- Điều khiển giờ học:
1.1.5.2. Tại Việt Nam
Tại Việt Nam, tình hình nghiên cứu và áp dụng CNTT vào GD – ĐT ngày càng phổ biến và đạt hiệu quả cao. Cụ thểnhư:
Công trình “phòng thí nghiệm vật lý đại cương ảo” do bộ môn Vật lý – Tin học thuộc Viện Vật lý kỹ thuật trường Đại học Bách khoa Hà Nội xây dựng. Nội dung của phần mềm này bao gồm hệ thống các bài thí nghiệm vật lý ảo như: Xác định hệ số nhớt của chất lỏng, quan sát sự chuyển pha của chất rắn, thí nghiệm khảo sát cặp nhiệt điện, thí nghiệm thuyết minh con quay Cardant, thí nghiệm chứng minh ảo về mô hình nguyên tử Bor v.v. Với một thiết kế hoàn chỉnh, quá trình xử lý khoa học và trung thực hình ảnh của dụng cụ, trang thiết bị, thao tác trong thí
nghiệm được mô phỏng khá giống thật, đã tạo nên môi trường thí nghiệm giống như
thật thể hiện trên màn hình máy tính. Điều này giúp người học thực hiện được thí
nghiệm mọi lúc, mọi nơi, nâng cao hiểu biết và làm quen với các bài thí nghiệm thực. Bên cạnh đó phòng thí nghiệm vật lý đại cương ảo này có thể thực hiện các thí nghiệm mà trong thực tế khó tiến hành được như thí nghiệm về sự chuyển pha của chất rắn. Tuy nhiên, nghiên cứu này chưa đề cập một cách sâu sắc tới cơ sở lý luận
33
và thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng TN, TH ảo trong dạy học. Các tác giả
không đề cập đến TN, TH ảo mà chỉ cho rằng “Kỹ thuật không gian ảo là sự kết hợp
của kỹ thuật mô phỏng quá trình thực và kỹ thuật xử lý ảnh 3D”.
Công trình “thí nghiệm ảo và thí nghiệm hoá học” do PGS.TS Nguyễn Đức Chuy khoa Hoá học trường ĐHSP Hà Nội và các cộng sự xây dựng. Để có được
phần mềm này, ban đầu, tác giả sử dụng camera ghi hình các thí nghiệm hoá 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 hoá học trong đĩa CD có thể kể tới như: Cấu tạo nguyên tử, hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học… Tuy nhiên, cũng như trường hợp trên một cơ sở đầy đủ về lý luận và thực tiễn cho thí nghiệm ảo, mô phỏng đã không được nhóm tác giảđề cập.
Công trình “Nghiên cứu khoa học và phát triển Công nghệ thông tin - truyền thông”, đề tài 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 ĐHQG Hà Nội hợp tác, đã tiến hành xây dựng thành công phần mềm gồm 20 thí nghiệm ảo phục vụ cho dạy học các môn Vật lý 8, 9; Hoá 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, một loại phần mềm dạy học mô phỏng thí nghiệm về hiện tượng, quá trình vật lý, hoá 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 có dao diện thân thiện với người dùng. Định nghĩa này chưa thực sự khái
quát, hơn nữa cơ sở lý luận và thực tiễn cho việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm
ảo, mô phỏng cũng chưa được đề cập một cách sâu sắc.
Nghiên cứu, ứng dụng hệ thống hiện thực ảo trên nền tảng của kỹ thuật ảo đã
34
vực khác nhau. Ở Việt Nam các nhà khoa học và kỹ thuật đã bước đầu ứng dụng thử nghiệm kỹ thuật hiện thực ảo trong một số lĩnh vực như: Nghiên cứu, thử nghiệm rô bốt công nghiệp; nghiên cứu, thử nghiệm máy và cơ cấu, huấn luyện và tập lái máy bay, tàu thuỷ, ô tô v.v. Nhiều trường dạy lái xe ở Việt Nam cũng đã trang bị cabin điện tử cho học viên thực tập.
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 hoá của ngành chế tạo 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 tiến hành 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 tại 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 dạng phức tạp, đặc biệt là các vỏ ô tô là vấn đề còn mới mẻởnước ta và là một
khó khăn đối với ngành công nghiệp sản xuất chế tạo ô tô. Sở dĩ như vậy là việc
thiết kế các quy trình công nghệ dập, thiết kế 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, khuôn dập và quá trình dập vỏđược mô phỏng trên máy 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 v.v. để mô phỏng các quá trình biến dạng,
tìm phương án tối ưu thiết kế công nghệ thích hợp và khuôn dập tương ứng. Sau khi
lập trình trên máy tính, với máy ép thuỷ lực 1000 tấn, khuôn dập sẽ cho ra lò những chi tiết vỏ xe từ đơn giản đến phức tạp nhất một cách tối ưu nhất, tránh công đoạn sản xuất thử nhiều lần, tiết kiệm chi phí và lao động. Thành công này đã mở ra một
hướng mới trong lĩnh vực thiết kế, chế tạo khuôn dập vỏ vốn còn non yếu ở nước ta.
Tại Việt Nam nhiều trường đại học, cao đẳng khối kỹ thuật đã sử dụng các phần mềm mô phỏng để phục vụ cho giảng dạy. Ví dụ Bộmôn phương pháp giảng dạy Khoa Sư phạm kỹ thuật trường Đại học Sư phạm TP HCM đã đưa vào chương
35
dạy các kỹ thuật mô phỏng, các nguyên tắc thiết kế phần mềm mô phỏng phục vụ giảng dạy. Nhờ sự hỗ trợ của các phần mềm mô phỏng trong giảng dạy đã làm cho quá trình truyền thụ kiến thức được dễ dàng và thuận tiện hơn. Tuy nhiên, nếu sử dụng các phần mềm mô phỏng chỉ nhằm minh họa các thiết bị, hiện tượng, qui trình
nào đó một cách tường minh hơn, thì phương pháp giảng dạy vẫn chưa có thay đổi
về chất.
Xuất phát từ nhu cầu đổi mới phương tiện giảng dạy và do không đủkinh phí để mua phần mềm nhập ngoại (giá phần mềm nhập ngoại rất cao từ 50 – 100.000 USD/phần mềm). Năm 2000, Th.S Nguyễn Tấn Quốc và một số giảng viên khoa Cơ
khí động lực trường ĐH Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM đã xây dựng thành công phần
mềm L-JETRONIC mô phỏng “hệ thống phun xăng đa điểm trong các ô tô đời mới”.
Giá thành của L-JETRONIC chỉ khoảng 30-60 triệu đồng, bằng 1/10 giá phần mềm
nhập ngoại, lại có giao diện tiếng Việt giúp giáo viên dễ dàng sử dụng. Với phần
mềm này giáo viên có thể cho sinh viên xem trực quan hình ảnh tĩnh, động (2D, 3D) và hoạt hình chuyển động của các cảm biến, kim phun, bơm xăng, rơle trong hệ thống
khi vận hành. Do vậy mà thời gian giảng lý thuyết trên lớp được rút ngắn đi một nửa,
giáo viên có thể dành nhiều thời gian để thảo luận, thực hành và cập nhật thêm nhiều
kiến thức về công nghệ mới cho sinh viên.
Vào năm 1999, một nhóm giáo viên cơ điện tử của trường Cao Đẳng Kỹ Nghệ
Dân lập TP HCM đã viết thành công PMMP các phần tử trong công nghệ khí nén. Với phần mềm này, sinh viên có thể nhìn rõ chuyển động của xi lanh, van điều
khiển, lò xo, pittong, đường thoát khí, áp suất lớn hay nhỏ khi bơm khí nén vào.
Qua đó giảm bớt được kinh phí để mua trang thiết bị phục vụ giảng dạy mà vẫn nâng cao được chất lượng dạy học.
Với phần mềm Crocodile Physics 6.0, Thầy Nguyễn Mạnh Hùng khoa Vật lý
Đại học Sư phạm TP HCM đã xây dựng bộ thí nghiệm mô phỏng các thí nghiệm vật
lý trong sách giáo khoa vật lý lớp 10, 11, 12. Sử dụng bộ thí nghiệm này giáo viên không phải tốn công sức, thời gian để thiết kế các mô hình thí nghiệm mà tất cảđều
36
viên có thể trực tiếp sử dụng bộ thí nghiệm mà chỉ cần biết một chút về các thao tác
cơ bản trong chương trình.
Trong lĩnh vực điều khiển điện - điện tử, trường Đại học Nha Trang đã ứng
dụng CNTT xây dựng phòng thí nghiệm thực hành ảo sử dụng phần mềm Simatic
Step 7, WIN CC để giảng dạy môn học “Điều khiển lập trình”. Nhằm tạo sự hứng
thú trong học tập cho sinh viên và nâng cao chất lượng đào tạo ngành.
Ngoài ra còn có một số công trình nghiên cứu khá chi tiết về phạm trù này
như: Luận án tiến sĩ “Thí nghiệm thực hành ảo - ứng dụng trong dạy học kỹ thuật
công nghiệp lớp 12 trung học phổ thông” mã số: 5.07.02 của tác giả Lê Huy Hoàng, Đại học Sư phạm Hà Nội. Luận án tiến sĩ “Vận dụng phương pháp mô hình mô phỏng và dạy học kỹ thuật công nghiệp ở trung học phổ thông” của tác giả Lê Thanh Nhu, Đại học Bách khoa Hà Nội.
Tuy nhiên các công trình nghiên cứu đa số đều tập trung đi sâu vào lĩnh vực thí nghiệm, thực hành ảo của bậc trung học phổ thông, chưa đề cập nhiều tới việc dạy học kỹ thuật, chuyên ngành, thực hành của hệ đào tạo cao hơn. Từ những vấn đề còn tồn tại trên, luận văn này được thực hiện với mục tiêu khái quát hoá về mặt
cơ sở lý luận và thực tiễn của việc xây dựng và ứng dụng mô hình mô phỏng trong
dạy học nói chung, trong dạy học chuyên ngành điện nói riêng. Trên cơ sở đó, tiến hành xây dựng thử nghiệm một số bài mô hình mô phỏng hỗ trợ quá trình dạy học chuyên ngành kỹ thuật điện hiệu quảhơn.
1.2. Cơ sở lý luận của việc nghiên cứu, xây dựng và ứng dụng phương pháp mô
hình mô phỏng trong đào tạo chuyên nghành kỹ thuật điện
1.2.1. Đặc điểm nội dung tri thức ngành điện