Luận án tiến sĩ: Công nghệ dạy học tương tác ảo trong đào tạo đại học ngành Cơ điện tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
---oo0oo---

NGUYỄN THỊ THANH

CÔNG NGHỆ DẠY HỌC TƢƠNG TÁC ẢO
TRONG ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ

LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC KỸ THUẬT

HÀ NỘI – 2020


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

NGUYỄN THỊ THANH

CÔNG NGHỆ DẠY HỌC TƢƠNG TÁC ẢO
TRONG ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ
Ngành: Lý luận và phương pháp dạy học
Mã số: 9140110

LUẬN ÁN TIẾN SĨ

NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ HUY TÙNG
GS. TS. NGUYỄN XUÂN LẠC

HÀ NỘI – 2020


LỜI CẢM ƠN

Tôi xin bảy tỏ lòng cảm ơn chân thành tới:
Tập thể các Thầy giáo hƣớng dẫn:
TS. Lê Huy Tùng và GS. Nguyễn Xuân Lạc đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tôi
trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện Luận án này.
Tôi xin trân trọng cảm ơn khoa cơ khí, phòng khoa học công nghệ trƣờng Đại học
kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ khi tôi làm thực nghiệm.
Tôi xin trân trọng cảm ơn Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam, Công ty VR Tech đã
giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu ra sản phẩm, chƣơng trình, thiết bị phục vụ quá
trình thực nghiệm.
Tôi xin chân thành cảm ơn Viện sƣ phạm kỹ thuật và Phòng đào tạo trƣờng
Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện học tập, nghiên cứu, tiến hành Luận án.
Tôi xin tri ân đến gia đình và toàn thể anh em, bạn bè, đồng nghiệp đã quan
tâm, động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện Luận án.
Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2020
(Nghiên cứu sinh)

Nguyễn Thị Thanh


LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan những gì mà tôi viết ra trong Luận án này là công trình nghiên
cứu của riêng tôi. Các kết quả, số liệu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc
tác giả khác công bố.
Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan trên đây.

Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2020
T/M Tập thể hƣớng dẫn

TS. Lê Huy Tùng

GS.TS. Nguyễn Xuân Lạc

(Nghiên cứu sinh)

Nguyễn Thị Thanh


Mục Lục
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................. i
DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................... ii
DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ .............................................................................. iv
DANH MỤC BIỂU ĐỒ ............................................................................................. v
MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................. 1
1.1. Nhu cầu phát triển khoa học công nghệ hiện đại .......................................... 1
1.2. Thực trạng dạy học ngành cơ điện tử tại Việt Nam ...................................... 1
1.3. Tính thời đại của công nghệ dạy học tƣơng tác ảo ....................................... 2
2. Mục đích nghiên cứu ........................................................................................... 3
3. Khách thể, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ..................................................... 3
4. Giả thuyết khoa học ............................................................................................ 3
5. Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu ...................................................................... 3
6. Phƣơng pháp nghiên cứu..................................................................................... 4
6.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý luận .................................................................. 4
6.2. Phƣơng pháp nghiên cứu thực tiễn ............................................................... 4
7. Những đóng góp của Luận án ............................................................................. 5

7.1. Về lý luận ...................................................................................................... 5
7.2. Về thực tiễn ................................................................................................... 5
8. Bố cục của Luận án ............................................................................................. 5
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ CÔNG NGHỆ DẠY HỌC
TƢƠNG TÁC ẢO………………………….………………………………………..7
1.1. Tổng quan nghiên cứu về công nghệ dạy học tƣơng tác ảo ............................. 7
1.1.1 Thế giới ....................................................................................................... 7
1.1.2 Việt Nam ................................................................................................... 11
1.2. Các khái niệm cơ bản ..................................................................................... 14
1.2.1 Khái niệm công nghệ dạy học .................................................................. 14
1.2.1.1. Công nghệ.......................................................................................... 14
1.2.1.2. Công nghệ dạy học ............................................................................ 15
1.2.2.Khái niệm dạy học tƣơng tác ảo ............................................................... 16
1.2.2.1. Dạy học.............................................................................................. 16
1.2.2.2. Dạy học tƣơng tác ............................................................................. 17
1.2.2.3. Dạy học tƣơng tác ảo ......................................................................... 18
1.2.3. Khái niệm phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo ........................................ 21
1.2.3.1. Phƣơng Pháp dạy học ........................................................................ 21
1.2.3.2. Phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ........................................................ 22
1.2.3.3. Phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo ................................................... 23
1.3. Lý luận về công nghệ dạy học tƣơng tác ảo................................................... 26
1.3.1. Khái niệm ảo ............................................................................................ 26
1.3.2. Môi trƣờng trong công nghệ dạy học tƣơng tác ảo ................................. 26
1.3.3. Phƣơng tiện trong công nghệ dạy học tƣơng tác ảo ................................ 27


1.3.4. Những thành phần của công nghệ dạy học tƣơng tác ảo trong hình thành
phƣơng pháp dạy học. ........................................................................................ 30
1.3.4.1. Các thành phần của hệ thống tƣơng tác ảo ........................................ 30
1.3.4.2. Cơ sở dữ liệu cho thế giới ảo ............................................................ 33

1.3.4.3. Hệ cảm biến linh hoạt ........................................................................ 35
1.3. 5. Vai trò của công nghệ dạy học tác ảo trong hình thành kỹ năng cho ngƣời
học. ..................................................................................................................... 37
1.4. Đ c điểm của ngành cơ điện tử và vai trò của học phần Robot công nghiệp .. 38
1.4.1. Đ c điểm của ngành Cơ điện tử ........................................................... 38
1.4.2. Vị trí vai trò của học phần Robot Công nghiệp ................................... 39
1.4.3. C u trúc và nội dung môn học Robot công nghiệp .............................. 40
1.5. Cơ sở thực tiễn về công nghệ dạy học tƣơng tác ảo ở các trƣờng đại học. ... 42
1.5.1. Cách thức và nội dung khảo sát ............................................................... 42
1.5.2. Kết quả ..................................................................................................... 43
1.5.3. Đánh giá ................................................................................................... 49
KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ......................................................................................... 51
CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ DẠY HỌC TƢƠNG TÁC ẢO CHO HỌC PHẦN ROBOT
CÔNG NGHIỆP TRONG Đ O TẠO ĐẠI HỌC NG NH CƠ ĐIỆN TỬ................ 53
2.1. Thiết kế dạy học phần Robot công nghiệp dựa vào công nghệ tƣơng tác
ảo ........................................................................................................................... 53
2.1.1. Quy trình thiết kế chƣơng trình tƣơng tác ảo trong dạy học của ngành cơ
điện tử. ............................................................................................................... 53
2.1.2. Phần mềm Unity ...................................................................................... 55
2.1.3. Xây dựng chƣơng trình VR cánh tay Robot trên kính Oclus .................... 57
và trên điện thoại. ............................................................................................... 57
2.1.4. Lắp kết nối chƣơng trình TTA.................................................................. 62
2.1.5. Soạn giáo án phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo cho học phần........................ 63
Robot công nghiệp ............................................................................................. 63
2.2. Giáo án mẫu cho học phần Robot công nghiệp .............................................. 65
2.3. Thiết kế quy trình tổ chức dạy học tƣơng tác ảo............................................ 83
2.4. Thiết kế, phân loại bài giảng tƣơng tác ảo ..................................................... 84
2.5. Xây dựng các tiêu chí để tổ chức dạy học dựa vào công nghệ tƣơng tác ảo ........ 88
2.5.1. Điều kiện về môi trƣờng học tập tƣơng tác ảo ........................................ 88
2.5.2. Điều kiện về ngƣời dạy và ngƣời học tƣơng tác ảo ................................. 89

2.5.3. Các tiêu chí tổ chức dạy học tƣơng tác ảo ............................................... 89
KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ......................................................................................... 96
CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM V ĐÁNH GIÁ ................................. 98
3.1. Khái quát chung về chƣơng trình thực nghiệm .............................................. 98
3.1.1. Mục đích .................................................................................................. 98
3.1.2. Nhiệm vụ.................................................................................................. 98
3.1.3. Đối tƣợng thực nghiệm ............................................................................ 98
3.1.4. 1. Năng lực về ngƣời học ..................................................................... 99
3.1.4.2. Năng lực về ngƣời dạy .................................................................... 105
3.1.4.3. Năng lực về môi trƣờng .................................................................. 105
3.1.5. Phƣơng pháp thực nghiệm.................................................................. 106
3.2. Tổ chức thực nghiệm.................................................................................... 107


3.2.1. Công tác chuẩn bị .................................................................................. 107
3.2.2. Nội dung thực nghiệm ........................................................................... 107
3.2.3.Tiến trình thực hiện................................................................................. 108
3.3. Kết quả thực nghiệm .................................................................................... 108
3.3.1. Kết quả đánh giá định tính ..................................................................... 108
3.3.2. Kết quả đánh giá định lƣợng .................................................................. 108
3.4. Kết quả khảo sát ý kiến sinh viên sau giờ học ............................................. 115
3.5. Kết quả khảo sát l y ý kiến chuyên gia ........................................................ 120
KẾT LUẬN CHƢƠNG 3.......................................................................................... 125
KẾT LUẬN V KHUYẾN NGHỊ......................................................................... 127
T I LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 129
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN......................... 136
Phụ lục 1: Hình ảnh lớp học tƣơng tác ảo ............................................................ PL-4
Phụ lục 2: Nội suy quỹ đạo trong không gian khớp của robot 4 bậc tự do .......... PL-7
Phụ lục 3: Tính toán thiết kế robot ..................................................................... PL-13
Phụ lục 4: Code................................................................................................... PL-21

Phụ lục 5: Đề cƣơng chi tiết học phần robot công nghiệp ................................. PL-36
Phụ lục 6:PHiếu đánh giá đề cƣơng chi tiết ....................................................... PL-41
học phần robot công nghiệp ............................................................................... PL-41
Phụ lục 7: Phiếu điều tra thực trạng dạy học tƣơng tác ảo trong môn robot công
nghiệp ................................................................................................................. PL-42
Phụ lục 8: Phụ lục danh sách chuyên gia cho ý kiến ................................................. PL-44
Phụ lục 9: Phiếu xin ý kiến chuyên gia .............................................................. PL-45
Phụ lục 10: Phiếu đánh giá kết quả thực nghiệm ............................................... PL-46
Phụ lục 11: Phiếu khảo sát ý kiến sinh viên online ............................................ PL-49
Phụ lục 12: Phiếu điều tra thông tin sinh viên .................................................... PL-50
Phụ lục 13: PHiếu khảo sát ý kiến sinh viên ...................................................... PL-51
sau giờ học .......................................................................................................... PL-51
Phụ lục 14 : Phân loại robot ............................................................................... PL-53
Phụ Lục 15: Robot song song ............................................................................. PL-57
Phụ lục 16: Cách đánh giá kết quả học tập ngƣời học ....................................... PL-60
Phụ lục 17: Tổng hợp điểm học tập đầu vào của sinh viên ........................................ PL-62
Phụ lục 18: Tổng hợp điểm lớp thực nghiệm và lớp đối chứng.................................... PL-63
Phụ lục 19: Giáo án theo phƣơng pháp truyền thống ......................................... PL-64


DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT

i


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1. 1: Khảo sát đánh giá môn học Robot công nghiệp................................................................. 45
Bảng 1. 2: Tần su t giá viên sử dụng dạy học tƣơng tác ảo trong thực tế ......................................... 46
Bảng 1. 3: Khảo sát c p độ dạy học tƣơng tác ảo đƣợc giáo viên sử dụng ....................................... 46
Bảng 1. 4: Yếu tố quyết định để giáo viên lựa chọn dạy học tƣơng tác ảo........................................ 47

Bảng 1. 5: Nhận thức của GV về tƣơng tác ảo trong dạy học............................................................. 47
Bảng 1. 6: Đánh giá về tầm quan trọng của DHTTA trong dạy học hệ đại học ............................. 48
Bảng 1. 7: Biện pháp kỹ thuật đƣợc sử dụng trong DH TTA để nâng cao hiệu quả ....................... 48
Bảng 1. 8: Đánh giá của GV về hình thức DHTTA nếu đƣa vào ...................................................... 49
Bảng 1. 9: Giáo viên đánh giá những khó khăn khi tiến hành DH TTA ........................................... 49
Bảng 2. 1: Code chƣơng trình điều khiển cánh tay Robot trên Oclus và điện thoại ........................ 58
Bảng 2. 2: Đánh giá những kỹ năng DHTTA và hoạt động giáo dục ............................................... 90
Bảng 2. 3: Đánh giá tính hiệu quả trong lãnh đạo, tổ chức các lớp học TTA (lãnh đạo và
quản lý ngƣời học, việc học và môi trƣờng dạy học TTA) ................................................................ 90
Bảng 2. 4: Đánh giá tƣơng tác ngƣời học – môi trƣờng1 .................................................................... 91
Bảng 2. 5: Đánh giá tƣơng tác ngƣời học – ngƣời dạy......................................................................... 91
Bảng 2. 6: Đánh giá tƣơng tác ngƣời học – ngƣời học......................................................................... 92
Bảng 2. 7: Mức độ ảnh hƣởng tích cực của các yếu tố từ môi trƣờng bên ngoài............................. 93
Bảng 2. 8: Mức độ ảnh hƣởng tích cực của môi trƣờng tâm lý trong dạy học TTA ....................... 93
Bảng 2. 9: Tƣơng tác ngƣời học – môi trƣờng trong lớp học Robot công nghiệp ........................... 94
Bảng 2. 10: Tiêu chí lớp học tƣơng tác ảo cho học phần Robot công nghiệp .................................. 95
Bảng 3. 1: Số lƣợng sinh viên tiến hành thực nghiệm giai đoạn 1 ..................................................... 99
Bảng 3. 2: Số lƣợng sinh viên tiến hành thực nghiệm giai đoạn 2 ..................................................... 99
Bảng 3. 3: Tổng hợp số lƣợng sinh viên tiến hành thực nghiệm ........................................................ 99
Bảng 3. 4: Thông tin trong lớp học sinh viên học tốt nh t khi ..........................................................102
Bảng 3. 5: Sinh viên thƣờng nhớ gì khi xem một chƣơng trình truyền hình ..................................103
Bảng 3.6: Thông tin ngoài giờ học sinh viên quan tâm......................................................................103
Bảng 3.7: Thông tin để học một kỹ năng mới của sinh viên .............................................................104
Bảng 3.8: Thông tin sinh viên thích giáo viên sử dụng trong giờ học..............................................104
Bảng 3.9: Thông tin khi sinh viên chơi một trò chơi, sinh viên thích...............................................105
Bảng 3. 10: Xếp loại điểm ......................................................................................................................109
Bảng 3. 11: Cách tính điểm ....................................................................................................................109
Bảng 3. 12: So sánh số lƣợng sinh viên đạt điểm Xi điểm quá trình và kết thúc modul ...............110
Bảng 3. 13: Kết quả kiểm tra bài ( Số sinh viên đạt điểm Xi)...........................................................111
Bảng 3. 14: Bảng tần su t ( số phần trăm SV đạt điểm Xi) ..............................................................112

Bảng 3. 15: Phƣơng sai, độ lệch chuẩn,hệ số biến thiên cho lớp đối chứng ...................................113
Bảng 3. 16: Phƣơng sai, độ lệch chuẩn,hệ số biến thiên cho lớp thực nghiệm ...............................113
Bảng 3. 17: So sánh các thông số thống kê ..........................................................................................114
Bảng 3. 18: Khảo sát ý kiến sinh viên về cảm nhận khi đƣa dạy học tƣơng tác ảo vào lớp học ..116
Bảng 3. 19: Ý kiến sinh viên tự đánh giá những kỹ năng sẽ đƣợc tăng lên khi tham gia lớp
học tƣơng tác ảo ...............................................................................................................117
ii


Bảng 3.20: Phần trăm sinh viên tự đánh giá những kỹ năng sẽ đƣợc tăng lên ..............................118
Bảng 3. 21: Khảo sát ý kiến sinh viên về cách thức đƣa DH TTA vào lớp học.............................118
Bảng 3. 22: Khảo sát ý kiến của sinh viên đánh giá không khí lớp học...........................................119
Bảng 3. 23: Khảo sát đánh giá của sinh viên khi đƣa DH TTA có thể giúp gì cho môn Robot
công nghiệp. .....................................................................................................................119
Bảng 3. 24: Khảo sát đánh giá của sinh viên khi áp dụng PPDH tƣơng tác ảo bán nhập vai và
PPDH nhập vai cho môn học Robot công nghiệp ......................................................120
Bảng 3. 25: Xây dựng DH TTA trong quá trình dạy môn Robot công nghiệp.............................121
Bảng 3. 27: Khảo sát hiệu quả sau khi học Robot công nghiệp sử dụng PPDH TTA ..................123

iii


DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ

Hình 1. 1: Dạy học tƣơng tác ................................................................................................................... 17
Hình 1. 2: Hình thức tƣơng tác ảo ........................................................................................................... 24
Hình 1. 3: Phƣơng pháp thể hiện tƣơng tác ảo cho kết quả phù hợp.................................................. 25
Hình 1. 4: Đ c trƣng của dạy học tƣơng tác .......................................................................................... 22
Hình 1. 5: C u trúc và nội dung môn Robot công nghiêp ................................................................... 41
Hình 1. 6: Phƣơng tiện dạy học mang tín hiệu đầu vào ....................................................................... 27

Hình 1. 7: Sơ đồ các thành phần của hệ thống tƣơng tác ảo ................................................................ 29
Hình 1. 8: Lợi ích của tƣơng tác ảo trong dạy và học ........................................................................... 37
Hình 1. 9: Các thiết bị dạy học tƣơng tác ảo .......................................................................................... 31
Hình 1. 10: Phƣơng tiện dạy học tƣơng tác............................................................................................ 31
Hình 1.11: Phƣơng tiện dạy học tƣơng tác ảo mang tín hiệu đầu vào: .............................................. 31
Hình 2. 1: Sơ đồ các bƣớc thiết kế bài giảng tƣơng tác ảo................................................................... 53
Hình 2. 2: Chƣơng trình TTA cánh tay Robot ...................................................................................... 55
Hình 2. 3: Các scene của Unity và kéo tài nguyên vào Scene để sử dụng ........................................ 56
Hình 2. 4: Cách tạo file script mới và gắn vào đối tƣợng..................................................................... 57
Hình 2. 5: Xây dựng chƣơng trình TTA cho học phần Robot công nghiệp ..................................... 57
Hình 2. 6: Dựng mô hình cánh tay Robot 3D........................................................................................ 59
Hình 2. 7: Tổng thể cánh tay Robot ........................................................................................................ 60
Hình 2. 8: Chân đế và trụ xoay tổng thể ................................................................................................. 60
Hình 2. 9: Cánh tay và trục xoay cánh tay.............................................................................................. 60
Hình 2. 10: Cẳng tay và trục khuỷu tay .................................................................................................. 61
Hình 2. 11: Trục xoay khớp cổ tay.......................................................................................................... 61
Hình 2. 12: Cổ tay và trục xoay khớp bàn tay ....................................................................................... 61
Hình 2. 13: Bàn tay và trục xoay khớp bàn tay ..................................................................................... 62
Hình 2. 14: Ngón tay và thanh ray trƣợt ngón tay................................................................................. 62
Hình 2. 15: Chƣơng trình VR cánh tay Robot gắp vật bằng Oclus Go ............................................. 62
Hình 2. 16: Chƣơng trình VR điều khiển trên điện thoại ..................................................................... 63
Hình 2. 17: Quy trình thiết kế giáo án bài giảng tƣơng tác ảo ............................................................. 63
Hình 2. 18: Quy trình tổ chức dạy học tƣơng tác ảo ............................................................................. 83
Hình 2. 19: Phân loại bài giảng tƣơng tác ảo ......................................................................................... 84
Hình 2. 20: Bài giảng tƣơng tác ảo kết hợp............................................................................................ 85
Hình 2. 21: Bài giảng tƣơng tác ảo toàn phần........................................................................................ 85
Hình 2. 22: Xây dựng các tiêu chí tổ chức dạy học tƣơng tác ảo........................................................ 88
Hình 2. 23: Các tiêu chí tổ chức dạy học tƣơng tác ảo ......................................................................... 94
Hình 3. 1: Lớp học thực nghiệm dạy học tƣơng tác ảo ........................................................................ 98

iv


DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 1. 1: Khảo sát về sự biết đến thức tại ảo................................................................................... 44
Biểu đồ 1. 2: Khảo sát SV đánh giá về môn học Robot công nghiệp ................................................ 45
Biểu đồ 1. 3: Khảo sát online sự trải nghiệp VR của SV ..................................................................... 45
Biểu đồ 1. 4: Tần su t giáo viên sử dụng dạy học tƣơng tác ảo trong thực tế ................................... 46
Biểu đồ 3. 1: Kết quả kỳ I năm 2017-2018 của sinh viên lớp đối chứng ........................................100
Biểu đồ 3. 2: Kết quả kỳ I năm 2017-2018 của sinh viên lớp thực nghiệm ....................................100
Biểu đồ 3. 3: So sánh điểm kỳ học gần nh t của sinh viên lớp TN và lớp ĐC ...............................101
Biểu đồ 3. 4: Biểu đồ điểm đầu vào của SV lớp ĐC ..........................................................................101
Biểu đồ 3. 5: Biểu đồ điểm đầu vào của SV lớp TN ..........................................................................101
Biểu đồ 3. 6: Biểu đồ so sánh điểm đầu vào của SV lớp ĐC và lớp TN.........................................102
Biểu đồ 3. 7: Điều kiện tiếp nhận kiến thức tốt nh t ...........................................................................102
Biểu đồ 3. 8: Thông tin sinh viên thƣờng nhớ gì khi xem một chƣơng trình truyền hình.............103
Biểu đồ 3. 9: Thông tin ngoài giờ học sinh viên quan tâm ................................................................103
Biểu đồ 3. 10: Thông tin để học một kỹ năng mới của sinh viên .....................................................104
Biểu đồ 3. 11: Thông tin sinh viên thích giáo viên sử dụng trong giờ học ......................................104
Biểu đồ 3. 12: Thông tin khi sinh viên chơi một trò chơi, sinh viên thích .......................................105
Biểu đồ 3. 13: Biểu đồ tổng hợp điểm các kiểm tra ở lớp ĐC ..........................................................109
Biểu đồ 3. 14: Biểu đồ tổng hợp điểm các bài kiểm tra ở lớp TN ....................................................109
Biểu đồ 3. 15: Biểu đồ so sánh điểm quá trình ở lớp ĐC và TN ... Error! Bookmark not defined.
Biểu đồ 3. 16: Biểu đồ so sánh điểm kết thúc modul ở lớp ĐC và TN............................................110
Biểu đồ 3. 17: Biểu đồ so sánh tổng hợp điểm quá trình và kết thúc modul...................................111
Biểu đồ 3. 18: so sánh sinh viên đạt điểm Xi tại lớp thực TN và ĐC ..............................................111
Biểu đồ 3. 19: Đƣờng tần su t hội tụ tiến sinh viên đạt điểm Xi.......................................................112
Biểu đồ 3. 20: Đƣờng Radar phổ điểm sinh viên đạt điểm Xi ..........................................................112
Biểu đồ 3. 21: Khảo sát ý kiến sinh viên về cảm nhận khi đƣa dạy học tƣơng tác ảo vào lớp

học......................................................................................................................................116
Biểu đồ 3. 22: Khảo sát ý kiến sinh viên tự đánh giá những kỹ năng sẽ đƣợc tăng lên khi
tham gia lớp học tƣơng tác ảo. .......................................................................................117
Biểu đồ 3. 23: Khảo sát ý kiến sinh viên về cách thức đƣa DH TTA vào lớp học ........................119
Biểu đồ 3. 24: Khảo sát đánh giá của sinh viên khi đƣa DH TTA có thể giúp gì cho ...................120
Biểu đồ 3. 25: Xây dựng DH TTA trong quá trình dạy môn Robot công nghiệp .........................121
Biểu đồ 3. 26: Khảo sát hiệu quả sau khi học Robot công nghiệp sử dụng PPDH TTA..............124

v


LOGIC LUẬN ÁN

vi


MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
1.1. Nhu cầu phát triển khoa học công nghệ hiện đại
Ngành Cơ điện tử đƣợc đánh giá là ngành mũi nhọn trong phát triển công
nghiệp của quốc gia. Bên cạnh đó lĩnh vực Cơ điện tử đóng vai trò thiết yếu với
cuộc sống của con ngƣời ở mọi lĩnh vực trong nhiều thế kỷ qua và trong tƣơng lai.
T t cả các thiết bị hay hệ thống từ đơn giản đến phức tạp trong mọi ngành, lĩnh vực
nhƣ dân dụng, công nghiệp, khai khoáng, xây dựng và quốc phòng đều có sự hiện
diện không thể thiếu của ngành Cơ điện tử. Và để phát triển ngành cơ điện tử nhƣ
kỳ vọng hai câu hỏi đƣợc đ t ra cân đƣợc giải quyết đó là:
Một là loại sản phẩm Cơ điện tử nào cần đƣợc phát triển tại Việt Nam để từ đó
chúng ta có thể đi tắt đón đầu công nghệ, không m t thời gian đi vào những sản
phẩm phần cứng mà thế giới đã tiêu chuẩn hóa.
Hai là vai trò của chƣơng trình đào tạo nguồn nhân lực Cơ điện tử đối với sự

phát triển các sản phẩm này.
Nhƣ vậy, Ngành Cơ điện tử là một trong những ngành trở thành then chốt để
phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa Việt Nam trong tƣơng lai. Với vai trò của
ngành cơ điện tử có thể cung c p các sản phẩm thông minh phục vụ nhu cầu của đ t
nƣớc trong các lĩnh vực kinh tế, quân sƣ, truyền thông và đ c biệt trong giáo dục.
Ngoài ra, ngành Cơ điện tử Việt Nam hoàn toàn có thể đáp ứng đƣợc các nhu cầu
về gia công Robot thông minh thế hệ mới nh t xu t khẩu toàn cầu.

1.2. Thực trạng dạy học ngành cơ điện tử tại Việt Nam
Môn học Robot công nghiệp là môn học không thể thiếu trong ngành Cơ điện
tử. Cùng với đ c điểm môn học Robot công nghiệp là môn học tích hợp nhiều kiến
thức cơ khí, công nghệ thông tin, điện tử. Kiến thức môn học Robot công nghiệp
rộng và trừu tƣợng.
Trên thực tế, việc dạy và học của sinh viên hiện nay vẫn còn r t thụ động chủ
yếu là theo phƣơng pháp cũ, giảng viên truyền thụ kiến thức một chiều. Trong thời
đại hiện tại công nghệ dạy học ngày càng phát triển, chính vì thế đối với một môn
học tích hợp nhiều kiến thức phức tạp nhƣ môn Robot công nghiệp thì cần thì cần
một phƣơng pháp dạy học kích thích đƣợc đa giác quan cho ngƣời học.
1


1.3. Tính thời đại của công nghệ dạy học tƣơng tác ảo
Phƣơng pháp dạy học tƣơng tác là phƣơng pháp vận dụng lý luận dạy học
tƣơng tác (bộ ba nguyên lý, bộ ba ứng xử,…) và sử dụng phƣơng tiện dạy học
tƣơng tác, sao cho quá trình dạy học về cơ bản là quá trình học hƣớng làm của
ngƣời học.
Dạy học tƣơng tác đƣợc chia làm 3 loại: không nhập vai, bán nhập vai và nhập
vai.Trên thực tế hiện tại các trƣờng học chủ yếu ứng dụng dạy học tƣơng tác không
nhập vai. Dạy học tƣơng tác bán nhập vai và đ c biệt là dạy học tƣơng tác nhập vai
thì gần nhƣ không có.

Dạy học tƣơng tác không nhập vai hiện tại đang đƣợc sử dụng: chủ yếu bằng
phần mềm tƣơng tác ảo và trình chiếu cho học sinh quan sát để ngƣời học có thể dễ
dàng hình dung thông qua đó nắm bắt kiến thức một cách dễ dàng. Ví dụ nhƣ động
cơ đột trong, ho c động cơ phân kì hay c u tạo và điều khiển cánh tay Robot..v.v.
Có những kiến thức r t khó, nhƣng nếu sử dụng tƣơng tác ảo thì sinh viên có thể
hiểu và nắm bắt một cách dễ dàng.
Dạy học tƣơng tác bán nhập vai là ngƣời học tham gia vào một phần quá trình
dạy học đó, với bài giảng có hệ thống màn hình lớn bao quanh ngƣời dùng để tạo
cảm giác hòa nhập vào môi trƣờng ảo 3D.
Dạy học tƣơng tác nhập vai ngƣời học hoàn toàn hòa nhập vào vào các hoạt
động trong đó, không cảm th y mình là ngƣời quan sát ngoài cuộc. Ngƣời học đƣợc
trải nghiệm nhƣ thật trong môi trƣờng ảo, nhờ các bộ hiển thị chuyên dùng (HDM,
BOOM,…). Với phƣơng pháp dạy học nhập vai thì ngƣời học không chỉ đƣợc quan
sát mà còn có thể nghe, chuyển động, di chuyển và điều khiển đƣợc các hoạt động
của thiết bị, của các kết c u. Ngƣời học không những học mà còn có thể hiểu luôn
đƣợc các c u tạo, các nguyên lý hoạt động ngay trên lớp.
Phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo đƣợc đánh giá là phƣơng pháp dạy học
kích thích đƣợc đa giác quan cho ngƣời học. Giúp ngƣời học hăng say học tập, kích
thích tính tự chủ và sáng tạo, cũng nhƣ vận dụng đƣợc bản ch t của sự vật hiện
tƣợng. Chính vì vậy, dạy học tƣơng tác ảo là một xu hƣớng lựa chọn t t yếu đi cùng
sự phát triển của khoa học công nghệ giáo dục hiện đại.

2


2. Mục đích nghiên cứu
Xây dựng bài giảng theo công nghệ dạy học tƣơng tác ảo nhập vai cho môn
Robot công nghiệp nhằm nâng cao ch t lƣợng dạy học ngành Cơ điện tử, góp phần
phát triển toàn diện năng lực của sinh viên thông qua kích thích đa giác quan.

3. Khách thể, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu
3.1. Khách thể nghiên cứu
Quá trình dạy học tƣơng tác ảo cho các môn học chuyên ngành Cơ điện tử tại
các trƣờng đại học.
3.2. Đối tƣợng nghiên cứu
Thiết kế dạy học theo công nghệ dạy học theo công nghệ dạy học tƣơng tác ảo
học phần Robot công nghiệp của sinh viên hệ đại học trƣờng đại học kỹ thuật công
nghiệp Thái Nguyên
3.3. Phạm vi nghiên cứu
Đề tài nghiên cứu DH TTA cho môn học Robot công nghiệp ngành Cơ điện
tử hệ đại học. Khảo sát thực trạng online SV tại một số trƣờng Đại học tại Hà Nội
và Thái Nguyên về việc áp dụng TTA trong dạy học. Khảo sát sinh viên sau giờ học
TTA của môn Robot công nghiệp tại trƣờng ĐH kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên.

4. Giả thuyết khoa học
Nếu xây dựng đƣợc quy trình DH TTA với yêu cầu cơ sở vật ch t đảm bảo thì
sẽ nâng cao ch t lƣợng đào tạo, phát triển năng lực, kỹ năng cho ngƣời học ngành
Cơ điện tử hệ đại học.

5. Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu
5.1. Xác lập cơ sở lý luận và thực tiễn dạy học tƣơng tác ảo cho sinh viên ngành
Cơ điện tử hệ Đại học
5.2. Đề xu t các tiêu chuẩn và quy trình thiết kế, biện pháp dạy học tƣơng tác ảo
cho môn học Robot công nghiệp
5.3. Kiểm nghiệm, đánh giá tính khả thi và hiệu quả của kết quả việc thiết kế và
tổ chức dạy học tƣơng tác ảo học phần Robot công nghiệp tại Trƣờng Đại học Thái
Nguyên theo quan điểm công nghệ dạy học.
3

6. Phƣơng pháp nghiên cứu
6.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý luận
Phân tích, tổng hợp, hệ thống hóa, khái quát hóa các nguồn tƣ liệu để xây
dựng cơ sở lý thuyết cho đề tài.
Đồng thời nhằm mục đích nhận thức đầy đủ và sâu sắc hơn về các phạm trù có
liên quan đến đề tài, l y đó làm cơ sở lý luận tiến hành nghiên cứu thực trạng.
6.2. Phƣơng pháp nghiên cứu thực tiễn
- Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết.
Phân tích, tổng hợp, đánh giá các công trình nghiên cứu thuộc lĩnh vực dạy học
DH TTA sử dụng kỹ thuật để làm rõ tƣơng tác ảo, c u trúc và bản ch t của dạy học
tƣơng tác ảo, hoàn thiện cơ sở lý luận cho việc vận dụng vào dạy học phần Cơ điện tử.
- Sử dụng các phƣơng pháp thống kê toán học: Thống kê, xử lý và kiểm tra
kết quả đã nghiên cứu.
- Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu thực trạng:
+ Phương pháp điều tra
Đây là một trong những phƣơng pháp chính của đề tài. Dự kiến bao gồm các
bộ câu hỏi điều tra nhƣ:
Phiếu điều tra về các khía cạnh tƣơng tác trong dạy học.
Phiếu điều tra về nhận thức, thái độ của ngƣời dạy và ngƣời học công nghệ
dạy học tƣơng tác ảo cho môn Cơ điện tử.
+ Phương pháp quan sát
Việc quan sát đƣợc tiến hành trên khách thể nghiên cứu thông qua giảng dạy,
dự giờ và làm việc trong lớp học truyền thống và trong môi trƣờng dạy học tƣơng
tác ảo. Các thông tin thu đƣợc từ phƣơng pháp này sẽ sử dụng để bổ sung, chính
xác hóa cho kết quả của phƣơng pháp điều tra.
+ Phương pháp phỏng vấn
Mục đích của sử dụng phƣơng pháp này là thu thập thêm thông tin từ phía
giảng viên, sinh viên, nhà quản lý để có hiểu biết cụ thể và đầy đủ hơn về các nội
dung nghiên cứu.
+ Phương pháp chuyên gia.

4


Đây là phƣơng pháp đƣợc sử dụng để xin ý kiến giải thích các số liệu, các biểu
hiện phức tạp ho c khác thƣờng trong kết quả nghiên cứu. Phƣơng pháp này cũng
hỗ trợ cho mục đích đề xu t giải pháp tăng cƣờng sự tƣơng tác và tiếp cận năng lực
và trong quá trình dạy học tƣơng tác ảo.
+ Phương pháp thực nghiệm
Với cơ sở lý luận đã thu thập đƣợc Luận án sử dụng các công cụ phần mềm hỗ
trợ, các phƣơng pháp kết hợp để nghiên cứu phân tích đƣa ra các kết quả thực tiễn
chuẩn xác.

7. Những đóng góp của Luận án
7.1. Về lý luận
- Tổng quan một cách có hệ thống và góp phần phát triển cơ sở lý luận về
công nghệ dạy học tƣơng tác ảo ngành Cơ điện tử.
- Làm sáng tỏ cơ sở khoa học và thực tiễn, các khái niệm về công nghệ dạy
học tƣơng tác, mối quan hệ biện chứng giữa các yếu tố của công nghệ dạy học
tƣơng tác ảo với mục tiêu nâng cao ch t lƣơng đào tạo ngành Cơ điện tử
- Đề xu t quy trình thiết kế và biện pháp ứng dụng công nghệ dạy học tƣơng
tác ảo cho học phần Robot công nghiệp
- Đề xu t các tiêu chí tổ chức lớp học Robot công nghiệp theo công nghệ dạy
học tƣơng tác ảo
7.2. Về thực tiễn
- Đánh giá đƣợc thực trạng về dạy học tƣơng tác ảo nói chung và dạy học
tƣơng tác ảo cho ngành Cơ điện tử nói riêng.
- Thiết kế và tổ chức lớp học theo công nghệ TTA thực nghiệm cho môn
Robot công nghiệp.
- Kết quả thực nghiệm sƣ phạm cho th y tính khả thi và hiệu quả của quy trình

thiết kế và biện pháp dạy học mà Luận án đã đề xu t.

8. Bố cục của Luận án
Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận án đƣợc c u
trúc gồm 3 chƣơng:
Chƣơng 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn về công nghệ dạy học tƣơng tác ảo
Chƣơng 2: Thiết kế bài giảng học phần Robot công nghiệp theo công nghệ
dạy học tƣơng tác ảo trong đào tạo ngành Cơ điện tử
Chƣơng 3: Thực nghiệm sƣ phạm và đánh giá
Kết luận và khuyến nghị
5


Tài liệu tham khảo
Danh mục các công trình đã công bố của Luận án
Phụ lục

6


CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ
CÔNG NGHỆ DẠY HỌC TƢƠNG TÁC ẢO
1.1. T ng quan nghiên cứu về công nghệ dạy học tƣơng tác ảo
1.1.1 Thế gi i
Con ngƣời không chỉ có nhu cầu sử dụng mà còn có nhu cầu thƣởng ngoạn vẻ
đẹp trên các sản phẩm công nghệ, đ c biệt các nội dung hiển thị không chỉ đƣợc
truyền tải một chiều mà còn có khả năng tƣơng tác qua lại giữa ngƣời tham gia và nội
dung, giữa nội dung và hình thức. Các sản phẩm của công nghệ kỹ thuật số ngày nay
đang hƣớng đến những tiện ích ngày càng cao hơn cho ngƣời sử dụng.Công nghệ
tƣơng tác ảo đã manh nha xu t hiện từ cuối những năm 60 thế kỷ XX và đƣợc biết tới

với nhiều tên gọi nhƣ môi trƣờng ảo, không gian ảo, thực tại nhân tạo. Những công
nghệ này là nền tảng cho sự phát triển của công nghệ tƣơng tác ảo ngày nay [1].
Các khía cạnh quan trọng nh t của VR đƣợc xây dựng bởi các nhà tiên phong đồ
họa máy tính Ivan Sutherland năm 1965 đã mô tả ý tƣởng: Đừng suy nghĩ về điều đó
nhƣ một loại hình công nghệ tích hợp các nội dung đa phƣơng tiện để truyền tải nội
dung thông tin, mà nó còn cho phép ngƣời dùng tƣơng tác với các thành phần nội
dung. VR sử dụng đồ họa máy tính để tạo ra một thế giới nhƣ thật theo không một
màn hình, nghĩ về nó nhƣ một cửa sổ, một cửa sổ thông qua đó có thể nhìn vào thế
giới ảo. Thách thức đối với đồ họa máy tính và làm cho ảo thế giới nhìn thật, âm
thanh thật, di chuyển và phản ứng lại với tƣơng tác trong thời gian thực và thậm chí
cảm th y thật.
Theo ông, nhiệm vụ của VR là mô phỏng một thế giới ảo trong đó một cách
thực tế mà ngƣời dung có đƣợc n tƣợng là ở bên trong một thế giới thực, đƣợc gọi
là đắm chìm.
Công nghệ tƣơng tác ảo là một gian ba chiều, ngƣời tham gia có thể tƣơng tác
với môi trƣờng ảo đó. Hơn nữa, thế giới nhân tạo không tĩnh tại, mà thay đổi theo ý
muốn tƣơng tác của ngƣời sử dụng (nhờ hành động, lời nói...). Điều này xác định một
đ c tính chính của VR, đó là tƣơng tác thời gian thực. Cho đến nay, công nghệ này đã
đƣợc phát triển và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: quân sự, y tế, giải trí, v.v…

7


Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học, công nghệ, các nhà nghiên cứu đã
đƣa ra một số cách tiếp cận mới cho loại hình ứng dụng này, một trong số đó là
công nghệ tƣơng tác ảo với giao diện màn hình ảo. Đây là loại hình công nghệ
thực tế ảo cho phép tạo ra các ứng dụng có chi phí sản xu t hợp lý và đáp ứng
đƣợc hầu hết các nhu cầu của ngƣời sử dụng. Công nghệ tƣơng tác ảo đƣợc xử lý
trên hệ thống máy vi tính, hình ảnh mô phỏng đƣợc hiển thị trên màn hình máy
tính và ngƣời tham gia đƣợc tƣơng tác với nội dung thông qua bàn phím, chuột và

một số các phím chức năng trên bàn phím tùy theo đ c thù ứng dụng tƣơng tác ảo
đƣợc tạo ra. Do đó, công nghệ này đƣợc nhiều nƣớc sử dụng trong việc tạo ra các
ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó có giáo dục và đào tạo [2], [3], [4].
Việc tích hợp các loại hình truyền tải thông tin sẽ có tác dụng nâng cao hiệu
quả thông tin. Vì vậy, các nhà giáo dục trên thế giới đang đẩy mạnh việc tích hợp
công nghệ tƣơng tác ảo vào giảng dạy nhằm nâng cao tính h p dẫn, chủ động tích
cực và sáng tạo của ngƣời học, quản lý các môn học một cách hiệu quả. Theo
thống kê của mạng Cnet, đã có hơn 300 trƣờng đại học và hơn 4.200 nhà giáo
trên thế giới ứng dụng công nghệ tƣơng tác ảo, mô phỏng các hoạt động học
thuật nhƣ thật. Thí dụ nhƣ: các buổi xử án ảo dành cho sinh viên Luật, đại
học Harvard, các buổi thảo luận chuyên đề văn hóa, lịch sử ở Đại học Princeton,
các bài giảng âm nhạc và nghệ thuật qua tƣơng tác ảo ở Đại học Ohio… đã đạt
hiệu quả r t cao. Đại học Aizona Mỹ đã ứng dụng công nghệ tƣơng tác ảo để tái
hiện lại hình ảnh vở Harlem nổi tiếng vào năm 1920 trong không gian ảo, giúp
ngƣời học hiểu đƣợc rõ về giá trị văn hóa lịch sử trong những thời kỳ trƣớc theo
một cách nhìn trực quan và chân thực hơn [5].
Tiến sĩ Bryan Carter, Trƣờng Đại học Arizona cho rằng: “Việc sử dụng công
nghệ tƣơng tác ảo giúp cho sinh viên có nhiều cảm hứng hơn trong quá trình học” [6].
Hiện nay, trên thế giới để nâng cao hiệu quả dạy học đã tích hợp các nội dung đa
phƣơng tiện có tính tƣơng tác nhƣ công nghệ tƣơng tác ảo đang là một xu thế trong
chƣơng trình học. Các nội dung đƣợc tích hợp với nhau từ hình ảnh đến âm thanh và có
khả năng tƣơng tác sẽ góp phần nâng cao khả năng truyền tải thông tin một cách hữu
hiệu đến ngƣời học, đ c biệt một số thông tin mang tính ch t đ c thù kỹ thuật trừu
tƣợng. Với phƣơng pháp này ngƣời học sẽ tiếp nhận đƣợc kiến thức không chỉ bằng thị
8


giác mà còn đƣợc thông qua các giác quan khác, giúp cho ngƣời học trở nên chủ động
và năng động hơn trong việc học của mình. Loại hình tích hợp này làm thay đổi cách
truyền đạt và tiếp thu kiến thức, tạo khả năng cuốn hút, hứng thú cho ngƣời học, giờ

học trở nên sinh động, hiệu quả giáo dục, đào tạo tăng lên rõ rệt [7].
Lĩnh vực y tế là một trong những lĩnh vực tiên phong trong việc ứng dụng
công nghệ tƣơng tác ảo vào đào tạo. Trong đào tạo thực hành bác sĩ chuyên khoa
trƣớc đậy chủ yếu sử dụng các mẫu vật thật về con ngƣời. Phƣơng pháp này bộc lộ
nhiều hạn chế trong sự truyền đạt giữa ngƣời dạy và ngƣời học, ngƣời học với mẫu
vật. Nhƣ việc học về chuyển động của tĩnh mạch qua các đoạn video cũng hết sức
hạn chế để ngƣời học hình dung đƣợc toàn diện v n đề. Chính vì vậy, nhóm tác giả
Trƣờng Đại học Southern Queensland về ứng dụng của công nghệ tƣơng tác ảo
trong đào tạo sinh viên y khoa cho th y rằng, việc truyền tải kiến thức bằng ngôn
ngữ hình ảnh tƣơng tác ảo với việc mô tả sinh động, nhƣ thật các bộ phận cơ thể
con ngƣời, cùng với sự kết hợp đan xen giữa các nội dung hình ảnh tĩnh và động,
ngƣời tham gia có thể tƣơng tác trực tiếp với nội dung và các bộ phận cơ thể ngƣời
nhƣ thật đã đem lại hiệu quả cao trong việc tiếp thu kiến thức [8].
Trong giáo dục, đào tạo, một trong những yêu cầu đ t ra là làm sao để ngƣời
học có thể trải nghiệm thực tiễn các kiến thức đƣợc nhiều hơn thông qua việc sử
dụng ngôn ngữ hình ảnh. Một dự án của Công ty phát triển các ứng dụng tƣơng tác
ảo trong giáo dục, đào tạo Unimersiv đã phát triển thành công một ứng dụng đào tạo
trong lĩnh vực y khoa có tên Molecule hỗ trợ trong việc dạy và học [9]. Đây là một ứng
dụng giới thiệu về những khái niệm cơ bản về sự truyền tải thông tin và các tín hiệu
trong mạch máu. Nội dung đƣợc thể hiện bằng hình ảnh 3D và tích hợp tính năng
tƣơng tác đa phƣơng tiện, ngƣời học không chỉ đƣợc quan sát để cảm nhận mà còn
đƣợc tƣơng tác với chính các hình ảnh theo ý muốn của bản thân. Đó chính là trải
nghiệm đem lại sự th u đáo mà nếu đơn thuần chỉ dừng lại ở việc quan sát xem thôi sẽ
không đủ. Đồng thời, nó cũng phát huy đƣợc tính tích cực, chủ động, sáng tạo của
ngƣời học, khai thác nhiều giác quan của ngƣời học để lĩnh hội tri thức [10].
Ông Michabrbel Bodekaer, sáng lập của Labster đã trình bày phòng nghiên cứu
tƣơng tác ảo về hóa học tại Hội thảo toàn cầu mang tên TED do Công ty Sapling
Foudation tổ chức, Phòng thí nghiệm này đƣợc mô phỏng nhƣ một phòng thí nghiệm
9

thật thông qua đồ họa 3D. Điểm nổi bật ở dự án này không chỉ là xây dựng không
gian phòng thí nghiệm ảo, mà những ngƣời tham gia có thể trực tiếp thao tác, tạo ra
các chuỗi phản ứng hóa học qua các hình ảnh phản ứng để quan sát. Nếu nhƣ trƣớc
đây, các phòng thí nghiệm chỉ đƣợc thực hiện trong môi trƣờng thật với nhiều rủi ro
và chi phí tốn kém, thì với công nghệ tƣơng tác ảo, đã giúp việc thực hiện công việc
này một cách an toàn và thuận lợi hơn r t nhiều với chi phí hợp lý [11].
Công nghệ tƣơng tác ảo còn đƣợc ứng dụng trong đào tạo cán bộ lãnh đạo,
quản lý, những nhà quản lý doanh nghiệp ở các c p, thông qua mô phỏng môi
trƣờng, tình huống, v n đề nhƣ ngoài thực tế, để ngƣời học có thể tƣơng tác, xử lý
thông tin, ra quyết định nhƣ trong môi trƣờng thật và thời gian thật [12].
VR giúp trình bày dữ liệu phức tạp theo cách trực quan, dễ tiếp cận. Sinh viên có
thể tƣơng tác với các đối tƣợng trong môi trƣờng ảo để khám phá sâu hơn về chúng,
điều này giúp ngƣời học vừa cảm th y dễ hiểu bài và ghi nhớ sâu hơn. Chẳng hạn,
với môn thiên văn học, sinh viên có thể tìm hiểu hệ m t trời bằng cách quan sát tiến
trình hoạt động của các ngôi sao trong không gian ba chiều tƣơng tác vật lý nhƣ “di
chuyển” các hành tinh trong vũ trụ ảo. VR cũng thực sự hữu ích cho những môn học có
tính trình diễn cao nhƣ: xây dựng, kiến trúc, du lịch, sinh học hay những môn cần tái
hiện lại hình ảnh trong quá khứ nhƣ môn lịch sử [13] [14].
Bên cạnh đó, VR đƣợc ứng dụng r t hiệu quả trong việc mô phỏng các tình
huống nguy hiểm ho c rủi ro trong một môi trƣờng có kiểm soát. Trong hu n
luyện quân sự, VR giúp đào tạo các tân binh tiếp xúc với các công cụ bảo vệ và vũ
trang an toàn hơn ho c trải nghiệm qua các môi trƣờng chiến đ u khác nhau. Năm
2011, Học viện hu n luyện nhảy dù (căn cứ không quân Hoàng gia RAF Brize
Norton, Anh) đã sử dụng thiết bị “virtual plunge” giúp học viên tập luyện các tình
huống khẩn c p nhƣng không sợ g p phải nguy hiểm nhƣ trong thực tế. Học viên sẽ
m c áo bảo hộ, đeo kính VR và đƣợc treo lơ lửng trong thiết bị khi tiến hành tập
luyện. Hay trong y học, VR đƣợc sử dụng để phát triển các mô phỏng phẫu thuật
hay hình ảnh ba chiều của cơ thể con ngƣời có cơ chế phản hồi thông tin nhƣ một
cơ thể sống, giúp học viên có thể tiến hành một ca phẫu thuật ảo giống nhƣ một ca

mổ thực. Điều này giúp ngƣời học tự tin hơn so với việc thực hành trên bệnh nhân
thật vì có thể tránh đƣợc tổn thƣơng nếu có sơ su t xảy ra [15].
10


Một lợi ích khác của VR là thúc đẩy mô hình đào tạo từ xa, một phƣơng thức
giáo dục hiện đại đang đƣợc nhiều nơi chú trọng phát triển do khắc phục hạn chế
về ngăn cách địa lý và giảm đƣợc một lƣợng lớn chi phí do đi lại. Với VR, chỉ cần
ngồi tại nhà và đeo kính VR, Sinh viên sẽ có cảm giác nhƣ đang ngồi ngay tại lớp
học, nghe giảng và tƣơng tác thời gian thực với giáo viên. Ở một hình thức khác, cả
lớp học sẽ đƣợc ngồi nghe giảng bởi một chuyên gia từ xa thông qua công nghệ ảnh
ảo Hologram - công nghệ độc đáo cho phép tạo ra một ảnh 3 chiều trong không khí
mà không cần đến màn hình máy chiếu hay b t cứ loại kính đeo chuyên dụng
nào. Tuy nhiên, hình thức này hiện nay khá tốn kém và đòi hỏi cao về kỹ thuật nên
chƣa đƣợc áp dụng nhiều [16] [17].
Cho đến nay, công nghệ này đã đƣợc phát triển và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực:
quân sự, y tế, giải trí, v.v… Với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học, công nghệ, các
nhà nghiên cứu đã đƣa ra một số cách tiếp cận mới cho loại hình ứng dụng này, một
trong số đó là công nghệ tƣơng tác ảo. Đây là loại hình công nghệ thực tế ảo cho phép
tạo ra các ứng dụng có chi phí sản xu t hợp lý và đáp ứng đƣợc hầu hết các nhu cầu
của ngƣời sử dụng. Công nghệ tƣơng tác ảo đƣợc xử lý trên hệ thống máy vi tính, hình
ảnh mô phỏng đƣợc hiển thị trên màn hình máy tính và ngƣời tham gia đƣợc tƣơng tác
với nội dung thông qua bàn phím, chuột và một số các phím chức năng trên bàn phím
tùy theo đ c thù ứng dụng tƣơng tác ảo đƣợc tạo ra. Do đó, công nghệ này đƣợc nhiều
nƣớc sử dụng trong việc tạo ra các ứng dụng trong nhiều lĩnh vực, trong đó có giáo dục
và đào tạo.
1.1.2 Việt N
Ở Việt Nam, một số nghiên cứu khoa học gần đây nghiên cứu về thế mạnh của
dạy học TTA trong dạy học, cụ thể:
Tác giả Lê Huy Hoàng đã nghiên cứu thực hành ảo - ứng dụng trong dạy học kỹ

thuật công nghiệp lớp 12 trung học phổ thông. Trong luận án này tác giả Lê Huy Hoàng
đã phân tích khá rõ và chi tiết các mức độ tƣơng tác ảo trong dạy học thực hành [18].
Tác giả Nguyễn Văn Huân đã nghiên cứu mô phỏng tóc ứng dụng trong tƣơng
tác ảo, đã viết chƣơng trình mô phỏng tóc 2D và da đầu dạng 3D [19]. Quan luận án có
thể th y đƣợc với chƣơng trình mô phỏng tóc 2D và da đầu 3D để có cái nhìn rõ ràng

11


và trực quan trong nghiên cứu ứng dụng công nghệ tƣơng tác ảo trong dữ liệu phân tích
sinh học thực tế.
Tác giả Nguyễn Thế Dũng có đƣa ra nghiên cứu Dạy học tƣơng tác theo tiếp cận
năng lực trong B-learning cho sinh viên sƣ phạm kỹ thuật tin. Trong Luận án của tác
giả Nguyễn Thế Dũng đã đƣa ra khá nhiều lý luận hay về dạy học tƣơng tác qua mạng
trong đó đƣa ra đƣợc các quy trình xây dựng và triển khai lớp học B- learning [20].
Tác giả Trần Kim Tuyền đã đƣa ra những khái quát về dạy học vẽ kỹ thuật dựa
và công nghệ tƣơng tác ảo ở trƣờng cao đẳng, đã chỉ ra một số khái niệm và ứng dụng
TTA trong dạy học và đƣa ra đƣợc một số giáo án mẫu về dạy học vẽ kỹ thuật sử dụng
công nghệ dạy học tƣơng tác ảo. Tuy nhiên DH TTA trong Luận án này mới dừng lại ở
tƣơng tác ảo không nhập vai dƣới dạng mô phỏng một chƣơng trình 3D cho môn học
vẽ kỹ thuật [21].
Công nghệ tƣơng tác ảo cũng đã bắt đầu đƣợc một số cơ sở đào tạo triển khai ứng
dụng. Điển hình là hệ thống mô phỏng hu n luyện bắn súng bộ binh (trƣờng bắn ảo) do
Viện Công nghệ Mô phỏng - Học viện Kỹ thuật Quân sự nghiên cứu, thiết kế, chế tạo.
Hệ thống đƣợc sử dụng để hu n luyện bắn và bắn kiểm tra súng bộ binh dựa trên công
nghệ mô phỏng nhằm tăng cƣờng kỹ năng ngắm bắn cho bộ đội trƣớc khi thực hiện
bắn đạn thật trên thao trƣờng. Hệ thống mô phỏng các đối tƣợng mục tiêu, thực địa
trong môi trƣờng 3D, mô phỏng âm thanh, hình ảnh quá trình tƣơng tác thực - ảo, mô
phỏng hiện tƣợng giật của súng nhƣ khi bắn đạn thật. Bên cạnh việc tránh đƣợc những
rủi ro, hệ thống này giúp giảm thời gian và chi phí hu n luyện trên công cụ bảo vệ và

vũ trang thật. Đồng thời việc hu n luyện thực hành không phụ thuộc vào thao trƣờng
và thời tiết, chỉ cần bố trí một phòng có kích thƣớc 8m x 9m thay vì phải có thao
trƣờng với không gian có đủ khoảng cách tối thiểu 100m từ ngƣời bắn đến mục tiêu
thật trên thực địa. Hiện nay, hệ thống Trƣờng bắn ảo đã đƣợc triển khai trên 60 trung
tâm, phục vụ hu n luyện cho bộ đội chủ lực, dân quân tự vệ và cả đối tƣợng học sinh,
sinh viên và công chức nhà nƣớc trong chƣơng trình giáo dục Quốc phòng toàn dân.
Trong lĩnh vực y học, Khoa Y - Trƣờng Đại học Duy Tân, Đà Nẵng đã áp dụng công
nghệ TTA để mô phỏng cơ thể ảo phục vụ công tác giảng dạy, học tập, nghiên cứu cho Bộ
môn Giải phẫu. Mô hình mô phỏng các bộ phận chính của cơ thể con ngƣời nhƣ hệ xƣơng,
hệ cơ, hệ thần kinh, hệ tiêu hoá. Thông qua mô hình và hệ thống phần cứng điều khiển,
12