Ứng dụng công nghệ mô phỏng vào dạy học một số môn của nghề điện tử công nghiệp tại trường trung cấp nghề cơ điện hà nội

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---------------------------------------

NGUYỄN MẠNH QUYỀN

ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀO DẠY HỌC
MỘT SỐ MÔN CỦA NGHỀ ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP
TẠI TRƯỜNG TRUNG CẤP NGHỀ CƠ ĐIỆN HÀ NỘI

CHUYÊN SÂU: SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐIỆN TỬ

1.

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT

CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP GIẢNG DẠY

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS.TS. NGUYỄN XUÂN LẠC

HÀ NỘI - 2010


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của tôi và chưa được công bố
trong bất cứ công trình nào và chưa được đăng trong bất kỳ tài liệu, tạp chí, hội nghị
nào khác. Những kết quả nghiên cứu trong luận văn là trung thực.

Hà Nội, tháng 10 năm 2010

Tác giả luận văn

Nguyễn Mạnh Quyền

1


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành đến quý thầy hướng dẫn:
GS.TS. Nguyễn Xuân Lạc
Đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn tới:
- Các thầy, cô trong khoa Sư Phạm Kỹ Thuật trường Đại Học Bách Khoa Hà
Nội.
- Khoa Điện – Điện Tử, Ban giám hiệu Trường TCN Cơ Điện Hà Nội.
- Quý thầy cô, bạn bè đồng nghiệp, các em học sinh, sinh viên.
Đã tạo điều kiện, giúp đỡ, động viên, chia sẻ để tác giả hoàn thành luận văn
tốt nghiệp.
Xin chân thành cảm ơn!...

Tác giả luận văn

Nguyễn Mạnh Quyền

2


MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa ……………………………………………………………….

Lời cam đoan ………...…………………………………………...………….

1

Lời cảm ơn ………..………………………………………………………….

2

Mục lục ……………………………………………………………...……….

3

Danh mục các chữ viết tắt ….……………………………………………….

6

Danh mục các bảng biểu, hình vẽ, sơ đồ ……………………….………….

7

Mở đầu …....………………………………………………………………….

8

1. Lý do chọn đề tài ..………………………………………………………...

8

2. Mục đích nghiên cứu .…….……………………….………….…………..

10

3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .…..…………………………………..

10

4. Giả thuyết khoa học ….…………………………………………………...

10

5. Nhiệm vụ nghiên cứu …………..…………………….…………………...

10

6. Phương pháp nghiên cứu …….…………………………………………..

11

7. Những đóng góp mới của luận văn ………….…………………………..

11

8. Cấu trúc của luận văn .……….…………………………………………..

12

Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀ THỰC

13

TRẠNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀO DẠY HỌC Ở MỘT
SỐ TRƯỜNG TCN TRONG ĐỊA BÀN HÀ NỘI ……………………………..

1.1. Một số khái niệm cơ bản .…………………………………………........

13

1.1.1. Phương pháp dạy học ..……….……………………………………..

13

1.1.2. Quy trình …..………………………………………………………...

15

3


1.1.3. Thiết kế …….………………………………………………………..

16

1.1.4. Quy trình thiết kế bài giảng ……..…………………………………..

16

1.1.5. Mô hình ……………………………………………………………..

16

1.1.6. Mô phỏng …………………………………………………….……...

21

1.1.7. Công nghệ …………………………………………………………...

22

1.1.8. Công nghệ mô phỏng .……………………………………………...

22

1.2. Đặc trưng của công nghệ mô phỏng .………………………………….

23

1.2.1. Tính chất của mô phỏng ...…………………………………………..

23

1.2.2. Các thiết bị và phần mềm dùng trong mô phỏng ….………………...

25

1.2.3. Những ưu việt và hạn chế của công nghệ mô phỏng …...…………...

27

1.3. Thực trạng ứng dụng công nghệ mô phỏng vào dạy học tại các

28

trường TCN …………………………………………………………………
1.3.1. Đặc điểm của học sinh học nghề ……..……………………………..

28

1.3.2. Đặc điểm các môn học chuyên môn nghề của nghề Điện tử công

29

nghiệp ...………………………………………………………………………
1.3.3. Việc vận dụng các phương pháp dạy học ở các trường TCN ……....

30

Chương 2: ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀO XÂY DỰNG BÀI

33

GIẢNG MỘT SỐ MÔN CHUYÊN MÔN NGHỀ CỦA NGHỀ ĐIỆN TỬ
CÔNG NGHIỆP TẠI TRƯỜNG TRUNG CẤP NGHỀ CƠ ĐIỆN HÀ NỘI …..

2.1. Nguyên tắc thiết kế bài giảng có ứng dụng công nghệ mô phỏng …...

33

2.1.1. Những yêu cầu chung …...…………………………………………..

33

2.1.2. Nguyên tắc thiết kế ……...…………………………………………..

34

2.2. Quy trình thiết kế bài giảng một số môn chuyên môn nghề của nghề

37

Điện tử công nghệp có ứng dụng công nghệ mô phỏng …...........................
4


2.2.1. Những điều kiện cần để thiết kế bài giảng có ứng dụng công nghệ

37

mô phỏng ……………………………………………………………………..
2.2.2. Quy trình thiết kế …………..………………………………………..

40

2.2.2.1. Quy trình thiết kế bài giảng trên nền Web dưới sự hỗ trợ của

44

phần mềm FrontPage …………………………………………………………
2.2.2.2. Quy trình thiết kế các mô phỏng với phần mềm WinCC 6.0 ….
2.3. Xây dựng một số bài giảng môn học lập trình PLC nghề điện tử

47
51

công nghiệp với sự ứng dụng công nghệ mô phỏng …….…………………
2.3.1. Giáo án thứ nhất: Điều khiển tín hiệu đèn giao thông ………………

51

2.3.2. Giáo án thứ hai: Giám sát và điều khiển nhiệt độ …………………..

57

Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ……...………………………………...

63

3.1. Mục đích, đối tượng thực nghiệm sư phạm …………………………..

63

3.2. Chuẩn bị các điều kiện thực nghiệm …….…………………………….

64

3.3. Nội dung và tiến trình thực nghiệm ….………………………………..

65

3.4. Đánh giá kết quả thực nghiệm ……….………………………………...

66

3.5. Lấy ý kiến chuyên gia …….…………………………………………….

73

Kết luận và kiến nghị …….………………………………………………….

75

Tài liệu tham khảo …….…………………………………………………….

77

Phụ lục ……………………………………………………………………….

79

5


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT

CNMP

Công nghệ mô phỏng

TCN

Trung cấp nghề

MP

Mô phỏng

ĐTCN

Điện tử công nghiệp

DH

Dạy học

TN

Thực nghiệm

ĐC

Đối chứng

K47A-N1

Khóa 47 lớp A – nhóm 1

K47A-N2

Khóa 47 lớp A – nhóm 2

K47B-N1

Khóa 47 lớp B – nhóm 1

K47B-N2

Khóa 47 lớp B – nhóm 2

K2A

Khóa 2 lớp A

K2B

Khóa 2 lớp B

I/O (Input/Output)

Vào/Ra

PLC (Programmable Logic Control)

Điều khiển logic khả trình

CD (Compact Disc)

Đĩa Compac

6

DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ
I. Các bảng biểu
1. Bảng 3.1. Đối tượng và cơ sở thực nghiệm
2. Bảng 3.2. Bảng thống kê điểm của học sinh trong bài kiểm tra thứ nhất
3. Bảng 3.3. Bảng thống kê điểm của học sinh trong bài kiểm tra thứ hai
4. Bảng 3.4: Bảng thống kê kết quả các bài kiểm tra của học sinh
5. Bảng 3.5: Bảng thống kê tỉ lệ phần trăm kết quả bài kiểm tra của học sinh
6. Bảng 3.6. Đối tượng thực hiện lấy ý kiến chuyên gia
II. Các hình vẽ
1. Hình 2.1. Giao diện mô phỏng bộ phát xung vuông
2. Hình 2.2. Giao diện mô phỏng hoạt động bộ đếm tiến
3. Hình 2.3. Giao diện mô phỏng hoạt động bộ so sánh
4. Hình 2.4. Giao diện mô phỏng điều khiển tín hiệu đèn giao thông
5. Hình 2.5. Giao diện mô phỏng hoạt động hàm FC1
6. Hình 2.6. Giao diện mô phỏng điều khiển quạt gió
7. Hình 2.7. Giao diện mô phỏng hoạt động hàm FC2
8. Hình 2.8. Giao diện mô phỏng giám sát và điều khiển nhiệt độ
II. Các sơ đồ
1. Sơ đồ 1.1. Các thành tố của quá trình dạy học
2. Sơ đồ 1.2. Phân loại mô hình
3. Sơ đồ 1.3. Công nghệ mô phỏng
4. Sơ đồ 2.1. Quy trình xây dựng bài giảng theo công nghệ mô phỏng
5. Sơ đồ 2.2. Quy trình xây dựng bài giảng điện tử với phần mềm Front Page
6. Sơ đồ 2.3. Quy trình xây dựng các mô phỏng với phần mềm WinCC 6.0
7


MỞ ĐẦU
1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Định hướng của bộ giáo dục và đào tạo về đổi mới phương pháp dạy học.

Chỉ thị số 22/2005 ngày 29/7/2005 của Bộ trưởng Bộ Giáo dục và đào tạo về
nhiệm vụ của toàn ngành giáo dục có nêu: “Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp
dạy học; tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin trong các hoạt động của nhà
trường, nhất là ứng dụng trong giảng dạy, học tập và quản lý giáo dục”.
Tin học hóa quá trình dạy học là quan điểm đúng đắn và cần thiết trong bối
cảnh đất nước đang từng bước bước vào xã hội thông tin, xã hội học tập. Việc ứng
dụng công nghệ thông tin vào dạy học ở các trường nghề còn ít và mang tính tự
phát do vậy tin học hóa quá trình dạy học, nhất là dạy nghề ở các trường nghề, các
cơ sở đào tạo nghề có ý nghĩa quan trọng trong việc đổi mới phương pháp dạy học.
Nâng cao chất lượng dạy và học, giảm chi phí đào tạo.
Máy tính, công cụ dạy học hiện đại, mô hình học cụ đã hỗ trợ đắc lực cho
quá trình dạy học, biến những vấn đề trừu tượng, khó hiểu trở thành đơn giản nhờ
việc mô phỏng trực quan sinh động. Nhờ ứng dụng công nghệ mô phỏng mà bản
chất của vấn đề được lột tả rõ ràng, trực quan: như các phương trình toán học, vật lý
học, nguyên lý hoạt động của các mạch điện, của các chuyển động cơ học, quá trình
sản xuất….
Ứng dụng công nghệ mô phỏng trong quá trình dạy học không chỉ mang hiệu
quả về mặt sư phạm là đổi mới phương pháp dạy học mà nó còn có ý nghĩa về mặt
kinh tế khi đất nước ta còn nghèo, đầu tư cho giáo dục còn hạn chế. Sử dụng công
nghệ thông tin, công nghệ mô phỏng trong quá trình dạy học sẽ làm giảm chi phí
mua sắm vật tư, thiết bị thường xuyên mà cũng là con đường ngắn nhất để tiếp cận
tri thức mới.
Nhu cầu giảng dạy các môn chuyên môn nghề của nghề Điện tử công
nghiệp tại trường TCN Cơ Điện Hà Nội.
8


Trường TCN Cơ Điện Hà Nội trực thuộc Bộ Nông Nghiệp & PTNT có
nhiệm vụ chính là đào tạo nghề cho mọi đối tượng trong cả nước, đặc biệt là khu
vực phía nam Hà Nội. Trường cũng có bề dày trong công tác đào tạo nghề, với

những giáo viên có tay nghề cao nhưng chủ yếu các thầy, cô chỉ giảng dạy theo
phương pháp truyền thống, rất ít ứng dụng công nghệ thông tin, công nghệ mô
phỏng trong thiết kế bài giảng.
Nghề điện tử công nghiệp là một trong những nghề mới đào tạo của trường,
nghề trang bị cho người học những kiến thức, kỹ năng vận hành, sửa chữa khắc
phục sự cố của các hệ thống điện, điện tử, các dây truyền tự động hóa trong các nhà
máy, xí nghiệp, các đơn vị sản xuất. Môn học lập trình PLC là môn học chuyên
môn nghề bắt buộc, nó cung cấp cho người học kỹ năng lập trình, kỹ năng điều
khiển các hệ thống tự động hóa, các dây truyền sản xuất công nghiệp hiện đại. Môn
học yêu cầu người học phải có tư duy trừu tượng, tư duy tổng hợp cao, phải có cái
nhìn tổng quát, gắn kết giữa cơ cấu điều khiển với cơ cấu chấp hành.
Do vậy việc ứng dụng công nghệ mô phỏng vào việc thiết kế bài giảng môn
học lập trình PLC nói riêng và các môn học có tính chất tư duy trừu tượng nói
chung là công việc thực sự mang lại hiệu quả cho sự tiếp thu bài giảng, lĩnh hội tri
thức cho người học. Biến những vấn đề khó hiểu trở nên đơn giản, trực quan sinh
động. Muốn làm được như vậy chúng ta cần phải xây dựng những quy trình cụ thể
cho những môn học khác nhau trong việc xây dựng bài giảng có sự hỗ trợ của công
nghệ mô phỏng. Có được như vậy chúng ta mới thực sự phát huy được tính hiệu quả
của việc ứng dụng công nghệ mô phỏng trong dạy học. Đây cũng chính là mục tiêu
nâng cao chất lượng đào tạo của nhà trường trong giai đoạn mới.
Do vậy tác giả đã chọn vấn đề: “Ứng dụng công nghệ mô phỏng vào dạy học
một số môn của nghề điện tử công nghiệp tại trường Trung cấp nghề Cơ Điện Hà
Nội” làm đề tài nghiên cứu của luận văn.

9


2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Nhằm xây dụng quy trình thiết kế bài giảng có sự hỗ trợ của công nghệ mô
phỏng cho một số môn học chuyên môn nghề của nghề Điện tử công nghiệp.

Vận dụng được vào thực tiễn giảng dạy tại đơn vị công tác hoặc các trường,
các cơ sở đào tạo nghề trong nước, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục, chất
lượng đào tạo.
Mở ra hướng để phát triển (nghiên cứu sinh)
3. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU
3.1. Đối tượng nghiên cứu
Quy trình thiết kế bài giảng các môn học chuyên môn nghề của nghề Điện tử
công nghiệp tại các cơ sở đào tạo nghề với sự ứng dụng công nghệ mô phỏng.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn những vấn đề sau:
Việc thiết kế bài giảng thực nghiệm có ứng dụng công nghệ mô phỏng được
giới hạn trong môn học: Lập trình PLC của nghề Điện tử công nghiệp.
Tổ chức thực nghiệm sư phạm được tiến hành với các lớp công nhân kỹ
thuật, trung cấp nghề của nghề Điện tử công nghiệp tại trường Trung cấp nghề Cơ
Điện Hà Nội và Trường Trung cấp nghề số 1.

4. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC
Nếu bài giảng các môn học chuyên môn nghề của nghề Điện tử công nghiệp
tại trường TCN Cơ Điện Hà Nội được thiết kế có ứng dụng công nghệ mô phỏng
theo quy trình hợp lý sẽ góp phần rút ngắn được thời gian đào tạo và nâng cao được
chất lượng dạy học.
5. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU
Đề tài có các nhiệm vụ sau:

10


Nghiên cứu cơ sở lý luận có liên quan đến công nghệ mô phỏng và ứng dụng
vào việc thiết kế bài giảng.
Phân tích, đánh giá thực trạng về việc thiết kế bài giảng các môn học chuyên

môn nghề của nghề Điện tử công nghiệp trong địa bàn Hà Nội.
Nghiên cứu xây dựng quy trình thiết kế bài giảng có ứng dụng công nghệ mô
phỏng trong dạy học các môn chuyên môn nghề của nghề Điện tử công nghiệp.
Xây dựng một số bài giảng môn học Lập trình PLC của nghề Điện tử công
nghiệp có ứng dụng công nghệ mô phỏng theo quy trình đã thiết kế.
Thực nghiệm sư phạm bài giảng đã thiết kế.
Lấy ý kiến chuyên gia về quy trình thiết kế bài giảng có ứng dụng công nghệ
mô phỏng.
6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU
Phương pháp nghiên cứu lý luận: Thu thập các tài liệu, phân tích đánh giá,
tổng hợp thông tin liên quan để xây dựng cơ sở lý luận cho đề tài.
Phương pháp khảo sát: Khảo sát các cơ sở dạy nghề để lấy ý kiến về thực
trạng dạy học các môn học chuyên môn nghề của nghề Điện tử công nghiệp trong
địa bàn Hà Nội.
Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Để đánh giá thống kê, kiểm chứng kết
quả nghiên cứu và giả thuyết khoa học của đề tài.
7. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN VĂN
Về mặt lý luận:
Luận văn đã tổng hợp lý luận về công nghệ mô phỏng và vận dụng trong
thiết kế bài giảng các môn học chuyên môn nghề.
Đã xác định tính chất đặc thù của dạy học các môn học chuyên môn nghề
của nghề Điện tử công nghiệp có ứng dụng công nghệ mô phỏng.

11


Xây dựng được bộ quy trình thiết kế bài giảng có ứng dụng công nghệ mô
phỏng với các phần mềm Simatic Step 7, WinCC cho các môn học chuyên môn
nghề của nghề Điện tử công nghiệp.
Về mặt thực tiễn:

Đề tài đã xây dựng một số bài giảng môn học Lập trình PLC của nghề Điện
tử công nghiệp có ứng dụng công nghệ mô phỏng phù hợp với mục tiêu, nội dung
đào tạo và trình độ người học.
Thông qua kết quả thực nghiệm đã khẳng định được vai trò của bài giảng xây
dựng trên cơ sở ứng dụng công nghệ mô phỏng trong việc nâng cao chất lượng dạy
học và rút ngắn thời gian đào tạo.
8. CẤU TRÚC CỦA LUẬN VĂN
Luận văn được chia làm 3 phần:
Phần mở đầu: Trình bày về lý do chọn đề tài, mục đích của đề tài, nhiệm vụ
của đề tài, phương pháp nghiên cứu ….
Phần nội dung: Bao gồm 3 chương
Chương 1: Cơ sở lý luận về công nghệ mô phỏng và thực trạng ứng dụng
công nghệ mô phỏng vào dạy học ở một số trường TCN trong địa bàn Hà Nội.
Chương 2: Ứng dụng công nghệ mô phỏng vào xây dựng bài giảng một số
môn chuyên môn nghề của nghề điện tử công nghiệp tại trường trung cấp nghề cơ
điện Hà nội.
Chương 3: Thực nghiệm sư phạm
Phần kết luận và kiến nghị

12


CHƯƠNG 1
CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀ THỰC TRẠNG
ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀO DẠY HỌC Ở MỘT SỐ
TRƯỜNG TCN TRONG ĐỊA BÀN HÀ NỘI

1.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.1.1. Phương pháp dạy học (teaching method)
Có thể hiểu phương pháp dạy học là tổ hợp cách thức hoạt động, tương tác

giữa thầy và trò trong quá trình dạy học nhằm đạt mục đích dạy học. Phương pháp
dạy học là một trong những yếu tố quan trọng nhất của quá trình dạy học.
Phương pháp dạy học là một hệ thống những hành động có mục đích của
người thầy nhằm tổ chức hoạt động của nhận thức và thực hành của học sinh, đảm
bảo học sinh lĩnh hội nội dung học vấn.
Phương pháp dạy học là một yếu tố quan trọng nhất trong quá trình học.
Phương pháp dạy học thực chất là phương thức làm việc qua lại giữa người thầy và
học sinh trong quá trình dạy học, thông qua đó học sinh chủ động tiếp thu kiến thức,
kỹ năng, kỹ xảo, hình thành thế giới quan và nhân cách của mình nhằm đạt mục
đích của quá trình dạy học.
Mặc dù có nhiều quan niệm khác nhau về dạy học, nhưng các tác giả đều
thừa nhận phương pháp dạy học tập trung vào các điểm sau đây;
- Tập hợp các kỹ thuật của công việc dạy học.
- Phản ánh hình thức vận động của nội dung bài học.
- Là cách thức mà người dạy học tổ chức hoạt động nhận thức cho người
học, nhằm tạo điều kiện cho người học tích cực chủ động chiếm lĩnh tri thức của bài
học.

13


- Phản ánh sự tương tác qua lại giữa người dạy học, người học và môi trường
học tập để đạt mục đích dạy học.
Vậy phương pháp dạy học là tổ hợp cách thức hoạt động của thầy và trò,
trong đó người thầy sử dụng các phương pháp thích hợp nhằm tạo ra ở học trò
sự hứng thú, tự giác, tích cực, chủ động chiếm lĩnh tri thức để đạt mục tiêu đề ra
trong dạy học.
Phương pháp dạy học là sự thể hiện logic khoa học và logic sư phạm, là sự
kết hợp của phương pháp khoa học và phương pháp sư phạm.
Mối quan hệ mục đích - nội dung - phương pháp có tính quy luật, chi phối

lẫn nhau, chi phối sự phát triển của quá trình dạy học. Trong từng thời điểm cụ thể,
hoàn cảnh cụ thể, mục đích và nội dung dạy học khác nhau, chúng luôn thay đổi để
kéo theo sự thay đổi của phương pháp dạy học. Ngày nay với sự hỗ trợ của công
nghệ hiện đại, công nghệ thông tin được đưa vào quá trình dạy học, các phương
pháp dạy học có su hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của người học, tác
động vào học sinh để họ chủ động chiếm lĩnh tri thức một cách độc lập, sáng tạo
theo khả năng của mình.
Một cách tiếp cận khác nhằm thể hiện vị trí vai trò của phương pháp dạy học
đó là tiếp cận dưới dạng các thành tố của quá trình dạy học. Các thành tố bao gồm
mục tiêu dạy học, nội dung dạy học, công nghệ dạy học, người học, người dạy, kết
quả của quá trình này trong môi trường dạy học. Các thành tố này đan xen với nhau
bổ trợ cho nhau trong môi trường dạy học tạo nên sự tương tác trong dạy học.
Công nghệ dạy học hiện đại được thể hiện thông qua phương pháp dạy học
tích cực hóa tư duy người học, thông qua các phương tiện kỹ thuật phục vụ cho quá
trình dạy học và môi trường học tập, các yếu tố này tạo nên những điều kiện và cách
thức khác nhau của quá trình dạy học nhằm hoàn thiện hóa quá trình dạy học. Như
vậy phương pháp và phương tiện dạy học là các yếu tố của quá trình dạy học nhằm
xúc tác trong quá trình dạy học giúp học sinh hứng thú hơn trong quá trình học tập,

14


hiểu sâu sắc vấn đề bài học, rút ngắn thời gian đào tạo đó chính là công nghệ dạy
học.

Mục tiêu DH

Người dạy

Người học

Kết quả
DH

Nội dung DH

Công nghệ dạy

Công nghệ học

Môi trường DH (kinh tế - xã hội – văn hóa – khoa học)
Sơ đồ 1.1. Các thành tố của quá trình dạy học

1.1.2. Quy trình (Process)
Theo từ điển Tiếng Việt, quy trình có nghĩa là trình tự các bước phải tuân
theo khi tiến hành công việc nào đó.
Quy trình thường được xây dựng cụ thể cho từng công việc, từng thao tác cụ
thể trong sản xuất, trong công nghệ. Ví dụ như: quy trình sửa chữa thiết bị điện,
trong quy trình này bao gồm các bước cơ bản bắt buộc người công nhân sửa chữa
thiết bị điện phải tuân theo một cách nghiêm ngặt, nếu không sẽ xảy ra mất an toàn
cho chính người sửa chữa, hư hỏng thiết bị, chất lượng sửa chữa không đảm bảo
yêu cầu…
Trong dạy học cũng vậy, muốn quá trình dạy học được nâng cao chất lượng
và hiệu quả, cũng cần phải có một quy trình cụ thể chi tiết bắt buộc để cho người
dạy và người học, những nhân tố khác có liên quan đến quá trình dạy học tuân theo.
Ví dụ, nếu không chuẩn bị bài trước khi lên lớp, chuẩn bị các điều kiện, phương tiện
kỹ thuật, cơ sở vật chất không tốt thì bài giảng đó không có chất lượng được, tiết
giảng đó cũng không thể thành công được…
15

1.1.3. Thiết kế (design)
Theo từ điển Tiếng Việt, thiết kế là sắp đặt cách thức làm việc, đưa ra đề án
xây dựng công trình. Như vậy thiết kế là lập tài liệu kỹ thuật toàn bộ để có thể theo
đó mà tiến hành xây dựng công trình, sản phẩm.
1.1.4. Quy trình thiết kế bài giảng
Quy trình thiết kế bài giảng được thể hiện bằng trật tự các bước cần thực
hiện có tính bắt buộc nhất thiết phải tuân theo của người thầy để chuẩn bị bài trước
khi lên lớp. Công việc có tính thống nhất cao, có logic trong một bài dạy, người
thầy không thể tự ý thay đổi được.
Vậy quy trình thiết kế bài giảng là thứ tự các bước cần thực hiện mà người
thầy phải tuân theo để thiết kế bài giảng trước khi lên lớp cho giờ giảng của mình.
1.1.5. Mô hình (model)
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 sau:
Làm đối tượng quan sát thay cho nguyên hình.
Làm đối tượng nghiên cứu (thực nghiệm hay suy diễn) về nguyên hình.
Khi xây dựng mô hình cho các nghiên cứu, các mô phỏng cần phải xác định
các điều kiện cho trước của bài toán về nguyên hình, xác định tư cách đại diện của
mô hình cho nguyên hình. Từ đó lấy các phép biến đổi kết quả từ mô hình thành kết
quả tương ứng về nguyên hình.
Hiện vẫn chưa có lý thuyết tổng quát về mô hình nói chung, mà chỉ có các lý
thuyết xây dựng cho từng dạng mô hình cụ thể.
Như vậy có thể chia mô hình làm 2 loại đó là mô hình thực thể và mô hình
khái niệm. Trong từng dạng cụ thể, tùy theo đặc điểm và ứng dụng ta có các dạng
phân chia cụ thể hơn.
16


Mô hình(MH)

Mô hình thực thể

MH
trích
mẫu

Mô hình khái niệm

MH
đồng
dạng

MH
hình
học

MH
động
hình
học

MH
tương
tự

MH
toán
học

MH
động
lực
học
Sơ đồ 1.2. Phân loại mô hình

- Mô hình thực thể (Substantial model)
Mô hình thực thể là các dạng mô hình được xây dựng theo dạng cấu trúc vật
chất hoặc vật chất hóa học. Ví dụ, mô hình động cơ đốt trong, mô hình chuyển động
của động cơ 4 kỳ, mô hình mạch điện chỉnh lưu, dao động các mạch Flip – Flop, mô
hình dao động con lắc đơn … nói chung các mô hình này được dùng nhiều trong
các mô phỏng, thí nghiệm.
Dựa trên tiêu chuẩn các tính chất lý học ta có thể chia mô hình thực thể thành
ba loại mô hình: mô hình trích mẫu, mô hình đồng dạng, mô hình tương tự.
+ Mô hình trích mẫu (sampling model)
Mô hình trích mẫu là các dạng mô hình được xây dựng dựa trên cơ sở một
hoặc nhiều đặc điểm của nguyên hình, là một tập hợp những cá thể được trích ra.
Như vậy có thể có một hoặc nhiều mô hình trích mẫu người ta có thể suy ra các kết
luận về nguyên hình cần nghiên cứu. Lý thuyết mô hình là lý thuyết xác suất và
17


thống kê toán học, việc chọn mô hình trích mẫu phải đảm bảo số lượng trích mẫu có
dung lượng đủ lớn thỏa mãn độ chính xác, tin cậy cho trước và kết quả thu được
trên tập mẫu phải có đánh giá hay ước lượng khác nhau về tổng thể, thêm vào đó
mô hình trích mẫu phải cùng chất với nguyên hình.
Mô hình trích mẫu được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực quen thuộc
như: Đánh giá chất lượng sản phẩm, điều tra xã hội học, nghiên cứu môi trường
sinh thái …
+ Mô hình đồng dạng (Similar model)

Theo vật lý học, hai thực thể được gọi là đồng dạng với nhau khi các đại
lượng vật lý cùng tên của chúng tỉ lệ với nhau, đồng dạng hình học nếu chỉ có tỉ lệ
về các chiều dài tương ứng , đồng dạng động hình học nếu có tỉ lệ về các vận tốc
tương ứng.
Nếu có cùng dạng, kích thước tương ứng tỉ lệ với nhau ta có đồng dạng hình
học (geometrical similitude). Ví dụ, hai tam giác vuông AOB và A’O’B’ được gọi
là đồng dạng với nhau khi chúng có các cạnh góc vuông OA và O’A’, OB và O’B’
tỉ lệ với nhau.
Nếu vận tốc tương ứng của chúng tỉ lệ nhau, ta có đồng dạng động hình học
(Kinematica similitude).
Nếu các lực tương ứng tác động lên chúng tỉ lệ với nhau ta có đồng dạng
động lực học (dynamical similitude). Ví dụ, mô men quay sinh ra trong một động
cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha khi điện áp trên các pha đối xứng hoàn toàn.
Như vậy ta thấy rằng đồng dạng động hình học cũng đồng dạng hình học,
đồng dạng động lực học cũng đồng dạng động hình học.
Việc xây dựng mô hình đồng dạng là xây dựng một thực thể có các thông số
vật lý cùng tên với nguyên hình (cùng chất với nguyên hình), được xác định theo lý
thuyết đồng dạng, cụ thể là:

18


Điều kiện cần và đủ để hai quá trình đồng dạng là các mô tả toán học của
chúng chỉ khác nhau về trị số của các đại lượng có cùng thứ nguyên và các chuẩn số
của chúng bằng nhau từng đôi một. Mỗi chuẩn số này là giá trị (không thứ nguyên)
của một nhóm biến đặc trưng cho thực thể.
Mô hình đồng dạng hình học (Geometrical similar model)
Mô hình đồng dạng hình học có thể sử dụng là hình ảnh, hình chiếu của đối
tượng tại thời điểm quan sát. Mô hình hình học thường ở trạng thái tĩnh, nó được sử
dụng nhiều trong dạy học. Ví dụ, mô hình động cơ điện, mô hình máy phát điện, mô

hình mạch đèn giao thông ngã tư, các bản vẽ kỹ thuật…
Kích thước của mô hình có thể lớn hơn, nhỏ hơn hoặc bằng với kích thước
của vật thật, điều này tùy thuộc vào kích thước cụ thể của vật thật, mục đích của mô
hình, thông thường chúng được ghi dưới dạng tỷ lệ trên bản vẽ. Ví dụ, trong dạy
học bản đồ địa lý các nước, bản đồ thế giới thường được thu nhỏ, mô hình cấu tạo
của nguyên tử vật chất được phóng to…
Mô hình động hình học (Kinematical similar model)
Mô hình động hình học là dạng mô hình được xây dựng để mô tả trạng thái
động của nguyên hình. Ví dụ, mô hình chuyển động thể hiện nguyên lý của máy
phát điện một chiều.
Mô hình động lực học (Dynamical similar model)
Đây là dạng mô hình được dùng trong việc nghiên cứu sự biến đổi trạng thái
của một đối tượng dưới tác dụng của môi trường. Ví dụ, mô hình khảo sát thể hiện
sức cản của gió lên thiết bị chuyển động như ô tô, xe máy, máy bay… trong ống
thổi ở phòng thí nghiêm.
Tóm lại, mô hình đồng dạng có các chuẩn số tương ứng của chúng bằng
nhau từng đôi một. Các chuẩn số này gọi là các hệ số đồng dạng, là các giá trị
không có thứ nguyên. Tùy theo các chuẩn cứ đồng dạng: hình học, động hình học
hay động lực học, có những mô hình đồng dạng tương ứng. Bản vẽ kỹ thuật, mô
19


hình hàng không trong triển lãm… là những ví dụ về mô hình đồng dạng hình học,
mô hình của một vật bay nào đó (máy bay, tàu vũ trụ, đĩa bay…), tùy trường hợp sử
dụng có thể mô hình đồng dạng hình học, động hình học hoặc động lực học.
+ Mô hình tương tự (Analogue model)
Hai thực thể khác nhau về bản chất vật lý được gọi là tương tự khi trạng thái
của chúng được mô ta bằng hệ phương trình vi phân với cùng một điều kiện đơn vị.
Mô hình tương tự là một thực thể có những thông số vật lý khác tên với
nguyên hình (khác chất với nguyên hình) và được xác định theo lý thuyết tương tự.

Mô hình này thường được gọi theo chất liệu của mô hình và nguyên hình, ví dụ như
mô hình tương tự điện – cơ, mô hình tương tự nhiệt điện, mô hình tương tự thủy
lực…
- Mô hình khái niệm (Conceptual model)
Mô hình khái niệm được xây dựng trên cơ sở các khái niệm có tính chất hình
thức, trừu tượng. Mô hình khái niệm được sử dụng nhiều trong toán học dùng ngôn
ngữ toán học để mô tả đối tượng. Điển hình cho các nghiên cứu và ứng dụng mô
hình khái niệm trong toán học là phương pháp mô phỏng Monte Carlo.
+ Mô hình toán học (Mathematics model)
Mô hình toán học là dạng mô hình khái niệm dưới dạnh một cấu trúc hay
một hệ thức toán học. Mô hình toán học dùng để mô tả trạng thái của đối tượng
nghiên cứu, chúng thường được xây dựng thành các dạng phương trình, ví dụ khi
nghiên cứu về máy phát điện một chiều kích từ độc lập, người ta xây dựng hàm
truyền đạt trên cơ sở các phương trình vi phân đầu vào và đầu ra của tín hiệu.
* Mô hình lược tả (Schematic model)
Mô hình lược tả là một dạng kết hợp của các mô hình nói trên dùng để mô tả
cấu trúc và trạng thái bên trong của nguyên hình. Có nhiều dạng mô hình lược tả
khác nhau như cấu trúc thứ tự, graph tín hiệu và đồng dạng vật lý… Đây là một
dạng mô hình biểu diễn bằng hình học trực quan những thuộc tính hay quan hệ nào
20


đó của đối tượng được xét. Các lược đồ cấu trúc của một hệ thống, lưu đồ lập trình
cho các máy tính, lưu đồ vận hành của một thiết bị … là những dạng thường gặp
của mô hình này. Ngoài lợi ích về quan sát, trong nhiều trường hợp, các mô hình
loại này giúp ích cho việc nghiên cứu phương án phân bổ hợp lý trên nguyên hình.
1.1.6. Mô phỏng (Simulation)
Mô phỏng là cách thức để tái tạo lại các hoạt động, các tình huống thông qua
mô hình, nghĩa là tạo ra một sản phẩm hoặc mô hình để học, để kiểm tra, để giảng
dạy…

Theo tác giả Nguyễn Xuân Lạc [12] ta có thể hiểu: thực nghiệm quan sát
được và điều khiển được trên mô hình của đối tượng khảo sát, nói chung được gọi
là mô phỏng.
Trong khoa học và công nghệ, mô phỏng là con đường nghiên cứu thứ ba,
song song với nghiên cứu lý thuyết thuần túy (phương pháp suy diễn) và nghiên cứu
thực nghiệm trên đối tượng thực. Nó được dùng khi không thể, không cần hay
không nên thực nghiêm trên đối tượng thực. Mô phỏng, nhất là mô phỏng với máy
tính tạo thuận lợi cho người sử dụng về các mặt: nhận thức (trực quan hóa, dễ tiếp
cận và đo lường, lặp lại nhiều lần theo ý muốn, thử nghiệm ý tưởng sáng tạo và tiên
đoán,…); công nghệ (về thiết bị, phương pháp cũng như kỹ năng: khả thi, an toàn,
có hiệu quả về thời gian và kinh tế, làm quen hoặc luyện kỹ năng trước khi tiếp xúc
với thực tế,…).
Các phương pháp mô phỏng hiện đại ngày nay đều dựa trên máy tính thông
qua phần mềm mô phỏng. Các phương pháp mô phỏng được sử dụng chính hiện
nay là: Mô phỏng nhân quả (sequential causal simulation) và mô phỏng vật lý hay
mô phỏng phi nhân quả (physical, non-causal simulation). Hai phương pháp mô
phỏng này thể hiện hai hướng tiếp cận khác nhau đối với mô hình hóa hệ thống và
cũng thể hiện xu hướng phát triển của mô hình hóa, mô phỏng trong thực tế và
trong dạy học.

21


1.1.7. Công nghệ (Technology)
Theo từ điển Tiếng Việt, công nghệ là phương thức và quy trình áp dụng
thành tựu khoa học và cuộc sống xã hội. Công nghệ là cách thức, biện pháp kỹ thuật
áp dụng trong khai thác, gia công, chế biến nguyên vật liệu để tạo thành các sản
phẩm công nghiệp.
Trong phạm vi luận văn này, công nghệ được hiểu là một hệ thống phương
tiện, phương pháp và kỹ năng nhằm vận dụng quy luật khách quan, tác động vào

một đối tượng nào đó đạt một thành quả xác định cho con người.
Như vậy, dạy học cũng là một công nghệ, công nghệ dạy học là một hệ thống
phương tiện, phương pháp và kỹ năng. Nhằm vận dụng quy luật khách quan tác
động vào người học, hình thành một nhân cách xác định.
Vận dụng các phương tiện dạy học hiện đại, công nghệ thông tin và truyền
thông vào quá trình dạy học nhằm tạo nên một công nghệ dạy học hiện đại.
1.1.8. Công nghệ mô phỏng (Simulation technology)
Công nghệ mô phỏng là một hệ thống phương tiện, phương pháp và kỹ năng
để tiến hành nghiên cứu thực nghiệm trên mô hình của đối tượng khảo sát.
Công nghệ mô phỏng nhằm xây dựng các mô hình trên cơ sở mục tiêu, yêu
cầu đặt ra ban đầu để vận hành và quan sát các hiệu ứng trong một môi trường nhất
định, phục vụ cho mục đích nhất định của người nghiên cứu.
Việc tạo ra các mô hình dưới sự hỗ trợ của máy móc thiết bị hiện đại theo
một quy trình nhất định, và mô hình này tương tự hoặc phỏng theo thực tế hoặc
mang đặc điểm đặc trưng của nguyên hình, các mô hình này hoạt động dưới sự điều
khiển chỉ đạo của con người gọi là công nghệ mô phỏng.
Trong phạm vi luận văn này, công nghệ mô phỏng được ứng dụng để xây
dựng các mô hình tĩnh, mô hình động cho phần kiến thức chuyên môn nghề của
nghề điện tử công nghiệp, mô phỏng nguyên lý hoạt động của mạch điện, của hệ

22


thống điều khiển và giám sát, giải thích các hiện tượng, các quá trình xảy ra dựa
trên cơ sở máy vi tính, PLC và các phần mềm hỗ trợ.
Về mặt phương pháp luận khoa học, mọi lý thuyết khoa học đều được xây
dựng từ mô hình của thế giới thực và được áp dụng cho những đối tượng thực hoặc
y như mô hình hoặc sai khác với mô hình trong chừng mức một chỉ tiêu chất lượng
mô phỏng nằm trong giới hạn cho phép. Quá trình phát triển của khoa học là quá
trình mô hình hóa và mô phỏng ngày càng sát thực với thế giới quan.

Dạy học bằng phương pháp mô phỏng trên cơ sở các mô hình đã được ứng
dụng rất nhiều từ các môn khoa học tự nhiên như toán, lý, đến các môn học thuộc
các ngành kỹ thuật như sinh vật, y học, cơ khí, cơ khí động lực… Với các môn
chuyên môn nghề của nghề Điện tử công nghiệp, phương pháp mô phỏng đã và
đang góp phần đáng kể làm thay đổi phương pháp giảng dạy, tích cực hóa người
học, tạo ra hứng thú, tự tìm tòi trong quá trình học tập của học sinh. Bên cạnh đó
các mô hình còn giúp học sinh tạo ấn tượng cho bài học, quan sát, thay đổi thông số
trên mô hình mô phỏng, đánh giá kết quả, rút ra kết luận về sự vật, hiện tượng trong
vấn đề cần nghiên cứu.
1.2. ĐẶC TRƯNG CỦA CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG
1.2.1. Tính chất của mô phỏng
Công nghệ mô phỏng là quá trình thực hiện các thao tác từ việc nghiên cứu
đối tượng thực tế, rút ra các nhận xét, các đặc điểm riêng nổi bật đặc trưng cho đối
tượng đó và dựa vào đó có nhận biết được đối tượng ấy hoặc chỉ đối tượng ấy mới
có. Từ đó lựa chọn các phương pháp xây dựng mô hình nghiên cứu, mô hình mô
phỏng để khảo sát, thực nghiệm và tìm ra kết quả.
Như vậy, một cách tổng quát ta có thể xem công nghệ mô phỏng như sau:

23


Mục đích nhận thức
Đối tượng nghiên cứu
Xây dựng mô hình

Điều chỉnh mô hình

Kết quả thu được
trên mô hình

Không đạt

So sánh với
mục tiêu đặt ra
Đạt

Kết quả, kết luận
về thực tiễn
Sơ đồ 1.3. Công nghệ mô phỏng

Để việc mô hình hóa đạt hiệu quả, cần lưu ý một số tính chất của mô hình
như sau:
+ Tính công nghệ: khả thi và hiệu quả: trong trường hợp thông thường đó
chính là tính đơn giản về hình thức, cấu trúc của mô hình so với nguyên hình. Tuy
nhiên trong không ít trường hợp, đặc biệt với mô hình khái niệm, thì không nhất
thiết như vậy, mô hình có thể phức tạp hơn nguyên hình.
+ Mô hình thay thế phải phù hợp với đối tượng nghiên cứu: kết quả thu được
khi nghiên cứu trên mô hình là kết luận được chuyển sang đối tượng nghiên cứu vì
vậy mô hình thay thế phải phù hợp với đối tượng nghiên cứu.
+ Quan sát được và điều khiển được: đối với mô hình thực thể đó chính là
tính trực quan của mô hình. Đối với mô hình khái niệm (mô hình toán học) quan sát
được nếu trạng thái của đối tượng ở thời điểm bất kỳ có thể xác định theo nhập tố

24