Tình hình nghiên cứu và áp dụng mô hình mô phỏng trong dạy học 1 Trên th ế giớ

- Điều khiển giờ học:

1.1.5. Tình hình nghiên cứu và áp dụng mô hình mô phỏng trong dạy học 1 Trên th ế giớ

Trong những năm gần đây, những ứng dụng của CNTT được đưa vào cuộc

sống ngày càng phong phú, đa dạng và thiết thực hơn. Sự phát triển không ngừng

của sức mạnh máy tính đã làm cho một số lĩnh vực khó phát triển trước kia nay đã có khả năng vượt lên và đạt được những thành tựu đáng kể. Trong đó, mô hình mô phỏng, TN, TH ảo là lĩnh vực được nghiên cứu và phát triển nhất trong những năm

gần đây và đã có nhiều sản phẩm được ứng dụng rộng rãi, đặc biệt là trong lĩnh vực

GD – ĐT. Một vài trong sốđó là:

Tại trường đại học tổng hợp California ở Berkeley đã sáng tạo ra phần mềm

mô phỏng PSPICE. Đây là một trong những phần mềm mô phỏng mạch Điện - Điện

tử mạnh và phổ biến nhất trên thế giới hiện nay. Nó tương tự như MATLAB trong lĩnh vực mô phỏng hệ thống tự động. Phiên bản gốc của PSPICE chạy trong môi trường DOS. Để thuận tiện cho người sử dụng và thích ứng với các máy tính sử

dụng hệ điều hành WINDOWS, MicroSim đã cho ra phiên bản mới Release 8, và

mới nhất là phiên bản 10 năm 2006. Phiên bản này bao gồm bộ nhiều phần mềm

cho phép tổng hợp các giai đoạn cơ bản trong thiết kế chế tạo mạch điện như xây

dựng mạch nguyên lý, mạch in, mô phỏng v.v. Thư viện của PSPICE rất lớn, lên

đến hàng chục ngh́ìn linh kiện điện - điện tử, transistor, IC của rất nhiều hãng trên

thế giới. Vì vậy rất thuận tiện khi thiết kế, khảo sát mạch sử dụng các linh kiện có sẵn trong trong thư viện. Tuy nhiên, không phải tất cả các phần tử đều có sẵn, nhất là các phần tử bán dẫn công suất lớn hay các phần tử mới, do vậy cần phải xây dựng các mô hình riêng và thiết lập thư viện riêng cho từng mục đích.

Trong lĩnh vực Điện - Điện tử: Protel, Proteus, Matlab, Simulink, MultiSim,

Orcad, Elictriclab, Workbench, Circuit Maker, v.v. là các phần mềm hỗ trợ người sử dụng trong việc thiết kế và mô phỏng các mạch điện - điện tử trên máy tính. Các

30

phần mềm kể trên có tên gọi chung là EDA (Electronic Dessign Automation - Tự động thiết kế mạch điện tử). Tuỳ thuộc vào đặc điểm, nội dung, mục tiêu của từng môn học mà giáo viên có thể lựa chọn một trong số các phần mềm EDA làm

phương tiện giảng dạy vì mỗi phần mềm đều có một đặc điểm riêng. Ví dụnhư, với

một thư viện linh kiện rất lớn và các công cụ tiện ích, Multisim cung cấp một số

công cụ ảo, ta có thể sử dụng các công cụ này để đo lường các thông số của mạch. Các công cụ này gần tương ứng với các công cụ trong phòng thí nghiệm, chúng thật sự là một phương tiện tốt và dễ dàng nhất để ta có thểquan sát đo lường kết quả mô phỏng. Chính vì vậy, Multisim đã được rất nhiều giáo viên dạy nghề, dạy kỹ thuật

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 thực và sinh động trong mô phỏng của nó.

Bên cạnh Multisim phải kểđến Electronic Workbench (EWB). Khi thao tác trên EWB ta có cảm giác giống như đang làm việc trên bàn thợ. Sau khi lựa chọn, sắp xếp các linh kiện, hàn nối dây giữa chúng lại với nhau theo sơ đồ nguyên lý, lắp ráp các

cơ cấu đo đểđo các thông số cần khảo sát (nếu có), cấp điện cho mạch để xem kết

quả, có thểđiều chỉnh thông số hoặc vị trí của các linh kiện trong mạch mà không sợ bị tiêu hao do cháy nổ, hư hỏng linh kiện, cơ cấu đo v.v. Một ưu điểm nữa phải kể đến trong việc sử dụng EWB để thiết kế mạch điện - điện tửđó là tính “chuẩn xác” của tín hiệu. Trong mạch thực tế, ngoài tín hiệu thực còn chồng chập vô số những tín hiệu nhiễu, trong khi đó với EWB thì tín hiệu nhận được 100% là tín hiệu thật. Với

những đặc tính vừa phân tích như ở trên, ta nhận thấy EWB rất thích hợp cho các lớp

thực tập, trung cấp hoặc công nhân lành nghề vì ởđây yêu cầu chính là định tính còn

định lượng là không cao. Đặc biệt rất thích hợp đối với các kỹ thuật viên sửa chữa

điện tử, EWB có thểxem như một bàn thợ “cao cấp”.

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. Nhờ thư viện Simulink mà phần mềm này có khả năng cung cấp mô hình hoá và mô phỏng hệ thống. Với Matlab các thí nghiệm được thực hiện một cách hết sức mềm dẻo và linh

31

hoạt. Các tính chất và thông số của hệ thống xửlý 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 một công cụhàng 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

Computer-Aiđe Drawing (có nghĩa là vẽ kỹ thuật với sự trợ giúp của máy tính). Một

số phần mềm phổ biến thường dùng là: Catia, ProE, SolidWorks, Inventer v.v. các

phần mềm này có tính năng về cơ bản là tương đương nhau. Lựa chọn và sử dụng

phần mềm cơ khí nào là phụ thuộc vào mục đích, thói quen sử dụng. Với các phần

mềm này, người sử dụng chỉ cần thiết kế, lựa chọn các chi tiết, xác định kiểu ghép

nối, mối liên kết cho chúng, còn hệ thống sẽ hoạt động ra sao, ghép nối như vậy có

truyền động được hay không hoàn toàn do chương trình tính toán và cho ra kết quả

phù hợp với thực tế. Đây cũng được coi là những hệ thống, chi tiết, mối ghép ảo. Trong vật lý, Crocodile Physics là phần mềm được dùng để thiết kế các thí nghiệm ảo môn vật lý. 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. 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 năm 2006 với rất nhiều tính năng mới so với các

phiên bản trước đó.

Trên Internet, một số trang web đã giới thiệu các bài TN, TH ảo, theo đó bất của ai truy cập vào các website đó đều thao tác được với các bài TN, TH ảo đã được

chuẩn bị sẵn. Đó là các trương trình mô phỏng được viết bằng ngôn ngữ lập trình

Java và tồn tại trên trang web dưới dạng những Java Applet. Cụ thể là:

- Phòng thí nghiệm vật lý ảo của tác giả Fu-Kwun Hwang, tại địa chỉ: http://didaktik.physik.uni-wuerzburg.de/~pkrahmer/ntnujava/ bao gồm nhiều thí

nghiệm khác nhau như: Mạch cắt tín hiệu; gương và ảnh; thao tác với gương; phản

32

các đối tượng trong chương trình để hiểu biết sâu sắc hơn vềgương phẳng, hệ thống

gương phẳng, nguyên tắc làm việc của mạch cắt tín hiệu.

- Trong lĩnh vực Kỹ thuật điện tử, thí nghiệm thiết kế mạch điện logic được

xây dựng tại địa chỉ: http://www.jhu.edu/~virtlab/logic/logic.htm.

- Trong lĩnh vực hoá học, khi truy cập vào địa chỉ:

http://www.chem.ox.ac.uk/vrchemistry/default.htm người học có thể thao tác với các thí nghiệm hoá học ở các cấp độ khác nhau.

Những ví dụ về các bài mô phỏng, TN, TH ảo đề cập tại nhiều địa chỉ trên đã

khẳng định vai trò quan trọng của nó trong dạy học nói chung, dạy học kỹ thuật nói

riêng. Tuy nhiên, qua nghiên cứu và tìm hiểu cho thấy, một cơ sở lý luận cho việc xây dựng và sử dụng các TN, TH ảo, mô hình mô phỏng đó chưa được đề cập tại những địa chỉ trên và thực tế còn rất ít các nội dung mô phỏng đề cập gần với lĩnh vực kỹ thuật, thực hành.