Ứng dụng công nghệ mô phỏng vào dạy học môn kỹ thuật xung số nghề điện tử công nghiệp tại Trường Cao đẳng nghề cơ điện và công nghệ thực phẩm Hà Nội

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

HỒNG THỊ NGA

ỨNG DỤNG CƠNG NGHỆ MƠ PHỎNG VÀO DẠY HỌC
MÔN KỸ THUẬT XUNG – SỐ NGHỀ ĐIỆN TỬ CÔNG
NGHIỆP TẠI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ CƠ ĐIỆN VÀ
CÔNG NGHỆ THỰC PHẨM HÀ NỘI

CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM KỸ THUẬT
CHUYÊN SÂU: SƯ PHẠM KỸ THUẬT ĐIỆN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS. LÊ HUY TÙNG

HÀ NỘI – 2017


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan nội dung luận văn và sản phẩm của luận văn mà tôi viết ra
là do sự tìm hiểu và nghiên cứu của bản thân. Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý
tưởng của các tác giả khác nếu có đều được trích dẫn đầy đủ.
Luận văn này cho đến nay vẫn chưa hề được bảo vệ tại bất kỳ một hội đồng
bảo vệ luận văn thạc sĩ nào trên toàn quốc cũng như nước ngồi và cho đến nay
chưa hề được cơng bố trên bất kỳ phương tiện thơng tin nào.
Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm về pháp lý những gì mà tơi đã cam đoan
trên đây.

Hà Nội, tháng 3 năm 2017
Tác giả luận văn

Hoàng Thị Nga

1


LỜI CẢM ƠN
Tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới Thầy giáo TS Lê Huy
Tùng, người đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này.
Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến các thầy giáo, các cô giáo Viện Sư phạm kỹ
thuật- trường Đại học Bách Khoa Hà Nội. Tác giả cũng gửi lời cảm ơn đến các cán
bộ Viện đào tạo Sau đại học - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tham gia quản
lý, giảng dạy và giúp đỡ tác giả trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu; Ban
Giám hiệu Trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội, các
đồng nghiệp và các em học sinh khoa Điện – Điện tử-Tin học trường Cao đẳng
nghề Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi giúp đỡ
tác giả trong quá trình thực nghiệm sư phạm tại trường.
Trong quá trình nghiên cứu, mặc dù rất cố gắng nhưng luận văn khơng tránh
khỏi thiếu sót, vì vậy tác giả rất mong nhận được sự chỉ dẫn và góp ý để đề tài được
hoàn thiện hơn.
Xin chân thành cảm ơn!

Tác giả luận văn

Hoàng Thị Nga

2

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ......................................................................................................1
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................2
MỤC LỤC ..................................................................................................................3
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT.......................................................................7
DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ ..........................................................8
PHẦN MỞ ĐẦU ........................................................................................................9
1. Lí do lựa chọn đề tài .................................................................................................... 9
1.1 Xuất phát từ nhu cầu xã hội đối với đào tạo nghề .............................................. 9
1.2. Xuất phát từ việc ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học diễn ra phổ
biến và sâu rộng trong các ngành, trong đó có ngành giáo dục trong giai đoạn
hiện nay ....................................................................................................................... 10
1.3. Xuất phát từ nhu cầu giảng dạy môn chuyên môn nghề của nghề Điện công
nghiệp tại trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội...... 11
2. Mục đích nghiên cứu ................................................................................................. 12
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu ............................................................................ 12
3.1 Đối tượng nghiên cứu .......................................................................................... 12
3.2. Phạm vi nghiên cứu ............................................................................................ 12
4. Giả thiết khoa học ...................................................................................................... 13
5. Nhiệm vụ nghiên cứu ................................................................................................. 13
6. Phương pháp nghiên cứu .......................................................................................... 13
7. Những đóng góp mới của luận văn........................................................................... 14

CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀ THỰC
TRẠNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀO DẠY HỌC Ở MỘT
SỐ TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ TRÊN ĐỊA BÀN HÀ NỘI .........................15

3

1.1 Một số khái niệm cơ bản ......................................................................................... 15
1.1.1 Phương pháp dạy học (Teaching method) ...................................................... 15
1.1.2 Công nghệ (Technology) ................................................................................... 16
1.1.3 Mơ hình .............................................................................................................. 17
1.1.4 Mơ phỏng (Simulation) ..................................................................................... 22
1.1.5 Công nghệ mô phỏng (Simulation technology) .............................................. 25
1.1.6 Quy trình (Process) ........................................................................................... 25
1.1.7 Thiết kế (Design) ............................................................................................... 26
1.1.8 Quy trình thiết kế bài giảng ............................................................................. 26
1.2 Đặc trưng của cơng nghệ mơ phỏng ....................................................................... 26
1.2.1 Tính chất của cơng nghệ mô phỏng ................................................................. 26
1.2.2 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của Công nghệ mô phỏng ............................ 28
1.2.3 Các thiết bị và phần mềm dùng trong mô phỏng........................................... 29
1.2.4 Các bước xây dựng mơ hình MP[9] ................................................................ 30
1.2.5. Phương tiện dùng trong dạy học mô phỏng ................................................. 32
1.2.6. Áp du ̣ng công nghê ̣ mô phỏng trong da ̣y ho ̣c ................................................ 34
1.2.7. Những yêu cầ u đă ̣t ra khi áp du ̣ng công nghê ̣ mô phỏng trong da ̣y ho ̣c .... 38
1.2.8. Mu ̣c đích áp du ̣ng công nghê ̣ mô phỏng trong da ̣y ho ̣c ................................ 39
1.2.9. Tin
̀ h hin
̀ h nghiên cứu và áp du ̣ng mô phỏng trong da ̣y ho ̣c ....................... 43
1.2.10. Những ưu điểm và nhược điểm của công nghệ mô phỏng ......................... 47
1.3. Thực trạng ứng dụng công nghệ mô phỏng vào dạy học tại một số trường dạy
nghề trong địa bàn Hà Nội. ........................................................................................... 48
1.3.1. Đặc điểm của học sinh học nghề ..................................................................... 48
1.3.2 Đặc điểm của môn Kỹ thuật xung – số nghề điện tử công nghiệp ................ 49
1.3.3. Việc vận dụng các phương pháp giảng dạy học ở các trường CĐN............ 51

4

2.1 Hiện trạng dạy và học tại trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Công nghệ thực
phẩm Hà Nội................................................................................................................... 54
2.1.1. Về cơ sở vật chất .............................................................................................. 54
2.1.2. Về thiết bị dạy nghề ......................................................................................... 54
2.1.3. Về đội ngũ cán bộ quản lý, giáo viên .............................................................. 55
2.2 Nguyên tắc thiết kế bài giảng có ứng dụng cơng nghệ mơ phỏng ....................... 56
2.2.1. Những yêu cầu chung ...................................................................................... 56
2.2.2. Nguyên tắc thiết kế .......................................................................................... 57
2.3 Quy trình thiết kế bài giảng mơn Kỹ thuật xung – số nghề điện tử cơng nghiệp
có ứng dụng công nghệ mô phỏng. ............................................................................... 60
2.3.1. Những điều kiện cần để thiết kế bài giảng có ứng dụng cơng nghệ mơ
phỏng ........................................................................................................................... 60
2.3.2. Quy trình thiết kế............................................................................................. 63
2.4 Xây dựng một số bài giảng môn kỹ thuật xung – số nghề điện tử cơng nghiệp có
ứng dụng cơng nghệ mô phỏng ..................................................................................... 70
2.4.1 Giáo án thứ nhất: Mạch điều chế độ rộng xung dùng IC NE555 ................. 70
2.4.2 Giáo án thứ 2: Mạch dao động đa hài lưỡng ổn dùng transistor ................. 79

CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM .........................................................87
3.1. Mục đích, đối tượng thực nghiệm ......................................................................... 87
3.1.1. Mục đích thực nghiệm sư phạm ..................................................................... 87
3.1.2. Đối tượng và cơ sở thực nghiệm ..................................................................... 87
3.2. Chuẩn bị các điều kiện thực nghiệm ..................................................................... 88
3.2.1. Chương trình, lớp và giáo viên tham gia thực nghiệm ................................. 88
3.2.2. Cơ sở vật chất và phương tiện dạy học .......................................................... 88
3.3. Nội dung và tiến trình thực nghiệm ...................................................................... 88

5

3.3.1. Chọn và thiết kế bài dạy .................................................................................. 88
3.3.2. Tiến trình thực nghiệm.................................................................................... 89
3.4. Đánh giá kết quả thực nghiệm ............................................................................... 90
3.4.1. Phương pháp đánh giá kết quả thực nghiệm ................................................ 90
3.4.2. Kết quả thực nghiệm thông qua các bài kiểm tra ......................................... 90
3.4.3. Đánh giá định tính ........................................................................................... 91
3.4.4. Đánh giá định lượng ........................................................................................ 91
3.5. Lấy ý kiến chuyên gia ............................................................................................. 92

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................94
TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................96
PHỤ LỤC 1 ..............................................................................................................97
PHỤ LỤC 2 ..............................................................................................................98
PHỤ LỤC 3 ..............................................................................................................99

6


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT
CĐN

Cao đẳng nghề

CNTP

Công nghệ thực phẩm

DH

Dạy học

ĐC

Đối chứng

ĐCN

Điện cơng nghiệp

K54A-N1

Khóa 54 lớp A – nhóm 1

K54A-N2

Khóa 54 lớp A – nhóm 2

K54B-N1

Khóa 54 lớp B – nhóm 1

K54B-N2

Khóa 54 lớp B – nhóm 2

MH

Mơ hình

MP

Mơ phỏng

PPMP

Phương pháp mô phỏng

PT

Phương tiện

PTDH

Phương tiện dạy học

STT

Số thứ tự

TN

Thực nghiệm

7


DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU, HÌNH VẼ
I. Các bảng biểu

Bảng 3.1: Đối tượng và cơ sở thực nghiệm………………………………………..87
Bảng 3.2: Bảng thống kê điểm của học sinh trong bài kiểm tra thứ nhất…………91
Bảng 3.3: Bảng thống kê kết quả các bài kiểm tra của học sinh …………...……..91
Bảng 3.4: Bảng thống kê tỷ lệ phần trăm kết quả bài kiểm tra của học sinh ……..91
Bảng 3.5: Đối tượng thực hiện lấy ý kiến chun gia ……………………………..92
II. Các hình vẽ
Hình 1.1: Cơng nghệ mơ phỏng ...............................................................................27
Hình 2.1: Quy trình xây dựng bài giảng theo cơng nghệ mơ phỏng……………….67
Hình 2.2: Giao diện mơ phỏng hoạt động của mạch điều chế độ rộng xung ……...78
Hình 2.3: Giao diện mô phỏng dạng 3D của mạch điều chế độ rộng xung ……….78
Hình 2.4: Dạng tín hiệu xung ra khi đầu vào thay đổi …………………………….81
Hình 2.5: Giao diện mô phỏng hoạt động của mạch dao động đa hài lưỡng ổn…...86
Hình 2.6: Giao diện mơ phỏng 3D của mạch dao động đa hài lưỡng ổn ………….86

8


PHẦN MỞ ĐẦU
1. Lí do lựa chọn đề tài
1.1 Xuất phát từ nhu cầu xã hội đối với đào tạo nghề

Ở nước ta, ngay từ Đại hội lần thứ IX, Đảng ta đã khẳng định: “ Phát triển
giáo dục- đào tạo là một trong những động lực quan trọng thúc đẩy sự nghiệp cơng
nghiệp hóa- hiện đại hóa đất nước, là điều kiện để phát huy nguồn lực con ngườiyếu tố cơ bản để phát triển xã hội, tăng trưởng kinh tế nhanh và bền vững” [1]. Phát
triển giáo dục- đại học gắn với nhu cầu phát triển kinh tế- xã hội; xây dựng nền giáo
dục theo hướng “chuẩn hóa, hiện đại hóa, xã hội hóa”; thực hiện cơng bằng trong
giáo dục.
Đến Đại hội Đại biểu toàn quốc lần thứ X, Đảng đã đề ra chủ trương phát
triển giáo dục, đào tạo và dạy nghề giai đoạn 2006 - 2010 là: “Phát triển mạnh hệ
thống giáo dục nghề nghiệp, tăng nhanh quy mô đào tạo cao đẳng nghề, trung cấp

nghề cho các khu công nghiệp, các vùng kinh tế động lực và cho xuất khẩu lao
động” [2] và “Tạo chuyển biến căn bản về chất lượng dạy nghề tiếp cận với trình độ
tiên tiến của khu vực và thế giới. Đẩy mạnh xã hội hố, khuyến khích phát triển các
hình thức dạy nghề đa dạng, linh hoạt: dạy nghề ngoài công lập, tại doanh nghiệp,
tại làng nghề”. Đặc biệt chiến lược Phát triển kinh tế- xã hội 2011-2020 cũng đã nêu
rõ: Phát triển nhanh nguồn nhân lực, nhất là nguồn nhân lực chất lượng cao, tập
trung vào việc đổi mới căn bản, toàn diện nền giáo dục quốc dân là một trong ba
khâu đột phá chiến lược…Đẩy mạnh dạy nghề và tạo việc làm, nhất là ở nông thôn
và vùng đơ thị hố; hỗ trợ các đối tượng chính sách, người nghèo học nghề.
Đây là những định hướng rất cơ bản, là căn cứ để phát triển đào tạo nghề,
nhằm góp phần nâng cao chất lượng nguồn nhân lực nước ta trong giai đoạn tới.
Trong những năm qua, nền kinh tế nước ta đã đạt tốc độ tăng trưởng cao, cơ
cấu kinh tế có bước chuyển dịch mạnh mẽ. Quá trình cơng nghiệp hố - Hiện đại
hóa và hội nhập kinh tế quốc tế ở nước ta yêu cầu phải đáp ứng đủ số lượng lao
động kỹ thuật chất lượng cao cho các ngành kinh tế, nhất là các ngành công nghiệp

9


mũi nhọn, công nghệ cao như: Tin học, tự động hóa, điện, cơ điện tử, chế biến xuất
khẩu v.v... và địi hỏi lao động phải được qua đào tạo, có như vậy các doanh nghiệp
mới đủ sức cạnh tranh trên thị trường trong nước và quốc tế.
Để đáp ứng được yêu cầu đó, hệ thống đào tạo kỹ thuật thực hành phải
thường xuyên bổ sung, cập nhật, hoàn thiện các chương trình dạy nghề hoặc xây
dựng các chương trình dạy nghề mới; nâng cao chất lượng đội ngũ giáo viên, cán bộ
quản lý; đầu tư, đổi mới trang thiết bị giảng dạy và đặc biệt chú trọng đổi mới
phương pháp giảng dạy để đào tạo đội ngũ nhân lực kỹ thuật có tay nghề cao trực
tiếp làm việc với kỹ thuật, công nghệ mới.
1.2. Xuất phát từ việc ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học diễn ra phổ
biến và sâu rộng trong các ngành, trong đó có ngành giáo dục trong giai đoạn

hiện nay
Chỉ thị 58-CT/TW của Bộ Chính Trị ngày 17 tháng 10 năm 2000 về việc đẩy
mạnh ứng dụng công nghệ thông tin phục vụ sự nghiệp cơng nghiệp hóa và hiện đại
hóa đã chỉ rõ trọng tâm của ngành giáo dục là đào tạo nguồn nhân lực về công nghệ
thông tin và đẩy mạnh ứng dụng công nghệ thông tin trong công tác giáo dục và đào
tạo.
Cơng nghệ phần mềm phát triển mạnh, trong đó các phần mềm giáo dục
cũng đạt được những thành tựu đáng kể. Máy tính, cơng cụ dạy học hiện đại, mơ
hình học cụ đã hỗ trợ đắc lực cho q trình dạy học, biến những vấn đề trừu tượng,
khó hiểu trở thành đơn giản nhờ việc mô phỏng trực quan sinh động. Nhờ ứng dụng
công nghệ mô phỏng mà bản chất của vấn đề được lột tả rõ ràng, trực quan: như các
phương trình tốn học, vật lý học, ngun lý hoạt động của các mạch điện, của các
chuyển động cơ học, q trình sản xuất….
Mơ phỏng trên máy tính là xu hướng dạy học mới, hiện đại đã và đang được
nghiên cứu và áp dụng rộng rãi trên nhiều lĩnh vực. Trong lĩnh vực giáo dục, các bài
giảng có ứng dụng mơ phỏng kết hợp phương tiện nghe nhìn hiện đại sẽ tạo cho
sinh viên nhiều kỹ năng như: khả năng hoạt động quan sát (các hình ảnh tĩnh hoặc

10


động), khả năng thao tác trên đối tượng, khả năng tự do phát triển tư duy, lựa chọn
con đường tối ưu để nhận thức.
Cùng với sự phát triển công nghệ thơng tin, việc đưa máy tính vào các
trường học đã tạo ra bước ngoặc lớn trong việc dạy học. Sử dụng mơ phỏng trên
máy tính là phương pháp dạy học tích cực phát huy cao độ tính độc lập, khả năng
làm việc trí tuệ của sinh viên, tạo ra một nhịp độ phong cách trạng thái tâm lí mới
làm thay đổi phương pháp và hình thức dạy học. Đặc biệt, mơ phỏng diễn tả những
q trình động bên trong của các q trình, các thiết bị mà trước đây khơng thể thực
hiện trong phạm vi nhà trường. Hiện nay, trong dạy học cũng như nghiên cứu đã

tìm kiếm và đưa vào vận dụng “phịng thí nghiệm và thực hành ảo”.
Phương pháp mô phỏng trong dạy học là phương pháp tiếp cận nhận thức thế
giới thực thơng qua mơ hình tĩnh hoặc động. Bằng phương pháp mô phỏng, sinh
viên không chỉ tiếp thu kiến thức một cách sâu sắc mà trong q trình học họ cịn có
thể tìm ra cách tiếp cận vấn đề, con đường cách thức để đạt mục tiêu bài học. Đặc
biệt sinh viên cịn có thể tạo dựng và điều khiển tại chỗ các đối tượng theo ý muốn.
Tìm tịi phát hiện một số quan niệm mới cũng như rèn luyện kỹ năng nghề nghiệp.
1.3. Xuất phát từ nhu cầu giảng dạy môn chuyên môn nghề của nghề Điện công
nghiệp tại trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội
Trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội trực thuộc
Bộ nơng nghiệp & phát triển nơng thơn có nhiệm vụ chính là đào tạo nghề cho mọi
đối tượng trong cả nước, đặc biệt là khu vực phía nam Hà Nội. Trường cũng có bề
dày trong cơng tác đào tạo nghề, với những giáo viên có tay nghề cao nhưng chủ
yếu các thầy, cô đang giảng dạy theo phương pháp truyền thống, ít ứng dụng cơng
nghệ thơng tin, cơng nghệ mô phỏng trong thiết kế bài giảng.
Nghề điện tử công nghiệp là một trong các nghề trọng điểm quốc gia, cũng là
một trong các nghề truyền thống của nhà trường. Trong đó mơn học Kỹ thuật xung
– số là một trong những mơn học cơ bản và đóng vai trị quan trọng trong chương
trình đào tạo nghề điện tử cơng nghiệp. Mơn học địi hỏi sinh viên phải có tư duy

11


trừu tượng, tư duy logic kết hợp một phần kiến thức của công nghệ thông tin. Do
vậy việc ứng dụng công nghệ mô phỏng vào thiết kế bài giảng môn học kỹ thuật
xung – số là công việc hết sức cần thiết đem lại hiệu quả giảng dạy và sự tiếp thu
tích cực cho người học. Biến sự khó hiểu, phức tạp, tư duy trừu tượng thành đơn
giản, dễ hiểu bởi tính trực quan sinh động.
Do vậy tác giả đã chọn vấn đề: “Ứng dụng công nghệ mô phỏng vào dạy
học môn Kỹ thuật xung số nghề điện tử công nghiệp tại trường Cao đẳng nghề

Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội” làm đề tài nghiên cứu của luận văn.
2. Mục đích nghiên cứu
- Xây dựng quy trình thiết kế bài giảng có sự hỗ trợ của cơng nghệ mô phỏng
cho môn học Kỹ thuật xung – số của nghề Điện tử công nghiệp.
- Vận dụng được vào thực tiễn giảng dạy tại đơn vị công tác hoặc các trường,
các cơ sở đào tạo nghề trong nước, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục, chất
lượng đào tạo.
- Mở ra hướng để phát triển.
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
3.1 Đối tượng nghiên cứu
Quy trình thiết kế bài giảng môn học Kỹ thuật xung số nghề điện tử công
nghiệp tại các cơ sở đào tạo nghề với sự ứng dụng công nghệ mô phỏng.
3.2. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của đề tài được giới hạn những vấn đề sau:
Việc thiết kế bài giảng thực nghiệm có ứng dụng cơng nghệ mơ phỏng được
giới hạn trong môn học Kỹ thuật xung số nghề điện tử công nghiệp.
Tổ chức thực nghiệm sư phạm được tiến hành với các lớp cao đẳng nghề của
nghề điện tử công nghiệp tại trường trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Công nghệ
thực phẩm Hà Nội.

12


4. Giả thiết khoa học
Nếu bài giảng môn học Kỹ thuật xung số nghề điện tử công nghiệp tại
trường Cao đẳng nghề Cơ điện và Công nghệ thực phẩm Hà Nội được thiết kế có
ứng dụng cơng nghệ mơ phỏng theo quy trình hợp lý sẽ góp phần rút ngắn được
thời gian đào tạo và nâng cao được chất lượng dạy học.
5. Nhiệm vụ nghiên cứu
Đề tài có các nhiệm vụ sau:

Nghiên cứu cơ sở lý luận có liên quan đến công nghệ mô phỏng và ứng dụng
vào việc thiết kế bài giảng.
Phân tích, đánh giá thực trạng về việc thiết kế bài giảng môn học Kỹ thuật
xung số nghề điện tử công nghiệp ở một số trường trên địa bàn Hà Nội.
Nghiên cứu xây dựng quy trình thiết kế bài giảng có ứng dụng cơng nghệ mơ
phỏng trong dạy học môn Kỹ thuật xung số nghề điện tử công nghiệp.
Xây dựng một số bài giảng môn học Kỹ thuật xung số nghề điện tử cơng
nghiệp có ứng dụng cơng nghệ mơ phỏng theo quy trình đã thiết kế.
Thực nghiệm sư phạm bài giảng đã thiết kế.
Lấy ý kiến chuyên gia về quy trình thiết kế bài giảng có ứng dụng công nghệ
mô phỏng.
6. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý luận: Thu thập các tài liệu, phân tích đánh giá,
tổng hợp thông tin liên quan để xây dựng cơ sở lý luận cho đề tài.
Phương pháp khảo sát: Khảo sát các cơ sở dạy nghề để lấy ý kiến về thực
trạng dạy học môn học Kỹ thuật xung số nghề điện tử công nghiệp trong địa bàn Hà
Nội.
Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Để đánh giá thống kê, kiểm chứng kết
quả nghiên cứu và giả thuyết khoa học của đề tài.

13


7. Những đóng góp mới của luận văn
Về mặt lý luận:
Luận văn đã tổng hợp lý luận về công nghệ mô phỏng và vận dụng trong
thiết kế bài giảng môn học Kỹ thuật xung số.
Đã xác định tính chất đặc thù của dạy học môn học Kỹ thuật xung số nghề
điện tử cơng nghiệp có ứng dụng cơng nghệ mơ phỏng.
Xây dựng được bộ quy trình thiết kế bài giảng có ứng dụng cơng nghệ mơ

phỏng với phần mềm Protues.
Về mặt thực tiễn:
Đề tài đã xây dựng một số bài giảng môn học Kỹ thuật xung số nghề điện tử
công nghiệp có ứng dụng cơng nghệ mơ phỏng phù hợp với mục tiêu, nội dung đào
tạo và trình độ người học.
Thông qua kết quả thực nghiệm đã khẳng định được vai trò của bài giảng xây
dựng trên cơ sở ứng dụng công nghệ mô phỏng trong việc nâng cao chất lượng dạy
học và rút ngắn thời gian đào tạo.

14


CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VỀ CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀ THỰC
TRẠNG ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ MÔ PHỎNG VÀO DẠY HỌC Ở MỘT
SỐ TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ TRÊN ĐỊA BÀN HÀ NỘI
1.1 Một số khái niệm cơ bản
1.1.1 Phương pháp dạy học (Teaching method)
Hiện nay có rất nhiều quan điểm khác nhau về phương pháp dạy học nhưng
trước tiên phải khẳng định phương pháp dạy học là yếu tố quan trọng nhất trong q
trình học.
Có quan điểm cho rằng phương pháp dạy học là cách thức làm việc giữa thầy
giáo và học sinh trong q trình dạy học, thơng qua đó học sinh chủ động tiếp thu
kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo, hình thành thế giới quan và nhân cách của mình nhằm
đạt mục đích của q trình dạy học.
Một định nghĩa khác có thể hiểu phương pháp dạy học là một tổ hợp cách
thức hoạt động, tương tác giữa thầy và trị trong q trình dạy học nhằm đạt mục
đích dạy học. Phương pháp dạy học là một trong những yếu tố quan trọng nhất của
quá trình dạy học [3].
Phương pháp dạy học là một hệ thống những hành động có mục đích của
người thầy nhằm tổ chức hoạt động của nhận thức và thực hành của học sinh, đảm

bảo học sinh lĩnh hội nội dung học vấn.
Vậy phương pháp dạy học là tổ hợp cách thức hoạt động của thầy và trị,
trong đó người thầy sử dụng các phương pháp thích hợp nhằm tạo ra ở học trị
sự hứng thú, tự giác, tích cực, chủ động chiếm lĩnh tri thức để đạt mục tiêu đề ra
trong dạy học.
Phương pháp dạy học là sự thể hiện logic khoa học và logic sư phạm, là sự
kết hợp của phương pháp khoa học và phương pháp sư phạm.

15


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

hiểu sâu sắc vấn đề bài học, rút ngắn thời gian đào tạo đó chính là cơng nghệ dạy
học.
1.1.2 Công nghệ (Technology)
Theo định nghĩa mà Trung tâm chuyển giao cơng nghệ Châu Á và Thái Bình
Dương đề xướng, thì công nghệ (công nghệ sản xuất) là tất cả những gì liên quan
đến việc biến đổi tài nguyên ở đầu vào thành hàng hố ở đầu ra của q trình sản
xuất.
Theo định nghĩa này thì cơng nghệ gồm hai phần: Phần kỹ thuật và phần
thông tin.

16


- Phần kỹ thuật bao gồm toàn bộ hệ thống thiết bị kỹ thuật.
- Phần thông tin bao gồm thông tin về quy trình sản xuất hay các bí quyết kỹ
thuật cho một hệ sản xuất.
Ngày nay, công nghệ không chỉ bó hẹp trong cơng nghệ sản xuất (sản xuất ra
của cải vật chất) mà được mở rộng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, VD như cơng
nghệ dạy học... Chính vì vậy ở đây ta đưa ra một định nghĩa có tính khái qt hơn: “
Cơng nghệ là một hệ thống những phương tiện, phương pháp và kỹ năng được
sử dụng theo một quy trình hợp lý để tác động vào một đối tượng nào đó, đạt
một hiệu quả xác định cho con người”[4].
1.1.3 Mơ hình
1.1.3.1 Định nghĩa[5].
Mơ hình (model) được hiểu là một thể hiện (representation) bằng thực thể
hoặc bằng khái niệm – theo một cách tiếp cận xác định – một số thuộc tính và quan
hệ tiêu biểu của một đối tượng nào đó (gọi là ngun hình,the original) nhằm một
trong hai, hoặc cả hai, mục đích nhận thức sau:
– Làm đối tượng quan sát (nhận dạng) thay cho nguyên hình,
– Làm đối tượng nghiên cứu (thực nghiệm hay suy diễn) về ứng xử (thuộc tính và

qui luật) của ngun hình.
1.1.3.2 Tính chất của mơ hình
* Về mặt phương pháp luận:
Mơ hình có những đặc điểm sau:
a) Mơ hình là sản phẩm do và vì nhu cầu nhận thức của người nghiên cứu;
một ngun hình có thể có nhiều mơ hình tương ứng khác nhau, tùy thuộc cách tiếp
cận khác nhau trong việc lựa chọn thuộc tính và quan hệ tiêu biểu;
b) Mơ hình có tính chất:

17


– Phản xạ: mọi đối tượng đều là mơ hình của chính nó, ví dụ: khi cần có thể
dùng sản phẩm thực làm mẫu trưng bày hoặc thí nghiệm;
– Đối xứng: với tập hợp thuộc tính và quan hệ tiêu biểu được xét, nếu đối tượng A
là mơ hình của đối tượng B thì B cũng là mơ hình của A, ví dụ: trong Tốn học
thường gọi một cấu trúc thể hiện cụ thể các tiên đề của một lí thuyết là mơ hình của
hệ tiên đề hay lí thuyết ngược lại, trong Vật lí, lại thường xem hệ tiên đề (hay định
luật) là mơ hình lí thuyết (trừu xuất) của các cấu trúc cụ thể tương ứng;
– Bắc cầu : với tập hợp thuộc tính và quan hệ tiêu biểu được xét, nếu đối tượng A là
mơ hình của đối tượng B và B là mơ hình của đối tượng C thì A cũng là mơ hình của
đối tượng C.
Như vậy, với tập hợp thuộc tính và quan hệ tiêu biểu được xét, quan hệ giữa
các mơ hình của một nguyên hình là quan hệ tương đương.
* Về mặt cơng nghệ
Mơ hình cần thỏa mãn những u cầu sau:
a) Hợp thức (validity)
Một mơ hình được gọi là hợp thức (hay nôm na là “đủ tư cách đại diện” cho
nguyên hình) nếu nó thể hiện được một số thuộc tính và quan hệ tiêu biểu của
nguyên hình, theo định nghĩa (1.1.3.1), và những kết quả khảo sát trên mơ hình đủ

để rút ra những kết luận hợp lí đáp ứng u cầu nhận thức đề ra đối với ngun
hình.
Tính hợp thức của một số loại mơ hình thơng dụng trong khoa học tự nhiên,
cơng nghệ (trong đó có cơng nghệ dạy học) và những bộ môn khoa học xã hội và
nhân văn thuộc vùng tương giao với khoa học tự nhiên và công nghệ (như thống kê
xã hội học, thống kê ngôn ngữ học, kinh tế lượng, điều khiển học kinh tế,…) thường
được xác định bởi những lí thuyết mơ hình hố tương ứng. Trong rất nhiều trường
hợp khác, khi đề xuất mơ hình, chỉ có thể luận chứng tính hợp thức của nó dựa vào
những kinh nghiệm và những luận điểm của logic hình thức hoặc logic biện chứng,

18


chấp nhận được (qua thực tiễn lịch sử), sau đó kiểm chứng tính hợp thức bằng
nghiên cứu thực nghiệm (theo luật thống kê) trên mơ hình đề xuất. Đó chính là con
đường xây dựng lí thuyết của rất nhiều bộ môn khoa học, kể cả khoa học tự nhiên
và công nghệ. Đối tượng nghiên cứu của mỗi bộ môn này là mơ hình của một hệ
thống thực được xét. Khi ấy, thơng thường chưa có một lí thuyết mơ hình hóa nào
có sẵn cho phép khẳng định ngay về tính hợp thức; thực tiễn ứng dụng sẽ chứng
minh tính đúng đắn của mơ hình và lí thuyết khoa học được xây dựng cho mơ hình
đó.
b) Quan sát được và điều khiển được (observability and controllability)
Trong trường hợp thông thường, với mơ hình thực thể, đây chính là tính trực
quan của mơ hình (“thấy” được và “nắm bắt” được). Với mơ hình trừu tượng như
mơ hình tốn học (vd. phương trình vi phân mô tả quan hệ nhập xuất của hệ điều
khiển), quan sát được nếu trạng thái xo của đối tượng khảo sát ở thời điểm to bất kỳ
có thể xác định theo nhập tố và xuất tố(ví dụ,qua số đo của các đại lượng vào, ra)
trong khoảng thời gian hữu hạn [to,ti], điều khiển được nếu luôn chọn được nhập tố
thích hợp, cho phép chuyển đối tượng khảo sát từ trạng thái x0 tới trạng thái xi trong
khoảng thời gian [to,ti] cho trước.

c) Tương tác tham biến (parametric interactivity)
Mô phỏng trong môi trường nghiên cứu hay dạy học tương tác, còn địi hỏi
điều khiển đươ ̣c ở mức đơ ̣ có thể tùy biến nhập tố (customize input) theo ý muốn
của người quan sát (qua thao tác trực tiếp và liên tục) – gọi là tương tác tham biến
hay tương tác tùy biế n – dẫn đến biến thiên tương ứng của xuất tố (thể hiện trạng
thái của đối tượng nghiên cứu), hơn thế nữa, các tương tác này cịn có thể thực hiện
được vào mọi lúc, ở mọi chỗ và với mọi (mức) độ để tạo thuận lợi cho nghiên cứu
tình huống và tự học.
d) Khả thi và hiệu quả (feasibility and effectiveness)
Theo định nghĩa, mơ hình chỉ thể hiện một số thuộc tính và quan hệ tiêu biểu
của nguyên hình, vì thế thường được xem là đơn giản hơn ngun hình, tuy nhiên, ít

19


hơn về thuộc tính và quan hệ tiêu biểu, khơng luôn luôn đồng nhất với đơn giản hơn
về cấu trúc hoặc cấu tạo, bởi vậy nói chung khơng nên xem tính đơn giản là một đặc
điểm của mơ hình. Đối với người nghiên cứu, không phải đơn giản hơn mà khả thi
hơn và hiệu quả hơn mới là yêu cầu, là mục đích của việc thay ngun hình bằng
mơ hình tương ứng.
Trong trường hợp thơng thường, khi mơ hình thể hiện các thuộc tính và quan
hệ tiêu biểu về cấu trúc thì đơn giản cũng có nghĩa là khả thi và hiệu quả, nhưng nói
chung thì khơng như vậy. Chẳng hạn, mạch dao động điện hoặc bộ giảm chấn cơ
khi được mơ phỏng trên máy tính tương tự thì mơ hình tương ứng trên máy tính là
một mạch điện gồm các bộ thuật toán, như: bộ cộng, bộ nhân, bộ tích phân, bộ tạo
hàm, v.v…được ghép theo mơ hình tốn học (phương trình vi phân cấp 2) mơ tả
dao độngcưỡng bức theo thời gian của xuấ t tố tương ứng. Mặc dầu mơ hình dạng
thuật tốn này có cấu trúc phức tạp hơn các nguyên hình cơ và điện, nhưng lại khả
thi và hiệu quả hơn (theo quan điểm công nghệ), vì các bộ thuật tốn đã được chuẩn
hóa, sắp sẵn, có thể lắp ráp nhanh chóng theo dạng phương trình, khơng phụ thuộc

cấu tạo cụ thể của ngun hình.
1.1.3.3 Phân loại mơ hình
Hiện chưa có một lý thuyết tổng qt, đầy đủ cho mơ hình nói chung, mà chỉ
có những lý thuyết được xây dựng cho một số loại mơ hình. Chẳng hạn, trong lĩnh
vực khoa học cơng nghệ, trên cơ sở các lý thuyết điển hình (thường gặp), có thể
phân loại mơ hình theo chất liệu như sau:
a) Mơ hình trích mẫu (sampling model)
Để xác định một thuộc tính hay một quan hệ nào đó ở một tổng thể (là mô ̣t
tập hợp những cá thể hay một mơi trường cá thể hóa được theo một nghĩa nhất định)
mà vì một lí do nào đó, khơng thể tiến hành thực nghiệm trên mọi cá thể của nó,
như: đánh giá chất lượng bia lon hay bia tươi của nhà máy bia X, đánh giá mức độ ô
nhiễm của nước sơng Y, v.v…, ta chỉ có thể và cũng chỉ cần khảo sát một tập hợp
cá thể (mẫu bia, mẫu nước,…) được trích ra từ tổng thể đó, gọi là mơ hình trích mẫu

20


hay tập mẫu (sample), rồi từ kết quả có được trên mơ hình suy ra kết luận hợp thức
đối với ngun hình.
Trong trường hợp này, mơ hình là thực thể vật lí tách ra một cách ngẫu nhiên
và đồng khả năng từ ngun hình (để tiện trình bày, có thể nói : mơ hình cùng chất
với ngun hình), lý thuyết mơ hình hóa là Lý thuyết xác suất và thống kê toán học
đã được xây dựng từ cuối thế kỉ 17, cho phép chọn mơ hình hợp thức – là tập mẫu
có dung lượng (hay kić h thước) đáp ứng độ chính xác và độ tin cậy cho trước của
tiêu thức (thuộc tính hoặc quan hệ tiêu biểu) cần xét, ví dụ: trung bình, phương
sai,…để nhận dạng ngun hình.
Mơ hình trích mẫu được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực quen thuộc,
liên quan tới xác suất, thố ng kê, như: điều tra xã hội học, thống kê ngôn ngữ học,
kiểm soát chất lượng, thẩm định dự án, quy hoạch thực nghiệm, v.v…
b) Mơ hình đồng dạng (similar model)

Hai thực thể được gọi là đồng dạng khi các đại lượng vật lý cùng tên của
chúng tỉ lệ với nhau, đồng dạng hình học nếu chỉ có tỉ lệ về các chiều dài tương
ứng, đồng dạng động hình học nếu có tỉ lệ về các vận tốc tương ứng, đồng dạng
động lực học nếu có tỉ lệ về các lực tương ứng. Dễ dàng thấy rằng đồng dạng động
hình học thì cũng đồng dạng hình học và đồng dạng động lực học thì cũng đồng
dạng động hình học.
Mơ hình đồng dạng là một thực thể có các thơng số vật lý cùng tên với
nguyên hình (tức là giống chất với nguyên hình) và được xác định theo Lý thuyết
đồng dạng (similitude theory).
Theo Lí thuyết đồng dạng, điều kiện cần và đủ để hai q trình nào đó đồng
dạng là mơ tả toán học của chúng chỉ khác nhau về trị số của các đại lượng có thứ
nguyên (giống chất) và các chuẩn số của chúng bằng nhau đôi một (định lý đồng
dạng thứ ba).
Mỗi chuẩn số (criterion) này là giá trị (khơng thứ ngun) của một nhóm
biến đặc trưng cho thực thể.

21


c) Mơ hình tương tự(analog model)
Hai thực thể khác nhau về bản chất vật lý được gọi là tương tự khi trạng thái
của chúng được mô tả bằng cùng một hệ phương trình (vi phân, đại số,…) và điều
kiện đơn trị (điều kiện đầu và điều kiện biên).
Mơ hình tương tự là một thực thể có những thơng số vật lý khác tên với
nguyên hình (nghĩa là khác chất với nguyên hình) và được xác định theo Lý thuyết
tương tự (tương ứng với cặp ngun hình-mơ hình được xét). Mơ hình này thường
được gọi tên theo chất liệu của mơ hình và ngun hình.
d) Mơ hình tốn học
Ba mơ hình nói trên là những mơ hình thực thể. Mơ hình tốn ho ̣c là mơ hình
khái niệm dưới dạng một cấu trúc tốn học hoặc một hệ thức tốn học.

Mơ hình tốn học có ý nghĩa rất lớn trong việc xây dựng các lý thuyết khoa
học bằng phương pháp nghiên cứu suy diễn, trong đó tiền đề là những hệ tiên đề
(như hệ tiên đề của hình học Euclid,…), những ngun lý (khơng chứng minh) như
ngun lí tương đối trong Vật lí học, những hệ thức hoặc những phương trình thể
hiện những quy luật cơ bản của hiện thực khách quan (như định luật Newton…).
Mơ hình tốn học cũng đóng vai trị quan trọng trong nghiên cứu khoa học, cơng
nghệ, bằng phương pháp thực nghiệm, trong đó có phương pháp mơ phỏng.
Ngồi cách phân biệt mơ hình theo cơ sở lý thuyết nói trên, cịn có thể dựa
vào tính chất: tĩnh, động; thực, ảo; định tính, định lượng;... hoặc mục đích: biểu
diễn cấu trúc, mơ tả ứng xử; dạy học, nghiên cứu; lý thuyết, thực hành;... hay
chuyên ngành: vật lý, sinh học; kinh tế, xã hội, v.v…, để phân biệt các loại mơ hình
tương ứng, khi cần thiết.
1.1.4 Mơ phỏng (Simulation)
* Định nghĩa:

22


Nghiên cứu (hay nhận dạng) ứng xử của một đối tượng bằng thí nghiệm quan
sát được và điều khiển được trên mơ hình của đối tượng đó, được gọi là mô phỏng
(simulation).
Quan sát được và điều khiển được mặc dầu là mặc định đối với thí nghiệm
nói chung, nhưng với mơ phỏng vẫn phát biểu tường minh vì muốn nhấn mạnh
những ý sau đây:
a) Định nghĩa khái quát này của thuật ngữ mơ phỏng, thực ra cũng chẳng
khác gì cách hiểu nôm na và cách làm tự nhiên của bất cứ ai khi bắt chước một cái
gì khác, vì :
– Đã là bắt chước tất phải tái hiện được, không nhiều thì ít, một số nét tiêu
biểu của cái thật, nhằm bắt chước (hàm ý của mơ hình),
– Đã là bắt chước tất phải thử xem có giống thật khơng, nếu chưa giống lắm

thì sửa lại cho giống hơn (hàm ý của thí nghiệm quan sát được và điều khiển được).
b) Mơi trường mơ phỏng do máy tính tạo ra (mơi trường ảo) để tạo cảm giác
“như thật” thường có những mức độ khác nhau về quan sát được: nhìn-nghe, nhìnnghe-chạm,…và về điều khiển được: tương tác ảo có thể có thật hoặc chỉ là tưởng
tượng, khơng thể có thật, nhưng được sử dụng để tạo tình huống thử-sai trong
nghiên cứu. Như vậy khi cần có thể nói cụ thể: mô phỏng M quan sát được tới mức
a và điều khiển được tới mức b.
Như vậy cũng có thể nói: mơ hình thể hiện một số thuộc tính và quan hệ tiêu
biểu của ngun hình, cịn mơ phỏng thể hiện ứng xử của mơ hình hoặc ứng xử tiêu
biểu của ngun hình.
Mơ phỏng là cơng cụ hỗ trợ đắc lực cho việc dạy học. Ở đó, những thành
phần “khơng mong muốn” của các tình huống thực đã được loại bỏ nhằm đạt chuẩn
đào tạo. Sự đơn giản này cho phép người học tập trung vào thông tin hoặc kĩ năng
then chốt trong học tập[6], rất thích hợp cho việc hồn thiện hành vi và nhận thức.

23


Các tác giả theo trường phái giáo dục kiến tạo (constructive pedagogy) đã
mô tả mô phỏng như là kịch bản tái tạo của cuộc sống thực trên máy tính, trong đó
sinh viên đóng vai trị chính trong việc tạo ra những nhiệm vụ phức tạp[7]. Mô
phỏng sẽ phản ánh “tổ hợp” của thế giới thực mà SV phải học những kĩ năng nhận
thức ở mức độ cao hơn như điều tra (kĩ năng được đánh giá là chủ yếu cho nghiên
cứu khoa học).
Các phương pháp mô phỏng hiện đại ngày nay đều dựa trên máy tính thơng
qua phần mềm mơ phỏng. Các phương pháp mơ phỏng được sử dụng chính hiện
nay là: Mô phỏng nhân quả (sequential causal simulation) và mô phỏng vật lý hay
mô phỏng phi nhân quả (physical, non-causal simulation) [8]. Hai phương pháp mô
phỏng này thể hiện hai hướng tiếp cận khác nhau đối với mơ hình hóa hệ thống và
cũng thể hiện xu hướng phát triển của mơ hình hóa, mơ phỏng trong thực tế và
trong dạy học.

* Phân loại mô phỏng[9]
Mô phỏng được chia làm 4 loại:
+ MP kinh nghiệm (experiencing simulations) được sử dụng để thiết lập
nhận thức hoặc giai đoạn học tập hiệu quả trong tương lai.
+ MP khai báo (informing simulations) truyền thông tin tới sinh viên ( Sự
MP này chỉ đạt được hiệu quả khi có sự trợ giúp của giảng viên, lớp học hoặc
phịng thí nghiệm..)
+ MP củng cố (reinforcing simulations) điều chỉnh mức độ kiến thức của SV
và theo dõi quá trình học tập của SV với nhiều bài tập được đưa ra để SV thực hiện.
+ MP tích hợp (intergrating simulations) hình thành kĩ năng chẩn đốn ở
người học (SV học các ngun lí và thơng tin thực tế địi hỏi, sau đó sử dụng MP để
liên kết và áp dụng các kiến thức đó.
Ngồi ra MP cũng có thể chia làm 2 loại:

24