trình độ người học, tạo điều kiện, cơ hội giúp người học tiếp thu dễ dàng Phần tự chọn này, GV chỉ cần giảng sơ qua, đưa ra câu hỏi gợi

mở để SV động não suy nghĩ, từ đó đúc rút được kiến thức cho mình Phát triển chương trình và phương pháp dạy học được cấu trúc đa dạng hơn, phong phú hơn, dãn rộng hơn tầm hạn giữa học vấn tối thiểu và học vấn tối đa, mở rộng các lĩnh vực học tập (học theo bài, theo modul, theo chủ đề, theo dự án,…) đáp ứng nhu cầu học tập của mỗi cá nhân là cần gì học nấy, phải chuyên sâu về vấn để đang nghiên cứu, chứ không phải học dàn trải, cái gì cũng học, cái gì cũng biết một ít nhưng không biết gì sâu

- Định hướng về phương pháp dạy học, xu thế dạy học hiện nay đã chuyển dần sang định hướng dạy học, theo đó người học được học một cách tích cực, độc lập sáng tạo, người học thực hiện các nhiệm vụ nhận thức qua các hình thức hoạt động, tạo thời cơ và điều kiện để họ thích nghi và năng động giải quyết những vấn

đề đặt ra trước hết trong học tập, ứng dụng và sau đó là các vấn đề của xã hội, kinh

tế đất nước Những phương pháp dạy học triển vọng nhất chính là những phương pháp dựa vào người học và hoạt động của người học, đó chính là phương pháp dạy học lấy người học làm trung tâm Phát triển các phương tiện công nghệ cao trong truyền thông, giao tiếp, giáo dục, sinh hoạt và môi trường thông tin toàn cầu hóa tạo điều kiện đáp ứng đầy đủ hơn nhu cầu học tập của con người Học tập từ xa sẽ là một xu thế mạnh mẽ trong dạy học Cần phải phát triển các chương trình học tự chọn, chuyển sang đào tạo, dạy học theo tín chỉ học phần, theo modul,…

Toàn cầu hóa kinh tế dẫn tới hội nhập, do đó dẫn tớ i xu thế quốc tế hóa văn bằng chứng chỉ, kỹ thuật thiết kế và cấu trúc chương trình dạy học, công nghệ đo

lường và đánh giá dạy học, đòi hỏi quốc tế hóa trong lĩnh vực chuẩn học vấn, chuẩn

kỹ năng của nhiều lĩnh vực học tập

II MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Đề tài nghiên cứu cách thức xây dựng và sử dụng phòng TNTH ảo trong dạy học thực hành Trên cơ sở đó, tiến hành xây dựng một số bài TNTH ảo trong chương trình thực hành Kỹ thuật số nhằm hỗ trợ TNTH thực đồng thời bổ xung những bài TNTH mà trong thực tế khó hoặc không thể thực hiện được

III ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là phòng TNTH ảo;

Phần mềm Mutisim

Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Đề tài nghiên cứu về phòng TNTH ảo trong dạy học thực hành, trên cơ sơ đó xây dựng và sử dụng một số bài thực hành TNTH

ảo cho chương trình thực hành Kỹ thuật số

IV GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Nghiên cứu và xây dựng phòng TNTH ảo trong dạy học thực hành sẽ góp phần nâng cao hứng thú trong học tập, phát huy tính tích cực học tập của người học, người học học ở mọi lúc mọi nơi, do đó góp phần nâng cao chất lượng dạy học thực hành

V NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu cơ sở lý lu ận và thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng phòng TNTH ảo trong dạy học thực hành

Đề xuất cách thức xây dựng và sử dụng phòng TNTH ảo; xây dựng một số bài TNTH ảo cho phòng TNTH ảo Kỹ thuật số trong chương trình thực hành Kỹ thuật số cho sinh viên ngành Sư phạm Kỹ thuật Công nghiệp của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên

VI PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Phân tích, tổng hợp tài liệu và các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực giáo dục, đào tạo ở Việt Nam và nước ngoài

Quan sát hoạt động dạy học và đánh giá trong dạy học thực hành môn Kỹ thuật số

Phương pháp chuyên gia

VII NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI

Phân tích và làm rõ một số khái niệm cơ bản liên quan tới TNTH ảo như: thí nghiệm, thực hành; thuật ngữ ảo; mô phỏng; TNTH ảo; m ối liên hệ giữa mô phỏng

và TNTH ảo, ứng dụng TNTH ảo vào trong dạy học thực hành, góp phần hoàn thiện

về TNTH ảo

Đề xuất qui trình xây dựng và sử dụng TNTH ảo

Ứng dụng phần mềm Mutisim thiết kế 03 bài thực hành ảo Kỹ thuật số trong phòng thực hành ảo Kỹ thuật số: Bài 3 Thiết kế và lắp ráp phần tử nhớ RS từ các cổng lôgíc cơ bản; bài 7: Thiế t kế và lắp ráp mạch đếm tiến đồng bộ sử dụng trigơ rời rạc; bài 10: Thiết kế và lắp ráp mạch điều khiển nạp dữ liệu song song hoặc nối tiếp vào thanh ghi 4 bít Làm quen với IC ghi dịch và IC chốt

VIII CẤU TRÚC LUẬN VĂN

Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, nội dung của luận văn được thể hiện trong 3 chương được trình bày dưới đây:

- Chương 1: Cơ sơ lý luận và thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm thực hành ảo

Tổng quan về tình hình nghiên cứu và ứng dụng thí nghiệm thực hành ảo trên thế giới và tại Việt Nam, cơ sở lý luận về thí nghiệm thực hành ảo, chương này

đi sâu vào phân tích các khái niệm: mô phỏng, thí nghiệm ảo; mối liên hệ giữa mô phỏng và thí nghiệm ảo; khả năng xây dựng và sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học

môn học kỹ thuật số nhằm nâng cao chất lượng dạy học đáp ứng nhu cầu chất lượng nguồn nhân lực kỹ thuật

- Chương 2: Xây dựng và sử dụng phòng thực hành ảo phục vụ cho dạy học môn Kỹ thuật số

Nội dung chương là kết quả vận dụng những nghiên cứu trong chương 1, đề xuất qui trình xây dựng và sử dụng phòng thực hành ảo môn kỹ thuật số; nghiên cứu và xây dựng một số bài thực hành trong phòng thí nghiệm thực hành ảo trong

chương trình môn học kỹ thuật số cho sinh viên ngành Sư phạm Kỹ thuật Công nghiệp trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên

-Chương 3: Thiết kế minh họa một số bài thí nghiệm thực hành ảo Kỹ thuật

số cho sinh viên ngành Sư phạm Kỹ thuật Công nghiệp tại trườ ng Đại học Sư phạm

Kỹ thuật Hưng Yên

Nội dung của chương này tác giả giới thiệu một số bài TNTH ảo đã thiết kế trong chương trình thực tập Kỹ thuật số

Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ

SỬ DỤNG PHÒNG THỰC HÀNH ẢO TRONG DẠY HỌC MÔN KỸ THUẬT SỐ 1.1 TỔNG QUAN NGHIÊN CỨU VỀ PHÒNG THỰC HÀNH ẢO

1.1.1 Trên thế giới

- Sự bùng nổ của CNTT nói riêng và Khoa học công nghệ nói chung đã và

đang tác động mạnh mẽ vào sự phát triển của tất cả các ngành trong đời sống xã

hội Những ứng dụng CNTT được đưa vào cuộc sống ngày càng phong phú, đa

dạng và thiết thực hơn Sự phát triển không ngừng của CNTT đã làm cho một số

lĩnh vực khó phát như: các hệ chuyên gia, các xử lý thời gian thực và một lĩnh vực

khác đó là Thực tại ảo (Virtual Reality – VR)

- “Thực tại ảo” là một khái niệm mới xuất hiện khoảng đầu thập kỷ 90, ở Mỹ

và Châu Âu, thực tại ảo đã và đang trở thành một công nghệ mũi nhọn nhờ khả

năng ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực (nghiên cứu và công nghiệp, GD – ĐT

cũng như thương mại và giải trí…) Về sản phẩm, người ta đã tạo ra những hệ thống

thực tại ảo trong nhiều lĩnh vực khác nhau như các chuyến du ngoạn ảo lên mặt

trăng trong khoa học vũ trụ , bác sĩ thực hiện những ca phẫu thuật lên bệnh nhân ảo

trong y học thậm chí trong việc tái hiện lịch sử v.v Chính vì vậy, công nghệ thực

tại ảo – một công nghệ mới được dùng để xây dựng một không gian, một thế giới

ảo, nhằm tái tạo, bắt chước phần nào thế giới thực đã, đang được nghiên cứu và

chắc chắn sẽ phát triển mạnh mẽ trong tươ ng lai Trong số rất nhiều tài liệu đề cập

đến công nghệ này, phải kể đến đó là: Virtual Reality – Thực tại ảo, bước sang thế

giới bên kia [8] hay tạo dựng một hệ thống thực tại ảo cho riêng bạn (Creat your

own virtual reality system) [21]

- Thực tại ảo – một thế giới thực song lại ảo, là một hệ thống rất phức tạp

Hiện tại chưa có điều kiệ n (về cơ sở vật chất) vận dụng thực tại ảo ở mức độ hoàn

hảo trong việc xây dựng bài TNTH phục vụ lĩnh vực đào tạo ở nước ta

- Ở mức độ đơn giản hơn, thực tại ảo đó là các phần mềm chạy trên máy tính

đơn lẻ hay mạng máy tính, chúng giả lập phần nào thế giới thực Từ đó, giúp người

học sử dụng thực hiện các thao tác với môi trường, các đối tượng, quá trình, hệ

thống do các chương trình đó tạo ra nhằm khám phá, phát hiện các quy luật, kiểm nghiệm khoa học, hình thành kỹ năng…Khi đề cập tới những phần mềm, những thao tác trong môi trường do các phần mềm tạo ra, thuật ngữ ảo cũng được sử dụng

- TNTH ảo là một lĩnh vực được nghiên cứu và phát triển trong những năm gần đây và đã có nhiều sản phẩm được gọi là TNTH ảo được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống trong đó có lĩnh vực GD – ĐT Một vài trong số đó là:

+ Crocodile Chemistry là phần mềm dùng để thiết kế các thí nghiệm ảo môn

hóa học: Hóa học là một môn rất hay với nhiều phản ứng lý thú và cũng không kém phần nguy hiểm Nhưng trên lớp học thời gian được tự tay thực hành cũng như xem các giáo viên làm thí nghiệm thì không nhiều Vì vậy, mộ t phòng thí nghiệm ảo tại nhà là cần thiết cho các bạn học sinh được làm thí nghiệm để nắm vững kiến thức

đã học

+ Crocodile Physics là phần mềm được dùng để thiết kế các thí nghiệm ảo

môn vật lý trong nhà trường, có rất nhiều phiên bản của phần mềm đã được đưa ra

và phiên bản mới nhất hiện nay là phiên bản Crocodile Physics 605, ra đời vào năm

2006 với rất nhiều tính năng so vớ i các phiên bản trước đó Crocodile Physics có thể mô phỏng cơ học, điện, điện tử, quang học, và sóng cơ học Trong mỗi phần cơ, sóng, điện, quang có đầy đủ những thuộc tính để ta có thể mô phỏng các thí nghiệm vật lý phổ thông

+ Trong lĩnh vực điện – điện tử: Protel Matlab, Mutisim, Orcad, Workbench…là các phần mềm hỗ trợ người sử dụng trong việc thiết kế mạch điện – điện tử Với sự phát triển nhanh chóng lĩnh vực điện - điện tử, việc thiết kế và mô phỏng mạch điện – điện tử trên máy tính bằng các phần mềm chuyên dụng đã được triển khai, áp dụng rộng rãi và rất có hiệu quả tại các trường học Các phần mềm kể trên với tên gọi chung là EDA (Electronic Design Automation – Tự động thiết k ế mạch điện tử) Tùy thuộc vào đặc điểm nội dung, mục tiêu của từng môn học mà

các giáo viên lựa chọn một trong các phần mềm EDA làm phương tiện giảng dạy vì mỗi phần mềm đều có đặc điểm riêng Chẳng hạn như, với một thư viện linh kiện

rất lớn và các công cụ tiện ích, Mutisim cung cấp một số công cụ ảo Chúng ta sử

dụng các công cụ này gần tương ứng với các công cụ trong phòng thí nghiệm Chúng thực sự là một phương tiện tốt và dễ dàng nhất để ta có thể quan sát đo lường kết quả mô phỏng Chính vì vậy, Mutisim đã được rất nhiều giáo viên sử dụng làm phương tiện giảng dạy và là công cụ hỗ trợ người học trong việc thực hành mạch điện tử vì thiết kế đơn giản, dễ sử dụng, tính trung trực và sinh động

trong mô phỏng của nó

+ Orcad cũng trở thành một trong những phần mềm hang đầu, hỗ trợ người

sử dụng vẽ, mô phỏng và thiết kế mạch in qua thư viện linh kiện rất lớn cùng với

các công cụ tiện ích

+ Để hỗ trợ việc tính toán trong kỹ thuật, Matlab cung cấp một môi trường tính toán mạnh và tiện dụng cho các ứng dụng thuộc lĩnh vực kỹ thuật Bên cạnh đó, các phần mềm này thường cung cấp khả năng mô hình hóa và mô phỏng hệ thống

(ví dụ công cụ similink trong Matlab) Công cụ mô phỏng này chủ yếu dựa trên khả năng tính toán số của phần mềm, trong đó động học của hệ thống chủ yếu được mô

tả bởi các phương trình vi phân thường Với phần mềm Matlab, các thí nghiệm (thí nghiệm tiến hành trên máy tính) được thực hiện một các hết sức mềm dẻo và linh

hoạt Các tính chất và các thông số của hệ thống xử lý được thay đổi, thử nghiệm và tính toán hết sức nhanh chóng và chính xác Do vậy hệ thống xử lý được đánh giá,

xem xét dưới nhiều góc độ trước khi đưa vào thực thi thực tế Về phương diện này

thì phần mềm Matlab đến nay là công cụ hàng đầu

+ Trong lĩnh vực thiết kế cơ khí: Phần mềm thiết kế cơ khí hiện nay có khá

nhiều và được gọi chung là các ứng dụng CAD, viết tắt của thuật ngữ tiếng Anh là Computer – Aided Design (thiết kế với sự trợ giúp của máy tính) hoặc Computer – Aided Drawing (vẽ kỹ thuật với sự trợ giúp của máy tính) Lựa chọn và sử dụng

phần mềm thiết kế cơ khí nào là phụ thuộc vào mục đích, thói quen sử dụng hoặc

được đào tạo Một số phần mềm thiết kế cơ khí phổ biến đó là: Catia, ProE, Unigraphics, SolidWork, Inventer…Chúng có tính năng về cơ bản là tương đương

nhau Nhiều chương trình CAD hiện nay cho phép tạo ra các mô hình ba chiều (còn

gọi là 3D) để có thể khảo sát mô hình từ mọi góc độ Co các chương trình dựng mô hình 3D dạng khung lưới (wireframe), dạng mặt (surface) và dạng khối đặc (solid) Các chương trình CAD mô hình hóa vật thể đặc tiên tiến là một hệ thống thiết kế

hiện thực ảo Người sử dụng chỉ cần thiết kế, lựa chọn các chi tiết, xác định kiểu

ghép nối, lien kết cho chúng, việc còn lại như hệ thống ấy sẽ hoạt động ra sao, có ghép nối như vậy có truyền động được không…những công việc đó hoàn toàn do chương trình tính toán và cho ra kết quả phù hợp với thực tế Ngoài ra, chương trình còn cho phép chúng ta tiến hành nhiều giả lập vật lý để khảo sát sự hoạt động như thật của vật thật, phát hiện ra sự những bất hợp lý của thiết kế mà nếu máy chưa

hoạt động thì khó mà th ấy được Đây cũng được coi như những hệ thống, chi tiết, mối ghép ảo Ngoài ra, những mô hình đặc như vậy còn có thể làm cơ sở cho các

phân tích phân tử hữu hạn (Finete Element Analysis – FEA) và/hoặc tính toán động lực dòng chảy (Computational Fluid Dynamics – CFD) của thiết kế Những phân

tích này cho chúng ta biết về các khả năng chịu lực, biến dạng, bị phá hủy…của các chi tiết máy dưới tác động của nội hoặc ngo ại lực, giống như trong điều kiện sử dụng thực tế

+ Trên Internet, một số trang web [22], [23], [24], [26]đã giới thiệu các bài TNTH ảo, theo đó, bất cứ truy cập vào các web site đó đều thao tác được với các

bài TNTH đã được chuẩn bị sẵn Đó là các chương trình mô phỏng được viết bằng ngôn ngữ lập trình Java và tồn tại trên trang web dưới dạng Java Applet Ví dụ như trong lĩnh vực Kỹ thu ật điện tử, thí nghiệm thiết kế mạch điện logic cũng được xây dựng

1.1.2 Tại Việt Nam

Tại Việt Nam, đã có một số công trình nghiên cứu liên quan tới TNTH ảo, như:

- Công trình “Thí nghiệm ảo và thí nghiệm hóa học” do PGS.TS Nguyễn Đức Chuy, khoa Hóa học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội và các cộng sự xây

dựng [12, Tr.55] Để có các phần mềm này, ban đầu, tác giả sử dụ ng camera ghi hình các thí nghiệm hóa học thực (được thể hiện theo kịch bản và biểu diễn bởi các chuyên gia thí nghiệm) và chuyển đổi tín hiệu video thành các file movie chạy được

trên máy tính Sau đó xây dựng phần mềm nhằm thao tác thuận lợi với các file movie trên Một số thí nghiệm hóa học trong đĩa CD có thể kể tới như: Cấu tạo nguyên tử; hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hóa học [12, Tr.56]…Tuy nhiên, một

số cơ sở đầy đủ về lý luận và thực tiễn cho thí nghiệm ảo đã không được nhóm tác giả đề cập trong nghiên cứu này

- Công trình “Nghiên cứu khoa học và phát triển Công nghệ thông tin và truyền thông”, đề tài nghiên cứu khoa học cấp nhà nước KC-01-14 do PGS.TS Vũ Trọng Rỹ và các cộng sự tại Viện chiến lược và Chương trình giáo dục kết hợp với các chuyên gia tin học của viện CNTT thuộc trường Đại học Quốc gia Hà Nội hợp tác xây dựng đã tiến hành xây dựng thành công phần mềm gồm 20 thí nghiệm ảo

phục vụ cho dạy các môn Vật lý 8, 9; Hóa học 9; Sinh học 8, 9 Các bài thí nghiệm được thể hiện bởi nhiều cảnh khác nhau được chuẩn bị trước mô tả những trạng thái khác nhau của đối tượng và có thể chuyển từ cảnh này sang cảnh khác một cách

tuần tự Định nghĩa về thí nghiệm ảo, các tác giả cho rằng “Thí nghiệm ảo là một

loại sản phẩm đa phương tiện (multimedia), một loại phần mềm dạy học mô phỏng thí nghiệm về hiện tượng, quá trình v ật lý, hóa học, sinh học,…nào đó xảy ra trong

tự nhiên hoặc trong phòng thí nghiệm, được tạo ra bởi sự tích hợp các dữ liệu dạng

số trên máy tính, có khả năng tương tác với người dùng và giao diện thân thiện với người dùng [17, Tr.20] Định nghĩa này chưa thực sự khái quát, hơn nữa cơ sở lí

luận và thực tiễn cho việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm ảo cũng chưa được đề

cập một cách sâu sắc

- Trong số rất nhiều tài liệu đề cập tới công nghệ thực tại ảo ứng dụng trong dạy học phải kể đến đó là “Ứng dụng Công nghệ thông tin trong tổ chức hoạt động nhận thức vật lý tích cực, tự chủ và sáng tạo”[16] Trong cuốn sách này, tác giả Phạm Xuân Quế đã trình bày và phân tích một trong những PTDH số mới hỗ trợ các thí nghiệm v ật lý cụ thể là thí nghiệm về các chuyển động cơ học đó là phần mềm

phân tích băng hình [16, Tr.33] Và tương ứng với phần mềm này ta có phương pháp phân tích các băng ghi hình Phương pháp này hiện đang được sử dụng nhiều trong các trường học ở các nước phát triển như Mĩ, Đức, Pháp…Trong phương

pháp này để tạo điều kiện có thể nghiên cứu kĩ và chính xác các quá trình vật lý,

trước hết các quá trình vật lý thật này (ví dụ như chuyển động ném xiên) được ghi

vào băng hình nhờ một máy videocamera có gắn thêm một thước đo tọa độ và một

đồng hồ đo thời gian Sau đó, hình ảnh trong băng ghi hình được quay lại trên tivi

hay chiếu lại trên màn ảnh to Nhờ chức năng có thể quay hình chuyển động chậm

lại và làm hình đứng im lại của máy (chức năng stand by) cho phép ta quan sát cẩn thận quá trình vật lý thực và xác định chính xác từng cặp giá trị của tọa độ và thời

điểm tương ứng của vật Hơn nữa, nhờ chức năng quay lại của băng ghi hình của

máy, ta có thể quan sát quá trình vật lý đang nghiên cứu nhiều lần với các mục đích khác nhau Các tín hiệu về quá trình vật lý này ở dạng tương tự (analog) phải chuyển thành tín hiệu dạng số (digital) để có thể xử lí các dữ liệu trên máy vi tính

Quá trình này được gọi là quá trình số hóa và được tiến hành nhờ một Card số (Digital board) được cài đặt trong máy vi tính Phần mềm phân tích băng ghi hình

(được cài đặt trong máy vi tính) sẽ giúp việc đọc các tín hiệu đã được số hóa (đã lưu trong đĩa mềm hay ổ cứng), hiện thị lại quá trình vật lý trên màn hình, thu thập, xử

lí các dữ liệu (lập bảng, vẽ đồ thị các mối quan hệ của các đại lượng, tiến hành các tính toán khác …)[16, Tr.34].Tuy nhiên, trong tài liệu này, tác giả không đi sâu vào nghiên cứu phương pháp phân tích băng ghi hình như một hướng tiếp cận trong ứng dụng công nghệ thực tại ảo và dạy học vật lý phổ thông mà cụ thể ở đây là thí nghiệm mô phỏng các chuyển động cơ học

- Nghiên cứu, ứng dụng hệ thống hiện thực ảo trên nề n tảng của kỹ thuật ảo

đã và đang được phát triển ứng dụng rộng rãi trên khắp thế giới và trong rất nhiều

lĩnh vực khác nhau.Ở Việt Nam các nhà khoa học và kỹ thuật đã bước đầu ứng dụng thử nghiệm kỹ thuật thực hiện ảo trong một số lĩnh vực như: nghiên cứu – thử nghiệm rô bốt công nghiệp; nghiên cứu thử nghiệ m máy và cơ cấu; huấn luyện và tập lái máy bay, tàu thủy, ô tô…Nhiều trường dạy lái xe ở Việt Nam cũng đã trang

bị cabin điện tử cho học viên thực tập Một số ứng dụng cụ thể phải kể đến như:

+ Trong chế tạo khuôn dập vỏ ô tô: Với mong muốn đóng góp vào việc thực hiện chủ trương nâng cao tỷ lệ nội địa hóa của ngành chế t ạo ô tô trong nước, lần

đầu tiên các nhà khoa học bộ môn Gia công áp lực trường Đại học Bách Khoa Hà Nội đã nghiên cứu và thiết kế chế tạo khuôn dập vỏ ô tô bằng công nghệ ảo Mặc dù ngành lắp ráp ô tô, xe máy ở Việt Nam trong những năm qua đã khá phát triển theo kịp với quá trình hội nhập kinh tế và đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng nhưng riêng trong lĩnh vực thiết kế, chế tạo các chi tiết vỏ mỏng cỡ lớn, có hình dạ ng phức tạp

mà đặc biệt là các vỏ ô tô là vấn đề còn mới mẻ ở nước ta và là một khó khăn đối với ngành công nghiệp sản xuất, chế tạo ô tô Sở dĩ như vậy là vì việc thiết kế các quy trình công nghệ dập, thiết kế và chế tạo khuôn mẫu vỏ ô tô có nhiều nét đặc thù

và có những yêu cầu kỹ thuật cao so với các chi tiết thông thường Bằng công nghệ

mô phỏng số (ảo), khuôn dập và quá trình dập vỏ được mô phỏng trên vi tính có thể xác định chính xác các chi tiết đạt tiêu chuẩn đề ra cho một bộ khuôn hoàn chỉnh Toàn bộ quá trình thiết kế, gia công chế tạo được sử dụng phần mềm chuyên nghiệp Pro Egineer, Edge Cam…để mô phỏng các quá trình

+ Đặc biệt với sự ra đời của chương trình đào tạo TOPICA: là chương trình đào tạo cử nhân trực tuyến do Viện ĐH Mở chủ trì; cùng với t ập đoàn Microsoft, Tập đoàn Qualcomm, Tập đoàn Hewlett-Packard (HP), ĐH Bách Khoa HN, và Tổ chức Phát triển Quốc tế Hoa Kỳ (USAID) tham gia phát triển và tài trợ TOPICA là chương trình đầu tiên tại Việt Nam xây dựng khuôn viên trên môi trường trực tuyến 3D Khuôn viên ba chiều của TOPICA là một tòa nhà tám tầng nằm giữa một công viên nhỏ Tầng một của tòa nhà là sảnh lớn – nơi học viên có thể tham gia và học thử, cùng hội trường, một phòng giới thiệu chương trình TOPIC64 và Vườ n ươm doanh nghiệp CRC-TOPIC

Hình 1.1: Khuôn viên của TOPICA trên Second Life + Các tầng thứ hai, ba và bốn là các lớp học, khu giảng đường, phòng lab và các khu thực hành cho các chương trình chuyên ngành Kỹ sư Công nghệ thông tin,

Cử nhân Quản trị kinh doanh, Cử nhân Tài chính kế toán Học viên có thể xem video, hay nghe bài giảng tại các phòng lab, và thực hành các kỹ năng chuyên môn, các kỹ năng mềm tại các phòng thực hành được mô phỏng như môi trường các doanh nghiệp

Hình 1.2: Một phần khu giảng đường của TOPICA trên Second Life

+ Ví dụ, tại các phòng thực hành môn Kế toán vật tư, học viên có thể thực hành kỹ năng giao tiếp với khách hàng, kỹ năng kiểm tra các hợp đồng và chứng từ mua bán vật tư, kỹ năng phối hợp nhóm với thủ quỹ, kế toán trưởng, cán bộ vật tư

và kỹ năng lựa chọn trang phục cho phù hợp với tính chất công việ c Tòa nhà xây dựng trên môi trường ba chiều được mô phỏng theo môi trường học thật của các sinh viên học trực tiếp, nhằm giúp các học viên có cảm giác như thật và xóa bỏ sự buồn chán, thiếu tính hình ảnh trong trao đổi, giao tiếp của mô hình học trực tuyến

cũ Các bài giảng video, hoặc slide, hoặc audio, được xây dựng dựa trên công nghệ Sloodle (phiên bản của Moodle tích hợp trong Second Life) Sử dụng ngôn ngữ lập trình Second Life script để lập trình các quy trình nghiệp vụ thực hành

Hình 1.3: Phòng học thực hành môn Kế toán vật tư

Hình 1.4: Phòng học thực hành các kỹ năng thực tế của ngành đào tạo Cử nhân Tài

chính kế toán

+ Công nghệ trên Second Life cho phép tổ chức mô phỏng các tình huống và

quy trình nghiệp vụ tài chính, ngân hàng…để học viên có thể nhập vai, thực hành

ngay trong quá trình học ở thế giới ảo này Trong ngôi trường 3D, các sinh viên học

lý thuyết, thực hành và trao đổi với nhau như ngoài đời thật

Kết luận: Như vậy có thể thấy rằng xu hướng đào tạo từ xa đang dần được các cơ sở

đào tạo hướng tới để phụ c vụ nhu cầu học tập suốt đời, học ở mọi nơi mọi lúc của

con người Để đáp ứng nhu cầu đó việc nghiên cứu và xây dựng các phòng học ảo

đã được các cơ sở đào tạo đặc biệt quan tâm và phát triển

1.2 CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA VIỆC XÂY DỰNG PHÒNG THỰC HÀNH ẢO MÔN KỸ THUẬT SỐ

1.2.1 Một số khái niệm

1.2.1.1 Một số khái niệm liên quan đến đào tạo

a Mục tiêu giáo dục

- Mục tiêu giáo dục là những tiêu chí, chỉ tiêu, những yêu cầu cụ thể đối với

từng khâu, từng nhiệm vụ, từng nội dung của quá trình giáo dục phải đạt được sau

một hoạt động giáo dục Mục tiêu giáo dục được xây dung trên cơ sở cân nhắc

những điều kiện hiện có và những khả năng cụ thể củ a nhà trường, của giáo viên và

học sinh khi thực hiện quá trình giáo dục Mục tiêu giáo dục do nhà nước, nhà

trường đề ra cho từng hoạt động và đòi hỏi mọi người phấn đấu thực hiện Mục tiêu

giáo dục là những bậc thang nối tiếp nhau dẫn đến mục đích giáo dục, khi các mục

tiêu giáo dục đạt dược có nghĩa là ta đã tiếp cận tới mục đích giáo dục tổng thể

Tóm lại, mục đích, mục tiêu giáo dục là hai khái niệm có quan hệ mật thiết

với nhau, nhưng không phải là một Mục tiêu giáo dục là thành phần, bộ phận cấu

thành của mục đích giáo dục Quan hệ giữa mục đích và mục tiêu giáo dục là quan

hệ giữa những mong đợi lí tưởng và khả năng hiện thực, giữa các yêu cầu tổng thể

và yêu cầu bộ phận của quá trình giáo dục Khái niệm mục đích và mục tiêu giáo

dục được dùng trong một chu trình, đều nói đến kết quả mong muốn đạt được của

hoạt động giáo dục, giảng dạy, học tập

Xét tổng quát, hai khái niệm này có nội hàm tương tự, nhưng khác nhau ở

mức độ rộng, hẹp và phạm vi, cấp độ vận dụng Xuất phát từ mục đích giáo dục để xác định mục tiêu giáo dục nhưng mục đích giáo dục sẽ được hoàn thiện ở sự thực hiện hệ thống các mục tiêu giáo dục

- Mục tiêu giáo dục nói về kết quả cần đạt được trong thực tế cho nên phải cụ thể hơn mục đích, phải được thiết kế sao cho mục tiêu giáo dục làm được chức năng chỉ đạo cách tổ chức thực hiện các quá trình giáo dục, đồng thời làm chức năng đánh giá kết quả giáo dục Trong nhiều trường hợp mục tiêu giáo dục phải lượng

hóa được, đo đạc được, quan sát được thì mới thực hiện được hai chức n ăng nói trên

b Kỹ năng, kỹ xảo

- Khi con người thực hiện thành thạo các công việc theo một trình tự nhất

định trong một khoảng thời gian xác định để hoàn thành được công việc nào đó với chất lượng đã đề ra, người ta nói rằng người đó đã đạt được kỹ năng cần thiết ở vị trí làm việc đó

Như vậy, kỹ năng có nội dung là những quá trình tâm lý và luôn gắn với những hoạt động cụ thể, kỹ năng là kiến thức trong hành động

- Sau khi đã thao tác một cách thuần thực theo một trình tự nhất định để hoàn thành một công việc nào đó người ta bắt đầu có những sáng tạo mới trong thao tác

để hoàn thành công việc trong thời gian ngắn hơn, với chất lượng cao hơn, chúng ta nói người đó đã đạt được kỹ xảo cao trong công việc Vậy: “Kỹ xảo là hoạt động hay thành phần của hoạt động đã được tự động hóa nhờ luyện tập”

Kỹ xảo như một thuộc tính nhân cách vì nó khá ổn định và bền vững

- Về kỹ năng thực hành, có thể phân chia thành 3 loại:

+ Kỹ năng thực hành thao tác với những công cụ, máy móc, nguyên vật liệu

cụ thể cần sự khéo léo (ví dụ như: kỹ năng hàn đứng, kỹ nă ng vận hành và sử dụng máy tiện)

+ Kỹ năng thực hành thao tác với máy móc nhưng hoàn toàn sử dụng sự hỗ trợ các chức năng của máy như việc sử dụng một phần mềm máy tính hoặc điều

khiển CNC, khi đó học sinh chỉ cần biết các chức năng của phần mềm và thao tác với chuột và bàn phím

+ Kỹ năng thực hành không liên quan tới các công cụ máy móc và công cụ như kỹ năng nghe, nói, đọc viết trong ngoại ngữ

c Phương tiện và phương tiện dạy học (PTDH)

- Một cách chung nhất, phương tiện là cái dùng để làm một việc gì, để đạt

một mục đích nào đó và PTDH được hiểu là toàn b ộ những trang thiết bị, đồ dùng, dụng cụ phục vụ việc giảng dạy và học tập

- Đề cập tới khái niệm PTDH có ý kiến cho rằng PTDH là các công cụ nhằm truyền đạt những thông điệp từ người dạy đến người học trong quá trình dạy học

Tuy nhiên, trong thời đại CNTT phát triển như vũ bão hiện nay, khái niệm này không còn phù hợp Theo tác giả, “PTDH là toàn bộ những trang thiết bị, đồ dùng, dụng cụ phục vụ việc giảng dạy và học tập, có tính tương tác được sử dụng nhằm hỗ trợ hiệu quả trong quá trình truyền đạt của người dạy và quá trình lĩnh hội của người học”

d Khái niệm năng lực

- Trong từ điển Giáo dục học, năng lực được hiểu là “khả năng được hình

thành phát triển, cho phép một con người đạ t thành công trong một hoạt động thể lực, trí lực hoặc nghề nghiệp”

- Năng lực của người lao động kỹ thuật thể hiện ở sự hiểu biết công việc,

nghề nghiệp và kết quả thực hiện, hoạt động trong nghề nghiệp đảm bảo chuẩn định mức ở các mức độ khác nhau Năng lực ấy biểu hiện bằng năng su ất, hiệu quả đã và đang thực hiện trong nghề nghiệp hoặc tiềm ẩn trong con người lao động để có thể

sử dụng trong tương lai Cấu thành năng lực nghề nghiệp thường bao gồm: Kiến

thức, kỹ năng, thái độ và thói quen làm việc…

1.2.1.2 Một số khái niệm liên quan đến TNTH ảo

a Thí nghiệm

Trong quá trình nghiên cứu bằng phương pháp thực nghiệm, nhà khoa học phải tiến hành các thí nghiệm

- “Thực nghiệm khoa học là một hình thức đặc biệt của hoạt động thực tiễn,

đó là hoạt động của con người được tiến hành trong điều kiện nhân tạo nhằm nhận thức và biến đổi tự nhiên và xã hội” [20, Tr.185]

- Thí nghiệm được coi như một phương pháp đặc biệt của nghiên cứu thực nghiệm có đặc điểm là nó đảm bảo khả năng tác độ ng thực tế một cách chủ động lên các hiện tượng và quá trình nghiên cứu Ở đây người nghiên cứu không bị hạn chế các hiện tượng mà còn can thiệp có ý thức vào quá trình diễn biến tự nhiên của chúng

Như vậy có thể hiểu, “Thí nghiệm là phương pháp nghiên cứu thực nghiệm với tác động chủ động của người tiến hành trong việc: Tạo dựng đối tượng nghiên cứu theo dự định; Điều khiển quá trình diễn biến; và phục hồi quá trình thực nghiệm trong những điều kiện như nhau”[13, Tr.2]

- Trong từ điển tiếng Việt thí nghiệm được giải nghĩa là “Gây ra một hiện tượng, một sự biến đổi nào đó trong điều kiện xác định để quan sát, tìm hiểu, nghiên cứu, kiểm tra hay chứng minh” [19, Tr.922]

- Theo http://www.aulea.org/NewMembers/ NewMembers Terms and Definition.html thí nghiệm là “một loạt các thử nghiệm hoặc kiểm nghiệm được tiến hành nhằm chứng minh hoặc bác bỏ một giả thuyết”

Các trích dẫn và cách hiểu trên đều có nội dung tương đối thống nhất và cho thấy thí nghiệm có vai trò rất quan trọng trong việc phát triển nhận thức con người

về thế giới Thí nghiệm là một phần của hiện thực khách quan được thực nghiệm hoặc tái tạo lại trong những điều kiện đặc biệt, trong đó con ng ười có thể chủ động điều khiển các yếu tố tác động vào quá trình xảy ra để phục vụ cho các mục đích nhất định Từ đó, có thể hiểu “Thí nghiệm là việc thực hiện các thao tác một cách

có chủ ý lên các đối tượng của một hệ thống và quan sát, thu nhận thông tin về các ảnh hưởng do các tác động gây ra đối với hệ thống Trên cơ sở đó khảo sát, minh họa, chứng minh hoặc bác bỏ một giả thuyết khoa học”

b Thực hành

- Trong từ điển tiếng Việt, thực hành được giải nghĩa là “làm để áp dụng lý

thuyết vào thực tế”[19, Tr.956]

- Trong dạy học, thực hành được hiểu là một quá trình sư phạm do giáo viên

tổ chức nhằm củng cố hiểu biết, tạo ra những cơ sở hình thành kỹ năng, kỹ xảo cho

học sinh thực hiện và những chức năng giáo dục

“Trong dạy h ọc kỹ thuật, thực hành là những hoạt động của học sinh nhằm vận dụng những hiểu biết kỹ thuật và rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo cần thiết” [6, Tr.74]

c Thuật ngữ ảo

- Ngày nay, thuật ngữ ảo được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực, đặc biệt

là trong CNTT, Vật lý học, Toán học, Bảo tàng học…Tuy nhiên, hiểu và vận dụng

thuật ngữ ảo thế nào cho đúng? Nội dung đề cập dưới đây sẽ làm sáng tỏ điều đó

- Hiểu một cách chung nhất, theo từ điển tiếng Việt, “ảo có nghĩa là giống

như thật nhưng lại không có thật”[19, Tr.24]

- Trong lĩnh vực tin học: Chúng ta thường gặp khái niệm bộ nhớ ảo, ổ ảo,

máy ảo…

+ Bộ nhớ ảo (virtual memory) là một kỹ thuật giúp máy tính hoạt động với

bộ nhớ có dung lượng lớn hơn dung lượng của bộ nhớ trong (đã được cài đặt trong

máy tính) bằng cách trao đổi các khối (blocks) hay trang (pages) dữ liệu giữa bộ

nhớ trong và các thiết bị nhớ ngoài [20, “virtual memory)] Trong trường hợp này,

bộ nhớ ảo không th ực sự tồn tại một cách vật chất như bộ nhớ thật mà nó được tạo

ra bởi máy tính và có tác dụng giống như bộ nhớ thật giúp máy tính hiểu và làm việc với một bộ nhớ có dung lượng lớn hơn dung lượng của bộ nhớ thật, đảm bảo tính hiệu quả, kinh tế

+ Máy ảo (virtual machine) là một chương trình chạy trên một máy tính cho

phép tạo ra một môi trường làm vi ệc riêng bằng cách mô phỏng tập lệnh tối thiểu

của một máy tính mà nó bắt chước [20, “virtual machine”] Như vậy, mặc dù không

tồn tại ở đó, các chương trình chạy trên máy tính thực được bắt chước bởi máy ảo

Trong trường hợp này, máy ảo đã thay thế chức năng của máy thực

- Trong lĩnh vực toán học:

Theo www.cunymath.cuny.edu/students/glossary/a-e.html, tổng của một số

thực và một số không thực gọi là số phức (complex number) Trường số phức là mở

rộng của trường số thực thành một trường đại số Trong trường số phức, tính chất

của đơn vị ảo I đặc trưng bởi biểu thức: i 2=-1 Mỗi số phức z đều được biểu diễn

duy nhất dưới dạng x=a+ib Trong đó: a, b là số thực; a là thành phần thực, ib là

thành phần ảo Sự ảo – sự không thực của thành phần ib vẫn tồn tại trong biểu thức

toán học đã góp phần giải quyết một loạt các vấn đề toán học

- Trong lĩnh vực vật lý học (cụ thể là trong quang học):

+ Tiêu điểm ảo (virtual focus) được hiểu là một điểm mà một chùm tia phân

kỳ khúc xạ hay phản xạ đường như hội tụ tại đó [20, “virtual focus”] Trong thực tế,

không có điểm phát sang ở vị trí đó Nghĩa là, điểm sáng ấy không tồn tại, mà chỉ tồn tại ảnh hưởng của nó (chùm tia phân kỳ hướng tới điểm đó)

Trong sách giáo khoa vật lý lớp 12, tiêu điểm ảo được nhận biết thông qua

thí nghiệm cho một chùm sang song song chiếu tới một thấu kính phân kỳ, chùm tia

ló sẽ bị phân kỳ có đường kéo dài cắt trục chính của thấu kính tại điểm F ’, gọi là

tiêu điểm chính của thấu kính phân kỳ Tiêu điểm chính này được gọi là tiêu điểm

ảo

+ Ảnh ảo (virtual image) được hiểu là một ảnh mà từ đó một chùm tia khúc

xạ hay phản xạ hiện ra phân kỳ, và không thể hứng được sản phẩm đó trên màn

chắn [20, “virtual image”] Như vậy, ảnh ảo đó là không thực sự tồn tại, song ảnh hưởng của nó thì vẫn t ồn tại (chùm tia sang phân kỳ)

- Ta có thể nhận định rằng, trong thực tế có những sự vật, sự việc, hiện tượng

không có thực nhưng ảnh hưởng và tác động của nó thì lại có thực Để diễn tả điều

đó, người ta sử dụng tính từ “ảo” Sự ra đời và tồn tại khái niệm bộ nhớ ảo, máy ảo,

số ảo, tiêu điểm ả o, ảnh ảo…đã góp phần giải quyết nhiều bài toán phức tạp, nhiều

vấn đề trong lĩnh vực CNTT, toán học, quang hình học…Ngoài ra, tính từ ảo còn

được sử dụng trong một số lĩnh vực khác như:

Văn phòng ảo (virtual office) [20, “virtual office”] – một trong những giải

pháp về dịch vụ thương mại điện tử là một môi trường điện toán khác biệt với môi

trường làm việc của văn phòng truyền thống (có địa chỉ, trang thiết bị kỹ thuật, con

người…) nhưng các công việc (quản lý văn phòng, nhân sự và các tiện ích cho hoạt

động kinh doanh của doanh nghiệp như email, lịch làm việc, danh bạ nhân viên) vẫn

được tiến hành với đầy đủ các chức năng của một văn phòng thực trên nền tảng ứng

dụng công nghệ Internet

Như vậy, văn phòng ảo không tồn tại địa điểm, trang thiết bị, con người một

cách tập trung như văn phòng thực, nhưng các chức năng hoạt động cơ bản của văn

phòng (điều hành, giao dịch) vẫn được thực hiện thông qua h ệ thống các phương

tiện truyền thông, CNTT Giải pháp này làm giảm đáng kể các chi phí cho hoạt

động của một văn phòng thật

d Mô hình

- Mô hình (Model) là một sơ đồ phản ánh đối tượng hoặc hệ thống Con

người dùng sơ đồ đó để nghiên cứu, thực nghiệm nhằm tìm ra các quy luật hoạt

động của đối tượng hoặc hệ thống Hay nói một cách khác, mô hình là đối tượng

thay thế của đố i tượng gốc (đối tượng thực tế) dùng để nghiên cứu về đối tượng

gốc,[9, Tr.6]

- Bàn về khái niệm mô hình trong dạy học, có một số ý kiến khác cho rằng:

Mô hình là phương tiện dạy học hình khối (ba chiều) phản ánh tính chất, cấu tạo cơ bản của vật thật Mô hình thường được thay đổi về tỉ lệ so với vật thật Giá trị sư phạm củ a mô hình là ở chỗ nó có khả năng truyền đạt lượng tin về sự phân bố và tác động qua lại giữa các bộ phận trong mô hình

- Theo nghĩa chung nhất, mô hình được hiểu là “một thể hiện bằng thực thể

hay bằng khái niệm một số thuộc tính và quan hệ đặc trưng của một đối tượng nào

đó (gọi là nguyên hình) nhằm mục đích nhận thức: Làm đối tượng quan sát thay cho

nguyên hình, hoặc/ và làm đối tượng nghiên cứu (thực nghiệm hay suy diễn) về

nguyên hình” [13, Tr18]

- Để làm được điều đó, Mô hình cần phải phản ánh được những đặc điểm cơ bản của vật thật mà nó thay thế Trong thực tế quá trình giảng dạy với một số nội

dung sử dụng mô hình cũng có hiệu quả tương đương với sử dụng vật thật Tuy

nhiên vì chế tạo mô hình thường rất phức tạp và đắt tiền nên ngườ i ta chỉ sử dụng

mô hình trong trường hợp không có phương tiện khác nào thay thế

- Hiện nay chưa có một lý thuyết tổng quan về mô hình nói chung, mà chỉ có

những lý thuyết được xây dựng cho từng loại mô hình Theo các cơ sở lý thuyết

này, có thể phân mô hình làm 2 loại sau:

1 Mô hình thực thể (mô hình vật lý)

“Mô hình vật lý là một hệ thống được hình dung trong óc hay được thực hiện

một cách vật chất, hệ thống đó phản ánh những thuộ c tính bản chất của đối tượng

nghiên cứu hoặc tái tạo nó, bởi vậy việc nghiên cứu mô hình sẽ cung cấp cho ta

những thông tin mới về đối tượng”[19, tr.170] Ví dụ như mô hình động cơ đốt

trong, mô hình dao động…Nhìn chung mô hình vật lý thường được dung trong quá

trình nghiên cứu thực nghiệm

Căn cứ vào tiêu chuẩn cùng chất, giống về chất, khác về chất giữa nguyên

hình và mô hình mà người ta chia mô hình thực thể thành ba loại: Mô hình trích

mẫu (sampling model)- cùng chất với nguyên hình, mô hình đồng dạng (similar

model) - giống chất với nguyên hình và mô hình tương tự (analogue model) – khác

với nguyên hình

2 Mô hình khái niệm:

Mô hình khái niệm là các mô hình có tính chất hình thức, trừu tượng Trong

khoa học kỹ thuật, mô hình toán học (mathematical model) là điển hình của loại mô

hình này Mô hình toán học là mô hình khái niệm dưới dạng một cấu trúc hay một

hệ thức toán học biểu diễn mối quan hệ giữa các đại lượng có liên quan tới nhau

Trong công nghệ, mô hình biểu diễn mối quan h ệ giữa hàm mục tiêu của quá trình

công nghệ với các tham số công nghệ Ví dụ: tổ chức tinh thể, hoa văn trang trí hay

chuyển động của vật rắn…có thể mô hình hóa bằng cấu trúc nhóm; một hệ phần tử

hai trị (thể hiện dưới hai trạng thái) có thể mô hình hóa bằng cấu trúc đại số Boole;

mô hình toán học của một điều khiển nào đó là một phương trình vi phân…Việc

nghiên cứu các mô hình toán học thường dựa trên cơ sở vận dụng các lý thuyết toán

học hiện đại kết hợp với CNTT

e Mô phỏng

- Mô phỏng (simulation) được ứng dụng rộng rãi trong kinh tế, kỹ thuật và

nhiều lĩnh vực khác Trong khoa học và công nghệ, mô phỏng là con đường nghiên

cứu thứ ba, song song với nghiên cứu thuần túy và nghiên cứu thực nghiệm trên đối

tượng thật Nó được sử dụng khi không thể, không cần hoặc không nên thực nghiệm

trên đối tượng thực

- Trong thực tế, đã có nhiều công trình nghiên cứu về mô phỏng Theo đó đã

có nhiều quan điểm xung quanh vấn đề mô phỏng:

+ Theo từ điển chính xác Oxford, bản 1976, “Mô phỏng có nghĩa là giả cách,

làm ra vẻ như, hành động như, bắt chước giống với, mang hình thức củ a, giả bộ

như…, làm giả các điều kiện của tình huống nào đó thông qua một mô hình với mục

đích huấn luyện hoặc tiện lợi”

+ Theo từ điển tiếng Việt [thứ tự tài liệu], mô phỏng có nghĩa là phỏng theo

+ Theo TS Lê Huy Hoàng [10, Tr.20], mô phỏng được hiểu theo cách khác

nhau:

Nghĩa thứ nhất, mô phỏng là một đối tượng, hệ thống có các thuộc tính có

thể đại diện cho mộ t đối tượng, hệ thống thực Được thể hiện qua định nghĩa: “ Mô

phỏng là một chương trình tin học, sử dụng thuật toán hay lí luận logic để tái tạo các đặc điểm chọn lọc của một hệ theo cách mà hiệu ứng do sự thay đổi giá trị các biến riêng biệt có thể quan sát được Thuật toán và logic phải quan hệ cơ bản với

hệ đang xét, và không chỉ dùng để chọ n những quan sát khác nhau được chuẩn bị

trước”[12, Tr.19]

Nghĩa thứ hai, mô phỏng là một phương pháp nghiên cứu về đối tượng, hệ

thống thực thông qua mô hình của nó Đó là: “Quá trình thiết kế một mô hình của

một hệ thống thực và thực nghiệm với mô hình đó nhằm mục đích tìm hiểu về hoạt động của hệ thông” hay “Một thực nghiệm trên mô hình của đối tượng thực”hay

theo nghĩa thuật ngữ, mô phỏng là “thực nghiệm quan sát được và điểu khiển được

trên mô hình của đối tượng khảo sát” [15, Tr.11]

Trong luận văn này, mô phỏng được hiểu theo nghĩa thứ hai, tức là “thực

nghiệm quan sát được và điều khiển được trên mô hình” Mô phỏng bao gồm các

quá trình sau đây:

1 Xây dựng mô hình cho đối tượng nghiên cứu

2 Thực nghiệm trên mô hình để có kết quả về đối tượng nghiên cứu

3 Kiểm nghiệm lại kết quả thu được

Khi mô hình của đối tượng nghiên cứu là mô hình số (mô hình thể hiện bằng

chương trình máy tính) thì mô phỏng được gọi là mô phỏng số hay còn gọi là mô

phỏng điện toán

Bản chất của phương pháp mô phỏng số là xây dựng mô hình số (numerical

model) và dùng phương pháp số (numerical method) để tìm các lời giải toán Chính

vì vậy, máy tính số là công cụ duy nhất và hữu hiệu để th ực hiện việc mô phỏng hệ

thống [9, Tr.7]

Nếu đề cập tới mô hình số, có thể hiểu, mô phỏng điện toán là quá trình xây

dựng một mô hình logic toán học của một hệ thống thực và thực nghiệm với mô hình ấy bằng máy tính

Lý thuyết cũng như thực nghiệm chứng minh được rằng chúng ta chỉ có thể

xây dựng được các mô hình gần giống với đối tượng thực mà thôi, vì trong quá

trình mô hình hóa bao giờ cũng chấp nhận một giả thiết nhằm giảm bớt độ phức tạp

của mô hình, để mô hình có thể ứng dụng thuận lợi trong thực tế Mặc dù vậy, mô

phỏng vẫn là phương pháp hữu hiệu để con người nghiên cứu đối tượng, nhận biết

các quá trình, các quy luật tự nhiên Ngày nay nhờ có sự trợ giúp đắc lực của kỹ

thuật máy tính, kỹ thuật tin h ọc, người ta đã phát triển các phương pháp mô hình

hóa cho phép xây dựng các mô hình ngày càng gần với đối tượng nghiên cứu Đặc

biệt, phương pháp mô phỏng số là một phương pháp hữu hiệu để nghiên cứu những

đối tượng có cấu trúc phức tạp, các đối tượng mà trong đó có các biến ngẫu nhiên

Sự phát triển của CNTT mà cụ thể là kỹ thuật máy tính đã giúp cho việc thu nhận, lựa chọn, xử lí các thông tin về mô hình rất thuận tiện, nhanh chóng và chính xác

Trong Công nghệ dạy học ở nước ta hiện nay, ngoài các phương pháp quen thuộc là hình vẽ, đồ dùng dạy học trực quan và các phương tiện nghe nhìn mà thầy trò khó tham gia tạo dựng, cải tiến như phim, băng hình…do máy tính càng phổ

biến, phương pháp mô phỏng bằng đồ họa vi tính ở các trườ ng đại học, cao đẳng chuyên nghiệp và khá nhiều trường phổ thông Tuy nhiên, việc sử dụng các ngôn ngữ để xây dựng các phần mềm chuyên dụng vào việc dạy học ở các trường gặp

nhiều khó khăn như việc lập trình mô phỏng khá phức tạp, yêu cầu giáo viên phải

có hiểu biết về CNTT ở một mức độ nhất định và có kỹ năng thành thạo Mặt khác, các phần mềm chuyên dụng thường chiếm bộ nhớ rất lớn khiến cho việc cài đặt không thuận tiện Vấn đề này đòi hỏi các ngành sư phạm kỹ thuật phải xây dựng

được các phần mềm thiết thực, phù hợp hay tạo ra sản phẩm mô phỏng để phục vụ dạy học

TNTH ảo được nghiên cứu trong phạm vi của đề tài là một trong những thể hiện cụ thể c ủa mô phỏng, là một vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu và ứng

dụng rộng rãi trong GD-ĐT

1.2.2 Thực tại ảo (Virtual Reality - VR)

1.2.2.1 Khái niệm thực tại ảo

Có nhiều định nghĩa khác nhau về thực tại ảo, một vài trong số đó là:

- “Thực tại ảo là công nghệ sử dụng các kỹ thuật mô hình hóa không gian ba chiều với sự hỗ trợ của các thiết bị đa phương ti ện hiện đại để xây dựng một thế giới mô phỏng bằng máy tính – môi trường ảo (virtual environment) Trong thế giới

ảo này, người sử dụng không còn được xem như người quan sát bên ngoài mà đã thực sự trở thành của hệ thống”[12, Tr.356]

- Còn Joseph R.Levy và Harley Bjelland quan niệm, “Thực tại ảo là môi trường ba chiều, được sinh ra bởi máy tính (computer-generated), có tính tương tác, trong đó con người có cảm giác đắm chìm”[21, Tr.18]

- “Thực tại ảo là môi trường ba chiều được phát sinh, tổng hợp và điều khiển thông qua máy vi tính nhằm mục đích mô phỏng lại thế giới thực hoặc thế giới theo tưởng tượng của con người Nó cho phép người dùng thông qua các thiết bị ngoại vi

và bộ chuyển đổi tương tác với những sự vật, hành động của thế giới ảo giống như tương tác với những sự vật, hành động của thế giới thực” [12, Tr.5]

- Ngoài thuật ngữ thực tại ảo (virtual reality) người ta cũng hay đề cập thuật ngữ thế giới ảo (virtual world) Thực chất đây là hai khái niệm tương đồng để chỉ

không gian ảo mà trong không gian này những người sử dụng có thể tương tác với các đối tượng của không gian ảo, hoặc người sử dụng có thể tương tác với nhau

trong không gian ảo đó

Như vậy, thuật ngữ thực tại ảo cũng được hiểu theo nhiều nghĩa khác nhau Theo TS Lê Huy Hoàng, thực tại ảo có thể hiểu là một hệ thống cho phép một hoặc nhiều người sử dụng (users) di chuyển, phản ứng trong môi trường mô phỏng điện toán Dưới sự hỗ trợ của các thiết bị kèm theo, người sử dụng có thể cảm nhận, thao tác với các đối tượng ảo (virtual objects) giống như với các đối tượng trong thế giới thực Sự tương tác “tự nhiên” này khiến người dùng có cảm giác “đắm chìm” trong một môi trường ảo Môi trường đó được xây dựng bởi mô hình toán học và những chương trình máy tính (computer programs) [11, Tr.22]

1.2.2.2 Đặc điểm của hệ thực tại ảo

- Thực tại ảo, là một thế giới thực song lại ảo, vì mộ t phần của thế giới thực

sẽ được tái hiện trên máy tính, trong môi trường không gian ba chiều gắn với các

thiết bị đầu vào, cho phép con người tương tác với môi trường ảo đó Những tương tác đó sẽ được chương trình xử lý để đem lại cho con người cảm nhận về sự thay

đổi của môi trường như trong thực tế Tất cả những điều này diễn ra trong môi trường không gian ba chiều

- Dưới khía cạnh CNTT, thực tại ảo là một hệ thống mô phỏng trong đó đồ họa máy tính được sử dụng để tạo ra một thế giới “nhân tạo – như thật” Thế giới

này không tĩnh tại, mà lại phản ứng, thay đổi theo ý muốn (tín hiệu vào) của người

sử dụng (nhờ hành động, lời nói…) Người sử dụng tương tác với mô hình, trong đó