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
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ 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
TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ 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

Ngƣời hƣớng dẫn khoa học:

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

Hà Nội - 2020


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan c ng tr nh 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 c ng tr nh nào đã đƣợc công bố trƣớc 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 đƣợc tỏ lòng cảm ơn chân thành tới PGS.TS Đặng Văn Nghĩa,
TS. Trần Đức Vƣợng 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 Phƣơng pháp dạy học, Khoa Sƣ phạm Kỹ thuật Trƣờng Đại học Sƣ
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 trƣờng Cao đẳng kỹ thuật Đồng
Nai, các đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi về công việc, thời gian và
lu n 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 t nh giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận án.
Tác giả xin chân thành cảm ơn gia đ nh, ngƣời thân đã lu n 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

Viết đầy đủ là

ĐC

Đối chứng

ĐTB

Điểm trung bình

GV

Giảng viên

LTĐK

Lý thuyết điều khiển

NL

Năng lực

NXB

Nhà xuất bản

PLC

Programmable Logic Control: Thiết
bị điều khiển logic khả trình

PPDH

Phƣơng pháp dạy học

PTDH

Phƣơng tiện dạy học

SV

Sinh viên

TN

Thực nghiệm

MỤC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1
2. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 3
3. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................... 3
4. Khách thể, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................... 3
5. Giả thuyết khoa học ...................................................................................... 4
6. Phƣơng pháp nghiên cứu............................................................................... 4
7. Đóng góp mới của luận án ............................................................................ 5
8. Cấu trúc của luận án ...................................................................................... 6
CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC
THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ............................................................. 7
1.1. TỔNG QUAN LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VẤN ĐỀ ................................. 7
1.1.1. T nh h nh nghiên cứu ở nƣớc ngoài .................................................... 7
1.1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nƣớc ................................................... 11
1.2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN ............................................................ 17
1.2.1. Điều khiển và điều khiển học ............................................................ 17
1.2.2. Lý thuyết điều khiển .......................................................................... 18
1.2.3. Điều khiển thích nghi ....................................................................... 20
1.2.4. Hệ thống điều khiển .......................................................................... 22
1.3. LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN....................... 23
1.3.1. Dạy học theo lý thuyết điều khiển và th ng tin phản hồi trong dạy học .... 23
1.3.2. Bản chất dạy học theo lý thuyết điều khiển ...................................... 31
1.3.3. Đặc điểm của dạy học theo lý thuyết điều khiển .............................. 33
1.3.4. Các hoạt động học tập trong dạy học theo lý thuyết điều khiển ....... 40
1.3.5. Phƣơng tiện trong dạy học theo lý thuyết điều khiển ....................... 41
1.3.6. Tiến tr nh dạy học theo lý thuyết điều khiển ..................................... 43

1.3.7. Tổ chức dạy học theo lý thuyết điều khiển ....................................... 51
1.3.8. Yêu cầu của dạy học theo lý thuyết điều khiển ................................. 53
1.3.9. Các yếu tố ảnh hƣởng tới dạy học theo lý thuyết điều khiển ............ 54
1.4. THỰC TRẠNG DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LOGIC
KHẢ TRÌNH ................................................................................................... 54
1.4.1. Mục đích, đối tƣợng, nội dung và phƣơng pháp khảo sát .................. 54
1.4.2. Kết quả khảo sát ................................................................................ 56
Kết luận chƣơng 1 ......................................................................................... 63
CHƢƠNG 2. BIỆN PHÁP DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN
LOGIC KHẢ TRÌNH (PLC) THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ......... 64
2.1. NGUYÊN TẮC DẠY HỌC THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ......... 64
2.1.1. Đảm bảo mục tiêu, nội dung chƣơng tr nh đào tạo........................... 64
2.1.2. Đảm bảo phù hợp với tr nh độ, nhu cầu, hứng thú của sinh viên ........... 64
2.1.3. Tạo m i trƣờng thuận lợi để sinh viên phát triển năng lực............... 65
2.1.4. Phù hợp với thực tiễn các cơ sở đào tạo ........................................... 65
2.2. SỰ PHÙ HỢP DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ
TRÌNH THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ................................................. 65
2.2.1. Phù hợp đặc điểm học phần Điều khiển logic khả tr nh ................... 65
2.2.2. Phù hợp với nội dung ............................................................................... 66
2.3. MỘT SỐ BIỆN PHÁP DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN
LOGIC KHẢ TRÌNH (PLC) THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ............... 66
2.3.1. Xây dựng qui trình thiết kế dạy học theo lý thuyết điều khiển......... 66
2.3.2. Thiết kế bộ công cụ thu nhận thông tin phản hồi.............................. 70
2.3.3. Xử lý thông tin phản hồi ................................................................... 85
2.3.4. Phản hồi kết quả kiểm tra, đánh giá đến sinh viên ........................... 85
2.3.5. Các bƣớc dạy học học phần điều khiển logic khả trình theo lý
thuyết điều khiển ......................................................................................... 86


2.4. MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA THIẾT KẾ DẠY HỌC HỌC PHẦN

ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ..... 88
2.4.1. Ví dụ 1: Giáo án số 4: Timer và ứng dụng ........................................ 88
2.4.2. Ví dụ 2: Giáo án số 8: Counter và ứng dụng Thời gian 5 tiết ........ 109
Kết luận chƣơng 2 ....................................................................................... 117
CHƢƠNG 3. KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ...................................... 118
3.1. MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP KIỂM NGHIỆM ...... 118
3.1.1. Mục đích kiểm nghiệm, đánh giá .................................................... 118
3.1.2. Nội dung kiểm nghiệm đánh giá ..................................................... 118
3.1.3. Phƣơng pháp kiểm nghiệm .............................................................. 118
3.2. KẾT QUẢ KIỂM NGHIỆM .................................................................. 123
3.2.1. Kết quả kiểm nghiệm bằng phƣơng pháp chuyên gia ..................... 123
3.2.2. Kết quả thực nghiệm bằng phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm ........ 125
Kết luận chƣơng 3 ....................................................................................... 136
KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ............................................................. 137
DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN
QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .............................................................................. 139
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 140
PHỤ LỤC


DANH MỤC CÁC BẢNG
Trang
Bảng 1.1. Thang điểm giá trị mức độ thực trạng dạy học học phần Điều khiển
logic khả trình ..........................................................................................56
Bảng 2.1. Kiểm quan sát NL giải quyết vấn đề ........................................................84
Bảng 2.2. Bảng kiểm NL chuyên môn ......................................................................84
Bảng 2.3. Kiểm năng lực giải quyết vấn đề ..............................................................95
Bảng 2.4. Kiểm năng lực chuyên môn ......................................................................96
Bảng 2.5. Kiểm năng lực giải quyết vấn đề ............................................................115
Bảng 2.6. Kiểm năng lực chuyên môn ....................................................................116

Bảng 3.1. Kết quả kiểm tra sau TN lớp TN và ĐC .................................................126
Bảng 3.2. Tần suất fi (%) kết quả các lớp TN và ĐC ..............................................126
Bảng 3.3. Tần suất hội tụ tiến các lớp TN và ĐC ...................................................126
Bảng 3.4. Các tham số thống kê kết quả học tập lớp TN và ĐC .................................126
Bảng 3.5. Bảng kiểm tra mẫu (Paired Samples Test) .............................................127
Bảng 3.6. Mức độ ảnh hƣởng của phƣơng pháp .....................................................127
Bảng 3.7. Kết quả kiểm tra sau TN lớp TN và ĐC .................................................131
Bảng 3.8. Tần suất fi(%) kết quả học tập lớp TN và ĐC ........................................131
Bảng 3.9. Tần suất hội tụ tiến lớp TN và ĐC .........................................................131
Bảng 3.10. Các tham số thống kê kết quả học tập lớp TN và ĐC ...............................132
Bảng 3.11. Paired Samples Test (Kiểm tra mẫu) ....................................................132
Bảng 3.12. Mức độ ảnh hƣởng của tác động TN đợt 1 ...........................................133


DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ
Trang
Biểu đồ 3.1. Tần suất kết quả học tập lớp TN11 và ĐC11 ..........................................128
Biểu đồ 3.2. Tần suất hội tụ tiến của lớp TN11 và ĐC11 .......................................128
Biểu đồ 3.3. Tần suất kết quả học tập lớp TN12 và ĐC12 ..........................................129
Biểu đồ 3.4. Tần suất hội tụ tiến của lớp TN12 và ĐC12 .......................................129
Biểu đồ 3.5. Tần suất kết quả học tập lớp TN21 và ĐC21 ..........................................133
Biểu đồ 3.6. Tần suất hội tụ tiến của lớp TN21 và ĐC21 .......................................133
Biểu đồ 3.7. Tần suất kết quả học tập lớp TN22 và ĐC22 ..........................................134
Biểu đồ 3.8. Tần suất hội tụ tiến của lớp TN22 và ĐC22 .......................................134


DANH MỤC CÁC HÌNH
Trang
Hình 1.1. Hệ điều khiển thích nghi ...........................................................................21
Hình 1.2. Hệ thống điều khiển vòng hở ....................................................................22

Hình 1.3. Các phần tử cơ bản hệ thống điều khiển phản hồi kiểu vòng kín .............23
H nh 1.4. Lƣợc đồ chức năng của hệ thống dạy học (Theo Nguyễn Xuân Lạc) ......24
H nh 1.5. Sơ đồ sử dụng thông tin phản hồi để điều khiển quá trình dạy học
(theo Phạm Đ nh Văn) .............................................................................26
Hình 1.6. Mô hình dạy học theo lý thuyết điều khiển ...............................................44
Hình 1.7. Các bƣớc dạy học theo lý thuyết điều khiển .............................................52
Hình 2.1. Các bƣớc thiết kế dạy học theo lý thuyết điều khiển ................................67
Hình 2.2. Quy trình xây dựng bộ công cụ thu nhận thông tin phản hồi ...................71
Hình 2.3. Các bƣớc dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo lý thuyết
điều khiển.................................................................................................87


1

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 trƣớc nhiều cơ hội
và thách thức; trong đó, mục tiêu phát triển năng lực (NL) ngƣời học nhằm
nâng cao chất lƣợng đào tạo để đáp ứng nhu cầu của xã hội là một trong
những yếu tố đƣợc quan tâm hàng đầu.
Nghị quyết số 29-NQ/TW ngày 04/11/2013 của Hội nghị Trung ƣơng
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 phƣơng thức và tr nh độ
đào tạo kỹ năng nghề nghiệp theo hƣớng ứng dụng, thực hành, bảo đảm đáp
ứng nhu cầu nhân lực kỹ thuật công nghệ của thị trƣờng lao động trong nƣớc
và quốc tế…” [27]. Luật giáo dục và luật giáo dục nghề nghiệp [34], [35],
yêu cầu năng lực cần đạt đƣợc [41] có thể thấy rằng, mục tiêu đào tạo ở các

trƣờng 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 phƣơng thức đào
tạo mới nhằm đáp ứng nhu cầu đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật cho thị
trƣờng lao động trong nƣớc và quốc tế. Để thực hiện đƣợc mục tiêu đó, cần
phải đổi mới đồng bộ từ mục tiêu dạy học, nội dung dạy học, phƣơng pháp và
phƣơng tiện dạy học đến phƣơng pháp kiểm tra, đánh giá. Do đó đổi mới
phƣơng pháp dạy học theo hƣớng 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 lƣợng kiến thức
tăng từng ngày, khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo là nền tảng thúc đẩy


2

phát triển nhanh và bền vững thành phần kinh tế, trong đó có giáo dục thì
quan điểm ngƣời dạy là trung tâm không còn phù hợp và hạn chế sự chủ
động, sáng tạo của ngƣời học. Do đó giáo dục cần phải phát huy tính chủ
động, tích cực, sáng tạo của ngƣời học. Đặc biệt trong đào tạo các ngành kỹ
thuật những kiến thức luôn gắn liền với thực tiễn đòi hỏi ngƣời 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 ngƣời học có đƣợc NL đó th dạy học theo lý thuyết
điều khiển giúp ngƣời học chủ động giải quyết vấn đề để lĩnh hội kiến thức,
đƣợc điều chỉnh và định hƣớng để luôn luôn tiếp cận mục tiêu qua đó giúp
ngƣời 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 đƣợc 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 m i trƣờng.
Thực trạng dạy học học phần Điều khiển logic khả trình cho SV ngành
kỹ thuật tại một số trƣờng cao đẳng và đại học cho thấy chất lƣợng đào tạo
SV tr nh độ cao đẳng hiện nay đã có những thay đổi tích cực hƣớng đến việc
phát triển NL của SV. Tuy nhiên, vẫn còn một số bất cập nhƣ phƣơng 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 lƣợng đào tạo là cần
thiết.
Trong dạy học, nếu coi quá tr nh dạy học nhƣ một hệ thống có điều
khiển và phản hồi để kết quả lu n đạt mục tiêu phát triển NL cho ngƣời
học th dạy học theo LTĐK hoàn toàn phù hợp về mặt cấu trúc, khả thi
trong triển khai do có sự tƣơng đồng của thành tố trong quá trình dạy học
với các thành phần của một hệ thống điều khiển.


3

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
ngƣời dạy và ngƣời học, cách thức dạy tiếp cận của ngƣời học tạo ra sự thay
đổi trong tiến trình dạy học hƣớng đến phát huy tính chủ động sáng tạo cho
ngƣời học.
Trong dạy học học phần Điều khiển logic khả trình, nội hàm của học
phần đã mang tính c ng nghệ và ứng dụng công nghệ th ng tin cao nhƣ việc sử
dụng các phần mềm chuyên ngành, truyền thông giữa các đối tƣợng 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 tƣợng và phạm vi nghiên cứu
4.1. Khách thể nghiên cứu
Quá trình dạy học SV cao đẳng ngành Điện, điện tử.


4

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 trƣờng 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 sƣ phạm tại một số trƣờng 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 đƣợc 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 đƣợc mục tiêu dạy học, qua đó
nâng cao chất lƣợng dạy học.
6. Phƣơng 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, b nh luận và đƣa 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
- Phƣơng 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


5

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.
- Phƣơng pháp quan sát: Quan sát các hoạt động của GV, hoạt động
của SV trong các giờ lên lớp để đƣa ra nhận xét định tính về tác động sƣ
phạm đối với SV.
- Phƣơng 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 lƣợng chuyên gia cụ thể gồm: 18 chuyên gia về phƣơng pháp dạy
học, 17 chuyên gia về dạy học học phần điều khiển logic khả trình.

- Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm: Tiến hành thực nghiệm dạy học
học phần Điều khiển logic khả tr nh 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 trƣng của thực nghiệm sƣ 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 đƣợc 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 hƣớng nghiên cứu của đề tài.


6

- Xây dựng đƣợc 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 đƣợc 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 đƣợc 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 sƣ 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 chƣơng:

Chƣơng 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học theo lý thuyết điều khiển.
Chƣơng 2: Biện pháp dạy học học phần Điều khiển logic Khả tr nh
(PLC) theo lý thuyết điều khiển
Chƣơng 3: Kiểm nghiệm và đánh giá


7

CHƢƠNG 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 nƣớc ngoài
1.1.1.1. Những nghiên cứu về lý thuyết điều khiển cổ điển trong kỹ thuật
Trải qua lịch sử, con ngƣời luôn cố gắng thích nghi với các điều kiện xã
hội khác nhau, dùng tƣ duy của m nh để điều khiển thế giới khách quan theo
cách có lợi nhất cho mình và quá trình phát triển cứ thế tiếp diễn trong nhiều
giai đoạn lịch sử kế tiếp. Đến nửa cuối thế kỷ XVII trong thời kỳ đầu của
cuộc cách mạng kỹ thuật lần thứ nhất đã bắt đầu xuất hiện những phát minh
ứng dụng đầu tiên của công nghệ điều khiển tự động nhƣ: van an toàn cho hệ
thống khí hơi, điều khiển tốc độ cối xay gió... Phát minh quan trọng nhất cho
đến nay đƣợc coi là nền 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 nƣớc dựa trên lực quay ly tâm của quả nặng hay còn đƣợc
gọi là máy điều tốc ly tâm. Năm 1868, J.C. Maxwell là ngƣời đã thiết lập một
lý thuyết toán học liên quan tới LTĐK, sử dụng m h nh phƣơng tr nh vi phân
để giải thích các vấn đề về tính thiếu ổn định mà thiết bị điều tốc của James
Watt gặp phải. Năm 1874, Edward Jonh Routh đã đƣa ra “Tiêu chuẩn ổn
định của hệ bậc năm”. Lyapunov đã mở rộng công việc của Routh cho hệ phi
tuyến trong luận án tiến sỹ khoa học của m nh vào năm 1892 với tựa đề "Vấn

đề tổng quan về ổn định của chuyển động". Các biến đổi toán học cơ sở để
phát triển lý thuyết điều khiển đã đƣợc Laplace (1749 - 1827) và Fourier
(1758 - 1830) phát triển. [25] Cuối những năm 1920 đầu năm 1930, H. W.
Bode và H. Nyquist làm việc tại phòng thí nghiệm điện thoại Bell đã


8

nghiên cứu công trình về thiết kế bộ khuếch đại phản hồi dựa trên đáp ứng
tần số và ngƣợc lại bằng toán học biến số phức, công trình miêu tả cách xác
định tính ổn định của hệ thống sử dụng phƣơng pháp miền tần số. Phƣơng
pháp này sau đƣợc mở rộng để cho ra đời những phƣơng pháp thiết kế hệ
thống điều khiển mà ngày nay vẫn đƣợc sử dụng rộng rãi. Năm 1948,
Walter R. Evans một kỹ sƣ làm trong ngành hàng kh ng, phát triển kỹ thuật
đồ thị để vẽ quỹ đạo nghiệm của phƣơng tr nh đặc trƣng của hệ thống có
phản hồi. Đây thực sự là đóng góp rất quan trọng trong quá trình phát triển
của LTĐK tự động. Khoảng thời gian từ năm 1960 đến nay là thời kỳ phát
triển mạnh mẽ của lý thuyết điều khiển nâng cao nhƣ: điều khiển tối ƣu,
thích nghi, bền vững, trí tuệ nhân tạo, logic mờ,… Chúng đƣợc ứng dụng
vào các hệ thống điều khiển hiện đại và giúp cho các hệ thống tự động ngày
càng ổn định và th ng minh hơn [25], [28].
Từ các nghiên cứu về lý LTĐK cho thấy LTĐK kinh điển chính là nền
tảng cơ bản của điều khiển hiện đại để thiết kế các hệ thống đơn giản nhưng
rất hiệu quả được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực hiện nay.
1.1.1.2. Những nghiên cứu về lý thuyết điều khiển hiện đại
Bắt đầu những năm 1980, các bộ điều khiển đã từng bƣớc sử dụng
máy tính số để tính toán các tham số cho bộ điều khiển. Sau đó việc ứng
dụng máy tính trong điều khiển phát triển mạnh mẽ cho phép xử lý khối
lƣợng th ng tin lớn và chính xác trong thời gian ngắn. Cho đến ngày nay,
máy tính kh ng thể thiếu trong các hệ điều khiển.

Trong các hệ thống điều khiển th điều khiển có phản hồi là hệ thống
ứng dụng phổ biến nhất trong tất cả các lĩnh vực: c ng nghiệp, năng lƣợng,
n ng 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.


9

Các nghiên cứu [76], [78] cho rằng: Mặc dù giữ vai trò lịch sử quan
trọng của thời đại, điều khiển học lại kh ng thật giống nhƣ một m n khoa học
độc lập. Từ điều khiển học đã nhanh chóng, liên tục h nh thành các ngành
khoa học mới nhƣ khoa học máy tính, lý thuyết th ng tin, trí tuệ nhân tạo,
khoa học nhận thức, hệ thống phức tạp, khoa học thiết kế m h nh và m
phỏng máy tính, những hệ thống năng động, cuộc sống 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 th ng tin phản hồi để điều khiển đối tƣợng 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
th ng 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 kh ng hạn chế trong một ngành kỹ thuật cụ thể nào mà có thể 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 thuật phát triển nhảy vọt. Sự phát triển đó
làm nền tảng cho Cuộc Cách mạng 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 đƣợc ứng dụng rộng rãi
trong nhiều ngành và nhiều lĩnh vực khác nhau. Bắt đầu từ những năm 1980
LTĐK mới đƣợc nghiên cứu và vận dụng trong giáo dục. Những nghiên cứu
đầu tiên về vấn đề này là nghiên cứu th ng tin phản hồi trong dạy học. Năm

1994, tác giả Wagner E.D cho rằng yếu tố nảy sinh tƣơng tác trong dạy học là
t nh huống, để tạo dựng cho ngƣời học các nhiệm vụ học tập. Các tƣơng tác
hƣớng đến tập trung vào quá tr nh kích thích điều chỉnh, duy tr các tác động
và phản hồi một cách liên tục của ngƣời học, điều chỉnh hành vi của ngƣời
học th ng qua các phản hồi nhằm đạt mục tiêu học tập [72]. Tác giả Robert J.


10

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 th ng tin phản hồi để điều chỉnh quá tr nh dạy học là yếu tố
quan trọng cho việc thành c ng trong dạy học [63]. Năm 2006, tác giả David
Nicol đã nghiên cứu m h nh tự đánh giá và tự điều chỉnh th ng tin phản hồi.
Tác giả cho rằng SV có thể sử dụng th ng tin phản hồi để tự đánh giá và tự
điều chỉnh quá tr nh học tập của m nh [58, tr.214]. Năm 2007, nhóm tác giả
Hattie, J. và Timperley nghiên cứu và đề xuất m h nh th ng tin phản hồi
trong dạy học để đáp ứng tốt nhất NL của ngƣời học và mục tiêu đề ra [60].
Năm 1998, tác giả Paul Black và Dylan Wiliam nghiên cứu LTĐK trong dạy
học theo hƣớng vận dụng trong đánh giá quá tr nh. Tác giả cho rằng: Sự thành
c ng của đánh giá quá tr nh có liên quan đến cách ngƣời dạy sử dụng nó để
điều chỉnh hoạt động giảng dạy và học tập. Hiệu quả học tập dựa trên sự tham
gia của ngƣời học vào hoạt động học tập đƣợc ngƣời dạy tổ chức. Tăng cƣờng
th ng 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 m h nh hóa quá tr nh dạy học nhƣ một hệ thống điều khiển để nâng
cao chất lƣợng dạy học [66]. Tác giả LO Mun Ling nghiên cứu về lý thuyết
biến đổi và vận dụng linh hoạt trong dạy học th ng qua các ví dụ [67]. Khi

nghiên cứu về th ng tin phản hồi tích cực trọng dạy học, tác giả Ovando, M.
N và Norwest Territories cho rằng th ng tin phản hồi là ch a khóa dẫn đến sự
thành c ng 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: Th ng tin phản hồi phản ánh hiểu
biết của ngƣời học đƣợc 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


11

về mối quan hệ giữa th ng tin phản hồi của SV và GV cho rằng: trong dạy
học phản hồi của SV có ảnh hƣởng 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 nƣớc
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 nƣớc ngoài. Tuy nghiên cứu
muộn hơn nhƣng những các nghiên cứu cũng đã tập trung nhiều trong lĩnh
vực tự động hóa. Các tác giả Nguyễn Duy Anh [1], Trần Đ nh Long [23],
Phan Xuân Minh, Hà Thị Kim Duyên, Phạm Xuân Khánh [25], Nguyễn
Thƣơng Ng [28], Nguyễn Doãn Phƣớc [30], Nguyễn Thị Phƣơng 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

tuyến, hệ thống phân tán. Ở mức độ các phƣơng thức điều khiển chính: Điều
khiển thích nghi, điều khiển phân cấp, điều khiển th ng minh, điều khiển tối
ƣu, điều khiển bền vững, điều khiển ngẫu nhiên
Các phƣơng pháp điều khiển tối ƣu đƣợc phát triển trên nền tảng của
các nghiên cứu nhƣ quy hoạch hoạt động của Bellman, nguyên lý cực đại của
Pontryagin, ứng dụng phƣơng tr nh 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 đƣa ra phƣơng pháp tổng quát để khảo sát hệ
thích nghi.


12

Nhƣ 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 th ng. V vậy, phạm vi của LTĐK kh ng hạn chế
trong một ngành kỹ thuật cụ thể nào mà có thể áp dụng trong nhiều lĩnh vực
khác nhau nhƣ hàng kh ng, hóa học, cơ học, m i trƣờng, 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
đƣợc các nhà nghiên cứu quan tâm và vận dụng trong giảng dạy nhiều m n
học, Nhiều tác giả thống nhất và đƣa ra các quan điểm:
a. Quá trình dạy học là một hệ thống: Tác giả Trần Thị Tuyết Oanh
cho rằng, quá tr nh dạy học đƣợc cấu trúc bởi nhiều thành tố khác nhau (mục
tiêu, nội dung, phƣơng 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:

Tác giả Nguyễn Ngọc Quang cho rằng: Quá tr nh dạy học có thể điều
khiển đƣợc th ng 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 dƣới quan điểm điều khiển học th hệ dạy
học bao gồm quá tr nh điều chỉnh hoạt động dạy và quá tr nh điều chỉnh hoạt
động học. Học sinh trong quá tr nh dạy học vừa là khách thể vừa là chủ thể
của quá tr nh này, mối liên hệ nghịch đƣợc coi là nền tảng của sự điều chỉnh
quá tr nh dạy học” [12, tr.25]. Theo nhóm tác giả Đặng Vũ Hoạt, Hà Thị Đức,
Lƣu Xuân Mới: Quá tr nh 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 


13

thu mối liên hệ ngƣợc  phát lệnh bổ sung  phân tích đánh giá kết quả cuối
cùng. Mối liên hệ ngƣợc chính là tín hiệu để điều khiển quá tr nh 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 trọng,
nâng cao chất lƣợng giảng dạy. Vận 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 ngƣời thầy đến ngƣời học dƣới dạng
thông tin: thông tin nén chặt, thông tin dƣ, nạp thông tin, mã hóa, giải
mã,…để biến thành kiến thức cốt lõi của ngƣời học. Dƣới sự điều khiển
của ngƣời thầy bởi các phƣơng pháp điều khiển trong quá trình giảng dạy,
ngƣời học tiếp cận kiến thức, kỹ năng một cách tối ƣu. Muốn quá trình dạy
học đạt kết quả tốt cần phải biết kết hợp nhiều phƣơng pháp với sự chọn
lựa thích hợp: mục tiêu – nội dung – đối tƣợng - thời gian – phƣơng pháp –
phƣơng tiện – học liệu… Lý thuyết thông tin phải đƣợc kết hợp chặt chẽ và
nhuần nhuyễn với LTĐK. Có thể thấy rằng, trong quá trình dạy học cần
phải tránh điều khiển hở, không có phản hồi [73]. Tác giả Ngô Tứ Thành

cho rằng sự kết hợp và hội nhập giữa các lĩnh vực khoa học và công nghệ,
đặc biệt là công nghệ th ng tin đã đem lại những ứng dụng quan trọng
trong lĩnh vực giáo dục và đào tạo; tuy nhiên việc nghiên cứu LTĐK chƣa
đƣợc đề cập trong giáo dục. Tác giả đã đề cập đến xu hƣớng ứng dụng mô
hình LTĐK trong m i trƣờng giáo dục đại học thông qua phân tích tính cần
thiết, những thuận lợi, thách thức khi triển khai mô hình này cho các
trƣờng đại học. LTĐK học áp dụng vào quá trình dạy học để thực hiện có
hiệu quả ngƣời thầy phải thƣờng xuyên trau dồi nghiệp vụ sƣ phạm, cải
tiến phƣơng pháp giảng dạy, cập nhật và đổi mới nội dung giảng dạy, thu
thập đƣợc thông tin về mặt nhận thức từ phía ngƣời học bằng các phƣơng
pháp kiểm tra, đánh giá khác nhau [37, tr.128].


14

Một số tác giả kh ng đƣa ra m h nh dạy học theo LTĐK nhƣng đề
xuất một số quan điểm về dạy học đã nói nên tầm quan trọng của một số yếu
tố của dạy học theo LTĐK nhƣ yếu tố phản hồi của SV, điều của GV, điều
chỉnh của GV và SV. Tác giả Phạm Văn Thơi cho rằng, hiện nay đa phần
GV chƣa chú trọng đúng mức vấn đề tìm hiểu sự tiếp thu của SV đối với vấn
đề mình truyền thụ tới mức độ nào, th ng thƣờng GV chỉ quan tâm tới một
chiều là truyền thụ kiến thức cho SV, hoặc quá trình kiểm tra chƣa thấy
đƣợc sự phản hồi của SV, hoặc sự phản hồi đó có chính xác hay kh ng. Việc
thiết lập mối liên hệ ngƣợc từ SV tới GV sẽ giúp GV nắm bắt đƣợc mức độ,
khả năng kiến thức SV tiếp thu đƣợc. 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
Phƣơng đã đề cập đến vấn đề mối quan hệ tƣơng tác qua lại giữa ba yếu tố:
Tác động qua lại trực tiếp giữa các cá nhân 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 tƣơng tác cần tiến hành theo các bƣớc: 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 tƣơng tác trong dạy học cần đảm bảo các
nguyên tắc: mục tiêu bài học, tính khoa học, tính sƣ phạm và tính khả thi.
Khi thiết kế bài học theo phƣơng pháp tƣơng tác cần chú ý đến các hoạt
động của SV và GV trong đó là ngƣời hƣớng 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 phƣơng tiện dạy học sao cho đúng
nghĩa với phƣơng pháp vận dụng LTĐK vào dạy học. Ngày nay, việc ứng
dụng công nghệ, phƣơng tiện hiện đại vào dạy học đang là xu thế tất yếu.
Tuy nhiên, việc sử dụng những phƣơng 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
phƣơng pháp điểu khiển vào việc sử dụng các phƣơng tiện dạy học [10]. Tác
giả Nguyễn Đức Hỗ nghiên cứu quá trình dạy học theo quan điểm công nghệ