Dạy học học phần điều khiển logic khả trình theo lý thuyết điều khiển trong đào tạo cao đẳng kỹ thuật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
-------------- ---------------

HÀ NGỌC NINH

DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH
THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TRONG ĐÀO TẠO
CAO ĐẲNG KỸ THUẬT

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Hà Nội -2020


BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI
----------------    ----------------

HÀ NGỌC NINH

DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH
THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TRONG ĐÀO TẠO
CAO ĐẲNG KỸ THUẬT
Chuyên ngành: LL và PPDH bộ môn Kỹ thuật công nghiệp
Mã số: 9.14.01.11

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

Người hướng dẫn khoa học:

1. PGS.TS Đặng Văn Nghĩa
2. TS. Trần Đức Vượng

Hà Nội - 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu khoa học này là của tác giả. Số liệu
và trích dẫn trong công trình là trung thực. Kết quả nghiên cứu là khách quan,
không trùng với bất kỳ công trình nào đã được công bố trước đó. Tác giả hoàn toàn
chịu trách nhiệm về tính xác thực của luận án.
Hà Nội, ngày tháng năm 2020
Tác giả

Hà Ngọc Ninh

LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin được tỏ lòng cảm ơn chân thành tới PGS.TS Đặng Văn Nghĩa,
TS. Trần Đức Vượng đã hết lòng dìu dắt, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho
tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án.
Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Sau đại học, Bộ
môn Phương pháp dạy học, Khoa Sư phạm Kỹ thuật Trường Đại học Sư phạm
Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập
và hoàn thành luận án.
Tác giả xin cảm ơn Ban Giám Hiệu trường Cao đẳng kỹ thuật Đồng
Nai, các đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi về công việc, thời gian và
luôn động viên để tác giả hoàn thành luận án này.
Tác giả xin cảm ơn các chuyên gia, các thầy cô giáo, các em sinh viên
đã nhiệt tình giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận án.

Tác giả xin chân thành cảm ơn gia đình, người thân đã luôn động viên,
khuyến khích và giúp đỡ về mọi mặt để tác giả hoàn thành luận án.
Hà Nội, tháng năm 2020
Nghiên cứu sinh

Hà Ngọc Ninh
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Viết tắt là
ĐC
ĐTB
GV
LTĐK
NL
NXB
PLC
PPDH
PTDH
SV
TN

Viết đầy đủ là
Đối chứng
Điểm trung bình
Giảng viên
Lý thuyết điều khiển
Năng lực
Nhà xuất bản
Programmable Logic Control: Thiết
bị điều khiển logic khả trình

Phương pháp dạy học
Phương tiện dạy học
Sinh viên
Thực nghiệm


MỤC LỤC
Trang
PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang


DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ
Trang

DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang


7

MỞ ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
1.1. Quan điểm đổi mới giáo dục và đào tạo ở nước ta
Sự phát triển của xã hội đã đặt giáo dục và đào tạo trước nhiều cơ hội
và thách thức; trong đó, mục tiêu phát triển năng lực (NL) người học nhằm
nâng cao chất lượng đào tạo để đáp ứng nhu cầu của xã hội là một trong
những yếu tố được quan tâm hàng đầu.
Nghị quyết số 29-NQ/TW ngày 04/11/2013 của Hội nghị Trung ương 8

khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo chỉ rõ mục tiêu cụ
thể đối với giáo dục nghề nghiệp là: “…Đối với giáo dục nghề nghiệp, tập
trung đào tạo nhân lực có kiến thức, kỹ năng và trách nhiệm nghề nghiệp.
Hình thành hệ thống giáo dục nghề nghiệp với nhiều phương thức và trình độ
đào tạo kỹ năng nghề nghiệp theo hướng ứng dụng, thực hành, bảo đảm đáp
ứng nhu cầu nhân lực kỹ thuật công nghệ của thị trường lao động trong nước
và quốc tế…” [27]. Luật giáo dục và luật giáo dục nghề nghiệp [34], [35],
yêu cầu năng lực cần đạt được [41] có thể thấy rằng, mục tiêu đào tạo ở các
trường đại học, cao đẳng không chỉ mang lại cho SV kiến thức và kỹ năng
nghề nghiệp mà quan trọng cần phải bổ sung, tiếp cận nhiều phương thức đào
tạo mới nhằm đáp ứng nhu cầu đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật cho thị
trường lao động trong nước và quốc tế. Để thực hiện được mục tiêu đó, cần
phải đổi mới đồng bộ từ mục tiêu dạy học, nội dung dạy học, phương pháp và
phương tiện dạy học đến phương pháp kiểm tra, đánh giá. Do đó đổi mới
phương pháp dạy học theo hướng phát triển NL của SV phù hợp với thực tế
giáo dục và sự phát triển của khoa học công nghệ trong giai đoạn hiện nay.
1.2. Phát huy tính tích cực, chủ động của người học
Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, khối lượng kiến thức
tăng từng ngày, khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo là nền tảng thúc đẩy


8

phát triển nhanh và bền vững thành phần kinh tế, trong đó có giáo dục thì
quan điểm người dạy là trung tâm không còn phù hợp và hạn chế sự chủ
động, sáng tạo của người học. Do đó giáo dục cần phải phát huy tính chủ
động, tích cực, sáng tạo của người học. Đặc biệt trong đào tạo các ngành kỹ
thuật những kiến thức luôn gắn liền với thực tiễn đòi hỏi người học tự học,
chủ động tiếp thu kiến thức, làm chủ tri thức và linh hoạt trong vận dụng kiến
thức vào thực tiễn. Để người học có được NL đó thì dạy học theo lý thuyết

điều khiển giúp người học chủ động giải quyết vấn đề để lĩnh hội kiến thức,
được điều chỉnh và định hướng để luôn luôn tiếp cận mục tiêu qua đó giúp
người học nhanh chóng hình thành và phát triển NL.
1.3. Lý thuyết điều khiển đối với đổi mới phương pháp
dạy học trong dạy học
Lý thuyết điều khiển (LTĐK) là thành tựu của cuộc cách mạng khoa
học kỹ thuật được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khác nhau và đã đem
lại hiệu quả tích cực. Các hệ thống điều khiển trong nhiều lĩnh vực đều đòi
hỏi sự thích nghi với điều kiện hoạt động và sự thay đổi môi trường.
Thực trạng dạy học học phần Điều khiển logic khả trình cho SV ngành
kỹ thuật tại một số trường cao đẳng và đại học cho thấy chất lượng đào tạo SV
trình độ cao đẳng hiện nay đã có những thay đổi tích cực hướng đến việc phát
triển NL của SV. Tuy nhiên, vẫn còn một số bất cập như phương pháp dạy học
chậm đổi mới, ứng dụng công nghệ thông tin còn hạn chế cho nên việc
nghiên cứu lý luận và thực tiễn để nâng cao chất lượng đào tạo là cần thiết.
Trong dạy học, nếu coi quá trình dạy học như một hệ thống có điều
khiển và phản hồi để kết quả luôn đạt mục tiêu phát triển NL cho người học
thì dạy học theo LTĐK hoàn toàn phù hợp về mặt cấu trúc, khả thi trong
triển khai do có sự tương đồng của thành tố trong quá trình dạy học với các
thành phần của một hệ thống điều khiển.


9

1.4. Nâng cao hiệu quả ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học
Ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học sẽ làm thay đổi vai trò của
người dạy và người học, cách thức dạy tiếp cận của người học tạo ra sự thay
đổi trong tiến trình dạy học hướng đến phát huy tính chủ động sáng tạo cho
người học.
Trong dạy học học phần Điều khiển logic khả trình, nội hàm của học

phần đã mang tính công nghệ và ứng dụng công nghệ thông tin cao như việc sử
dụng các phần mềm chuyên ngành, truyền thông giữa các đối tượng nghiên cứu
của học phần do đó ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học là tất yếu.
Từ các lý do trên, tác giả chọn đề tài “Dạy học học phần Điều
khiển logic khả trình theo lý thuyết điều khiển trong đào tạo cao đẳng kỹ
thuật” để nghiên cứu và vận dụng vào thực tiễn.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu, phát triển cơ sở lý luận và thực tiễn dạy học theo LTĐK.
Trên cơ sở đó đề xuất tổ chức dạy học học phần Điều khiển logic khả trình
theo LTĐK trong đào tạo cao đẳng kỹ thuật.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn dạy học theo LTĐK.
- Xây dựng tiến trình dạy học theo LTĐK và vận dụng vào dạy học học
phần Điều khiển logic khả trình cho SV cao đẳng ngành Điện, điện tử.
- Thiết kế bộ công cụ thu nhận thông tin phản hồi bằng phần mềm trắc
nghiệm trong dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo LTĐK.
- Kiểm nghiệm, đánh giá tính khả thi và hiệu quả của tiến trình dạy học
dạy học đã đề xuất.
4. Khách thể, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
4.1. Khách thể nghiên cứu
Quá trình dạy học SV cao đẳng ngành Điện, điện tử.


10

4.2. Đối tượng nghiên cứu
LTĐK trong kỹ thuật, dạy học theo LTĐK và các biện pháp tác động
vào quá trình dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo LTĐK cho SV
cao đẳng ngành Điện, điện tử.
4.3. Phạm vi nghiên cứu

- Nghiên cứu Lý thuyết điều khiển và vận dụng vào dạy học kĩ thuật
cho sinh viên cao đẳng kĩ thuật.
- Khảo sát thực trạng tại một số trường cao đẳng kĩ thuật khu vực phía Nam
Việt Nam: Khảo sát GV, SV và cán bộ quản lý về thực trạng dạy học học phần
Điều khiển logic khả trình; thời gian từ tháng 10 đến tháng 12 năm 2017.
- Kiểm nghiệm sư phạm tại một số trường Đại học và Cao đẳng kĩ
thuật: Dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo LTĐK cho SV; thời
gian từ tháng 2 đến tháng 12 năm 2018.
5. Giả thuyết khoa học
Nếu thiết kế được tiến trình dạy học học phần Điều khiển logic khả
trình theo Lý thuyết điều khiển trên cơ sở thu nhận và xử lý thông tin phản
hồi từ sinh viên để đánh giá kết quả học tập của họ sẽ giúp giảng viên và sinh
viên điều chỉnh quá trình dạy và học để đạt được mục tiêu dạy học, qua đó
nâng cao chất lượng dạy học.
6. Phương pháp nghiên cứu
6.1. Nhóm phương pháp nghiên cứu lý luận (Phân tích, tổng hợp, khái quát hóa)
Sử dụng để phân tích, tổng hợp các tài liệu trên thế giới và ở Việt Nam
về dạy học theo LTĐK, bình luận và đưa ra kết luận của tác giả, từ đó xây
dựng cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học theo LTĐK và các biện pháp dạy
học học phần Điều khiển logic khả trình trong đào tạo Cao đẳng kỹ thuật.
6.2. Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn
- Phương pháp điều tra bằng bảng hỏi: Nghiên cứu thực trạng dạy học
học phần Điều khiển logic khả trình: Xây dựng các câu để khảo sát, đánh giá


11

việc thiết kế, tổ chức, đánh giá và những khó khăn trong dạy học từ đó phân
tích làm cơ sở để đề xuất dạy học theo LTĐK cho SV cao đẳng kỹ thuật.
- Phương pháp quan sát: Quan sát các hoạt động của GV, hoạt động

của SV trong các giờ lên lớp để đưa ra nhận xét định tính về tác động sư
phạm đối với SV.
- Phương pháp chuyên gia: Xin ý kiến các chuyên gia về nội dung đề
xuất dạy học học phần điều khiển logic khả trình theo LTĐK gồm: Tiến trình
dạy học và ví dụ minh họa. Đánh giá tính khả thi và hiệu quả của biện pháp
đề xuất. Số lượng chuyên gia cụ thể gồm: 18 chuyên gia về phương pháp dạy
học, 17 chuyên gia về dạy học học phần điều khiển logic khả trình.
- Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tiến hành thực nghiệm dạy học
học phần Điều khiển logic khả trình theo LTĐK cho SV cao đẳng năm thứ ba
để kiểm nghiệm tính khả thi, tính đúng đắn của đề tài.
6.3. Nhóm phương pháp thống kê toán học
Sử dụng toán thống kê để tổng hợp, phân tích kết quả, tính toán các tham
số đặc trưng của thực nghiệm sư phạm so sánh kết quả thực nghiệm và đối
chứng. Phần mềm sử dụng để thống kê toán học: Microsoft Excel và SPSS.
7. Đóng góp mới của luận án
7.1.Về lý luận
- Phát triển được cơ sở lý luận dạy học kỹ thuật theo LTĐK.
- Đề xuất mô hình và nguyên tắc dạy học theo LTĐK
- Xây dựng tiến trình dạy học theo LTĐK trong trong đào tạo cao đẳng
kỹ thuật.
7.2.Về thực tiễn
- Khảo sát, đánh giá thực trạng dạy học học phần Điều khiển logic khả trình
cho SV cao đẳng kỹ thuật theo định hướng nghiên cứu của đề tài.


12

- Xây dựng được bộ công cụ thu nhận thông tin phản hồi trong dạy học
học phần Điều khiển logic khả trình bằng phần mềm trắc nghiệm.
- Đề xuất được một số biện pháp vận dụng LTĐK vào dạy học học

phần Điều khiển logic khả trình (PLC) cho sinh viên cao đẳng kỹ thuật.
- Vận dụng tiến trình dạy học theo LTĐK thiết kế được các bài dạy cụ thể
trong dạy học học phần Điều khiển logic khả trình cho SV cao đẳng kỹ thuật.
- Kết quả thực nghiệm sư phạm và đánh giá của chuyên gia đã khẳng định
tính cần thiết và hiệu quả của biện pháp đã đề xuất.
8. Cấu trúc của luận án
Ngoài phần mở đầu, kết luận và phụ lục, luận án gồm ba chương:
Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học theo lý thuyết điều
khiển.
Chương 2: Biện pháp dạy học học phần Điều khiển logic Khả trình
(PLC) theo lý thuyết điều khiển
Chương 3: Kiểm nghiệm và đánh giá
CHƯƠNG 1
CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ
DẠY HỌC THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN
1.1. TỔNG QUAN LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VẤN ĐỀ
1.1.1. Tình hình nghiên cứu ở nước ngoài
1.1.1.1. Những nghiên cứu về lý thuyết điều khiển cổ điển trong kỹ
thuật
Trải qua lịch sử, con người luôn cố gắng thích nghi với các điều
kiện xã hội khác nhau, dùng tư duy của mình để điều khiển th ế gi ới
khách quan theo cách có lợi nhất cho mình và quá trình phát triển c ứ th ế


13

tiếp diễn trong nhiều giai đoạn lịch sử kế tiếp. Đến n ửa cuối th ế k ỷ XVII
trong thời kỳ đầu của cuộc cách mạng kỹ thuật lần th ứ nh ất đã bắt đ ầu
xuất hiện những phát minh ứng dụng đầu tiên của công nghệ đi ều
khiển tự động như: van an toàn cho hệ thống khí hơi, điều khiển tốc độ

cối xay gió... Phát minh quan trọng nhất cho đến nay đ ược coi là n ền
móng, động lực cho nghiên cứu Lý thuyết điều khiển (LTĐK) sau này là
phát minh của James Watt vào năm 1769 về điều khiển tốc độ tuabin
hơi nước dựa trên lực quay ly tâm của quả nặng hay còn đ ược g ọi là máy
điều tốc ly tâm. Năm 1868, J.C. Maxwell là người đã thi ết l ập m ột lý
thuyết toán học liên quan tới LTĐK, sử dụng mô hình phương trình vi
phân để giải thích các vấn đề về tính thiếu ổn định mà thiết bị điều t ốc
của James Watt gặp phải. Năm 1874, Edward Jonh Routh đã đ ưa ra “Tiêu
chuẩn ổn định của hệ bậc năm”. Lyapunov đã mở rộng công vi ệc c ủa
Routh cho hệ phi tuyến trong luận án tiến sỹ khoa học của mình vào
năm 1892 với tựa đề "Vấn đề tổng quan về ổn định của chuy ển động".
Các biến đổi toán học cơ sở để phát triển lý thuyết điều khiển đã đ ược
Laplace (1749 - 1827) và Fourier (1758 - 1830) phát tri ển. [25] Cuối
những năm 1920 đầu năm 1930, H. W. Bode và H. Nyquist làm vi ệc t ại
phòng thí nghi ệm đi ện tho ại Bell đã nghiên c ứu công trình v ề thi ết k ế
bộ khuếch đại phản hồi dựa trên đáp ứng t ần s ố và ng ược l ại b ằng
toán học biến số ph ức, công trình miêu t ả cách xác đ ịnh tính ổn đ ịnh
của hệ thống sử dụng ph ương pháp mi ền t ần s ố. Ph ương pháp này
sau được mở rộng để cho ra đ ời nh ững ph ương pháp thi ết k ế h ệ
thống điều khiển mà ngày nay v ẫn đ ược s ử d ụng r ộng rãi. Năm 1948,
Walter R. Evans một kỹ sư làm trong ngành hàng không, phát tri ển kỹ
thuật đồ thị để vẽ quỹ đạo nghiệm của ph ương trình đ ặc tr ưng c ủa h ệ


14

thống có phản hồi. Đây thực sự là đóng góp r ất quan tr ọng trong quá
trình phát triển của LTĐK tự động. Khoảng thời gian từ năm 1960 đ ến
nay là thời kỳ phát triển mạnh mẽ của lý thuy ết đi ều khi ển nâng cao
như: điều khiển tối ưu, thích nghi, bền v ững, trí tu ệ nhân t ạo, logic m ờ,

… Chúng được ứng dụng vào các hệ th ống đi ều khi ển hi ện đ ại và giúp
cho các hệ thống tự động ngày càng ổn đ ịnh và thông minh h ơn [25],
[28].
Từ các nghiên cứu về lý LTĐK cho thấy LTĐK kinh đi ển chính là
nền tảng cơ bản của điều khiển hiện đại để thi ết k ế các h ệ th ống đ ơn
giản nhưng rất hiệu quả được ứng dụng rộng rãi trong nhi ều lĩnh v ực
hiện nay.
1.1.1.2. Những nghiên cứu về lý thuy ết đi ều khi ển hi ện đ ại
Bắt đầu những năm 1980, các bộ điều khiển đã từng bước s ử
dụng máy tính số để tính toán các tham s ố cho b ộ đi ều khi ển. Sau đó
việc ứng dụng máy tính trong đi ều khi ển phát tri ển m ạnh mẽ cho phép
xử lý khối lượng thông tin lớn và chính xác trong th ời gian ng ắn. Cho
đến ngày nay, máy tính không thể thiếu trong các h ệ đi ều khi ển .
Trong các hệ thống điều khiển thì điều khiển có phản hồi là hệ
thống ứng dụng phổ biến nhất trong tất cả các lĩnh v ực: công nghiệp,
năng lượng, nông nghiệp, giao thông, an ninh quân sự … Ngay cả trong
quản lý xã hội, kinh tế, sản xuất, hệ thống điều khiển vẫn có những ứng
dụng nhất định.
Các nghiên cứu [76], [78] cho rằng: Mặc dù giữ vai trò lịch sử quan
trọng của thời đại, điều khiển học lại không thật giống như một môn


15

khoa học độc lập. Từ điều khiển học đã nhanh chóng, liên tục hình thành
các ngành khoa học mới như khoa học máy tính, lý thuy ết thông tin, trí
tuệ nhân tạo, khoa học nhận thức, hệ thống phức tạp, khoa học thiết kế
mô hình và mô phỏng máy tính, những hệ th ống năng động, cu ộc s ống
nhân tạo... nên các chuyên gia điều khiển cũng nghiên cứu theo nhiều
ngành khoa học khác nhau.

Nghiên cứu về LTĐK hiện đại, nhiều tác giả đã đi sâu nghiên cứu về
thu nhận và xử lý thông tin phản hồi để điều khiển đối tượng điều khiển theo
yêu cầu: Gene F. Franklin, J. David Powell, Abbas Emami-Naeini [59], [64],
Tác giả John Doyle, Bruce Francis, Allen Tannenbaum đã đi sâu nghiên
cứu thông tin phản hồi trong lý thuyết điều khiển [62].
Từ các nghiên cứu về LTĐK cổ điển và hiện đại cho thấy phạm vi
của LTĐK không hạn chế trong một ngành kỹ thuật cụ thể nào mà có th ể
áp dụng cho nhiều lĩnh vực. Sự phát triển của LTĐK hiện đại và ứng
dụng rộng rãi của máy vi tính giúp cho khoa học kỹ thu ật phát tri ển
nhảy vọt. Sự phát triển đó làm nền tảng cho Cuộc Cách m ạng công
nghiệp 4.0 hiện nay.
1.1.1.3. Những nghiên cứu về dạy học theo lý thuyết
điều khiển
Sau những năm 1970 của thế kỷ 20, LTĐK được ứng
dụng rộng rãi trong nhiều ngành và nhiều lĩnh vực khác nhau.
Bắt đầu từ những năm 1980 LTĐK mới được nghiên cứu và
vận dụng trong giáo dục. Những nghiên cứu đầu tiên về vấn
đề này là nghiên cứu thông tin phản hồi trong dạy học. Năm
1994, tác giả Wagner E.D cho rằng yếu tố nảy sinh tương tác


16

trong dạy học là tình huống, để tạo dựng cho người học các
nhiệm vụ học tập. Các tương tác hướng đến tập trung vào quá
trình kích thích điều chỉnh, duy trì các tác động và phản hồi
một cách liên tục của người học, điều chỉnh hành vi của người
học thông qua các phản hồi nhằm đạt mục tiêu học tập [72].
Tác giả Robert J. Marzano, Debra J.P, Jane E. P đã nghiên cứu về tầm quan
trọng của thông tin phản hồi trong dạy học [69]. Năm 2000, Kate Day cho

rằng trong dạy học việc thu nhận thông tin phản hồi để điều chỉnh quá trình
dạy học là yếu tố quan trọng cho việc thành công trong dạy học [63]. Năm
2006, tác giả David Nicol đã nghiên cứu mô hình tự đánh giá và tự điều chỉnh
thông tin phản hồi. Tác giả cho rằng SV có thể sử dụng thông tin phản hồi để
tự đánh giá và tự điều chỉnh quá trình học tập của mình [58, tr.214]. Năm
2007, nhóm tác giả Hattie, J. và Timperley nghiên cứu và đề xuất mô hình
thông tin phản hồi trong dạy học để đáp ứng tốt nhất NL của người học và
mục tiêu đề ra [60]. Năm 1998, tác giả Paul Black và Dylan Wiliam
nghiên cứu LTĐK trong dạy học theo hướng vận dụng trong
đánh giá quá trình. Tác giả cho rằng: Sự thành công của đánh
giá quá trình có liên quan đến cách người dạy sử dụng nó để
điều chỉnh hoạt động giảng dạy và học tập. Hiệu quả học tập
dựa trên sự tham gia của người học vào hoạt động học tập
được người dạy tổ chức. Tăng cường thông tin phản hồi là yếu
tố rất quan trọng để cải thiện kết quả [54]. Tác giả
Christopher Benjamin đã nghiên cứu về việc nâng cao dạy
học bằng thông tin phản hồi [57]. Nhóm tác giả Leo
Stocco, Ignacio Galiano, Francisco Paz, Roberto Rosales and David Feixo đã
ứng dụng lý thuyết điều khiển vào dạy học mô hình hóa quá trình dạy học như
một hệ thống điều khiển để nâng cao chất lượng dạy học [66]. Tác giả LO
Mun Ling nghiên cứu về lý thuyết biến đổi và vận dụng linh hoạt trong dạy


17

học thông qua các ví dụ [67]. Khi nghiên cứu về thông tin phản hồi tích cực
trọng dạy học, tác giả Ovando, M. N và Norwest Territories cho rằng thông
tin phản hồi là chìa khóa dẫn đến sự thành công trong dạy học [68], [77].
Nghiên cứu về tầm quan trọng của phản hồi trong dạy học, các tác giả Lia
Voerman, Paulien C. Meijer, Fred A.J. Korthagen, Robert Jan Simons cho

rằng: Thông tin phản hồi phản ánh hiểu biết của người học được tham chiếu
đến mục tiêu để nâng cao hiệu quả dạy học [65]. Các tác giả Silverman, S.,
Tyson, L., & Krampitz, J. Khi nghiên cứu về mối quan hệ giữa thông tin phản
hồi của SV và GV cho rằng: trong dạy học phản hồi của SV có ảnh hưởng
trực tiếp đến thành tích của SV và hiệu quả dạy học [71]
Có thể thấy rằng, LTĐK được ứng dụng trong dạy học ở
nhiều độ khác nhau. Các nghiên cứu cho rằng trong dạy học
thông tin phản hồi từ người học đóng vai trò quan trọng trong
việc điều chỉnh quá trình dạy học của người dạy và quá trình
tự điều chỉnh của người học; từ đó nâng cao hiệu quả dạy
học.
1.1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nước
1.1.2.1. Những nghiên cứu về lý thuyết điều khiển
Ở Việt Nam, nghiên cứu về LTĐK khá muộn, các nghiên cứu chủ yếu
là LTĐK hiện đại dựa trên nền tảng LTĐK cổ điển và phát triển các nghiên
cứu về LTĐK hiện đại của các nhà nghiên cứu nước ngoài. Tuy nghiên cứu
muộn hơn nhưng những các nghiên cứu cũng đã tập trung nhiều trong lĩnh
vực tự động hóa. Các tác giả Nguyễn Duy Anh [1], Trần Đình Long [23],
Phan Xuân Minh, Hà Thị Kim Duyên, Phạm Xuân Khánh [25], Nguyễn
Thương Ngô [28], Nguyễn Doãn Phước [30], Nguyễn Thị Phương Hà, Huỳnh
Thái Hoàng [7], [8] đã tập trung nghiên cứu vào một số vấn đề chính của
LTĐK: Ở mức độ hệ thống: nghiên cứu hệ thống tuyến tính, hệ thống phi


18

tuyến, hệ thống phân tán. Ở mức độ các phương thức điều khiển chính: Điều
khiển thích nghi, điều khiển phân cấp, điều khiển thông minh, điều khiển tối
ưu, điều khiển bền vững, điều khiển ngẫu nhiên
Các phương pháp điều khiển tối ưu được phát triển trên nền tảng của

các nghiên cứu như quy hoạch hoạt động của Bellman, nguyên lý cực đại của
Pontryagin, ứng dụng phương trình Ricatti trong việc tổng hợp các hệ điều
khiển và điều chỉnh; điều khiển thích nghi với các hệ thích nghi cơ bản và phổ
quát: hệ cực trị, hệ giải tích và đưa ra phương pháp tổng quát để khảo sát hệ
thích nghi.
Như vậy có thể thấy, LTĐK dựa trên các nền tảng của lý thuyết phản
hồi và phân tích hệ thống tuyến tính, kết hợp các khái niệm của mạng truyền
dữ liệu và lý thuyết truyền thông. Vì vậy, phạm vi của LTĐK không hạn chế
trong một ngành kỹ thuật cụ thể nào mà có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực
khác nhau như hàng không, hóa học, cơ học, môi trường, xây dựng, điện và
điện tử...
1.1.2.2. Những nghiên cứu về dạy học theo lý thuyết điều khiển
Với sự phát triển của LTĐK, các quy luật điều khiển cùng vai trò,
tầm quan trọng của nó, việc vận dụng các quy luật điều khiển trong dạy
học đã được các nhà nghiên cứu quan tâm và vận dụng trong gi ảng d ạy
nhiều môn học, Nhiều tác giả thống nhất và đưa ra các quan điểm:
a. Quá trình dạy học là một hệ thống: Tác giả Trần Thị Tuyết Oanh cho
rằng, quá trình dạy học được cấu trúc bởi nhiều thành tố khác nhau (mục tiêu,
nội dung, phương pháp…) Các thành tố này có sự liên hệ biện chứng với
nhau theo những quy luật xác định để tạo nên tính ổn định, bền vững và riêng
biệt của hệ thống [29].
b. Quá trình dạy học là một hệ thống điều khiển được:


19

Tác giả Nguyễn Ngọc Quang cho rằng: Quá trình dạy học có thể điều
khiển được thông qua các mối quan hệ biện chứng dạy và học, truyền thụ và
điều khiển, lĩnh hội và tự điều khiển [32,tr.15]. Theo tác giả Nguyễn Văn Hộ,
“Khi xem xét cấu trúc hệ dạy học dưới quan điểm điều khiển học thì hệ dạy

học bao gồm quá trình điều chỉnh hoạt động dạy và quá trình điều chỉnh hoạt
động học. Học sinh trong quá trình dạy học vừa là khách thể vừa là chủ thể
của quá trình này, mối liên hệ nghịch được coi là nền tảng của sự điều chỉnh
quá trình dạy học” [12, tr.25]. Theo nhóm tác giả Đặng Vũ Hoạt, Hà Thị Đức,
Lưu Xuân Mới: Quá trình tổ chức, điều khiển và tự tổ chức điều khiển trong
hoạt động dạy học có thể diễn ra theo Algorit: Phát lệnh → thực hiện lệnh →
thu mối liên hệ ngược → phát lệnh bổ sung → phân tích đánh giá kết quả cuối
cùng. Mối liên hệ ngược chính là tín hiệu để điều khiển quá trình học tập
[9.tr.64], [26, tr.94]. Các tác giả Đinh Văn Đệ và Phạm Hữu Lộc cho rằng
vận dụng lý thuyết thông tin và LTĐK trong dạy học là rất quan tr ọng,
nâng cao chất lượng gi ảng d ạy. V ận dụng lý thuyết thông tin và LTĐK
là phần tất yếu trong giáo dục đại học. Ở đó, vận dụng lý thuyết
thông tin là quá trình chuyển tải kiến thức từ người thầy đến người
học dưới dạng thông tin: thông tin nén chặt, thông tin dư, nạp thông
tin, mã hóa, giải mã,…để biến thành kiến thức cốt lõi của người học.
Dưới sự điều khiển của người thầy bởi các phương pháp điều khiển
trong quá trình gi ảng dạy, ng ười học tiếp cận kiến thức, kỹ năng một
cách tối ưu. Muốn quá trình dạy h ọc đ ạt kết qu ả t ốt c ần ph ải bi ết k ết
hợp nhiều phương pháp v ới s ự ch ọn l ựa thích h ợp: m ục tiêu – n ội
dung – đối tượng - th ời gian – ph ương pháp – ph ương ti ện – h ọc li ệu…
Lý thuyết thông tin ph ải đ ược k ết h ợp ch ặt chẽ và nhu ần nhuy ễn v ới
LTĐK. Có thể thấy rằng, trong quá trình d ạy h ọc c ần ph ải tránh đi ều
khiển hở, không có ph ản h ồi [73]. Tác gi ả Ngô T ứ Thành cho rằng sự


20

kết hợp và hội nhập gi ữa các lĩnh v ực khoa h ọc và công ngh ệ, đ ặc bi ệt
là công nghệ thông tin đã đem l ại nh ững ứng d ụng quan tr ọng trong
lĩnh vực giáo dục và đào t ạo; tuy nhiên vi ệc nghiên c ứu LTĐK chưa

được đề cập trong giáo d ục. Tác gi ả đã đ ề c ập đ ến xu h ướng ứng
dụng mô hình LTĐK trong môi tr ường giáo dục đại h ọc thông qua
phân tích tính cần thi ết, nh ững thu ận l ợi, thách th ức khi tri ển khai mô
hình này cho các tr ường đại h ọc. LTĐK học áp dụng vào quá trình
dạy học để thực hiện có hiệu quả người thầy phải thường
xuyên trau dồi nghiệp vụ sư phạm, cải tiến phương pháp
giảng dạy, cập nhật và đổi mới nội dung giảng dạy, thu thập
được thông tin về mặt nhận thức từ phía người học bằng các
phương pháp kiểm tra, đánh giá khác nhau [37, tr.128].
Một số tác giả không đưa ra mô hình dạy h ọc theo LTĐK nh ưng đ ề
xuất một số quan điểm về dạy học đã nói nên t ầm quan tr ọng c ủa m ột
số yếu tố của dạy học theo LTĐK như yếu tố phản h ồi của SV, đi ều c ủa
GV, điều chỉnh của GV và SV. Tác giả Phạm Văn Thơi cho rằng,
hiện nay đa phần GV chưa chú trọng đúng mức vấn đề tìm
hiểu sự tiếp thu của SV đối với vấn đề mình truyền thụ tới
mức độ nào, thông thường GV chỉ quan tâm tới một chiều là
truyền thụ kiến thức cho SV, hoặc quá trình kiểm tra chưa
thấy được sự phản hồi của SV, hoặc sự phản hồi đó có chính
xác hay không. Việc thiết lập mối liên hệ ngược từ SV tới GV
sẽ giúp GV nắm bắt được mức độ, khả năng kiến thức SV tiếp
thu được. Giúp SV phát huy tính tích cực, chủ động, SV là
trung tâm của quá trình dạy và học [40]. Tác giả Trịnh Lê Hồng
Phương đã đề cập đến vấn đề mối quan hệ tương tác qua lại
giữa ba yếu tố: Tác động qua lại trực tiếp giữa các cá nhân


21

SV và giữa SV với GV trong không gian lớp học nhằm thực
hiện các mục tiêu dạy học đã xác định. Khi tiến hành dạy học

tương tác cần tiến hành theo các bước: chuẩn bị, tìm hiểu
thăm dò, đặt câu hỏi, lựa chọn câu hỏi để khám phá, báo cáo
kết quả khám phá, đánh giá. Vận dụng lý thuyết tương tác
trong dạy học cần đảm bảo các nguyên tắc: mục tiêu bài
học, tính khoa học, tính sư phạm và tính khả thi. Khi thiết kế
bài học theo phương pháp tương tác cần chú ý đến các hoạt
động của SV và GV trong đó là người hướng dẫn chỉ đạo SV
tiến hành các hoạt động tìm tòi, khám phá để tự chiếm lĩnh
kiến thức [31, tr.123]. Tác giả Nguyễn Văn Hợi đề cập đến vai
trò của phương tiện dạy học sao cho đúng nghĩa với phương
pháp vận dụng LTĐK vào dạy học. Ngày nay, việc ứng dụng
công nghệ, phương tiện hiện đại vào dạy học đang là xu thế
tất yếu. Tuy nhiên, việc sử dụng những phương tiện hiện đại
đó sao cho phát huy hiệu quả học tập và kích thích sự sáng
tạo của SV thì GV cần vận dụng phương pháp điểu khiển vào
việc sử dụng các phương tiện dạy học [10]. Tác giả Nguyễn
Đức Hỗ nghiên cứu quá trình dạy học theo quan điểm công
nghệ dạy học như một hệ thống với đầu vào, quá trình tác
động và đầu ra [11]. Tác giả Bernd Meier và Nguyễn Văn
Cường [2], [3] dựa trên các lý thuyết giáo dục, các mô hình lí
luận dạy học, Mô hình dạy học truyền thống và mô hình dạy
học tích cực đã cho rằng không có một PPDH có hiệu quả vạn
năng. Cần vận dụng phối hợp các PPDH phù hợp với mục tiêu
và nội dung, điều kiện dạy học cụ thể, tuy nhiên các phương
pháp tác giả phân tích đều gồm nhiều thành phần để tạo ra


22

một hệ thống hoàn chỉnh. Tác giả Lê Thị Quỳnh Trang đã ứng

dụng vận dụng phương pháp phân tích hệ thống trong dạy
học kỹ thuật điện cho SV ngành sư phạm kỹ thuật đã đề xuất
tiến trình dạy học như một hệ thống điều khiển [44]. Tác giả Lê
Xuân Quang [33] khi nghiên cứu về quy trình dạy học chung
và vận dụng trong dạy học môn công nghệ theo định hướng
giáo dục STEM cho rằng trong giáo dục sau đánh giá phải
điều chỉnh để thực hiện quy trình tiếp theo. Tác giả Trần
Tuyến cho rằng: Cấu trúc của dạy học theo lý thuyết học tập
kiến tạo chính là sự tương tác hay mối quan hệ tác động qua
lại lẫn nhau giữa các thành tố cơ bản: Người dạy, người học,
nội dung với cốt lõi của các hoạt động là kinh nghiệm của
người học được diễn ra trong môi trường học tập tích cực
[47].
Theo tác giả có thể mô hình hóa quá trình dạy học dưới
dạng một hệ thống điều khiển kín trong đó người dạy đóng
vai trò là bộ điều khiển, người dạy là đối tượng điều khiển,
thông tin phản hồi từ người học giúp người dạy điều chỉnh
quá trình dạy học để đáp ứng theo mục tiêu dạy học.
Như vậy, có thể coi quá trình dạy học là một hệ thống
điều khiển với hai thành tố cơ bản là hoạt động dạy và hoạt
động học, trong đó người dạy là chủ thể của hoạt động dạy,
có chức năng lãnh đạo, tổ chức, điều khiển hoạt động học của
người học. Người học thực hiện hoạt động học một cách tự
giác, tích cực, chủ động bằng các hoạt động tự điều khiển
hoạt động học tập nhằm đạt được mục đích học tập.


23

c. Quá trình điều khiển của người dạy và thông tin phản

hồi từ người học là đặc trưng của dạy học theo LTĐK:
Khi nghiên cứu về quan hệ tương tác giữa thầy và trò
trong quá trình dạy học, tác giả Nguyễn Trọng Thuyết cho rằng:
Trong quá trình dạy học không phải chỉ có tác động một chiều
từ thầy đến trò mà còn có sự tác động trở lại từ trò đến thầy.
Chính sự thống nhất biện chứng giữa dạy và học là một trong
những quy luật của quá trình dạy học. Nó phản ánh mối quan
hệ gắn kết, mối quan hệ giữa thầy với tư cách người tự tổ chức
tự điều khiển, lãnh đạo và trò với tư cách người tự tổ chức, tự
điều khiển hoạt động nhận thức [42].
Trong nghiên cứu: “Các biện pháp thu nhận và sử dụng thông tin phản
hồi về kết quả học tập của SV để nâng cao chất lượng dạy học môn Phương
pháp dạy học ở trường đại học Sư phạm”, Phạm Đình Văn nhấn mạnh đến
tầm quan trọng của thông tin phản hồi đến quá trình dạy học, tác giả đã đề
xuất được một số biện pháp nhằm thu nhận và xử lý thông tin phản hồi có
hiệu quả trong quá trình dạy học [52]. Tác giả Nguyễn Văn Tuấn cho rằng bản
chất của quá trình dạy học trên phương diện điều khiển học là một quá trình
điều khiển và điều chỉnh của GV kết hợp với quá trình tự điều khiển và tự
điều chỉnh của học sinh [45, tr.18]. Theo tác giả Đặng Thành Hưng, trong quá
trình dạy học giải quyết vấn đề, giáo viên phải thường xuyên tiếp nhận, duy
trì và xử lý thông tin ngược (hồi tiếp) để áp dụng nó vào việc điều chỉnh, định
hướng lại và thay đổi các biện pháp hỗ trợ người học giải quyết vấn đề cho
đến khi họ thành công [18]. Tác giả Nguyễn Xuân Lạc đã mô hình hóa quá
trình dạy học theo LTĐK dưới dạng một tập hợp phần tử có cấu trúc và tương
tác xác định. Với đề xuất đó tác giả phân tích quá trình dạy học theo LTĐK


24

được tiếp cận đồng thời qua ba hướng: tiếp cận điều khiển học, tiếp cận sư

phạm tương tác và tiếp cận công nghệ [21, tr.37].
Có thể thấy, tương tác qua lại giữa người dạy và người
học là hoạt động chủ đạo của quá trình dạy học, trong đó
người dạy là người điều khiển, tổ chức hoạt động học tập
của người học, thông tin phản hồi từ người học đóng vai trò
quan trọng trong việc điều khiển và điều chỉnh quá trình dạy
học.
Dạy học theo LTĐK được nghiên cứu ở nhiều góc độ khác
nhau, một số nghiên cứu đã được vận dụng vào thực tiễn. Tuy
nhiên, chưa có công trình nghiên cứu dạy học theo LTĐK
chuyên sâu theo nội dung dạy học kỹ thuật. Vì vậy, đề tài
“Dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo lý thuyết
điều khiển trong đào tạo cao đẳng kỹ thuật” là phù hợp với xu
thế phát triển của lý luận dạy học hiện đại và thực tế đào tạo
gắn với doanh nghệp trong bối cảnh hiện nay.
1.2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
1.2.1. Điều khiển và điều khiển học
Trong mọi hoạt động của con người trong bất kỳ lĩnh vực nào vị trí
nào đều liên quan đến điều khiển. Khái niệm điều khi ển đ ược hi ểu là
tập hợp tất cả các tác động mang tính tổ chức của một quá trình dào đó
nhằm đạt được mục đích mong muốn của quá trình đó. Theo Từ điển
Tiếng Việt: Điều khiển là quá trình thu thập thông tin, xử lí thông tin và
tác động lên hệ th ống để đáp ứng hệ th ống “gần” với mục đích định
trước [51]. Tác giả Nguyễn Thị Phương Hà, Huỳnh Thái Hoàng: Điều khiển


25

là quá trình thu thập, xử lý thông tin và tác động lên hệ thống để đáp ứng của
hệ thống “gần” với mục đích định trước [7]. Theo tác giả Nguyễn Xuân Lạc,

những hệ có trạng thái biến đổi theo quy luật, do con người chi ph ối
được gọi chung là hệ điều khiển [21]. Có thể thấy rằng: Trong bất kỳ h ệ
điều khiển nào đều bao gồm quá trình thu nhận thông tin, xử lý thông
tin và tác động lên đối tượng điều khiển.
Như vậy, Điều khiển là quá trình thu thập, xử lý thông tin và tác
động lên đối tượng điều khiển theo một nguyên tắc, một quy luật nào đó
để đáp ứng mục đích định trước của hệ thống.
Trong khoa học, tồn tại ngành khoa học đã và đang phát tri ển
mạnh mẽ là điều khiển học. Điều khiển học được phân chia thành nhiều
lĩnh vực khác nhau: Điều khiển học kỹ thuật, điều khi ển h ọc sinh h ọc,
điều khiển học xã hội, điều khiển học kinh tế…Theo Từ điển Tiếng Việt,
điều khiển học là khoa học về việc điều khiển, thu thập, truyền và xử
lý thông tin, thường bao gồm liên hệ điều chỉnh ngược trong các cơ thể
sống, trong máy móc và các tổ chức và các kết hợp của chúng. Theo từ
điển Bách Khoa Bách khoa Việt Nam: “Điều khiển học là Khoa học
nghiên cứu các quy luật chung của quá trình thông tin (thu th ập, x ử lý,
truyền thông tin) và điều khiển trong các hệ thống” [49]
Theo tác giả, khái niệm về điều khiển được hiểu là tập hợp tất cả
các tác động mang tính tổ chức của một quá trình nào đó nhằm đạt đ ược
mục đích mong muốn của quá trình đó. Có thể thấy một hệ điều khiển
gồm hai phần chính: bộ điều khiển (giống như “bộ não” và “hệ thần kinh”
của hệ thống); đối tượng điều khiển (bao gồm toàn bộ các cơ cấu chấp
hành). Bộ điều khiển sẽ chi phối các hoạt động của đối tượng điều
khiển.