Ứng dụng công nghệ mô phỏng trong giảng dạy các môn chuyên ngành điện tại trường Đại học Công nghiệp Việt Hung

Ứng dụng công nghệ mô phỏng trong giảng dạy các môn chuyên ngành điện tại trường Đại học Công nghiệp Việt Hung Ứng dụng công nghệ mô phỏng trong giảng dạy các môn chuyên ngành điện tại trường Đại học Công nghiệp Việt Hung luận văn tốt nghiệp thạc sĩ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC VIỆN: SƯ PHẠM KỸ THUẬT Ứng dụng công nghệ mô giảng dạy môn chuyên ngành Điện trường ĐHCN Việt - Hung Dương Thị Khuyên Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Xuân Lạc HÀ NỘI - 2007 LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan viết luận văn tìm hiểu nghiên cứu thân Mọi kết nghiên cứu ý tưởng tác giả khác, có trích dẫn từ nguồn gốc cụ thể Luận văn chưa bảo vệ Hội đồng bảo vệ luận văn Thạc sỹ chưa công bố phương tiện thông tin Tôi xin hồn tồn chịu trách nhiệm mà tơi cam đoan Hà Nội, ngày 25 tháng năm 2012 Dương Thị Khuyên LỜI CẢM ƠN Sau thời gian nghiên cứu làm việc nghiêm túc, khẩn trương với giúp đỡ hướng dẫn tận tình GS.TS Nguyễn Xuân Lạc (Viện SPKT, Trường đại học Bách khoa - Hà Nội) với bảo chăm lo thầy, cô Viện Sư Phạm Kỹ Thuật - Đại học Bách Khoa Hà Nội Luận văn “Ứng dụng công nghệ mô giảng dạy môn chuyên ngành Điện trường ĐHCN Việt - Hung” hồn thành Bởi vậy, tơi xin chân thành biết ơn GS.TS Nguyễn Xuân Lạc trực tiếp hướng dẫn tơi hồn thành luận văn Tơi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến thầy, cô giáo Viện Sư Phạm Kỹ Thuật, Viện đào tạo sau đại học Bách Khoa Hà Nội, thầy ban Giám hiệu khoa Điện trường ĐHCN Việt - Hung giúp đỡ tơi q trình học tập nghiên cứu để tơi hồn thành luận văn Tuy nỗ lực phấn đấu, luận văn cịn nhiều hạn chế, tơi mong góp ý để luận văn tơi hồn thiện Tôi xin trân trọng cảm ơn! Hà Nội, ngày 25 tháng năm 2012 Dương Thị Khuyên BẢNG CHỮ CÁI VIẾT TẮT ĐHCN: Đại học công nghiệp GV: Giáo viên MH: Mơ hình PPDH: Phương pháp dạy học CNMP: Công nghệ mô SPKT: Sư phạm kỹ thuật HS: Học sinh SV: Sinh viên TN: Thực nghiệm 10 ĐC: Đối chứng 11 MP: Mô 12 CNTT: Công nghệ thông tin 13 PT: Phương tiện 14 PTDH: Phương tiện dạy học DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ VÀ BẢNG BIỂU Sơ đồ 1-1:Mối quan hệ nội dung - phương pháp - phương tiện DH Sơ đồ 1-2:Chức trình DH Sơ đồ 1-3:Phân loại MH theo tính chất MH Sơ đồ 1-4:Phân loại MH theo lý thuyết xây dựng MH Sơ đồ 1-5:Q trình mơ Sơ đồ 1-6:Q trình mơ số Sơ đồ 1-7: Bản chất công nghệ dạy học đại Sơ đồ 1-8: Tổng quan người - máy Sơ đồ 1-9:Sơ đồ cấu trúc tư kỹ thuật Sơ đồ 2-1: Quy trình vận dụng mơ vào DH Sơ đồ 2-2:Sơ đồ cấu trúc CNMP dạy học Sơ đồ 2-3:Sơ đồ quy trình soạn giáo án mơn chun ngành điện Sơ đồ 2-4:Sơ đồ soạn giảng theo CNMP Sơ đồ 2-5 Quy trình xây dựng giảng theo CNMP Sơ đồ 2-6 Quy trình xây dựng giảng điện tử phần mềm Ispring Suite Powerpoint Sơ đồ 2-7 Quy trình xây dựng giảng với phần mềm Proteus Bảng 4-1: Phân phối kết kiểm tra Bảng 4-2: Tần suất f(%) – Số % SV đạt điểm xi Sơ đồ 4-3: Biểu đồ so sánh Tần suất f(%) – Số % SV đạt điểm xi PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Chúng ta sống thời đại cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước, thời đại mà tri thức, kỹ thái độ người coi yếu tố định phát triển xã hội Sự phát triển vũ bão công nghệ thông tin, truyền thông phương tiện đại đặt cho ngành Giáo dục phải đổi toàn diện để nâng cao chất lượng dạy học Học tập, nghiên cứu tự nâng cao trình độ nhiệm vụ người Giáo viên Với xu phát triển nhanh chóng kinh tế khoa học kỹ thuật địi hỏi ngành Giáo dục Đào tạo nước nhà phải có phát triển vượt bậc để đáp ứng nhu cầu nước hội nhập quốc tế Gánh nặng liên tục đặt lên vai người thầy nói riêng người làm cơng tác Giáo dục , đào tạo nói chung Cơng đổi đất nước giúp cho nhân dân ta nâng cao mặt đời sống vật chất tinh thần, điều mà Bác Hồ vĩ đại mong ước“nhân dân ta có cơm ăn áo mặc, học hành” Trong Nghị Đại hội XI Đảng cộng sản Việt Nam nêu rõ nhiệm vụ phát triển đất nước giai đoạn 2011 - 2015: “Tiếp tục nâng cao lực lãnh đạo sức chiến đấu Đảng; đẩy mạnh tồn diện cơng đổi mới; xây dựng hệ thống trị sạch, vững mạnh; phát huy dân chủ sức mạnh đại đoàn kết toàn dân tộc; phát triển kinh tế nhanh, bền vững; nâng cao đời sống vật chất, tinh thần nhân dân; giữ vững ổn định trị - xã hội; tăng cường hoạt động đối ngoại; bảo vệ vững độc lập, chủ quyền, thống nhất, toàn vẹn lãnh thổ; tạo tảng để đến năm 2020 nước ta trở thành nước công nghiệp theo hướng đại” Việc phát triển nguồn nhân lực, phát hiện, đào tạo bồi dưỡng nhân tài sứ mệnh cao quý nhà giáo Có người thầy tâm huyết đời cống hiến nghiệp giáo dục, đào tạo nước nhà Đây tinh hoa nhân loại nguyên khí quốc gia Đảng nhà nước ta coi giáo dục “Quốc sách hàng đầu” tôn vinh nghề giáo, nhà giáo “nghề sư phạm nghề cao quý nghề cao quý, sáng tạo nghề sáng tạo” Để đáp ứng nhu cầu xã hội hầu hết nhà trường phải đổi tư duy, đổi phương pháp dạy học, đổi công tác phục vụ quản sinh… Trong việc đổi phương pháp, phương tiện dạy học nhiệm vụ cấp bách ln mang tính thời Với mục tiêu để dạy tốt người học dễ hiểu nhất, tiếp thu làm sau tốt nghiệp Trên giới có nhiều xu phát triển Giáo dục : - Đổi tư Giáo dục - Đổi nội dung, phương pháp Giáo dục - Hiện đại hóa Giáo dục , phổ cập công nghệ thông tin - Học không tập trung, học tập từ xa - Học tập thường xuyên suốt đời… “ Đổi phương pháp Giáo dục ” đánh giá biện pháp hữu hiệu để nâng cao chất lượng Giáo dục tiến hành rộng rãi trường THCN, CĐ ĐH góp phần quan trọng đào tạo nguồn nhân lực cho đất nước Đổi phương pháp dạy học lấy người học làm trung tâm, ứng dụng phương pháp dạy học vào trình dạy học, người học biết cách chiếm lĩnh thông tin tùy theo nhu cầu mình, đánh giá chuyển chúng thành kiến thức thơng qua q trình tương tác Lúc đó, người học không vận dụng kiến thức học vào thực tiễn mà họ đến đường nghiên cứu khoa học có hướng dẫn, giúp đỡ người dạy Tại trường ĐHCN Việt – Hung, hàng năm giáo viên phải tham gia chế tạo đồ dùng, học cụ phục vụ cho giảng dạy tham gia hội giảng rút kinh nghiệm, chọn Giáo viên giỏi thi cấp Các khoa trang bị máy chiếu máy tính nên tiềm sử dụng máy tính làm phương tiện dạy học lớn Do nhu cầu xã hội xu phát triển kinh tế nước ta nên năm gần số người đăng ký vào học ngành Điện trường ĐHCN Việt - Hung tăng nhanh đáng kể Hiện số HS, SV khoa Điện khoảng 1800 học sinh, sinh viên Và tăng lên gấp đơi năm tới Hiện trường ĐHCN Việt Hung nâng cấp cuối năm 2010, khoa Điện khoa đảm nhận đào tạo khóa sinh viên đại học nhà trường Do việc đổi phương pháp dạy học cần thiết, đáp ứng nhu cầu người học, nâng cao chất lượng đào tạo Ứng dụng CNMP máy tính vào việc dạy học kỹ thuật giảm đáng kể kinh phí dùng để chế tạo thiết bị học tập, thiết bị đắt tiền khó mua Đồng thời MP cấu tạo nguyên lý hoạt động chi tiết cách sống động, biến phức tạp thành đơn giản, khó hiểu thành dễ hiểu, trừu tượng thành cụ thể quan sát được…Tư theo CNMP giúp cho người học hiểu sâu kiến thức có khả đáp ứng xu phát triển khoa học kỹ thuật sau tốt nghiệp Thực trạng việc ứng dụng CNMP vào dạy học trường ĐHCN Việt - Hung hạn chế Khả ứng dụng công nghệ thông tin để xây dùng giảng khoa ngành thuộc khối kỹ thuật yếu nên việc nghiên cứu đề tài “Ứng dụng công nghệ mô giảng dạy môn chuyên ngành Điện trường ĐHCN Việt - Hung” phù hợp với tình hình thực tế đơn vị công tác tác giả Được đồng ý thầy hướng dẫn lựa chọn đề tài nhằm mục đích tìm giải pháp đổi PPDH nhằm nâng cao chất lượng đào tạo trường Tuy nhiên thời gian làm luận văn có hạn tác giả chọn đối tượng ứng dụng vào môn chuyên ngành Điện trường ĐHCN Việt - Hung Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu luận văn ứng dụng công nghệ dạy học đại vào dạy học môn chuyên ngành Điện trường ĐHCN Việt - Hung Phạm vi nghiên cứu lý thuyết mô dạy học kỹ thuật, vận dụng vào việc xây dựng ứng dụng số mô máy tính cho mơn kỹ thuật số thuộc chun ngành điện Giả thuyết khoa học Nếu ứng dụng CNMP cách đắn cho môn học, học kích thích hứng thú học tập, phát triển khả tư sáng tạo người học, góp phần rút ngắn thời gian đào tạo nâng cao chất lượng dạy học Phương pháp nghiên cứu Nghiên cứu lý luận Các văn kiện Đảng nhà nước, nhà trường có liên quan đến vấn đề cần nghiên cứu Chương trình đào tạo ngành Điện tài liệu môn học thuộc ngành Điện trường ĐHCN Việt - Hung Các tài liệu Giáo dục nghề nghiệp, lý luận công nghệ dạy học có liên quan đến đề tài luận văn Nghiên cứu thực nghiệm Quan sát, điều tra xây dùng chương trình thử nghiệm, ví dụ minh hoạ lập kế hoạch thực nghiệm sư phạm Các phương pháp thống kê Cấu trúc luận văn Luận văn chia làm chương sau: Chương I Cơ sở lý luận công nghệ mô vào dạy học kỹ thuật Chương II Thực trạng khả ứng dụng công nghệ mô vào dạy học môn chuyên ngành Điện trường ĐHCN Việt - Hung Chương III Xây dựng số giảng cụ thể theo CNMP Chương IV Thực nghiệm sư phạm Kết luận kiến nghị Tài liệu tham khảo Chương I CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA CƠNG NGHỆ MƠ PHỎNG TRONG DẠY HỌC KỸ THUẬT 1.1 Tổng quan ứng dụng công nghệ mô 1.1.1 Trên giới Mô xuất từ sớm xã hội lồi người nhiều hình thức khác nhau, nhiều cách vận dụng khác Một số nhà nghiên cứu ứng dụng CNMP kể đến như: Năm 1899, Lord Rayleigh [19] bắt đầu nghiên cứu mô thông qua CNMP dễ dàng chứng minh bước ngẫu nhiên chiều cung cấp lời giải xấp xỉ cho phương trình vi phân Năm 1931, A.N.Kolmogorov [20] sử dụng PPMP để chứng minh mối liên hệ phương pháp thống kê Markov phương trình vi phân tích phân xác định CNMP Monte Carlo ứng dụng nhiều ngành khoa học, kỹ thuật khác như: toán học với phép tích phân, xác định thể tích khơng gian Vật lý với việc xác định trọng tâm, MP xác định thời gian cân nhiệt vật khác tiếp xúc với Hóa học, MP phản ứng hóa học chất chúng tiếp xúc với Địa chất, MP trình chấn động lớp vật chất xảy động đất, trình hoạt động núi lửa… Việc nghiên cứu MP ứng dụng CNMP ngành kinh tế xã hội nhiều nước giới sử dụng MP thức đưa thảo luận đánh giá lần vào tháng năm 1978 viện khoa học Weizmann Rehovot Israel [19] Ngày CNMP ứng dụng hầu hết ngành kinh tế xã hội, giáo dục, y tế, phịng thí nghiệm…Các nghiên cứu, đánh giá nhà khoa học sử dụng MP với mức độ khác nhau, điều kiện khác nhằm đến nhận xét, kết luận Khi ấn nút RUN chương trình chạy đồng thời cửa sổ hiển thị Oscilloscope ( máy sóng) xuất ( việc bố trí núm nút chức giống hệt máy sóng thực tế ) việc sử dụng núm chức thành thạo sử dụng Oscilloscope ngồi thực tế Trong q trình phân tích mạch, giá trị phần tử nhập từ bảng thuộc tính Kết mơ hiển thị sổ Oscilloscope Ví dụ : Mơ dạng sóng mạch tạo xung 555 cách thay đổi giá trị tụ C1 Các núm nút chức bảng điều khiển giữ nguyên vị trí hiển thị sổ Oscilloscope sau (nếu muốn điều chỉnh độ rộng xung ta tự điều chỉnh từ núm chức năng): + Nhập giá trị cho tụ C1 = 0.1uF -Kết mô cửa sổ Oscilloscope Hình1: Kết mơ giá trị tụ C1 = 0.1uF +Tăng giá trị cho C1.Nhập giá trị cho tụ C1 = 1uF - Kết mơ cửa sổ Oscilloscope Hình 2: Kết mô thay đổi gia trị tụ C1 = 1uF + Tăng giá trị cho tụ C1.Nhập giá trị cho tụ C1 = 10uF - Kết mơ cửa sổ Oscilloscope Hình 3: Kết mô thay đổi gia trị tụ C1 = 10uF + Tiếp tục tăng C1= 1000uf - Kết mô cửa sổ Oscilloscope ta thấy đường dao động gần đường thẳng Như giới hạn ta thay đổi thông số tụ C khoảng từ 0.1uF1000uF thể rõ cửa sổ Oscilloscope Hình 4: Kết mơ thay đổi gia trị tụ C1 = 1000uF Trong Proteus khơng thể tạo trượt (Slider) để thay đổi giá trị đối tượng thành giải liên tục mà phải nhập giá trị làm gián đoạn trình khảo sát Đây điểm hạn chế khả tương tác phần mềm so với số phần mềm khác ví dụ MathCad PHỤ LỤC Yêu cầu để thiết kế mô mạch mạch giải mã LED/LCD - Vẽ mạch giải mã LED/LCD - Chạy mô mạch điện - Cân chỉnh trị số linh kiện để dạng sóng ngõ có tần số f = 2Hz, * Các bước thực Bước 1: Lấy linh kiện: - Các linh kiện cần cho mạch gồm có IC74LS47,IC74LS163, R, LED/LCD nguồn 5V ta truy cập vào thư viện linh kiện chương trình cách sau: + Nháy chuột vào nút công cụ Pick devices công cụ Click vào Click + Trên cửa sổ chọn đối tượng nháy chuột vào công cụ chữ P: Click vào + Ấn phím nóng ‘P’ bàn phím Sau thư viện linh kiện mở ra: tìm hiểu vị trí lưu trữ linh kiện để việc lấy linh kiện thời gian Các linh kiện xắp xếp theo thứ tự A,B Z, tên linh kiện thể thuật ngữ tiếng Anh: Ví dụ, Tụ điện ( Capacitors); điện trở ( Resistors); cuộn dây ( Inductors ); Đi ốt ( Diodes)… - Cách lấy linh kiện sau: vào trực tiếp thư mục chứa đối tượng để lấy chúng làm cách nhiêu thời gian Hai Textbox Keywords nhập từ khóa cần tìm nhấn Enter Trong tập theo yêu cầu hình ta cần IC74LS47,IC74LS163, R, C, LED/LCD, Oscilloscope Để lấy IC74LS47 ô Keywords ta nhập từ khóa “ 7447” nhấn Enter, trình tìm kiếm kết thúc tất linh kiện liên quan đến từ khóa “ 7447” hiển thị Chọn IC74LS47 ta cần cách nháy đúp chuột trái vào dòng IC74LS47-BCD-to-seven-Segment Decoders/Drives Tương tự để lấy điện trở ta nhập từ khóa Resistors nhấn Enter tất linh kiện điện trở tìm ra, khơng nên lấy tùy ý ví dụ muốn lấy điện trở 220Ω ta gõ vào Keywords 220 tất thông số liên quan đến ta chọn lấy thơng số cần tìm Nếu cần chọn điện trở có kích thước chuẩn để thiết kế mạch in ta làm cịn khơng ta chọn theo đường dẫn sau: vùng Sub – category chọn mục Generic sau thao tác để lấy Để lấy LED/LCD vạch ta gõ vào Keyworks ‘ 7’ cửa sổ hiển thị vào CategoryOptoelectronics7SEG- COM- AN- BLUEOK - Để lấy khóa nguồn ta vào Keyworks gõ Source CLOCK ACTIVEOK - Để lấy nguồn cấp ta nháy vào GROUND công cụ sau chọn POWER Click vào để lấy nguồn Chọn Vcc GND - Sau lấy xong nguồn cấp để trở cửa sổ linh kiện ban đầu ta nháy chuột vào Click vào Trước nhấn Sau nhấn - Để lấy máy sóng ta nháy vào nút công cụ chọn Oscilloscope Click vào Click vào Bước 2: Sắp xếp đặt tên linh kiện: - Để thực bước ta nên làm quen với công cụ xoay linh kiện: , công cụ di chuyển ( move) một nhóm linh kiện, cơng cụ xóa ( delete) chép ( copy) linh kiện - Khi cần xoay linh kiện ta làm sau: Nháy chuột phải vào linh kiện cần xoay ( linh kiện chuyển thành màu đỏ ) sau nháy trái chuột vào nút cơng cụ xoay để xoay cho phù hợp - Khi cần di chuyển linh kiện nhóm linh kiện đầu tiện ta nháy chuột phải để chọn linh kiện nhóm linh kiện  tiếp tục nháy trái chuột vào nút Move Tagged Objects  sau di chuột tới vị trí cần đặt nháy chuột trái - Khi cần xóa linh kiện hay đối tượng cách đơn giản nháy hai lần chuột phải lên đối tượng cần xóa  đối tượng xóa - Để đặt tên linh kiện: Thay đổi trị số cho R1,R2…,R7 ta làm giống Bước 3: Kết nối mạch điện: Thực kết nối linh kiện lại với theo sơ đồ nguyên lý ta làm sau: Di chuyển mũi tên ( chuột ) tới chân linh kiện chuẩn bị nối  đầu mũi tên xuất dấu x chân chấp nhận  nháy chuột trái  kéo dê đến chân linh kiện cần kết nối  mũi tên lại xuất chữ x  nháy chuột trái tiếp để kết thúc trình vẽ mạch Vẽ đường khác tương tự Bước 4: Mô mạch điện: Sau mạch điện kết nối xong việc cho chạy mô để xem hoạt động mạch Các công cụ hỗ trợ mô mạch công cụ RUN, STEP, STOP, PAUSE - Để bắt đầu q trình mơ Click chuột vào nút RUN sử dụng tổ hợp phím nóng Ctrl + F12 - Khi chương trình chạy nút RUN màu đen chuyển thành màu xanh - Quan sát hoạt động đèn LED Đèn LED chạy từ 012…7        Khi ấn nút RUN chương trình chạy đồng thời cửa sổ hiển thị Oscilloscope ( máy sóng) xuất ( việc bố trí núm nút chức giống hệt máy sóng thực tế ) việc sử dụng núm chức thành thạo sử dụng Oscilloscope ngồi thực tế Trong q trình phân tích mạch, giá trị phần tử nhập từ bảng thuộc tính Kết mô hiển thị sổ Oscilloscope ... dụng công nghệ dạy học đại vào dạy học môn chuyên ngành Điện trường ĐHCN Việt - Hung Phạm vi nghiên cứu lý thuyết mô dạy học kỹ thuật, vận dụng vào việc xây dựng ứng dụng số mơ máy tính cho môn. .. lý luận việc ứng dụng CNMP vào dạy học môn chuyên ngành điện nhằm đổi PPDH Vận dụng CNMP máy tính trợ giúp phần mềm MP chuyên ngành điện, điện tử vào dạy học môn ngành điện công nghiệp hướng... dạy học Các thành tố bao gồm mục tiêu dạy học, nội dung dạy học, công nghệ dạy học, người học, người dạy, kết q trình mơi trường dạy học Các thành tố đan xen với nhau, bổ trợ cho môi trường dạy