Ứng dụng phần mềm Autocad trong giảng dạy các môn học chuyên ngành xây dựng tại trường Trung cấp Xây dựng số 4

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀOTẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

PHAN THỊ BÍCH NGỌC

ỨNG DỤNG PHẦN MỀM AUTOCAD TRONG GIẢNG DẠY
CÁC MÔN HỌC CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG TẠI
TRƯỜNG TRUNG CẤP XÂY DỰNG SỐ 4

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC
CHUYÊN SÂU: SƯ PHẠM KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Hà nội - 2013
0


LỜI CẢM ƠN
Với tình cảm chân thành nhất, tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS. TS
Cao Văn Sâm, lãnh đạo khoa Sư phạm kỹ thuật, các thầy giáo, cô giáo Đại học
Bách khoa Hà nội, cảm ơn Ban giám hiệu trường Trung cấp Xây dựng số 4, các bạn
đồng nghiệp, gia đình đã tận tình hướng dẫn, giảng dạy, quan tâm động viên, góp ý
kiến, cung cấp số liệu và tạo những điều kiện thuận lợi nhất cho tơi trong q trình
học tập, nghiên cứu và thực hiện luận văn.
Mặc dù đã cố gắng rất nhiều, xong do khả năng có hạn nên luận văn khơng
thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong Q thầy cơ giáo và các bạn đồng
nghiệp đóng góp, giúp đỡ để luận văn tiếp tục được hoàn thiện tốt hơn nữa.
Xin chân thành cảm ơn!
Hà nôi, ngày 25 tháng 6 năm 2013
Tác giả luận văn

Phan Thị Bích Ngọc

1


LỜI CAM ĐOAN
Tên tơi là: Phan Thị Bích Ngọc
Sinh ngày: 12/3/1982
Nghề nghiệp: Giáo viên
Hiện đang công tác tại trường Trung cấp Xây dựng số 4, phường Xuân Hòa,
thị xã Phúc Yên, tỉnh Vĩnh Phúc.
Hiện nay, với tình hình phát triển ngày càng lớn mạnh của đất nước, nhu cầu
học tập để nâng cao trình độ ngày càng cao. Có rất nhiều những luận văn, những
cơng trình nghiên cứu mang tính ứng dụng cao đã được thực hiện. Tuy nhiên, tôi
xin cam đoan đây là đề tài nghiên cứu của riêng tơi. Các hình vẽ thiết kế, các giáo
án điện tử, các phiếu điều tra, phiếu thực nghiệm nêu trong luận văn là trung thực
và chưa từng được ai thực hiện trong các cơng trình nào khác!
Hà nội, ngày 25 tháng 6 năm 2013
Tác giả

Phan Thị Bích Ngọc

2


MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
LỜI CẢM ƠN

1

LỜI CAM ĐOAN

2

MỤC LỤC

3

DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT

7

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU

8

MỞ ĐẦU.

10

NỘI DUNG LUẬN VĂN.
Chương 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ ỨNG DỤNG

13

PHẦN MỀM AUTOCAD TRONG DẠY HỌC.
1.1 Cơ sở khoa học về lý luận dạy học theo phương pháp mô phỏng.
1.1.1 Dạy học theo phương pháp mô phỏng.

1.1.2 Những lý do sử dụng phương pháp luận nghiên cứu khoa học công
nghệ trong giáo dục và PPMP trong giảng dạy chuyên ngành kỹ thuật.
1.1.2.1 Những bất cập về phương pháp truyền thống khi giảng dạy
chuyên ngành kỹ thuật
1.1.2.2 Tính tất yếu khi sử dụng các phương pháp của nghiên cứu khoa
học công nghệ trong giáo dục chuyên ngành kỹ thuật.
1.1.3 Xây dựng cấu trúc mơ phỏng trong dạy học theo mơ hình mơ
phỏng trong nghiên cứu khoa học

13
13
14

14

15

16

1.1.3.1 Mô phỏng trong nghiên cứu khoa học

16

1.1.3.2 Xây dựng cấu trúc mô phỏng trong dạy học

17

1.1.3.3 Tác động của phương pháp mô phỏng trong dạy học đối với
công nghệ dạy học.
1.1.4 Vận dụng phương pháp mô phỏng trong giảng dạy chuyên

ngành kỹ thuật.

3

18

19


1.1.4.1 Tác dụng của phương pháp mô phỏng vào giảng dạy chuyên
ngành kỹ thuật.

19

1.1.4.2 Phương pháp mô phỏng kết hợp với phương pháp dạy học tích cực

19

1.1.4.3 Tổ chức hoạt động dạy học.

21

1.2 Cơ sở thực tiễn của đề tài.

23

1.2.1 Tổng quan về công nghệ CAD/CAM

23

1.2.1.1 Giới thiệu về CAD/CAM

23

1.2.1.2 Vai trò của CAD/CAM trong chu kỳ sản xuất

25

1.2.1.3 Chức năng của CAD

26

1.2.2 Tổng quan về phần mềm AutoCAD.

28

1.2.2.1 Giới thiệu

28

1.2.2.2 Ứng dụng AutoCAD trong các ngành kỹ thuật

29

1.2.2.3 Ứng dụng AutoCAD trong ngành xây dựng.

29

1.2.2.4 Ứng dụng AutoCAD trong dạy học.

30

Chương 2. THỰC TRẠNG VỀ VIỆC ỨNG DỤNG PHẦN MỀM
AUTOCAD TRONG GIẢNG DẠY CÁC MÔN HỌC CHUYÊN

32

NGÀNH TẠI TRƯỜNG TRUNG CẤP XÂY DỰNG SỐ 4.
2.1 Khái quát về Trường Trung cấp Xây dựng số 4.
2.1.1 Lịch sử hình thành và phát triển

32
32

2.1.2 Định hướng phát triển trong giai đoạn 2011 – 2015 và tầm nhìn
đến năm 2020.
2.2 Chương trình đào tạo TCCN ngành Xây dựng dân dụng và công nghiệp

33
35

2.2.1 Giới thiệu và mơ tả chương trình.

35

2.2.2 Mục tiêu đào tạo.

36

2.2.3 Cấu trúc kiến thức, kỹ năng của chương trình đào tạo

37

2.2.4 Các học phần của chương trình và thời lượng

38

2.3 Phương tiện dạy học.

39

2.4 Đặc điểm tình hình học sinh trong trường Trung cấp Xây dựng số 4.

41

2.5 Đặc điểm nội dung của môn học chuyên ngành xây dựng.

43

4


2.6 Tình hình ứng dụng phần mềm AutoCAD trong giảng dạy các môn
học chuyên ngành xây dựng tại trường Trung cấp Xây dựng số 4.

43

Chương 3. ỨNG DỤNG PHẦN MỀM AUTOCAD TRONG GIẢNG
DẠY CÁC MÔN HỌC CHUYÊN NGÀNH XÂY DỰNG TẠI

48

TRƯỜNG TRUNG CẤP XÂY DỰNG SỐ 4
3.1 Đặc điểm của bản vẽ xây dựng.

48

3.2 Trình tự thiết lập một bản vẽ.

49

3.2.1 Vẽ bằng tay.

49

3.2.2 Vẽ bằng máy.

49

3.3 Làm việc với phần mềm ứng dụng vẽ và thiết kế AutoCAD 2007
3.3.1 Các bước khởi động phần mềm AutoCAD 2007.

50
50

3.3.1.1 Khởi động

50

3.3.1.2 Màn hình giao diện

50

3.3.2 Hệ tọa độ trong AutoCAD.

50

3.3.3 Các lệnh dựng hình căn bản

51

3.3.4 Các lệnh sao chép, biến đổi hình

52

3.3.5 Các lệnh hiệu chỉnh, hồn thiện bản vẽ.

55

3.4 Ứng dụng phần mềm AutoCAD 2007 trong giảng dạy môn học Vẽ xây
dựng

59

3.4.1 Đặc điểm của môn học Vẽ xây dựng

59

3.4.2 Ứng dụng phần mềm AutoCAD 2007 vào bài giảng: “Bản vẽ nhà”

60

3.4.2.1 Giới thiệu bài giảng.

60

3.4.2.2 Mục tiêu bài giảng.

61

3.4.2.3 Tạo lập bản vẽ.

61

3.4.2.4 Dựng hình.

69

5


3.4.2.5 Soạn giáo án.

78

3.4.2.6 Một số hình ảnh của bài giảng điện tử.

80

3.5 Ứng dụng phần mềm AutoCAD 2007 trong giảng dạy môn học

Cấu tạo kiến trúc.

82

3.5.1 Đặc điểm của môn học Cấu tạo kiến trúc

82

3.5.2 Ứng dụng phần mềm AutoCAD 2007 vào bài giảng: “Những quy

83

định về cầu thang bộ”
3.5.2.1 Giới thiệu bài giảng.

83

3.5.2.2 Mục tiêu bài giảng.

83

3.5.2.3 Soạn giáo án.

84

3.5.2.4 Một số hình ảnh của bài giảng điện tử.

91

3.6 Ứng dụng phần mềm AutoCAD 2007 trong giảng dạy môn học

Thiết kế kiến trúc.

93

3.6.1 Đặc điểm của môn học Thiết kế kiến trúc

93

3.6.2 Nguyên lý thiết kế kiến trúc nhà ở.

94

3.6.3 Ứng dụng phần mềm AutoCAD 2007 vào bài giảng: “Nguyên lý

95

thiết kế nhà ở”
3.6.3.1 Giới thiệu bài giảng.

95

3.6.3.2 Mục tiêu bài giảng.

96

3.6.3.3 Soạn giáo án.

96

3.7 Thực nghiệm đề tài

101

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ

104

TÀI LIỆU THAM KHẢO

106

PHỤ LỤC

107

6


DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU VÀ CÁC CHỮ VIẾT TẮT
Kí hiệu

Giải nghĩa

CAD

Computer Aided Design

CAM

Computer Aided Manufacturing

NCKH

Nghiên cứu khoa học

KHCN

Khoa học công nghệ

CNTT

Công nghệ thông tin

PPMP

Phương pháp mô phỏng

PPDH

Phương pháp dạy học

QTDH

Q trình dạy học

KHGD

Khoa học giáo dục

CNDH

Cơng nghệ dạy học

KHKT

Khoa học kỹ thuật

DH

Dạy học

GD

Giáo dục

ĐT

Đào tạo

KTCN

Kỹ thuật công nghiệp

BGĐT

Bài giảng điện tử

GAĐT

Giáo án điện tử

SP

Sản phẩm

TĐH

Tự động hóa

KHH

Kế hoạch hóa

MTĐT

Máy tính điện tử

QTSX

Q trình sản xuất

NVL

Ngun vật liệu

THPT

Trung học phổ thong

TCCN

Trung cấp chuyên nghiệp

XD

Xây dựng

7


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, BẢNG BIỂU
Stt

Hình/ Bảng

Tên hình/ Bảng

1

Hình 1.1

Cấu trúc q trình mơ phỏng trong NCKH

16

2

Hình 1.2

Q trình mơ phỏng số

17

3

Hình 1.3

Cấu trúc phương pháp mơ phỏng trong DH

18

4

Hình 1.4

Bản chất cơng nghệ dạy học

18

5

Hình 1.5

Sơ đồ quy trình soạn giáo án theo PPMP.

22

6

Hình 1.6

Mơ hình nâng cao chất lượng dạy học bằng PPMP

23

7

Hình 1.7

Sơ đồ chu kỳ sản xuất thơng thường.

25

8

Hình 1.8

Sơ đồ chu kỳ sản xuất khi dùng CAD/CAM

26

9

Bảng 2.1

Cấu trúc kiến thức, kỹ năng của chương trình đào tạo

37

10

Bảng 2.2

Các học phần của chương trình và thời lượng

39

11

Bảng 2.3

Danh mục thiết bị phục vụ đào tạo.

40

12

Bảng 2.4

Tỉ lệ học sinh xác định động cơ học tập.

42

13

Bảng 2.5

14

Hình 3.1

Màn hình giao diện của AutoCAD 2007

50

15

Hình 3.2

Cửa sổ hội thoại lệnh Array

54

16

Hình 3.3

Cửa sổ hội thoại lệnh Array theo mảng hình trịn.

54

17

Hình 3.4

Cửa sổ hội thoại và thanh cơng cụ Text Formatting

57

18

Hình 3.5

Cửa sổ hội thoại lệnh tơ vật liệu.

58

19

Hình 3.6

Cửa sổ hội thoại lệnh tạo lớp Layer

62

20

Hình 3.7

Lựa chọn màu sắc cho nét vẽ trong lệnh Layer

62

21

Hình 3.8

Lựa chọn kiểu đường nét trong lệnh Layer

63

22

Hình 3.9

Cửa sổ hội thoại lệnh tạo kiểu chữ

64

23

Hình 3.10

Nhập tên cho kiểu chữ

64

24

Hình 3.11

Cửa sổ hội thoại tạo kiểu ghi đường kích thước

65

Tỉ lệ mức độ giáo viên sử dụng phần mềm
AutoCAD vào bài giảng.

8

Trang

46


25

Hình 3.12

Nhập tên cho kiểu đường kích thước mới

65

26

Hình 3.13

Khai báo các biến của đường kích thước.

66

27

Hình 3.14

Cửa sổ hội thoại Symbols and Arrows

66

28

Hình 3.15

Cửa sổ hội thoại Text

68

29

Hình 3.16

Cửa sổ hội thoại Primary Units

68

30

Hình 3.17

Mặt bằng tầng 1 nhà lớp học

70

31

Hình 3.18

Tạo khung bản vẽ và các đường trục

71

32

Hình 3.19

Vẽ các cột cho gian nhà chuẩn (gian đầu tiên)

72

33

Hình 3.20

Vẽ các tường bao quanh và cửa sổ S1

72

34

Hình 3.21

Tạo mảng đối tượng vẽ.

73

35

Hình 3.22

Vẽ và tạo đối xứng cửa đi Đ1.

74

36

Hình 3.23

Sao chép các cửa đi Đ1

74

37

Hình 3.24

Vẽ chi tiết cầu thang

75

38

Hình 3.25

Sao chép chi tiết cầu thang

75

39

Hình 3.26

Vẽ chi tiết bục giảng và sảnh.

76

40

Hình 3.27

Ghi kích thước cho bản vẽ

76

41

Hình 3.28

Vẽ các trục.

77

42

Hình 3.29

Chỉnh sửa hồn thiện bản vẽ.

77

43

Hình 3.30

Quy trình soạn BGĐT

81

44

Hình 3.31

Slide đầu tiên của giáo án điện tử

81

45

Hình 3.32

Slide hiển thị bản vẽ trong giáo án điện tử

82

46

Hình 3.33

Các hình vẽ phục vụ cho bài giảng Cấu tạo kiến trúc.

85

47

Hình 3.34

Slide kiểm tra bài cũ trong bài giảng điện tử

91

48

Hình 3.35

Một số trang giáo án trong bài giảng điện tử

93

49

Bảng 3.1

Kết quả phiếu điều tra dành cho học sinh

101

50

Bảng 3.2

Kết quả phiếu điều tra dành cho cán bộ và giáo viên

102

9


MỞ ĐẦU
1. Tên đề tài.
Ứng dụng phần mềm AutoCAD trong giảng dạy các môn học chuyên ngành
xây dựng tại trường Trung cấp Xây dựng số 4.
Tên tiếng Anh: Application of AutoCAD software in teaching civil engineering
subjects at Construction School No4.
2. Lý do nghiên cứu.
Ngày nay, trong xã hội hiện đại, nhu cầu có một đội ngũ lao động tay nghề
cao đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật thì việc đổi mới phương pháp dạy học là rất
cần thiết. Trong các nhà trường của nước ta hiện nay, việc dạy học theo phương
pháp cổ điển nặng về truyền đạt một chiều, đặc trưng nhất là thầy giảng trò ghi còn
rất phổ biến, cách dạy và học này có ưu điểm là khơng địi hỏi nhiều đến phương
tiện dạy học. Với một số ngành học, mơn học thì có thể phương pháp dạy học
truyền thống chưa lộ rõ các nhược điểm nhưng trong lĩnh vực giáo dục kỹ thuật,
phải đào tạo cả kiến thức và kỹ năng nghề nghiệp trong các ngành cơng nghiệp có
mức độ tự động hóa, tin học hóa ngày càng cao thì phương pháp dạy học cũ sẽ trở
nên bất cập. Vì vậy, đổi mới phương pháp dạy học là vô cùng cấp thiết, với sự trợ
giúp của Cơng nghệ thơng tin ngày nay, giáo viên có thể thiết kế các bài dạy trên
máy tính với nhiều hình ảnh minh họa, hình ảnh từ thực tế và sử dụng các phần
mềm mô phỏng trực quan giúp học sinh có thể dễ dàng tiếp thu bài học một cách tốt
nhất.
Với sự phát triển ngày càng lớn mạnh, hòa cùng sự phát triển của đất nước,
Trường Trung cấp Xây dựng số 4 với 40 năm xây dựng và trưởng thành cũng đang
rất quan tâm đến việc đổi mới phương pháp dạy học nói chung và dạy học các mơn

học chun ngành Xây dựng nói riêng nhưng cịn nhiều khó khăn do đặc thù cơ bản
các môn học chuyên ngành Xây dựng gồm nhiều bản vẽ xây dựng trừu tượng, phức
tạp, đặc biệt là các môn học: Vẽ xây dựng, cấu tạo kiến trúc, thiết kế kiến trúc.
AutoCAD là phần mềm vẽ kỹ thuật được sử dụng phổ biến và thông dụng
nhất hiện nay ở Việt nam. Với AutoCAD ta có thể thiết kế các bản vẽ kỹ thuật với

10


độ chính xác, năng suất cao và dễ dàng trao đổi dữ liệu với các phần mềm khác.
Là một giáo viên, với mong muốn được góp phần vào cơng việc đổi mới
phương pháp dạy học nhằm nâng cao chất lượng đào tạo tại trường Trung cấp Xây
dựng số 4, tôi thực hiện đề tài: “Ứng dụng phần mềm AutoCAD trong giảng dạy
các môn học chuyên ngành xây dựng tại trường Trung cấp Xây dựng số 4” để
nghiên cứu và làm luận văn thạc sĩ.
3. Mục tiêu nghiên cứu.
Vận dụng cơ sở lý luận về dạy học theo phương pháp mô phỏng, nghiên cứu
tính năng của phần mềm AutoCAD 2D, trên cơ sở đó áp dụng vào giảng dạy các
mơn học chuyên ngành Xây dựng tại trường Trung cấp Xây dựng số 4 sao cho quá
trình dạy học đạt hiệu quả cao hơn.
4. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu.
- Đối tượng nghiên cứu:
Nghiên cứu, đánh giá thực trạng về dạy học các môn học chuyên ngành Xây
dựng hiện nay trong trường Trung cấp Xây dựng số 4.
Nghiên cứu tính năng của phần mềm AutoCAD 2D, áp dụng vào công việc
giảng dạy vẽ và thiết kế các bản vẽ xây dựng.
- Phạm vi nghiên cứu:
Vấn đề dạy và học các môn học chuyên ngành Xây dựng trong trường Trung
cấp Xây dựng số 4.
Nghiên cứu tính năng của phần mềm AutoCAD 2D, áp dụng vào công

việc giảng dạy các môn học Vẽ Xây dựng, Cấu tạo kiến trúc, Thiết kế kiến trúc
trong trường Trung cấp Xây dựng số 4.
5. Phương pháp nghiên cứu.
Luận văn sử dụng một số phương pháp nghiên cứu sau:
- Phương pháp nghiên cứu lý luận: Phân tích tài liệu, khái quát hóa.
- Phương pháp điều tra khảo sát đánh giá hiện trạng: Thu thập số liệu từ thực
tế điều tra, khảo sát, phỏng vấn trực tiếp các đối tượng liên quan.

11


- Nghiên cứu phần mềm AutoCAD thông qua các tài liệu bằng tiếng Việt của
nhiều tác giả đang được bán nhiều trên thị trường.
6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài.
- Đề tài này góp phần vào công việc đổi mới giáo dục và nâng cao chất lượng
giảng dạy tại trường Trung cấp Xây dựng số 4.
7. Nội dung luận văn.
MỞ ĐẦU
NỘI DUNG LUẬN VĂN
Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn về ứng dụng phần mềm AutoCAD
trong dạy học.
Chương 2: Thực trạng về việc ứng dụng phần mềm AutoCAD trong giảng
dạy các môn học chuyên ngành tại trường Trung cấp Xây dựng số 4.
Chương 3: Ứng dụng phần mềm AutoCAD trong giảng dạy các môn học
chuyên ngành Xây dựng tại trường Trung cấp Xây dựng số 4.
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO
PHỤ LỤC

12

NỘI DUNG LUẬN VĂN
Chương 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ ỨNG DỤNG PHẦN MỀM
AUTOCAD TRONG DẠY HỌC.
1.1 Cơ sở khoa học về lý luận dạy học theo phương pháp mô phỏng.
Đại hội IX của Đảng ta đã nhấn mạnh vào vấn đề cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa
đất nước. Mục tiêu đến năm 2020 đất nước ta cơ bản trở thành một nước công
nghiệp. Do vậy, việc ứng dụng khoa học kỹ thuật tiên tiến trong sản xuất được nhà
nước ta hết sức quan tâm.
Sự phát triển của nền kinh tế, sự ra đời của hàng loạt các công ty liên doanh và sự
đầu tư công nghệ mới trong các nhà máy đã tạo ra nhiều việc làm cho xã hội, xong
bên cạnh đó cũng đặt ra những địi hỏi mới đối với trình độ của người lao động
được đào tạo. Như vậy, giáo dục và đào tạo lực lượng lao động kỹ thuật là một nhu
cầu bức thiết, đòi hỏi phải thay đổi mục tiêu, nội dung, phương pháp nhằm đào tạo
ra các cán bộ kỹ thuật đáp ứng được yêu cầu của nền kinh tế.
Xuất phát từ nhiệm vụ của công tác giáo dục kỹ thuật và dạy nghề trong tình hình
mới, địi hỏi đội ngũ giáo viên cần phải làm chủ nội dung chuyên mơn, ứng dụng
các phương pháp dạy học tích cực và các trang thiết bị dạy học một cách thành thạo
vào việc dạy học. Do vậy, việc nghiên cứu và ứng dụng lý luận dạy học chuyên
ngành vào dạy học là rất cần thiết.
Có nhiều phương pháp dạy học nhưng khơng có phương pháp dạy học nào là
vạn năng, để đạt được hiệu quả dạy học tốt, mỗi giáo viên phải biết vận dụng linh
hoạt các phương pháp dạy học. Ngày nay với sự phát triển vượt bậc của công nghệ
thông tin và tin học, việc mơ hình hóa các chi tiết kỹ thuật trở nên dễ dàng hơn trên
máy tính và áp dụng vào việc giảng dạy sẽ nâng cao được chất lượng giảng dạy.
Trong đề tài này, tôi đề cập và nghiên cứu sâu về phương pháp mô phỏng.
1.1.1 Dạy học theo phương pháp mô phỏng.

13

Mô phỏng (Simulation): Từ lâu đã được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác
nhau như: kỹ thuật, kinh tế, xã hội, … Trong khoa học và công nghệ, mô phỏng là
con đường nghiên cứu thứ ba song song với nghiên cứu lý thuyết thuần túy và
nghiên cứu thực nghiệm trên đối tượng thực. Nó được sử dụng khi khơng thể,
khơng cần hay không nên thực nghiệm trên đối tượng thực.
Mô phỏng thường được dùng trong nghiên cứu khoa học (NCKH) là q
trình phát triển mơ hình hóa rồi mơ phỏng một đối tượng cần nghiên cứu. Thay cho
việc phải nghiên cứu đối tượng cụ thể mà nhiều khi là không thể hoặc rất tốn kém
tiền của, chúng ta xây dựng những mơ hình hóa của đối tượng đó trong phịng thí
nghiệm và tiến hành nghiên cứu đối tượng đó dựa trên mơ hình hóa này. Kết quả rút
ra được phải có kiểm chứng với kết quả đo dạc thực tế.
Dựa trên những kết quả thu được sau q trình mơ phỏng, ta có thể rút ra
hướng đi tiếp theo cho nghiên cứu và sản xuất về sau. Đây là lĩnh vực rất phức tạp,
trong luận văn này chỉ giới hạn ở nghiên cứu việc ứng dụng khoa học công nghệ
trong giáo dục và cơ sở lý luận cho việc sử dụng phương pháp mô phỏng trong dạy
học nhằm đổi mới phương pháp giảng dạy hiện nay ở các môn học kỹ thuật.
1.1.2 Những lý do sử dụng phương pháp luận NCKH công nghệ trong giáo
dục và PPMP trong giảng dạy chuyên ngành kỹ thuật.
1.1.2.1 Những bất cập về phương pháp truyền thống khi giảng dạy chuyên
ngành kỹ thuật.
Phương pháp giảng dạy cổ điển nặng về truyền đạt một chiều, đặc trưng nhất
là thầy giảng trò ghi. Sự minh họa bằng hình vẽ hay một vài giáo cụ trực quan được
xem như một bước sâu hơn trong phương pháp giảng dạy. Cho học sinh làm bài tập
và các hình thức kiểm tra cũng chỉ có tính chất củng cố những kiến thức đã được
tiếp thu một cách thụ động.
Với một số ngành học, mơn học thì có thể phương pháp giảng dạy truyền
thống, thầy “giáp mặt” với trò chưa lộ rõ các nhược điểm. Nhưng đối với lĩnh vực
giáo dục kỹ thuật, phải đào tạo cả kiến thức và kỹ năng nghề nghiệp trong các

14


ngành cơng nghiệp có mức độ tự động hóa, tin học hóa ngày càng cao thì phương
pháp giảng dạy cũ sẽ trở nên bất cập vì một những lý do sau:
- Do diễn giải chỉ bằng logic tư duy, thầy dẫn dắt truyền đạt để trò thu nhận
nên chỉ dừng lại được ở các mơ hình tốn học hay sơ đồ thuật tốn, lưu đồ cơng
nghệ …, kết quả là các kỹ sư, cử nhân đào tạo ra chỉ nắm được phần lý thuyết mà
triển khai ứng dụng lại rất khó khăn.
- Do tiếp thu thu động, người học bị hạn chế sự sáng tạo, thiếu khả năng tự
nghiên cứu trong q trình tiếp nhận các lĩnh vực cơng nghệ mới nên sau quá trình
học ra làm việc bị động với công việc, nhất là thiếu khả năng tự đào tạo, cập nhật và
tự nâng cao trình độ.
- Thiếu khả năng làm việc nhóm, thiếu khả năng hợp tác trong cơng việc mà đó
lại là các địi hỏi ngày càng cần thiết đối với các kỹ sư, kỹ thuật viên hiện nay.
1.1.2.2 Tính tất yếu khi sử dụng các phương pháp của NCKH công nghệ
trong giáo dục chuyên ngành kỹ thuật.
Giáo dục kỹ thuật trong thời đại tin học hóa và tự động hóa ngày càng sâu
rộng, các chuyên ngành học thường sử dụng ngày càng nhiều thiết bị thực hành hiện
đại. Nhiều môn học mới ra đời trên cơ sở các thành tựu khoa học và công nghệ ở
các lĩnh vực kỹ thuật khác nhau, như ngành cơ khí tăng dần mức độ tự động hóa,
các ngành kỹ thuật điện, điện tử và cơ khí tiến tới đan xen nhau làm cho ngành cơ
điện tử ra đời và phát triển. Trong ngành xây dựng cũng vậy, từ việc thiết kế có sử
dụng sự trợ giúp của máy tính làm cho hiệu quả công việc đạt mức cao hơn.
Trước sức ép về cơng nghệ cần phải có chiến lược đổi mới phương pháp
giảng dạy các chuyên ngành kỹ thuật ở các bậc học dựa vào chính thành tựu của
khoa học công nghệ.
Bảng đen phấn trắng, máy chiếu, máy ghi âm, dạy qua đài truyền thanh, đài
truyền hình …, dạy bằng máy tính… Đó là một q trình phát triển khoa học cơng

nghệ (KHCN) trong giáo dục nói chung và trong giảng dạy nói riêng. Lịch sử ứng
dụng KHCN vào giáo dục được khẳng định dựa trên hai lý do chính:

15


(1) KHCN có mặt ở khắp mọi nơi, khi mà giáo dục ở mọi quốc gia luôn được ưu
tiên hàng đầu thì việc ứng dụng KHCN trong giáo dục là lẽ đương nhiên.
(2) Kết quả nghiên cứu đã thử nghiệm áp dụng KHCN các phương pháp mơ
phỏng trên máy tính đã giải quyết được bất cập của lối dạy học truyền thống, mang
lại hiệu quả rõ rệt trong giáo dục.
1.1.3 Xây dựng cấu trúc mô phỏng trong dạy học theo mơ hình mơ phỏng
trong NCKH
1.1.3.1 Mơ phỏng trong NCKH
Cơng nghệ thông tin (CNTT) ngày càng phát triển mạnh, tốc độ của các máy
vi tính ngày càng nhanh, khả năng lưu trữ dữ liệu của các máy vi tính ngày một lớn,
nhiều cơng cụ lập trình mới và thuận tiện ra đời như: Matlap, Java, Visual
Nastran… Các công cụ này đã nhanh chóng được đưa vào sử dụng để có thể xây
dựng được các mơ hình với đối tượng có cấu trúc phức tạp.
Bản chất của phương pháp mô phỏng là xây dựng một mơ hình thể hiện bằng
chương trình máy tính cho đối tượng cần nghiên cứu, sau đó tiến hành các thực
nghiệm trên mơ hình. Như vậy, mơ phỏng là thực nghiệm quan sát và điều khiển
trên mơ hình của đối tượng quan sát.
Đối tượng
nghiên cứu

Mơ hình

Kết quả

Hình 1.1: Cấu trúc q trình mơ phỏng trong NCKH.
- Phương pháp mô phỏng số.
Bản chất của phương pháp mô phỏng số là xây dựng một mơ hình số (mơ
hình thể hiện bằng chương trình máy tính) cho đối tượng cần nghiên cứu (ngun
hình), sau đó ta tiến hành các thực nghiệm trên mơ hình.

16


Đối tượng nghiên cứu

Mơ hình ngun lý

Mơ hình trên máy tính

Thử nghiệm
và so sánh

Kết quả

Hình 1.2: Q trình mơ phỏng số
1.1.3.2 Xây dựng cấu trúc mô phỏng trong dạy học.
Thực chất mô phỏng trong dạy học là một trường hợp riêng của mơ phỏng trong
NCKH. Do đó ta có thể định nghĩa mô phỏng trong dạy cũng là một dạng mô phỏng
nghiên cứu khoa học, là mô phỏng thế giới nhận thức, nó cho phép tiến hành giảng
dạy theo chế độ tương tác, phát triển khả năng học trên các tri thức đã lĩnh hội được.
Như vây, cấu trúc PPMP trong dạy học sẽ bao gồm cả “xử lý vi phạm” và “tổ
chức hoạt động dạy học” nằm xen kẽ nhau (Hình 1.3)

17

(4)
(3)

Đối tượng
nghiên cứu

(1)

Mơ hình

Xử lý vi
phạm

(2)

Kết quả

Tổ chức hoạt
động khoa học

Hình 1.3: Cấu trúc phương pháp mơ phỏng trong dạy học.
1.1.3.3 Tác động của PPMP trong dạy học đối với công nghệ dạy học.
Đầu ra
(mục tiêu)

Thành tựu của
KHGD: Tâm lý
học, giáo dục

học, xã hội học,
kinh tế học.

Đầu vào
(học sinh)
Tổ chức
khoa học
QTDH

Phương tiện
kỹ thuật

Thành tựu của
các khoa học liên
quan: Sinh học,
CNTT, điều
khiển học

Nội dung

Phương
pháp

Tiêu chuẩn
đánh giá
Hình 1.4: Bản chất cơng nghệ dạy học.

18

Đạt mục đích

giáo dục với
chi phí tối ưu


Bản chất của công nghệ dạy học là sự áp dụng những thành tựu của khoa học
công nghệ vào quá trình dạy học nhằm đạt mục đích đề ra.
Trong mỗi thời kỳ lịch sử, mục đích và nội dung dạy học ln được đổi mới
(tính chất động), kéo theo sự đổi mới về phương pháp dạy học (PPDH). Vì khơng
có phương pháp dạy học nào là vạn năng cho nên để có một giờ học đạt chất lượng
tốt, người giáo viên cần phối hợp các phương pháp dạy học một cách hợp lý. Ngày
nay, trong thời đại KHCN phát triển như vũ bão (đặc biệt là CNTT), cùng với sự
đổi mới về mục đích dạy học và nội dung dạy học (hiện đại về tri thức và kỹ năng),
PPDH cũng phải thay đổi để tiếp cận và làm quen với cơng nghệ mới. PPMP trong
dạy học là q trình thay đổi PPDH theo hướng tiếp cận với công nghệ hiện đại trên
cơ sở kế thừa và phối hợp nhuần nhuyễn với phương pháp truyền thống.
1.1.4 Vận dụng PPMP trong giảng dạy chuyên ngành kỹ thuật.
1.1.4.1 Tác dụng của PPMP vào giảng dạy chuyên ngành kỹ thuật.
Phương pháp dạy học sử dụng PPMP có nhiều ưu điểm. Trước hết, nó vẫn
duy trì được ưu điểm của phương pháp giảng dạy truyền thống là phát huy vai trò
chủ đạo của người giáo viên, bên cạnh đó PPMP lại có thế mạnh mà phương pháp
dạy học truyền thống khơng thể có như sử dụng hình ảnh động, mơ phỏng hoạt
động như thật, thực hành ảo các hoạt động của thiết bị…giúp học sinh, sinh viên
nhanh chóng nắm vững kiến thức. Hơn nữa tồn bộ bài giảng được trình chiếu bằng
máy chiếu và máy tính nên giáo viên sẽ tiết kiệm đáng kể thời gian trình bày trên
bảng. Vì vậy, giáo viên có nhiều quỹ thời gian để làm việc trực tiếp với học trò hơn,
nâng cao hiệu quả giảng dạy.
Phương pháp dạy học có sử dụng PPMP đã đổi mới phương thức giảng dạy,
chuyển vai trò người giáo viên từ truyền thụ kiến thức cho học sinh sang hướng dẫn
học sinh tìm kiếm tri thức, tìm cách khám phá khoa học.
1.1.4.2 PPMP kết hợp với phương pháp dạy học tích cực.

Dùng phương pháp mô phỏng để triển khai các phương pháp dạy học tích
cực (angorit hóa và giải quyết vấn đề) nhằm tạo thành một phân hệ phương pháp
dạy học chuyên biệt hóa trong đó phương pháp mơ phỏng trên máy tính giữ vai trò

19


nòng cốt, liên kết các phương pháp thành một thể tích hợp nhằm phát huy tốt nhất
các ưu điểm của các phương pháp này, thực hiện có kết quả mục đích dạy học kỹ
thuật cơng nghiệp.
a. Phương pháp mơ phỏng kết hợp với phương pháp angorit hóa:
Sử dụng hình vẽ mơ phỏng trên máy tính kết hợp phương pháp dạy học
angorit giúp học sinh nắm vững khái niệm về đối tượng nghiên cứu, trên cơ sở đó
vận dụng các thao tác trí tuệ để so sánh, phân tích, khái quát hóa thành lời giải tổng
qt cho các bài tốn cùng loại.
Vai trị của phương pháp mơ phỏng khi vận dụng angorit vào dạy không chỉ
theo một hướng dạy angorit cho học sinh mà còn của bản thân việc dạy học (con
đường dẫn đến kiến thức), giúp học sinh tránh việc nhận thức một cách máy móc,
áp đặt mà hình thành cho họ một lời giải tổng quát cho một lớp các bài tốn.
b. Phương pháp mơ phỏng kết hợp với phương pháp nêu vấn đề:
Khi kết hợp phương pháp mô phỏng với phương pháp nêu vấn đề trong quá
trình dạy học, tư duy của học sinh được phát triển trên cơ sở quan sát mơ hình, giáo
viên lựa chọn và xây dựng các tình huống có vấn đề, đưa ra các câu hỏi đàm thoại,
gợi mở (phân chia các bước nhảy lớn về chất lượng trong nghiên cứu khoa học
thành những bước nhỏ trong vùng phát triển gần của học sinh), kích thích q trình
tưởng tượng của học sinh từ các biểu tượng mà họ vừa tri giác và cảm giác trước
đó, dự đốn hiện tượng mới, lựa chọn giải pháp, đề xuất giải pháp mới và kiểm
chứng giả thuyết đã có. Q trình này địi hỏi một sự sáng tạo thực sự, học sinh cần
cố gắng và suy nghĩ, tích cực tìm tịi giải quyết những vấn đề do nhiệm vụ học tập
đề ra và kết quả là học sinh chiếm lĩnh kiến thức và phát triển năng lực nhận thức

của mình.
Từ đối tượng nghiên cứu (đối tượng thật hoặc tranh vẽ, sơ đồ của đối tượng).
Phân tích nội dung kiến thức cần truyền đạt, xác định mục tiêu mơ phỏng, mơ
phỏng cái gì là cơ bản (lựa chọn các thuộc tính và các quan hệ đặc trưng), nên đơn
giản hóa thực tế đến mức nào và bỏ bớt những gì cho thích hợp. Trên cơ sở đó tiến
hành xây dựng mơ hình, mơ hình được xây dựng để học sinh quan sat và thí

20


nghiệm, qua đó mà bản thân nhận thức của học sinh cũng vận động và biến đổi theo
nên khi mô hình hóa, giáo viên cần chú ý đến:
+ Phù hợp với mục đích dạy học, trình độ lĩnh hội của học sinh.
+ Phù hợp với sự vận động của nội dung môn kỹ thuật công nghiệp
+ Phù hợp với đặc điểm tâm sinh lý của học sinh (đơn giản, mang tính phổ
biến, khái qt, dễ quan sát …)
Mơ hình với tư cách phản ánh các nguyên lý kỹ thuật chung nhất, các quá
trình kỹ thuật và thiết bị kỹ thuật … của các đối tượng kỹ thuật nên khi mô hình hóa
cần chú ý đến các tính chất: tương tự, đơn giản, lý tưởng và trực quan.
Từ trước đến nay, việc xây dựng mơ hình thường do các chun gia thực
hiện, để nâng cao chất lượng của một bài lên lớp. Tuy nhiên giáo viên cũng có thể
đề xuất quy trình xây dựng mơ hình trên phần mềm đơn giản, phổ cập. Sau đó, từ
mơ hình mơ phỏng các giáo viên chủ động tiến hành soạn bài giảng đảm bảo tính
tồn diện, khoa học và kịp thời. Cần lưu ý rằng mơ hình đưa ra cho học sinh nghiên
cứu (là phương tiện trực tiếp để dạy học) phải đảm bảo phản ánh chính xác nội dung
kiến thức, khơng được sai sót. Do đó cần có bước chỉnh sửa mơ hình (bước 3 thực
hiện ngay sau bước 1) sao cho hợp thức với nguyên hình, đay cũng là một điểm
khác với phương pháp mô phỏng sử dụng trong nghiên cứu khoa học.
1.1.4.3 Tổ chức hoạt động dạy học
Giáo viên có nhiệm vụ mơ hình hóa và sau đó sử dụng mơ hình với mục đích

sư phạm như một phương tiện nhận thức giúp học sinh hiểu rõ một khái niệm náo
đó. Nhiệm vụ của giáo viên phải biến đổi những mô hình trong sách cho dễ hiểu
hơn, sinh động hơn, tìm ra mối liên hệ đang ẩn dấu trong các hình vẽ, sơ đồ đó.
Bằng khả năng mơ phỏng hình ảnh động, bài học trở nên hấp dẫn hơn, lám sống lại
quá trình suy nghĩ và hành động của các nhà khoa học.
Việc soạn bài giảng theo PPMP cần chú ý đến khâu kích thích động viên, tổ
chức hoạt động và kiểm tra đánh giá. Khi xây dựng bài giảng phải đảm bảo sự đồng
bộ giữa thiết bị, nội dung và phương pháp, tạo ra được mâu thuẫn, kích thích hứng
thú của học sinh, thỏa mãn các yêu cầu tích cực, sáng tạo, phát triển tư duy của

21


PPMP. Phối hợp chặt chẽ giữa các bước chuyển động của hình vẽ phù hợp với
phương pháp angorit và các tình huống nêu vấn đề.
Tìm mối liên hệ giữa các yếu toosL PPMP, phát triển tư duy và trí tưởng tượng,
hứng thú nhận thức và chất lượng dạy học. Cụ thể tìm mối liên hệ theo hướng dùng
PPMP (kết hợp với các phương pháp dạy học tích cực) để gia công sư phạm nội
dung dạy học, lựa chọn. sắp xếp, tạo ra các hình ảnh – biểu tượng, liên kết các biểu
tượng và cho chúng vận động, trên cơ sở đó xây dựng các biểu tượng mới, tiếp tục
q trình hình thành biểu tượng mới của biểu tượng… khái quát, suy diễn và tiên
đốn. Kết quả là:
- Trí tưởng tượng của học sinh hoạt động liên tục, bổ trợ cho việc phát triển tư duy.
- Nội dung dạy học trở nên tự nhiên, liên tục, sống động, hấp dẫn và logic. Điều
đó làm tăng hứng thú nhận thức của người học. Hứng thú nhận thức lại tích cực hóa
tồn bộ hoạt động nhận thức của học sinh. Do đó chất lượng dạy học đạt được ở
mức cao hơn, đây chính là cơ chế vận động đạt tới mục đích nghiên cứu.
Chọn nội dung mô phỏng

Chọn phương pháp: Mô phỏng định tính sử dụng

mơ hình thực thể - Mơ hình động hình học
Chọn thiết bị mơ phỏng: Máy tính
Chọn ngơn ngữ mơ phỏng: Powerpoint –
Circuit MakerPRO

Xây dựng mơ hình
Soạn giáo án
Hình 1.5: Sơ đồ quy trình soạn giáo án theo PPMP.

22


Hứng thú nhận thức
PPMP

Gia công
sư phạm
nội dung
dạy học

Chất lượng
dạy học
Tư duy tưởng tượng

Hình 1.6: Mơ hình nâng cao chất lượng dạy học bằng PPMP.
1.2 Cơ sở thực tiễn của đề tài.
1.2.1 Tổng quan về công nghệ CAD/CAM
1.2.1.1 Giới thiệu về CAD/CAM
Trong thời đại ngày nay, công nghệ thông tin đang có tác động rất lớn đến
mọi lĩnh vực của cuộc sống, việc ứng dụng công nghệ thông tin trong việc nghiên

cứu, chế tạo và giảng dạy kỹ thuật là rất quan trọng để nâng cao hiệu quả công việc.
Trước đây, cơng việc của các nhà thiết kế có thể được hình dung như sau: thể
hiện ý tưởng bằng cách phác họa trên giấy, vẽ các bản vẽ kỹ thuật với thông số ban
đầu, tiến hành thiết kế thực sự trên bản vẽ kỹ thuật, bổ sung hiệu chỉnh các bản vẽ
với các quy trình sư phạm. Tóm lại đây là một quy trình địi hỏi rất nhiều thời gian,
cơng sức và sự nhẫn nại của các nhà thiết kế vì các bản vẽ luôn luôn phải sửa đổi,
bổ sung, hiệu chỉnh … và dụng cụ hay dùng nhất có lẽ là viên tẩy. Các bản vẽ thiết
kế thủ công như vậy có thể sẽ khơng đạt được các chỉ tiêu về thiết kế kiến trúc cơng
trình, thậm chí là ảnh hưởng đến kết cấu. Khi đó quy trình thiết kế sẽ phải tiến hành
lại từ đầu và có thể khơng chỉ là một lần. Ngày nay, công nghệ thông tin đã xâm
nhập vào các lĩnh vực khoa học công nghệ, và trong lĩnh vực thiết kế “CAD” đã trở
thành một công cụ cực kỳ đắc lực cho các kỹ sư thiết kế.
Định nghĩa ban đầu của CAD (Computer Aided Drafting) có nghĩa là: Vẽ kỹ
thuật với sự trợ giúp của máy tính.
Về sau CAD được định nghĩa là một hoạt động thiết kế liên quan đến việc sử
dụng máy tính để tạo lập, sửa chữa hoặc trình bày một thiết kế kỹ thuật. CAD có

23


liên hệ chặt chẽ với hệ thống đồ họa máy tính. Các lý do quan trọng có thể kể đến
khi sử dụng hệ thống CAD là tăng hiệu quả làm việc cho người thiết kế, tăng chất
lượng thiết kế, nâng cao chất lượng trình bày thiết kế và tạo lập cơ sở dữ liệu cho
sản xuất.
Các bước tiến hành một thiết kế với CAD: Tổng hợp (xây dựng mơ hình
động học); phân tích tối ưu hóa (phân tích kỹ thuật); trình bày thiết kế (tự động ra
bản vẽ).
Kết quả của CAD là một bản vẽ xác định, một sự biểu diễn nhiều hình chiếu
khác nhau của một chi tiết với các đặc trưng hình học và chức năng. Các phần mềm
CAD là các dụng cụ tin học đặc thù cho việc nghiên cứu và được chia thành hai

loại: Các phần mềm thiết kế và các phần mềm vẽ.
Ta phân biệt hai loại dụng cụ tin học trong nghiên cứu thiết kế:
- Các phần mềm vẽ có sự tham gia của máy tính điện tử (Design Assistes par
Ordinateur – DAO hay Computer Aided Drawing – CAD).
- Các phần mềm thiết kế có tham gia của máy tính điện tử (Conception Assistes par
Ordinateur – CAO hay Computer Aided Design – CAD)
Trong tiếng anh ta sử dụng từ CAD chung cho cả hai loại phần mềm này.
Định nghĩa về CAM (Computer Aided Manufacturing): Sản xuất với sự trợ
giúp của máy tính. Ngày nay, với các trung tâm gia công lớn, sử dụng nhiều loại
máy CNC, sản xuất các chi tiết kỹ thuật phức tạp, với sự trợ giúp của CAM công
việc trở nên dễ dàng và chi phí sản xuất thấp.
Thực tế CAD và CAM tương ứng với các hoạt động của hai quá trình hỗ trợ
cho phép biến một ý tưởng trừu tượng thành một vật thể thật. Hai quá trình này thể
hiện rõ trong công việc nghiên cứu và triển khai chế tạo.
Xuất phát từ nhu cầu cho trước, việc nghiên cứu đảm nhận thiết kế một mơ hình
mẫu cho đến khi thể hiện trên bản vẽ biểu diễn chi tiết. Từ bản vẽ chi tiết việc triển
khai chế tạo đảm nhận lập ra quá trình chế tạo các chi tiết cùng các vấn đề liên quan
đến dụng cụ và phương pháp thực hiện.
Hệ thống CAD/CAM

24