Thí nghiệm thực hành ảo ứng dụng trong đào tạo nghề cơ khí

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TRẦN ĐỨC ANH TRẦN ĐỨC ANH SƯ PHẠM KĨ THUẬT THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH ẢO - ỨNG DỤNG TRONG ĐÀO TẠO NGHỀ CƠ KHÍ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGÀNH SƯ PHẠM KĨ THUẬT 2006 - 2008 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS NGUYỄN XUÂN LẠC HÀ NỘI - 2008 mơc lơc Trang Trang phơ b×a Lời cảm ơn Lời cam đoan Danh mục chữ viết tắt Mục lục mở đầu Chương 1- Cơ sở lí luận thực tiễn việc xây dựng sử dụng TN TH ảo đào tạo nghề 1.1 Tổng quan nghiên cứu TN TH ảo 15 15 1.1.1 Trên giới 15 1.1.2 Tại Việt Nam 22 1.2 Cơ sở lí luận việc xây dựng TN TH ảo 26 1.2.1 Một số khái niệm đào tạo nghề 26 1.2.2 Một số khái niệm TN TH ảo 28 1.2.3 Thực ảo 36 1.2.4 TN TH ảo 48 1.3 Một số ứng dụng TN TH ảo dạy học 58 1.3.1 Mô bầu trời với Stellarium 58 1.3.2 Bài TN TH ảo đại học Colorado 67 Kết luận chương1 71 Chương 2- ứng dụng TN TH ảo đào tạo nghề khí 2.1 Xây dựng TN TH ảo đào tạo nghề khí 73 73 2.1.1 Nguyên tắc xây dựng 73 2.1.2 Qui trình xây dùng TN TH ¶o 78 2.2 Sư dơng TN TH ảo đào tạo nghề khí 2.2.1 Nguyên tắc sư dơng 83 83 2.2.2 Qui tr×nh sư dơng 86 2.3 Xây dựng số TN TH ảo chương trình dạy nghề khí 88 2.3.1 Xây dựng mô với Working Model 88 2.3.2 Xây dựng mô với Geogebra 94 Kết luận chương 103 Kết luận kiến nghị 104 Tài liệu tham kh¶o 106 Phơ lơc 1: Stellarium 108 Phơ lơc 2: Geogebra 121 summary Vietnamese Education today is talking so much about change We need to change – change for the development Human resourse quality is one of the problems that we have to solve first of all We have talked so much about changing the teaching methods, improving education equipments, updating contents So that’s the reason for me to write about the topic “Virtual experiment and pratice-The applications into training mechanical engineering workers” In my thesis, it contain two chapters: • Chapter 1: The overview of virtual experiment and pratice in the world and in Vietnam • Chapter 2: Appling virtual experiment and pratice into training mechanical engineering workers In chapter 1, I want to give you the overview of the concept “ Virtual” This concept is still common in either life or technic But now it will have more meaning in education I talked about the concept “Virtual” in teaching and some applications have been I also give you some examples about the interactive simulations in non- mechanical fields such as astronomy- the software Stellarium which help you to watch the sky and chemistry- some virtual experiment of the university of Colorado in chemistry In chapter 2, I show you some principle to apply virtual experiment and practice into teaching and the steps to construct the lecture about the interactive simulation After that, with the assistance of the free software Working Model and Geogebra, I build the interactive simulation to slove some problems of the subject Applied Mechanism such as determining the speed and acelleration of the four bars mechanism That’s how to draw and how to solve the similar problems of the mechanism Bé gi¸o dơc đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội - Trần đức anh Thí nghiệm thực hành ảo - ứng dụng đào tạo nghề khí Chuyên ngành: Sư phạm kỹ thuật Cơ khí Luận văn thạc sĩ sư phạm kỹthuật Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Xuân Lạc Hà Nội - 2008 Lời cảm ơn Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành: Thầy hướng dẫn: GS TS Nguyễn Xuân Lạc đà tận tình dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn Khoa Sư phạm kỹ thuật - Đại học Bách khoa Hà Nội, Viện đào tạo sau đại học đà tạo điều kiện cho việc học tập, nghiên cứu, tiến hành luận văn Gia đình toàn thể anh em, bạn bè, đồng nghiệp đà quan tâm, động viên, giúp đỡ suốt trình thực luận văn Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2008 Tác giả Trần Đức Anh Lời cam đoan Tôi xin cam đoan mà viết luận văn tìm hiểu nghiên cứu thân Mọi kết nghiên cứu ý tưởng tác giả khác có trích dẫn đầy đủ Luận văn chưa bảo vệ hội đồng bảo vệ luận văn thạc sĩ toàn quốc nước chưa công bố phương tiện thông tin Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm mà đà cam đoan Hà Nội, ngày 15 tháng 10 năm 2008 Tác giả Trần Đức Anh Danh mục chữ viết tắt Nội dung viết tắt Nghĩa đầy đủ CĐN Cao đẳng nghề CNH, HĐH Công nghiệp hóa, Hiện đại hóa CNKT Công nhân kỹ thuật CNTT Công nghệ thông tin CSDN Cơ sở dạy nghề CSVC Cơ sở vật chất CTK TĐTCN Chương trình khung trình độ trung cấp nghề ĐTKTTH Đào tạo kỹ thuật thực hành GD- ĐT Giáo dục- Đào tạo HNKTQT Hội nhập kinh tế quốc tế KHKT Khoa học kỹ thuật MVT Máy vi tính PPDH Phương pháp dạy học PTDH Phương tiện dạy học PTKTDH Phương tiện kỹ thuật dạy học TBDH Thiết bị dạy học TCN Trung cÊp nghỊ TN TH ThÝ nghiƯm thùc hµnh mục lục Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn Lời cam đoan Danh mục chữ viết tắt Mục lục mở đầu Chương 1- Cơ sở lí luận thực tiễn việc xây dựng sử dụng TN TH ảo đào tạo nghề 1.1 Tổng quan nghiên cứu TN TH ảo 15 15 1.1.1 Trên giới 15 1.1.2 Tại ViƯt Nam 22 1.2 C¬ së lÝ ln cđa viƯc xây dựng TN TH ảo 26 1.2.1 Một số khái niệm đào tạo nghề 26 1.2.2 Một số khái niệm TN TH ảo 28 1.2.3 Thực ảo 36 1.2.4 TN TH ¶o 48 1.3 Mét sè øng dụng TN TH ảo dạy học 58 1.3.1 Mô bầu trời với Stellarium 58 1.3.2 Bài TN TH ảo đại học Colorado 67 Kết luận chương1 71 Chương 2- ứng dụng TN TH ảo đào tạo nghề khí 2.1 Xây dựng TN TH ảo đào tạo nghề khí 73 73 2.1.1 Nguyên tắc xây dựng 73 2.1.2 Qui trình xây dựng TN TH ¶o 78 2.2 Sư dơng TN TH ¶o đào tạo nghề khí 2.2.1 Nguyên tắc sử dụng 83 83 2.2.2 Qui tr×nh sư dơng 86 2.3 Xây dựng số TN TH ảo chương trình dạy nghề khí 88 2.3.1 Xây dựng mô với Working Model 88 2.3.2 Xây dựng mô với Geogebra 94 Kết luận chương 103 Kết luận kiến nghị 104 Tài liệu tham khảo 106 Phô lôc 1: Stellarium 108 Phô lôc 2: Geogebra 121 129 Hình 15: Danh mục phép tính số học mà tương ứng Với mạnh việc xây dựng đối tượng hình học, Geogebra mô động học tốt cấu thường gặp cấu cam, cấu lắc trượt, cấu bốn khâu lề Tuy nhiên yêu cầu chặt chẽ mặt toán học nên Geogebra yêu cầu người sử dụng phải tuân thủ tính logic việc dựng hình Các thao tác dựng hình phải thực xác Các 130 đối tượng hình học nằm quan hệ với đối tượng khác Nếu thao tác dựng hình không tính chất đối tượng không xác mặt động học Đối tượng bị ràng buộc sao, chuyển động theo quĩ đạo điều quan trọng xây dựng mô hình mô động học cho cấu ã Một vài ví dụ: Vẽ đường cong f(x) = x3 - 3x +1 NhËp f(x) = x3 - 3x +1 vµo Input > Enter Hình 16: Đồ thị f(x) Tìm giao ®iĨm ®­êng cong víi trơc Ox: nhËp R = Root[f] vào Input > Enter Toạ độ giao điểm A, B, C hiƯn ë vïng Algebra Window C¸c điểm A, B, C xuất đồ thị 131 Hình 17: Thêm giao điểm với Ox Tìm điểm cực trị: nhập E = Extreme[f] vào Input > Enter Các điểm cưc đại E1 cực tiểu E2 xuất đồ thị Hình 18: Thêm cực trị Tìm điểm uốn : nhập I = InflectionPoint[f] vào Input > Enter Điểm uốn I xuất đồ thị Algebra Window 132 Hình 19: Thêm điểm uốn Chú ý hàm f(x) ta vừa tạo đối tượng tự Các đối tượng tạo sau đối tượng phụ thuộc vào hàm Với lệnh Move ta làm thay đổi hàm f cách dùng chuột kéo Khi đối tượng phụ thuộc thay đổi tương ứng Hình 20: Thay đổi hàm số Move Ngoài tìm đạo hàm đến cấp hàm f: nhập Derivative[f], Derivative[f,2] vào Input > Enter ta có tương ứng đạo hàm cấp 133 f, cấp f f Đồ thị hàm số đạo hàm vùng làm việc tương ứng Hình 21: Thêm đạo hàm cấp cấp Với hàm số phức tạp hơn, ví dụ f(x) = (x4 - 1) / (x5 - x + 1)kÕt qu¶ nh­ sau Khi ta phải mở rộng vùng Algebra Window kéo trượt phía để nhìn hết kết 134 Hình 22: Với hàm số phức tạp Geo đưa cách tìm tiếp tuyến đường cong f(x) giá trị x = a Ví dụ tìm tiếp tuyến x = hàm f(x), thùc hiƯn nh­ sau: NhËp a = vµo Input > Enter NhËp f(x) = sin(x) vµo Input > Enter NhËp t = Tangent[a,f] vµo Input > Enter Tiếp tuyến hàm số tương ứng cửa sổ làm việc hình vẽ 135 Hình 23: Tìm tiếp tuyến x = Kết luận: Geogebra xác định quan hệ toán học chặt chẽ cho đối tượng, trực quan đối tượng hình học không bó buộc thay đổi tự thông số hình học Đây tính thuận lợi đưa geo vào việc mô toán cấu động hình học Nếu ta thấy Geogebra thỏa mÃn yêu cầu đề với công cụ xây dựng giảng tương tác cho nội dung dà đề ra: thỏa mÃn yêu cầu mặt nội dung dạy học yêu cầu mặt kĩ thuật đưa nội dung mô vào giảng dù phục vụ cho giảng giáp mặt hay dạy học từ xa hay qua mạng GeoGeBRA applets: Tập tin làm việc lưu dạng file Geogebra (.ggb)rồi mở lại làm việc Geogebra Ngoài lưu tập tin dạng file html điều có nghĩa nội dung , ta sử dụng trình duyệt web để xem gọi applets Mt applet gm phn: tiêu đề, dịng mơ tả phía phía hỡnh v Geogebra 136 Giả sử file làm việc thời CcCulit.ggb ta muốn Save file dạng html đặt file vµo th­ mơc New - Vào File > Export > Dynamic Worksheet as Webpage (html) Hình 24 Thao tác tạo applets Hình 25 Các thích applets - Trong cưa sỉ Export: Dynamic Worksheet tab General vµ Advanced Điền đầy đủ thông tin cho file Chú ý chọn kÝch th­íc khung lµm viƯc sau nµy cho geo phï hợp chọn cỡ 800x600 Nhấp Export chọn folder lưu lại New, ta thấy folder nµy sÏ cã file: file ggb, file html vµ file jar TËp tin mở làm việc trình duyệt ph¶i cã c¶ file 137 - Dïng trình duyệt Internet Explorer mở ta có khung hình làm việc - Bây ta thao tác môi trường web chuyển động không khác nhiều môi trường chương trình Geogebra Hình 26 Applets làm việc 138 Tóm tắt Là nước phát triển, Việt Nam tận dụng tất nguồn lực để củng cố xây dựng đất nước Những nỗ lực phải bắt đầu việc xây dựng nguồn nhân lực chất lượng cao Ngành giáo dục cố gắng thay đổi để đáp ứng nhu cầu Chúng ta không cần cập nhật nội dung dạy học, trang bị phưong tiện mà cần thay đổi phương pháp dạy học, ngành kĩ thuật mà Cơ khí phần quan trọng Đó lí tác giả chọn đề tài: Thí nghệm, thực hành ảo ứng dụng đào tạo nghề Cơ khí Luận án gồm phần chính: ã Chương 1: Tổng quan thí nghiệm, thực hành ảo giới Việt Nam ã Chương 2: ứng dụng thí nghiệm, thực hành ảo đào tạo nghề Cơ khí Chương trình bày tổng quan khái niệm ¶o ” víi ý nghÜa cđa nã ®êi sèng, kĩ thuật ứng dụng vào giáo dục Chương minh hoạ thí nghiệm, thực hành ảo lĩnh vực khác mà Cơ khí: phần mềm mô bầu trời Stellarium Thiên văn học thí nghiệm phản ứng hoá học hiệu suất phản ứng Đại học Colorado Chương trình bày nguyên tắc xây dựng qui trình ứng dụng thí nghiệm, thực hành ảo đào tạo nghề Cơ khí, nhấn mạnh đến tính tương tác mô với người sử dụng Hai phần mềm mô động học chiều Working Model Geogebra giới thiệu công cụ để thực nhiệm vụ Các ví dụ xây dựng mô mang tính tương tác số nội dung môn học Cơ học ứng dụng 139 summary Vietnamese Education today is talking so much about change We need to change – change for the development Human resourse quality is one of the problems that we have to solve first of all We have talked so much about changing the teaching methods, improving education equipments, updating contents So that’s the reason for me to write about the topic “Virtual experiment and pratice-The applications into training mechanical engineering workers” In my thesis, it contain two chapters: • Chapter 1: The overview of virtual experiment and pratice in the world and in Vietnam • Chapter 2: Appling virtual experiment and pratice into training mechanical engineering workers In chapter 1, I want to give you the overview of the concept “ Virtual” This concept is still common in either life or technic But now it will have more meaning in education I talked about the concept “Virtual” in teaching and some applications have been I also give you some examples about the interactive simulations in non- mechanical fields such as astronomy- the software Stellarium which help you to watch the sky and chemistry- some virtual experiment of the university of Colorado in chemistry In chapter 2, I show you some principle to apply virtual experiment and practice into teaching and the steps to construct the lecture about the interactive simulation After that, with the assistance of the free software Working Model and Geogebra, I build the interactive simulation to slove some problems of the subject Applied Mechanism such as determining the speed and acelleration of the four bars mechanism That’s how to draw and how to solve the similar problems of the mechanism 140 Tóm tắt Là nước phát triển, Việt Nam tận dụng tất nguồn lực để củng cố xây dựng đất nước Những nỗ lực phải bắt đầu việc xây dựng nguồn nhân lực chất lượng cao Ngành giáo dục cố gắng thay đổi để đáp ứng nhu cầu Chúng ta không cần cập nhật nội dung dạy học, trang bị phưong tiện mà cần thay đổi phương pháp dạy học, ngành kĩ thuật mà Cơ khí phần quan trọng Đó lí tác giả chọn đề tài: Thí nghệm, thực hành ảo ứng dụng đào tạo nghề Cơ khí Luận án gồm phần chính: ã Chương 1: Tổng quan thí nghiệm, thực hành ảo giới Việt Nam ã Chương 2: ứng dụng thí nghiệm, thực hành ảo đào tạo nghề Cơ khí Chương trình bày tổng quan khái niệm ảo với ý nghĩa đời sống, kĩ thuật ứng dụng vào giáo dục Chương minh hoạ thí nghiệm, thực hành ảo lĩnh vực khác mà Cơ khí: phần mềm mô bầu trời Stellarium Thiên văn học thí nghiệm phản ứng hoá học hiệu suất phản ứng Đại học Colorado Chương trình bày nguyên tắc xây dựng qui trình ứng dụng thí nghiệm, thực hành ảo đào tạo nghề Cơ khí, nhấn mạnh đến tính tương tác mô với người sử dụng Hai phần mềm mô động học chiều Working Model Geogebra giới thiệu công cụ để thực nhiệm vụ Các ví dụ xây dựng mô mang tính tương tác số nội dung môn học Cơ học ứng dông ... Chương 2- ứng dụng TN TH ảo đào tạo nghề khí 2.1 Xây dựng TN TH ảo đào tạo nghề khí 73 73 2.1.1 Nguyên tắc xây dựng 73 2.1.2 Qui trình xây dựng TN TH ảo 78 2.2 Sử dụng TN TH ảo đào tạo nghề khí 2.2.1... Cơ học ứng dụng 15 Chương Cơ sở lý luận thực tiễn việc xây dựng sử dụng thí nghiệm, thực hành ảo đào tạo nghề 1.1 Tổng quan tình hình nghiên cứu TN TH ảo 1.1.1 Trên giới Trong năm gần đây, ứng. .. 1 Bộ giáo dục đào tạo Trường đại học bách khoa hà nội - Trần đức anh Thí nghiệm thực hành ảo - ứng dụng đào tạo nghề khí Chuyên ngành: Sư phạm kỹ thuật Cơ khí Luận văn thạc