Luận án Công nghệ dạy học tương tác ảo trong đào tạo đại học ngành cơ điện tử

TIẾN SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ HUY TÙNG GS. TS. NGUYỄN XUÂN LẠC HÀ NỘI – 2020 LỜI CẢM ƠN Tôi xin bảy tỏ lòng cảm ơn chân thành tới: Tập thể các Thầy giáo hƣớng dẫn: TS. Lê Huy Tùng và GS. Nguyễn Xuân Lạc đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện Luận án này. Tôi xin trân trọng cảm ơn khoa cơ khí, phòng khoa học công nghệ trƣờng Đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ khi tôi làm thực nghiệm. Tôi xin trân trọng cảm ơn Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam, Công ty VR Tech đã giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu ra sản phẩm, chƣơng trình, thiết bị phục vụ quá trình thực nghiệm. Tôi xin chân thành cảm ơn Viện sƣ phạm kỹ thuật và Phòng đào tạo trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện học tập, nghiên cứu, tiến hành Luận án. Tôi xin tri ân đến gia đình và toàn thể anh em, bạn bè, đồng nghiệp đã quan tâm, động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện Luận án. Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2020 (Nghiên cứu sinh) Nguyễn Thị Thanh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những gì mà tôi viết ra trong Luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả, số liệu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc tác giả khác công bố. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan trên đây. Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2020 T/M Tập thể hƣớng dẫn (Nghiên cứu sinh) TS. Lê Huy Tùng Nguyễn Thị Thanh GS.TS. Nguyễn Xuân Lạc Mục Lục DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................. i DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................... ii DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ .............................................................................. iv DANH MỤC BIỂU ĐỒ ............................................................................................. v MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................. 1 1.1. Nhu cầu phát triển khoa học công nghệ hiện đại .......................................... 1 1.2. Thực trạng dạy học ngành cơ điện tử tại Việt Nam ...................................... 1 1.3. Tính thời đại của công nghệ dạy học tƣơng tác ảo ....................................... 2 2. Mục đích nghiên cứu ........................................................................................... 3 3. Khách thể, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ..................................................... 3 4. Giả thuyết khoa học ............................................................................................ 3 5. Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu ...................................................................... 3 6. Phƣơng pháp nghiên cứu ..................................................................................... 4 6.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý luận .................................................................. 4 6.2. Phƣơng pháp nghiên cứu thực tiễn ............................................................... 4 7. Những đóng góp của Luận án ............................................................................. 5 7.1. Về lý luận ...................................................................................................... 5 7.2. Về thực tiễn ................................................................................................... 5 8. Bố cục của Luận án ............................................................................................. 5 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ CÔNG NGHỆ DẠY HỌC TƢƠNG TÁC ẢO...7 1.1. Tổng quan nghiên cứu về công nghệ dạy học tƣơng tác ảo ............................. 7 1.1.1 Thế giới ....................................................................................................... 7 1.1.2 Việt Nam ................................................................................................... 11 1.2. Các khái niệm cơ bản ..................................................................................... 14 1.2.1 Khái niệm công nghệ dạy học .................................................................. 14 1.2.1.1. Công nghệ.......................................................................................... 14 1.2.1.2. Công nghệ dạy học ............................................................................ 15 1.2.2.Khái niệm dạy học tƣơng tác ảo ............................................................... 16 1.2.2.1. Dạy học .............................................................................................. 16 1.2.2.2. Dạy học tƣơng tác ............................................................................. 17 1.2.2.3. Dạy học tƣơng tác ảo ......................................................................... 18 1.2.3. Khái niệm phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo ........................................ 21 1.2.3.1. Phƣơng Pháp dạy học ........................................................................ 21 1.2.3.2. Phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ........................................................ 22 1.2.3.3. Phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo ................................................... 23 1.3. Lý luận về công nghệ dạy học tƣơng tác ảo ................................................... 26 1.3.1. Khái niệm ảo ............................................................................................ 26 1.3.2. Môi trƣờng trong công nghệ dạy học tƣơng tác ảo ................................. 26 1.3.3. Phƣơng tiện trong công nghệ dạy học tƣơng tác ảo ................................ 27 1.3.4. Những thành phần của công nghệ dạy học tƣơng tác ảo trong hình thành phƣơng pháp dạy học. ........................................................................................ 30 1.3.4.1. Các thành phần của hệ thống tƣơng tác ảo ........................................ 30 1.3.4.2. Cơ sở dữ liệu cho thế giới ảo ............................................................ 33 1.3.4.3. Hệ cảm biến linh hoạt ........................................................................ 35 1.3. 5. Vai trò của công nghệ dạy học tác ảo trong hình thành kỹ năng cho ngƣời học. ..................................................................................................................... 37 1.4. Đ c điểm của ngành cơ điện tử và vai trò của học phần Robot công nghiệp .. 38 1.4.1. Đ c điểm của ngành Cơ điện tử ........................................................... 38 1.4.2. Vị trí vai trò của học phần Robot Công nghiệp ................................... 39 1.4.3. C u trúc và nội dung môn học Robot công nghiệp .............................. 40 1.5. Cơ sở thực tiễn về công nghệ dạy học tƣơng tác ảo ở các trƣờng đại học. ... 42 1.5.1. Cách thức và nội dung khảo sát ............................................................... 42 1.5.2. Kết quả ..................................................................................................... 43 1.5.3. Đánh giá ................................................................................................... 49 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ......................................................................................... 51 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ DẠY HỌC TƢƠNG TÁC ẢO CHO HỌC PHẦN ROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG Đ O TẠO ĐẠI HỌC NG NH CƠ ĐIỆN TỬ ................ 53 2.1. Thiết kế dạy học phần Robot công nghiệp dựa vào công nghệ tƣơng tác ảo ........................................................................................................................... 53 2.1.1. Quy trình thiết kế chƣơng trình tƣơng tác ảo trong dạy học của ngành cơ điện tử. ............................................................................................................... 53 2.1.2. Phần mềm Unity ...................................................................................... 55 2.1.3. Xây dựng chƣơng trình VR cánh tay Robot trên kính Oclus .................... 57 và trên điện thoại. ............................................................................................... 57 2.1.4. Lắp kết nối chƣơng trình TTA .................................................................. 62 2.1.5. Soạn giáo án phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo cho học phần ........................ 63 Robot công nghiệp ............................................................................................. 63 2.2. Giáo án mẫu cho học phần Robot công nghiệp .............................................. 65 2.3. Thiết kế quy trình tổ chức dạy học tƣơng tác ảo ............................................ 83 2.4. Thiết kế, phân loại bài giảng tƣơng tác ảo ..................................................... 84 2.5. Xây dựng các tiêu chí để tổ chức dạy học dựa vào công nghệ tƣơng tác ảo ........ 88 2.5.1. Điều kiện về môi trƣờng học tập tƣơng tác ảo ........................................ 88 2.5.2. Điều kiện về ngƣời dạy và ngƣời học tƣơng tác ảo ................................. 89 2.5.3. Các tiêu chí tổ chức dạy học tƣơng tác ảo ............................................... 89 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ......................................................................................... 96 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM V ĐÁNH GIÁ ................................. 98 3.1. Khái quát chung về chƣơng trình thực nghiệm .............................................. 98 3.1.1. Mục đích .................................................................................................. 98 3.1.2. Nhiệm vụ.................................................................................................. 98 3.1.3. Đối tƣợng thực nghiệm ............................................................................ 98 3.1.4. 1. Năng lực về ngƣời học ..................................................................... 99 3.1.4.2. Năng lực về ngƣời dạy .................................................................... 105 3.1.4.3. Năng lực về môi trƣờng .................................................................. 105 3.1.5. Phƣơng pháp thực nghiệm .................................................................. 106 3.2. Tổ chức thực nghiệm.................................................................................... 107 3.2.1. Công tác chuẩn bị .................................................................................. 107 3.2.2. Nội dung thực nghiệm ........................................................................... 107 3.2.3.Tiến trình thực hiện................................................................................. 108 3.3. Kết quả thực nghiệm .................................................................................... 108 3.3.1. Kết quả đánh giá định tính ..................................................................... 108 3.3.2. Kết quả đánh giá định lƣợng .................................................................. 108 3.4. Kết quả khảo sát ý kiến sinh viên sau giờ học ............................................. 115 3.5. Kết quả khảo sát l y ý kiến chuyên gia ........................................................ 120 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3 .......................................................................................... 125 KẾT LUẬN V KHUYẾN NGHỊ......................................................................... 127 T I LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 129 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN ......................... 136 Phụ lục 1: Hình ảnh lớp học tƣơng tác ảo ............................................................ PL-4 Phụ lục 2: Nội suy quỹ đạo trong không gian khớp của robot 4 bậc tự do .......... PL-7 Phụ lục 3: Tính toán thiết kế robot ..................................................................... PL-13 Phụ lục 4: Code................................................................................................... PL-21 Phụ lục 5: Đề cƣơng chi tiết học phần robot công nghiệp ................................. PL-36 Phụ lục 6:PHiếu đánh giá đề cƣơng chi tiết ....................................................... PL-41 học phần robot công nghiệp ............................................................................... PL-41 Phụ lục 7: Phiếu điều tra thực trạng dạy học tƣơng tác ảo trong môn robot công nghiệp ................................................................................................................. PL-42 Phụ lục 8: Phụ lục danh sách chuyên gia cho ý kiến ................................................. PL-44 Phụ lục 9: Phiếu xin ý kiến chuyên gia .............................................................. PL-45 Phụ lục 10: Phiếu đánh giá kết quả thực nghiệm ............................................... PL-46 Phụ lục 11: Phiếu khảo sát ý kiến sinh viên online ............................................ PL-49 Phụ lục 12: Phiếu điều tra thông tin sinh viên .................................................... PL-50 Phụ lục 13: PHiếu khảo sát ý kiến sinh viên ...................................................... PL-51 sau giờ học .......................................................................................................... PL-51 Phụ lục 14 : Phân loại robot ............................................................................... PL-53 Phụ Lục 15: Robot song song ............................................................................. PL-57 Phụ lục 16: Cách đánh giá kết quả học tập ngƣời học ....................................... PL-60 Phụ lục 17: Tổng hợp điểm học tập đầu vào của sinh viên ........................................ PL-62 Phụ lục 18: Tổng hợp điểm lớp thực nghiệm và lớp đối chứng .................................... PL-63 Phụ lục 19: Giáo án theo phƣơng pháp truyền thống ......................................... PL-64 i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. 1: Khảo sát đánh giá môn học Robot công nghiệp................................................................. 45 Bảng 1. 2: Tần su t giá viên sử dụng dạy học tƣơng tác ảo trong thực tế ......................................... 46 Bảng 1. 3: Khảo sát c p độ dạy học tƣơng tác ảo đƣợc giáo viên sử dụng ....................................... 46 Bảng 1. 4: Yếu tố quyết định để giáo viên lựa chọn dạy học tƣơng tác ảo........................................ 47 Bảng 1. 5: Nhận thức của GV về tƣơng tác ảo trong dạy học ............................................................. 47 Bảng 1. 6: Đánh giá về tầm quan trọng của DHTTA trong dạy học hệ đại học ............................. 48 Bảng 1. 7: Biện pháp kỹ thuật đƣợc sử dụng trong DH TTA để nâng cao hiệu quả ....................... 48 Bảng 1. 8: Đánh giá của GV về hình thức DHTTA nếu đƣa vào ...................................................... 49 Bảng 1. 9: Giáo viên đánh giá những khó khăn khi tiến hành DH TTA ........................................... 49 Bảng 2. 1: Code chƣơng trình điều khiển cánh tay Robot trên Oclus và điện thoại ........................ 58 Bảng 2. 2: Đánh giá những kỹ năng DHTTA và hoạt động giáo dục ............................................... 90 Bảng 2. 3: Đánh giá tính hiệu quả trong lãnh đạo, tổ chức các lớp học TTA (lãnh đạo và quản lý ngƣời học, việc học và môi trƣờng dạy học TTA) ................................................................ 90 Bảng 2. 4: Đánh giá tƣơng tác ngƣời học – môi trƣờng1 .................................................................... 91 Bảng 2. 5: Đánh giá tƣơng tác ngƣời học – ngƣời dạy ......................................................................... 91 Bảng 2. 6: Đánh giá tƣơng tác ngƣời học – ngƣời học ......................................................................... 92 Bảng 2. 7: Mức độ ảnh hƣởng tích cực của các yếu tố từ môi trƣờng bên ngoài ............................. 93 Bảng 2. 8: Mức độ ảnh hƣởng tích cực của môi trƣờng tâm lý trong dạy học TTA ....................... 93 Bảng 2. 9: Tƣơng tác ngƣời học – môi trƣờng trong lớp học Robot công nghiệp ........................... 94 Bảng 2. 10: Tiêu chí lớp học tƣơng tác ảo cho học phần Robot công nghiệp .................................. 95 Bảng 3. 1: Số lƣợng sinh viên tiến hành thực nghiệm giai đoạn 1 ..................................................... 99 Bảng 3. 2: Số lƣợng sinh viên tiến hành thực nghiệm giai đoạn 2 ..................................................... 99 Bảng 3. 3: Tổng hợp số lƣợng sinh viên tiến hành thực nghiệm ........................................................ 99 Bảng 3. 4: Thông tin trong lớp học sinh viên học tốt nh t khi .......................................................... 102 Bảng 3. 5: Sinh viên thƣờng nhớ gì khi xem một chƣơng trình truyền hình .................................. 103 Bảng 3.6: Thông tin ngoài giờ học sinh viên quan tâm ...................................................................... 103 Bảng 3.7: Thông tin để học một kỹ năng mới của sinh viên ............................................................. 104 Bảng 3.8: Thông tin sinh viên thích giáo viên sử dụng trong giờ học .............................................. 104 Bảng 3.9: Thông tin khi sinh viên chơi một trò chơi, sinh viên thích ............................................... 105 Bảng 3. 10: Xếp loại điểm ...................................................................................................................... 109 Bảng 3. 11: Cách tính điểm .................................................................................................................... 109 Bảng 3. 12: So sánh số lƣợng sinh viên đạt điểm Xi điểm quá trình và kết thúc modul ............... 110 Bảng 3. 13: Kết quả kiểm tra bài ( Số sinh viên đạt điểm Xi) ........................................................... 111 Bảng 3. 14: Bảng tần su t ( số phần trăm SV đạt điểm Xi) .............................................................. 112 Bảng 3. 15: Phƣơng sai, độ lệch chuẩn,hệ số biến thiên cho lớp đối chứng ................................... 113 Bảng 3. 16: Phƣơng sai, độ lệch chuẩn,hệ số biến thiên cho lớp thực nghiệm ............................... 113 Bảng 3. 17: So sánh các thông số thống kê .......................................................................................... 114 Bảng 3. 18: Khảo sát ý kiến sinh viên về cảm nhận khi đƣa dạy học tƣơng tác ảo vào lớp học .. 116 Bảng 3. 19: Ý kiến sinh viên tự đánh giá những kỹ năng sẽ đƣợc tăng lên khi tham gia lớp học tƣơng tác ảo ............................................................................................................... 117 iii Bảng 3.20: Phần trăm sinh viên tự đánh giá những kỹ năng sẽ đƣợc tăng lên .............................. 118 Bảng 3. 21: Khảo sát ý kiến sinh viên về cách thức đƣa DH TTA vào lớp học ............................. 118 Bảng 3. 22: Khảo sát ý kiến của sinh viên đánh giá không khí lớp học ........................................... 119 Bảng 3. 23: Khảo sát đánh giá của sinh viên khi đƣa DH TTA có thể giúp gì cho môn Robot công nghiệp. ..................................................................................................................... 119 Bảng 3. 24: Khảo sát đánh giá của sinh viên khi áp dụng PPDH tƣơng tác ảo bán nhập vai và PPDH nhập vai cho môn học Robot công nghiệp ...................................................... 120 Bảng 3. 25: Xây dựng DH TTA trong quá trình dạy môn Robot công nghiệp ............................. 121 Bảng 3. 27: Khảo sát hiệu quả sau khi học Robot công nghiệp sử dụng PPDH TTA .................. 123 iv DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ Hình 1. 1: Dạy học tƣơng tác ................................................................................................................... 17 Hình 1. 2: Hình thức tƣơng tác ảo ........................................................................................................... 24 Hình 1. 3: Phƣơng pháp thể hiện tƣơng tác ảo cho kết quả phù hợp .................................................. 25 Hình 1. 4: Đ c trƣng của dạy học tƣơng tác .......................................................................................... 22 Hình 1. 5: C u trúc và nội dung môn Robot công nghiêp ................................................................... 41 Hình 1. 6: Phƣơng tiện dạy học mang tín hiệu đầu vào ....................................................................... 27 Hình 1. 7: Sơ đồ các thành phần của hệ thống tƣơng tác ảo ................................................................ 29 Hình 1. 8: Lợi ích của tƣơng tác ảo trong dạy và học ........................................................................... 37 Hình 1. 9: Các thiết bị dạy học tƣơng tác ảo .......................................................................................... 31 Hình 1. 10: Phƣơng tiện dạy học tƣơng tác ............................................................................................ 31 Hình 1.11: Phƣơng tiện dạy học tƣơng tác ảo mang tín hiệu đầu vào: .............................................. 31 Hình 2. 1: Sơ đồ các bƣớc thiết kế bài giảng tƣơng tác ảo ................................................................... 53 Hình 2. 2: Chƣơng trình TTA cánh tay Robot ...................................................................................... 55 Hình 2. 3: Các scene của Unity và kéo tài nguyên vào Scene để sử dụng ........................................ 56 Hình 2. 4: Cách tạo file script mới và gắn vào đối tƣợng ..................................................................... 57 Hình 2. 5: Xây dựng chƣơng trình TTA cho học phần Robot công nghiệp ..................................... 57 Hình 2. 6: Dựng mô hình cánh tay Robot 3D ........................................................................................ 59 Hình 2. 7: Tổng thể cánh tay Robot ........................................................................................................ 60 Hình 2. 8: Chân đế và trụ xoay tổng thể ................................................................................................. 60 Hình 2. 9: Cánh tay và trục xoay cánh tay .............................................................................................. 60 Hình 2. 10: Cẳng tay và trục khuỷu tay .................................................................................................. 61 Hình 2. 11: Trục xoay khớp cổ tay .......................................................................................................... 61 Hình 2. 12: Cổ tay và trục xoay khớp bàn tay ....................................................................................... 61 Hình 2. 13: Bàn tay và trục xoay khớp bàn tay ..................................................................................... 62 Hình 2. 14: Ngón tay và thanh ray trƣợt ngón tay ................................................................................. 62 Hình 2. 15: Chƣơng trình VR cánh tay Robot gắp vật bằng Oclus Go ............................................. 62 Hình 2. 16: Chƣơng trình VR điều khiển trên điện thoại ..................................................................... 63 Hình 2. 17: Quy trình thiết kế giáo án bài giảng tƣơng tác ảo ............................................................. 63 Hình 2. 18: Quy trình tổ chức dạy học tƣơng tác ảo ............................................................................. 83 Hình 2. 19: Phân loại bài giảng tƣơng tác ảo ......................................................................................... 84 Hình 2. 20: Bài giảng tƣơng tác ảo kết hợp ............................................................................................ 85 Hình 2. 21: Bài giảng tƣơng tác ảo toàn phần ........................................................................................ 85 Hình 2. 22: Xây dựng các tiêu chí tổ chức dạy học tƣơng tác ảo ........................................................ 88 Hình 2. 23: Các tiêu chí tổ chức dạy học tƣơng tác ảo ......................................................................... 94 Hình 3. 1: Lớp học thực nghiệm dạy học tƣơng tác ảo ........................................................................ 98 v DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 1. 1: Khảo sát về sự biết đến thức tại ảo ................................................................................... 44 Biểu đồ 1. 2: Khảo sát SV đánh giá về môn học Robot công nghiệp ................................................ 45 Biểu đồ 1. 3: Khảo sát online sự trải nghiệp VR của SV ..................................................................... 45 Biểu đồ 1. 4: Tần su t giáo viên sử dụng dạy học tƣơng tác ảo trong thực tế ................................... 46 Biểu đồ 3. 1: Kết quả kỳ I năm 2017-2018 của sinh viên lớp đối chứng ........................................ 100 Biểu đồ 3. 2: Kết quả kỳ I năm 2017-2018 của sinh viên lớp thực nghiệm .................................... 100 Biểu đồ 3. 3: So sánh điểm kỳ học gần nh t của sinh viên lớp TN và lớp ĐC ............................... 101 Biểu đồ 3. 4: Biểu đồ điểm đầu vào của SV lớp ĐC .......................................................................... 101 Biểu đồ 3. 5: Biểu đồ điểm đầu vào của SV lớp TN .......................................................................... 101 Biểu đồ 3. 6: Biểu đồ so sánh điểm đầu vào của SV lớp ĐC và lớp TN ......................................... 102 Biểu đồ 3. 7: Điều kiện tiếp nhận kiến thức tốt nh t ........................................................................... 102 Biểu đồ 3. 8: Thông tin sinh viên thƣờng nhớ gì khi xem một chƣơng trình truyền hình ............. 103 Biểu đồ 3. 9: Thông tin ngoài giờ học sinh viên quan tâm ................................................................ 103 Biểu đồ 3. 10: Thông tin để học một kỹ năng mới của sinh viên ..................................................... 104 Biểu đồ 3. 11: Thông tin sinh viên thích giáo viên sử dụng trong giờ học ...................................... 104 Biểu đồ 3. 12: Thông tin khi sinh viên chơi một trò chơi, sinh viên thích ....................................... 105 Biểu đồ 3. 13: Biểu đồ tổng hợp điểm các kiểm tra ở lớp ĐC .......................................................... 109 Biểu đồ 3. 14: Biểu đồ tổng hợp điểm các bài kiểm tra ở lớp TN .................................................... 109 Biểu đồ 3. 15: Biểu đồ so sánh điểm quá trình ở lớp ĐC và TN ... Error! Bookmark not defined. Biểu đồ 3. 16: Biểu đồ so sánh điểm kết thúc modul ở lớp ĐC và TN............................................ 110 Biểu đồ 3. 17: Biểu đồ so sánh tổng hợp điểm quá trình và kết thúc modul ................................... 111 Biểu đồ 3. 18: so sánh sinh viên đạt điểm Xi tại lớp thực TN và ĐC .............................................. 111 Biểu đồ 3. 19: Đƣờng tần su t hội tụ tiến sinh viên đạt điểm Xi....................................................... 112 Biểu đồ 3. 20: Đƣờng Radar phổ điểm sinh viên đạt điểm Xi .......................................................... 112 Biểu đồ 3. 21: Khảo sát ý kiến sinh viên về cảm nhận khi đƣa dạy học tƣơng tác ảo vào lớp học ...................................................................................................................................... 116 Biểu đồ 3. 22: Khảo sát ý kiến sinh viên tự đánh giá những kỹ năng sẽ đƣợc tăng lên khi tham gia lớp học tƣơng tác ảo. ....................................................................................... 117 Biểu đồ 3. 23: Khảo sát ý kiến sinh viên về cách thức đƣa DH TTA vào lớp học ........................ 119 Biểu đồ 3. 24: Khảo sát đánh giá của sinh viên khi đƣa DH TTA có thể giúp gì cho ................... 120 Biểu đồ 3. 25: Xây dựng DH TTA trong quá trình dạy môn Robot công nghiệp ......................... 121 Biểu đồ 3. 26: Khảo sát hiệu quả sau khi học Robot công nghiệp sử dụng PPDH TTA .............. 124 vi LOGIC LUẬN ÁN 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài 1.1. Nhu cầu phát triển khoa học công nghệ hiện đại Ngành Cơ điện tử đƣợc đánh giá là ngành mũi nhọn trong phát triển công nghiệp của quốc gia. Bên cạnh đó lĩnh vực Cơ điện tử đóng vai trò thiết yếu với cuộc sống của con ngƣời ở mọi lĩnh vực trong nhiều thế kỷ qua và trong tƣơng lai. T t cả các thiết bị hay hệ thống từ đơn giản đến phức tạp trong mọi ngành, lĩnh vực nhƣ dân dụng, công nghiệp, khai khoáng, xây dựng và quốc phòng đều có sự hiện diện không thể thiếu của ngành Cơ điện tử. Và để phát triển ngành cơ điện tử nhƣ kỳ vọng hai câu hỏi đƣợc đ t ra cân đƣợc giải quyết đó là: Một là loại sản phẩm Cơ điện tử nào cần đƣợc phát triển tại Việt Nam để từ đó chúng ta có thể đi tắt đón đầu công nghệ, không m t thời gian đi vào những sản phẩm phần cứng mà thế giới đã tiêu chuẩn hóa. Hai là vai trò của chƣơng trình đào tạo nguồn nhân lực Cơ điện tử đối với sự phát triển các sản phẩm này. Nhƣ vậy, Ngành Cơ điện tử là một trong những ngành trở thành then chốt để phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa Việt Nam trong tƣơng lai. Với vai trò của ngành cơ điện tử có thể cung c p các sản phẩm thông minh phục vụ nhu cầu của đ t nƣớc trong các lĩnh vực kinh tế, quân sƣ, truyền thông và đ c biệt trong giáo dục. Ngoài ra, ngành Cơ điện tử Việt Nam hoàn toàn có thể đáp ứng đƣợc các nhu cầu về gia công Robot thông minh thế hệ mới nh t xu t khẩu toàn cầu. 1.2. Th...i. Tuy nhiên quan niệm này làm cho nền giáo dục luôn đi sau sự phát triển của xã hội. Bởi vì nó chỉ có nhiệm vụ tái hiện lại các giá trị tinh thần xã hội đã đƣợc vật ch t hóa bằng cách nào đó để trở lại thành giá trị tinh thần bên trong ngƣời học [30]. Quan niệm đó đi ngƣợc lại quan niệm của Socrate về giáo dục trong đó giáo dục có nhiệm vụ các ý niệm vốn có trong mỗi con ngƣời, để cho ý niệm đó đƣợc khai sinh và trở thành giá trị tinh thần chung của nhân loại. Quan niệm đó cũng hạn chế nền giáo dục hƣớng đến một phƣơng pháp giáo dục giúp cho ngƣời học trở thành những con ngƣời sáng tạo, vƣợt qua đƣợc những giá trị tinh thần hiện có của xã hội. Thời đại của chúng ta, và hơn nữa xã hội chúng ta đang hƣớng đến một xã hội tri thức. Một xã hội mà tri thức của con ngƣời đang đƣợc số hóa với một tốc độ cực lớn, làm cho tri thức dễ dàng và nhanh chóng. Tuy nhiên xã hội tri thức không chỉ có nhiệm vụ tích hợp các kiến thức của con ngƣời đã đạt đƣợc trong những phƣơng tiện lƣu trữ dung lƣợng cực lớn, trong các cơ sở dữ liệu khổng lồ mà còn có nhiệm vụ từ đó nhân lên khối lƣợng kiến thức này thành các kiến thức mới có ch t lƣợng cao hơn nữa[31]. Dạy học là một quá trình gồm toàn bộ các thao tác có tổ chức và có định hướng giúp người học từng bước có năng lực tư duy và năng lực hành động với mục đích chiếm lĩnh các giá trị tinh thần, các kỹ năng trên cơ sở đó có khả năng giải quyết được các bài toán thực tế đặt ra trong toàn bộ cuộc sống của mỗi người học. 17 1.2.2.2. Dạy học tương tác Hình 1. 1: Dạy học tương tác Theo quan điểm của Jean- Marc Denomme‟ và Madeleine Roy về khái niệm sƣ phạm tƣơng tác nhƣ sau: “sƣ phạm tƣơng tác là cách tiếp cận hoạt động dạy học, đ c biệt nh n mạnh các mối quan hệ qua lại giữa ba nhân tố ngƣời học, ngƣời dạy và môi trƣờng trong họat động sƣ phạm”. Theo từ điển Anh - Việt “tƣơng tác” xu t hiện trong anh ngữ là từ “interaction”. Đây là từ ghép, đƣợc tạo nên bởi hai từ đơn: inter và action. Trong đó “Inter” mang nghĩa là sự kết nối với nhau [22],còn “Action” là tiến hành điều gì đó, hành động, hoạt động. Nhƣ vậy “interaction” là sự tƣơng tác giữa những mỗi liên hệ đƣợc ghép nối với nhau và có sự tác động hai chiều [27], [31]. Theo từ điển mở Online (Bách khoa toàn thƣ mở) Wikipedia, tƣơng tác là hành động của một đối tƣợng ho c hành động của một đối tƣợng khác, ho c một cuộc trao đổi thảo luận ho c trao đổi giữa ngƣời này và ngƣời khác. Ở đây quan điểm tƣơng tác dựa trên quan điểm xã hội học, cũng theo hƣớng tiếp cận này các tác giả Phạm T t Dƣơng và Lê Ngọc Hùng cho rằng: “tƣơng tác có thể đƣợc coi là quá trình hành động và hành động đáp lại của một chủ thể này với một chủ thể khác”. Ở góc độ chung nh t nhƣ các định nghĩa của tác giả Phạm Xuân Hùng chủ biên “Đại từ điển tiếng Việt” thì: “tƣơng tác là tác động qua lại lẫn nhau”. Khái niệm dạy học tƣơng tác trong tiếng anh thƣờng đƣợc dùng là “interaction teaching and learning” với hai từ “interaction teaching” và “interaction learning”. Dạy học tƣơng tác theo định nghĩ của Thurmod (2003): “tƣơng tác là những cam kết của ngƣời học trƣớc nội dung, bạn học, ngƣời dạy và các phƣơng tiện công 18 nghệ sử dụng trong chƣơng trình dạy học. Những tƣơng tác theo định nghĩa của nó giữa ngƣời học - ngƣời học, ngƣời học - ngƣời dạy và với công nghệ dạy học sẽ sử dụng trong chƣơng trình học sẽ tạo ra những trao đổi lẫn nhau về thông tin. Sự trao đổi thông tin này nhằm mở rộng tri thức cho ngƣời học [32]. Trong định nghĩa của Thurmod chỉ ra ít nh t 4 kiểu tƣơng tác trong dạy học: ngƣời học - nội dung; ngƣời học - ngƣời học; ngƣời học - ngƣời dạy; ngƣời học - phƣơng tiện công nghệ. Theo Moonis Raza, D. Chandra, Prakash Chander, Onkar Singh: “trong giáo dục, tƣơng tác bao hàm một cách có ý thức sự hợp tác cùng tìm kiếm câu trả lời hay giải pháp. Sự phản ứng, do đó là đột phá và giới hạn trong cá nhân và ý thức riêng lẻ trong khi tƣơng tác là hoạt động nhóm bao gồm các thành viên cùng tham gia tìm kiềm mục tiêu vƣơn tới” [33]. Từ những định nghĩa và phân tích trên cho ta cái nhìn tổng thể và những khái niệm lịch sử về tƣơng tác. Từ đó đi đến thống nh t nhƣ sau: “Tƣơng tác trong dạy học là một mối liên hệ đa chiều đƣợc liên kết bởi hoạt động sinh ra bởi ngƣời học - ngƣời dạy - công nghệ - môi trƣờng”. Dạy học tương tác là một hoạt động sư phạm sinh động được kết hợp bởi người học, người dạy và môi trường sư phạm. Trong đó người học trở thành nhân tố phát triển nội suy và công nghệ kết hợp với môi trường sư phạm tạo ra sự tương tác bậc cao trong hoạt động hiệu quả tối đa cho người dạy. 1.2.2.3. D y h tươ tá ảo Theo joseph r.levy và harley bjelland quan niệm, “tƣơng tác ảo là môi trƣờng ba chiều, đƣợc sinh ra bởi máy tính (computer - generated), có tính tƣơng tác, trong đó con ngƣời có cảm giác đắm chìm”, “tƣơng tác ảo là một môi trƣờng ba chiều đƣợc phát sinh, tổng hợp và điều khiển thông qua máy vi tính nhằm mục đích mô phỏng lại thế giới thực ho c một thế giới theo tƣởng tƣợng của con ngƣời. Nó cho phép ngƣời dùng thông qua các thiết bị ngoại vi và bộ chuyển đổi tƣơng tác với những sự vật, hành động của thế giới ảo giống nhƣ tƣơng tác với những sự vật, hành động của thế giới thực” [34]. Ngoài thuật ngữ tƣơng tác ảo ngƣời ta cũng hay đề cập tới thuật ngữ thế giới ảo. Thực ch t đây là hai khái niệm tƣơng đồng để chỉ một không gian ảo mà trong không gian này những ngƣời sử dụng có thể tƣơng tác với các đối tƣợng của không gian ảo, ho c những ngƣời sử dụng có thể tƣơng tác 19 với nhau trong không gian đó. Nhƣ vậy, thuật ngữ tƣơng tác ảo cũng đƣợc hiểu theo nhiều nghĩa khác nhau. Theo PGS. Lê Huy Hoàng, tƣơng tác ảo có thể hiểu là một hệ thống cho phép một ho c nhiều ngƣời sử dụng di chuyển, phản ứng trong một môi trƣờng mô phỏng điện toán, dƣới sự hỗ trợ của các thiết bị kèm theo. Ngƣời sử dụng có thể cảm nhận khi trải nghiệm tƣơng tác ảo, thao tác với các đối tƣợng ảo giống nhƣ với các đối tƣợng trong thế giới thực. sự tƣơng tác này khiến ngƣời dùng có cảm giác đắm chìm trong một môi trƣờng ảo. Môi trƣờng đó đƣợc xây dựng bởi phƣơng pháp toán học và những chƣơng trình máy tính. Có nhiều định nghĩa khác nhau về tƣơng tác ảo, một vài trong số đó là: " Tƣơng tác ảo là công nghệ sử dụng các kỹ thuật phƣơng pháp hóa không gian ba chiều với sự hỗ trợ của các thiết bị đa phƣơng tiện hiện đại để xây dựng một thế giới mô phỏng bằng máy tính - môi trƣờng ảo. Trong thế giới ảo này, ngƣời sử dụng không còn đƣợc xem nhƣ ngƣời quan sát bên ngoài mà đã thực sự trở thành một phần của hệ thống" [35]. Một trong những định nghĩa mới về tƣơng tác ảo theo Bricken: “Máy tính hệ thống đƣợc tạo ra một thế giới nhân tạo, trong đó ngƣời dung có n tƣợng là trong thế giới đó và khả năng điều hƣớng xuyên thế giới và vận dụng các vật thể trong thế giới”. Những khái niệm và nguyên lý cơ bản của lý luận dạy học theo tiếp cận sƣ phạm tƣơng tác hay Lý luận dạy học tƣơng tác, đƣợc xây dựng trên cơ sở khoa học thần kinh về học và dạy, thể hiện qua 5 bộ ba: tác nhân (3E), thao tác (3A), tƣơng tác, nguyên lý, ứng xử, trong [36]. Bộ ba tác nhân và bộ ba nguyên lý đã đƣợc nêu rõ trong Phần mở đầu ở trên. Tƣơng tác ảo là một thế giới thực nhƣng lại ảo, vì một phần của thế giới thực sẽ đƣợc tái tạo trên máy tính, trong môi trƣờng không gian ba chiều gắn với các thiết bị đầu vào, cho phép con ngƣời tƣơng tác với môi trƣờng ảo đó. Những tƣơng tác đó sẽ đƣợc chƣơng trình xử lý để đem lại cho con ngƣời cảm nhận về sự thay đổi của môi trƣờng nhƣ trong thực tế. T t cả những điều này diễn ra trong môi trƣờng không gian ba chiều. Dƣới khía cạnh CNTT, tƣơng tác ảo là một hệ thống mô phỏng trong đó đồ họa máy tính đƣợc sử dụng để tạo ra một thế giới nhân tạo - nhƣ thật [37]. Thế giới này không tĩnh tại, mà lại phản ứng, thay đổi theo ý muốn (tín hiệu vào) của ngƣời sử dụng (nhờ hành động, lời nói,...) ngƣời sử dụng tƣơng 20 tác với phƣơng pháp, trong đó tƣơng tác đƣợc mô phỏng từ thao tác với các đối tƣợng thực. Điều này xác định một đ c tính chính của tƣơng tác ảo, đó là tƣơng tác thời gian thực [26]. Thời gian thực ở đây có nghĩa là khả năng của máy tính có thể nhận biết đƣợc tín hiệu vào của ngƣời sử dụng và tác động ngay lập tức làm thay đổi thế giới ảo. Ngƣời sử dụng nhìn th y sự vật thay đổi trên màn hình ngay theo ý muốn của họ và bị thu hút - cảm giác bởi sự mô phỏng này. Điều này chúng ta có thể nhận th y ngay khi đi tham quan bảo tàng ảo - bảo tàng số kết hợp đƣợc các đ c tính của tƣơng tác ảo. Tham quan trong bảo tàng ảo - tham quan ảo, ngƣời dùng không chỉ thực sự cảm nhận đƣợc sự hiện hữu của các hiện vật trong môi trƣờng đó, mà còn có thể tƣơng tác với môi trƣờng nhƣ là một thành phần thực sự của môi trƣờng đó. Bên cạnh đó, bảo tàng ảo phải cho phép tổ chức, quản lý, tổng hợp lƣu trữ các dữ liệu về các hiện vật cần bảo tàng [38]. Trong thực tế, ngƣời dùng không những nhìn th y đối tƣợng đồ họa 3D nổi, điều khiển (xoay, di chuyển) đƣợc đối tƣợng trên màn hình (nhƣ trong game), mà còn sờ và cảm th y chúng nhƣ có thật. Ngoài khả năng nhìn (thị giác), nghe (thính giác), sờ (xúc giác), nhiều nghiên cứu hiện nay đã nghiên cứu để tạo các cảm giác khác nhƣ ngửi (khứu giác), nếm (vị giác). Tuy nhiên hiện nay trong tƣơng tác ảo do điều kiện còn hạn chế do vậy các cảm giác này cũng ít đƣợc chú trọng đến. Nhƣ vậy, có thể th y, cảm giác đắm chìm và cảm giác trở thành một phần của hành động trên màn hình của ngƣời sử dụng trong tƣơng tác ảo là nhờ môi trƣờng 3D với phƣơng pháp hiển thị có độ phân giải và tốc độ cao, đồng thời cảm giác nhƣ thật hơn nữa là nhờ tác động của tƣơng tác ảo lên t t cả các kênh cảm giác của con ngƣời [39]. Ngoài 2 đ c tính chính của tƣơng tác ảo là tƣơng tác và đắm chìm, tƣơng tác ảo cần có 1 đ c tính thứ 3 là tƣởng tƣợng. Sở dĩ nhƣ vậy là vì tƣơng tác ảo không chỉ là một hệ thống tƣơng tác ngƣời - máy tính mà các ứng dụng của nó còn liên quan tới việc giải quyết các v n đề thật trong kỹ thuật, y học, quân sự... các ứng dụng này do các nhà phát triển tƣơng tác ảo thiết kế, điều này phụ thuộc r t nhiều vào khả năng tƣởng tƣợng của con ngƣời, đó chính là đ c tính thứ 3 của hệ tƣơng tác ảo. Do đó có thể coi tƣơng tác ảo là tổng hợp của 3 yếu tố: Tƣơng tác - Đắm chìm- Tƣởng tƣợng [40]. Theo tiếp cận khoa học thần kinh về học và dạy, coi quá trình dạy học là quá trình tƣơng tác đ c thù tƣơng tác xoay quanh bộ máy giữa bộ ba tác nhân - ngƣời 21 học, ngƣời dạy và môi trƣờng - trong đó, ngƣời học là trung tâm, ngƣời dạy là ngƣời hƣớng dẫn, giúp đỡ và môi trƣờng có ảnh hƣởng t t yếu. Hoạt động dạy và học tương tác xảy ra trong một môi trường ảo gọi là dạy học tương tác ảo. 1.2.3. Khái niệm phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo 1 2 3 1 P ươ P áp y h c Có nhiều khái niệm về phương pháp dạy học được đưa ra như sau: Phƣơng pháp dạy học là những cách thức làm việc giữa thầy giáo và học sinh, nhờ đó mà học sinh nắm vững đƣợc kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo, hình thành đƣợc thế giới quan và năng lực [41]. PPDH là những hình thức và cách thức hoạt động của giáo viên và học sinh trong những điều kiện dạy học xác định nhằm đạt đƣợc mục đích dạy học - Một số đ c điểm của PPDH:  Thực hiện mục tiêu dạy học  Là sự thống nh t của phƣơng pháp dạy và phƣơng pháp học.  Thực hiện thống nh t chức năng đào tạo và giáo dục.  Là sự thống nh t của logic nội dung dạy học và logic tâm lý nhận thức.  Có m t bên ngoài và bên trong.  Có m t khách quan và chủ quan.  Là sự thống nh t của cách thức hành động và phƣơng tiện dạy học (PTDH).  Chịu sự chi phối của nội dung dạy học và mục đích dạy học.  Hiệu quả phụ thuộc vào trình độ nghiệp vụ sƣ phạm của giáo viên.  Ngày càng hoàn thiện và phát triển để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của quá trình dạy học. Phương pháp dạy học là tổ hợp các quy trình có tính thống kê nhằm vận dụng và kế thừa phương tiện dạy học để nâng cao hiệu quả học tập. 22 1.2.3.2. P ươ p áp tươ tá Hình 1.2: Phương pháp dạy học tương tác Phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo thực ch t là một chiến lƣợc dạy học hƣớng vào ngƣời học, đề cao tính năng động của ngƣời học trong quá trình học tập và đƣợc bắt nguồn từ những dòng triết lý dạy học hiện đại nhƣ triết lý kiến tạo, triết lý giải quyết chƣơng trình TTA. Để làm rõ bản ch t của chiến lƣợc dạy học này cần thiết xem xét nó trên nhiều bình diện khác nhau. Xét ở bình diện vĩ mô, nó đƣợc xem nhƣ một quan điểm dạy học, quan điểm dạy học này dựa trên sự tác động qua lại tƣơng tác giữa các thành tố cơ bản của hoạt động dạy học mà chủ yếu là giữa ngƣời dạy, ngƣời học và môi trƣờng. Sự tƣơng tác giữa các yếu tố này là nguyên nhân của mọi sự phát triển; trong đó, trƣớc tiên và quan trọng nh t là phát triển ngƣời học. Quan điểm dạy học này thuộc lĩnh vực của hiểu biết ứng xử [46], thuộc hệ tƣ tƣởng của lĩnh vực sƣ phạm chứ không đơn thuần chỉ là những cách thức tác động cụ thể của GV trong quá trình dạy học nhằm vào ngƣời học và quá trình học tập để gây ảnh hƣởng thuận lợi cho việc học theo mục đích hay nguyên tắc đã định. Vì vậy, đứng trên bình diện vĩ mô thì mối quan hệ tƣơng tác giữa các thành tố trong c u trúc của hoạt động dạy học phải đƣợc quán triệt trong toàn bộ quá trình dạy học, từ việc xác định mục tiêu, nội dung, phƣơng pháp cụ thể, đến cách thức kiểm tra, đánh giá. Xét ở bình diện trung gian, dạy học tƣơng tác ảo đƣợc nhìn nhận nhƣ PPDH cụ thể. Ở bình diện này, nó có hình thái là các cách thức dạy học cụ thể, hay còn gọi là các tƣơng tác ảo kỹ thuật của PPDH [47]. Cùng một tƣ tƣởng, lý thuyết y nhƣng nó có thể triển khai theo những tƣơng tác ảo khác nhau. Mỗi tƣơng tác ảo này bao gồm một hệ thống các kỹ năng ho c các mẫu hành động, chúng đƣợc sắp 23 xếp theo logic và quy định tiến trình thực hiện phƣơng pháp. Nhƣ vậy rõ ràng việc xác định các tƣơng tác ảo dạy học cụ thể để triển khai khung lý thuyết của chiến lƣợc dạy học tƣơng tác ảo không phải dễ dàng. Thực tế không chỉ có một hay hai mà có thể có r t nhiều con đƣờng khác nhau để thực thi lý thuyết dạy học này. Song, đứng về m t lý luận thì số lƣợng của chúng là hữu hạn, và t t cả đều phải phản ánh đƣợc nguyên lý cốt lõi đó chính là tƣơng tác trong dạy học [48]. Việc xác lập các phƣơng pháp dạy học tƣơng tác cụ thể dựa vào tƣơng tác là hết sức cần thiết, bởi đó là cách thức để lý thuyết dạy học tƣơng tác ảo đi vào thực tế của giáo dục nhà trƣờng. Tuy nhiên, công việc này đòi hỏi phải có sự hỗ trợ, phối hợp, nỗ lực của cả GV và những nhà nghiên cứu mới mong thu đƣợc kết quả nh t định. Trong phạm vi của đề tài nghiên cứu, tác giả cũng hƣớng đến việc thiết kế các tƣơng tác ảo dạy học tƣơng tác ảo và triển khai áp dụng trong giảng dạy một số môn học ngành Cơ điện tử trình độ đại học hiện nay [49]. Dạy học nói chung đƣợc hiểu là cách thức hành động của ngƣời dạy và ngƣời học trong một phạm vi hẹp hơn nhằm từng bƣớc hiện thực hóa phƣơng pháp dạy học và tiến tới đạt đƣợc mục tiêu dạy học đề ra. Ở mức độ khái quát, ta hình dung một phƣơng pháp dạy học cụ thể bao gồm nhiều PPDH kết hợp, có dạy học truyền thống, dạy học hiện đại, dạy học tích hợp. Mỗi PPDH đƣợc sử dụng ở một giai đoạn nào đó và khi triển khai phƣơng pháp ngƣời ta phải sử dụng tới để tổ chức hoạt động học những tập của ngƣời học, để gây ảnh hƣởng tích cực lên hoạt động học tập, và nếu không sử dụng tới PPDH y ho c sử dụng PPDH không đúng thì phƣơng pháp dạy học đó sẽ không đạt hiệu quả nhƣ mong muốn. Ở đây ta không đồng nh t giữa dạy học và biện pháp dạy học. Dạy học mang tính cố định không ho c ít phụ thuộc vào hoàn cảnh và có thể sử dụng cho nhiều phƣơng pháp dạy học khác nhau, còn biện pháp dạy học gắn với các hoàn cảnh dạy học cụ thể, vì thế tính đột biến của biện pháp là r t lớn [50], [51]. Cùng một phƣơng pháp nhƣng cách vận dụng thì muôn hình vạn trạng, tùy thuộc vào nội dung, tình huống dạy học khác nhau. 1.2.3.3. P ươ p áp tươ tá ảo Phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo đƣợc hình thành trong quá trình ứng dụng công nghệ dạy học tƣơng tác ảo để đạt đƣợc mục đích giáo dục. Trong quá trình đó với các thao tác ảo mà ngƣời học tƣơng tác với các thiết bị và môi trƣờng ảo nhằm 24 chiễm lính đƣợc nội dung môn học. Trong luận án này, Tác giả phân loại phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo dựa trên tiêu chí về cách thức tƣơng tác với tƣơng tác và hình thức biểu diễn kết quả của tƣơng tác ảo. Theo đó phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo bao gồm một số mức độ sau: Hình 1. 3: Phương pháp dạy học tương tác ảo (1) Phương pháp dạy học tương tác ảo giống như thật Để tƣơng tác ảo giống nhƣ thật, việc xây dựng các bài tƣơng tác ảo dựa trên công nghệ tƣơng tác ảo Trong trƣờng hợp này, ngƣời học không trực tiếp tác động tới phƣơng pháp số của bài tƣơng tác ảo thông qua giao diện máy tính mà thông qua hệ thống các thiết bị giao diện tƣơng tác ảo bao gồm các thiết bị giao diện thị giác, thính giác và cảm giác. Khi đó, ngƣời học sẽ thao tác với bài tƣơng tác giống nhƣ trong thực tế có thể cầm, nắm, di chuyển, thay đổi tham số cho các đối tƣợng và đều nhận đƣợc cảm giác thực [42]. Sử dụng các thiết bị giao diện tƣơng tác ảo, các kết quả của bài tƣơng tác ảo tác động trực tiếp tới các giác quan của ngƣời học theo cách giống nhƣ thật. Với phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo này, có thể tạo ra đƣợc các bài tƣơng tác ảo cho các nội dung trong thực tế không thể tiến hành đƣợc. Đ c biệt, nó cho phép hình thành kỹ năng thao tác chân tay, một trong những điểm đƣợc cho là hạn chế của tƣơng tác ảo. Tuy nhiên, đây là một công nghệ phức tạp, ngoài một phƣơng pháp số phức tạp, máy tính, các thiết bị ngoại vi còn cần thêm nhiều thiết bị đắt tiền nhƣ kính đội đầu, găng tay hữu tuyến [43]. Đây cũng chính là phƣơng pháp đề tài 25 áp dụng để thiết kế và xây dựng các bài tƣơng tác ảo cho một số nội dung thuộc chƣơng trình giảng dạy Robot công nghiệp đƣợc tiến hành thực nghiệm. (2) Phương pháp dạy học tương tác ảo cho kết quả thực Tƣơng tác ảo loại này dựa trên công nghệ tƣơng tác ảo số điều khiển hoạt động của các thiết bị thực thông qua các cam giao tiếp. Thao tác với phƣơng pháp số thể hiện bài tƣơng tác ảo đƣợc tiến hành thông qua giao diện của máy tính tác động tới các đối tƣợng, chức năng của tƣơng tác ảo. Kết quả của tƣơng tác ảo đƣợc gìn tới cam giao tiếp và điều khiển các đối tƣợng thật đồng hồ đo, máy hiện sóng, mạch hiển thị tín hiệu, âm thanh các bài tƣơng tác ảo loại này đƣợc dùng để thể hiện khả năng thay thế chức năng của đối tƣợng, hệ thống thực bằng máy tính và chủ yếu dùng vào chức năng điều khiển hệ thống ch p hành [44]. (3) Phương pháp dạy học tương tác ảo cho kết quả phù hợp Đây là loại tƣơng tác ảo đƣợc xây dựng với công nghệ đơn giản nh t, không đòi hỏi các trang thiết bị kèm theo, đó là tƣơng tác ảo điện toán. Các tƣơng tác ảo loại này thƣờng sử dụng các hình ảnh gần giống thực ho c các ký hiệu tƣợng trƣng để thể hiện các đối tƣợng của hệ thống. Khi thực nghiệm trên phƣơng pháp, sẽ cho kết quả phù hợp với hệ thống thực. thao tác với tƣơng tác ảo đƣợc tiến hành giống nhƣ đối với tƣơng tác ảo cho kết quả thực [45]. Nội dung thể hiện cũng nhƣ kết quả của tƣơng tác ảo đƣợc hiển thị ngay trên màn hình của máy tính. Hình 1. 4: Phương pháp thể hiện tương tác ảo cho kết quả phù hợp Mức độ tƣơng tác ảo này đƣợc áp nhiều trong minh hoạ, chứng minh, thiết kế, sáng tạo, dạy học tƣơng tác kết hợp sử dụng kỹ thuật đƣợc giải quyết một cách thuận lợi và kinh tế. 26 1.3. Lý luận về công nghệ dạy học tƣơng tác ảo 1.3.1. Khái niệm ảo Một số khái niệm về ảo trong các lĩnh vực về toán học, vật lý và khoa học giúp làm sáng hơn về lý luận dạy học tƣơng tác ảo. Khái niệm ảo trong toán học Số ảo là một số phức mà khi bình phƣơng lên đƣợc kết quả là một số âm. Số ảo là tích của một số thực b với i, trong đó i2= -1. Số ảo lần đầu tiên đƣợc đ t ra vào thế kỷ 17 và đƣợc coi là một ý tƣởng mơ hồ không có tính ứng dụng trong toán học, chỉ mang tính ch t lý thuyết của Gausse [54]. Một số ảo i xu t hiện trong phép tổng số phức a + bi, trong đo a là hằng số không đổi với số ảo i đƣợc thêm với phần phức b để tạo thành tổng số phức toàn phần. Khái niệm ảo trong vật lý Trong quang học, ảo ảnh là một phần không có thực trong không gian đa chiều đối trọng với không gian thực. Một m t đối lập trong chiều đồng điệu. Lúc này, thông tin thu thập đƣợc từ mắt đƣợc xử lý bởi bộ não cho ra các cảm nhận không trùng với vật thể có thật. Ảo ảnh quang học thể hiện rằng bộ não ngƣời khi cảm nhận về hình ảnh có thể dùng các giả thiết nh t định để làm tăng tốc quá trình xử lý thông tin nhƣng đôi khi không phù hợp thực tế [55]. Ảo là những không gian đa chiều tồn tại nhờ giao diện mạng tạo ra. 1.3.2. Môi trường trong công nghệ dạy học tương tác ảo Môi trƣờng ảo (thế giới ảo, không gian ảo) là môi trƣờng tƣơng tác ảo bằng máy tính, với hệ thống cảm biến và hiển thị chuyên biệt ngƣời dùng có thể: - Cảm nhận sự hiện diện vật lý trực tiếp nhƣ thật của các đối tƣợng do máy tính tạo ra đối tƣợng ảo ho c do bộ não con ngƣời tạo ra chiều không gian với máy tính ảo. - Nhập vai hay đắm chìm nghĩa là tham gia thực sự vào các hoạt động trong đó, không cảm th y mình là ngƣời quan sát ngoài cuộc. - Tƣơng tác thời gian thực, nghĩa là tƣơng tác đƣợc thực hiện ngay tức thời. Ngoài 3 đ c trƣng: hiện diện, nhập vai và tƣơng tác trên đây, viết tắt là PII, cũng có thể mô tả VR qua ba đ c trƣng 3I, trong đó thay P bằng chữ I thứ ba, viết 27 tắt từ tƣởng tƣợng, thể hiện mục đích ứng dụng và sáng tạo của VR: một đối tƣợng ảo hiện diện nhƣ thật không nh t thiết có thật trong thực tế [56]. Theo tiêu chí nhập vai, có 3 loại tƣơng tác ảo: - Tƣơng tác ảo không nhập vai, dùng cho máy tính cá nhân, còn gọi là Desktop VR hay WoW (Window on World), môi trƣờng ảo đƣợc quan sát qua màn hình, tƣơng tác đƣợc thực hiện bằng bàn phím, chuột, ho c công cụ tƣơng đƣơng khác nhƣ joystick, bút và màn hình cảm ứng [57]. - Tƣơng tác ảo bán nhập vai, có hệ thống màn hình lớn bao quanh ngƣời dùng để tạo cảm giác hòa nhập vào môi trƣờng ảo 3D; - Tƣơng tác ảo nhập vai, ngƣời dùng trải nghiệm nhƣ thật trong môi trƣờng ảo, nhờ các bộ hiển thị chuyên dùng (HDM, BOOM), là loại hoàn chỉnh nh t, nhƣng phức tạp và đắt nh t. Đối tƣợng hiện diện ở môi trƣờng này nhiều khi là những đối tƣợng không thể có thật vì tƣơng tác tùy biến.Tƣơng tác ảo là những tƣơng tác ho c tƣơng tác cảm ứng tƣơng đƣơng với đối tƣợng ảo, giáp m t và qua mạng [58]. 1.3.3. Phƣơng tiện trong công nghệ dạy học tƣơng tác ảo Phƣơng tiện sử dụng trong công nghệ dạy học tƣơng tác tác ảo mang tín hiệu đầu vào và đầu ra. Hình 1. 5: Phương tiện dạy học tương tác ảo mang tín hiệu đầu vào Trong đó phƣơng tiện dạy học tƣơng tác ảo mang tín hiệu đầu vào là những thiết bị có khả năng kích thích các giác quan để tạo nên cảm giác về sự hiện hữu trong thế giới ảo bao gồm: Thiết bị giao diện thị giác: Một số thiết bị nhƣ kính tƣơng tác ảo, màn hình tƣơng tác, màn hình đội đầu HDM, thực ch t là một loại kính đ c biệt, ngƣời sử dụng sẽ đeo 28 vào để nhìn vào thế giới ảo. Trên HDM có gắn bó do vị trí để xác định vị trí quan sát của ngƣời sử dụng, ghi nhận nơi ngƣời sử dụng đang nhìn vào ho c hƣớng đang chỉ tới [59]. Thiết bị giao diện thính giác: Hệ tai nghe đƣợc gắn bên trong của HDM giúp cho ngƣời dùng nghe đƣợc âm thanh trong thế giới ảo, ho c hệ tai nghe dời đƣợc kết nối với mày tính chạy chƣơng trình TTA. Thông tin từ bộ định vị trên HDM có thể đƣợc sử dụng để cập nhật tín hiệu âm thanh [60]. Ví dụ nhƣ: khi nguồn âm thanh không phát ra theo hƣớng từ đằng trƣớc ho c đằng sau, máy tính sẽ truyền âm thanh tới tai này sớm hơn, lớn hơn, ho c muộn hơn, nhỏ hơn một chút so với tai kia để tạo cảm giác thực [61]. Ngoài hệ thống HDM, thiết bị đầu vào sử dụng trong hệ thực tại còn có boom và phòng tam lập kính. Boom (binocular omni - orientation monitor), phòng tam lập kính (phòng tam lập kính automatic virtual environment) là hai hệ thống tƣơng tự nhƣ HDM, song chúng có một vài điểm khác, ví dụ nhƣ boom không dùng để gắn trên đầu mà dùng một cái cần gắn màn hình vào một đầu có tay cầm màn hình. Khi chúng ta nhìn vào màn hình dịch chuyển nó, lập tức thiết bị nhạy sẽ dịch chuyển theo góc nhìn, vị trí của ngƣời sử dụng cũng thay đổi [62]. Phƣơng tiện dạy học tƣơng tác ảo mang tín hiệu đầu ra Gồm hiển thị đồ họa nhƣ màn hình để nhìn đƣợc đối tƣợng 3D và thiết bị giao diện cảm giác để tạo xúc giác khi sờ, nắm đối tƣợng và các cảm giác vật lý khác về đối tƣợng trong thế giới ảo, đây là một khía cạnh phát triển ít nh t và cũng là sự thách thức lớn nh t trong lĩnh vực tƣơng tác ảo. Hiện tại, với việc sử dụng găng tay đ c biệt và bộ phận định vị, máy tính sẽ định vị tay ngƣời dùng và dò tìm sự di chuyển của các ngón tay. Khi đó, ngƣời dùng có thể với vào trong thế giới ảo và cầm, nắm các đối tƣợng [63]. Tuy nhiên vẫn không thể cảm nhận chúng giống nhƣ thật. Nó đ c biệt khó khi tạo ra những cảm giác thực khi con ngƣời chạm vào bề m t cứng, nh t một đối tƣợng hay miết ngón tay lên bề m t của các vật liệu dệt may [64]. Để mô phỏng những cảm nhận y, một hệ thống các mô tơ đƣợc điều khiển bằng máy tính có tốc độ nhanh và độ chính xác cao đƣợc dùng để sinh ra các phản lực, ví dụ tạo lực tác động nhƣ khi đi xe đạp, đi đƣờng những phản lực này vào đối tƣợng ảo giống nhƣ sự tác động của đối tƣợng với ngƣời sử dụng [65]. Sự tác động vào tay và các bộ phận khác của cơ thể khiến họ có cảm giác đã tác động, dƣới góc độ kỹ thuật, hệ thống tƣơng tác ảo. 29 Đƣợc thể hiện dƣới dạng sơ đồ khối. Theo đó, hệ thống tƣơng tác ảo gồm 2 phần chính: bộ tác động và bộ giả lập tƣơng tác ảo: Bộ tác động 1 bộ giả lập tƣơng tác ảo HDM [66]. Có thể phân các bảng tƣơng tác hiện nay làm hai loại: Bảng tƣơng tác nhờ máy tính là loại bảng cứng khổ lớn, chỉ khác màn chiếu trong bộ bốn “máy tính, chuột, máy chiếu, màn chiếu”:m t bảng vừa là màn chiếu vừa cùng với ngón tay ho c bút (bút trâm, bút cảm ứng) tạo thành một thiết bị nhập, truyền tọa độ của điểm tƣơng tác cho máy tính, thay chuột và bàn phím [67]. Công việc này đƣợc thực hiện nhờ công nghệ cảm ứng và định vị bằng hồng ngoại, siêu âm hay điện từ v.v Loại bảng tƣơng tác này, hiện nay còn đƣợc gọi là bảng thông minh, với nhiều thƣơng hiệu, nhƣ Mimio, ActivBoard, IQBoard, SmartBoard, đã đƣợc sử dụng tại nhiều trƣờng, lớp trong nƣớc. Trong số đó, hầu hết đều có tính năng tƣơng tác đa điểm, cho phép vài ngƣời viết, vẽ, đồng thời trên bảng và thậm chí cả trong khoảng không giữa ngƣời và bảng [51]. Hình 1. 6: Sơ đồ các thành phần của hệ thống tương tác ảo Gần đây, công nghệ TV LCD, TV LED, TV Plasma, đã r t phát triển, với kết nối HDM có dây ho c không dây, việc dùng TV khổ lớn, với giá cả ch p nhận đƣợc, thay cho bộ đôi máy chiếu - màn chiếu để dạy học ho c trình diễn tƣơng tác trong các phòng học ho c phòng họp thích hợp, là phƣơng án r t khả thi và hiệu quả [68]. 30 Máy tính bảng và những phƣơng tiện số di động cùng loại, hiện nay có thể coi là bảng tƣơng tác cá nhân, dùng trong dạy học tƣơng tác qua mạng cho những môn học có phần mềm thích hợp với các hệ điều hành tƣơng ứng (nhƣ phần mềm toán học tƣơng tác GeoGebra, cho Windows, Android). R t có thể trong tƣơng lai không xa, nếu khắc phục đƣợc những hạn chế nh t định về kỹ thuật và thƣơng mại hóa, máy tính bảng sẽ có khổ lớn với giá thành thích hợp, dùng làm bảng tƣơng tác cố định cho cả lớp học với bảng tƣơng tác di động cho từng ngƣời học [69]. 1.3.4. Những thành phần của công nghệ dạy học tƣơng tác ảo trong hình thành phƣơng pháp dạy học. Những yếu tố của công nghệ dạy học tƣơng tác ảo tróng hình thành phƣơng pháp dạy học gồm nhiều yếu tố khác nhau. Tuy nhiên những yếu tố có vai trò quan trọng và quyết định đối với việc xây dựng, phát triển và hình thành phƣơng pháp dạy học mới gồm có hệ thống tƣơng tác ảo, cơ sở dữ liệu cho dạy học tƣơng tác ảo va hệ cảm biến linh hoạt. Với các thành phần của hệ thống tƣơng tác ảo chính là cách thức đế ngƣời học có thể tiếp cận nội dung học trong chƣơng trình dạy học tƣơng tác ảo. Với cơ sở dữ liệu tƣơng tác ảo chính là cơ sở để xây dựng chƣơng trình tƣơng tác ảo. Với hệ cảm biến lình hoạt chính là bộ phận tiếp xúc trực tiếp với ngƣời học. ngƣời học có thể điều khiển chƣơng trình tƣơng tác ảo thông qua hệ cảm biến linh hoạt này để hình thành kỹ năng trong quá trình lĩnh hội kiến thức. Công nghệ dạy học tƣơng tác ảo mà một phần của công nghệ thực tại ảo nhƣng đƣợc ứng dụng vào trong dạy học và nghiên cứu sự tƣơng tác giữa ngƣời học với công nghệ nhằm đạt đƣợc hiệu quả nâng cao ch t lƣợng đào tạo. 1.3.4 1 á t à p ầ ủa ệ t ố tươ tá ảo Hệ thống tƣơng tác ảo bao gồm 3 thành phần chính sau: các thiết bị giao diện, bộ giả lập thực tại, phần mềm hay còn gọi là ứng dụng. Tƣơng tác ảo tƣơng tác ảo khác với tƣơng tác ảo số ở chỗ nó đòi hỏi những thiết bị giao diện đ c biệt [74]. 31 Hình 1. 7: Các thiết bị dạy học tương tác ảo Các thiết bị tƣơng tác ảo đƣợc tác giả nghiên cứu, trải nghiệm tại viện Hàn lâm Khoa học Việt Nam (hình 1.11) bao gồm: Hình 1. 8: Phương tiện dạy học tương tác Phƣơng tiện dạy học tƣơng tác ảo mang tín hiệu đầu vào: Là những thiết bị có khả năng kích thích các giác quan để tạo nên cảm giác về sự hiện hữu trong thế giới ảo, bao gồm: Thiết bị giao diện thị giác: còn gọi là màn hình đội đầu HDM, thực ch t là một loại kính đ c biệt, ngƣời sử dụng sẽ đeo vào để nhìn vào thế giới ảo. trên HDM ghi nhận nơi ngƣời sử dụng đang nhìn vào ho c hƣớng đang chỉ tới. thiết bị giao diện thính giác: tai nghe đƣợc gắn bên trong của HDM giúp cho ngƣời dùng nghe đƣợc âm thanh trong thế giới ảo. thông tin từ bộ định vị trên HDM có thể đƣợc sử dụng để cập nhật tín hiệu âm thanh [75] [76].ví dụ nhƣ: khi nguồn âm thanh không phát ra 32 theo... độ tƣơng tác cũng nhƣ thái độ bản thân khi cảm th y những xung đột, mâu thuẫn vƣợt quá ngƣỡng hay theo chiều hƣớng không tích cực). Phần 2. Đ nh gi ngƣời dạy 2.1. Đánh giá năng lực thiết kế dạy học và hoạt động giáo dục của người dạy 1- Ngƣời dạy có năng lực thiết kế mục tiêu và nội dung học tập phù hợp với mục tiêu chung của chƣơng trình đào tạo, phù hợp với điều kiện thực tế của nơi đào tạo và năng lực thực tế của sinh viên. 2- Ngƣời dạy có năng lực thiết kế hoạt động của ngƣời học thể hiện đƣợc các tƣơng tác sƣ phạm, phù hợp với phong cách học tập của ngƣời học và nội dung học tập cụ thể. 3- Ngƣời dạy có năng lực thiết kế phƣơng pháp và dạy học phù hợp với phong cách học tập của ngƣời học, thể hiện đƣợc tính tƣơng tác cao. PL-48 4- Ngƣời dạy có năng lực thiết kế học liệu và phƣơng tiện dạy học: tính đa dạng, phong phú của học liệu, phƣơng tiên và học liệu có chức năng kích hoạt ngƣời học. 5- Ngƣời dạy có năng lực thiết kế môi trƣờng học tập (ho c môi trƣờng hoạt động) đa tƣơng tác, kích hoạt đƣợc ngƣời học và hoạt động học tập của họ. 2.2. Tính hiệu quả trong lãnh đạo, tổ chức các tương tác sư phạm của người dạy (lãnh đạo và quản lý người học, việc học và môi trường dạy học) 1- Ngƣời dạy có năng lực trong thuyết phục và hợp tác với ngƣời học. 2- Ngƣời dạy có năng lực giao tiếp và ứng xử với ngƣời học trên lớp. 3- Ngƣời dạy có năng lực phát biểu và giải thích ý tƣởng cho ngƣời học. 4- Ngƣời dạy có năng lực sử dụng các phƣơng tiện công nghệ dạy học. 5- Ngƣời dạy có năng lực khuyến khích, động viên ngƣời học. 6- Ngƣời dạy có năng lực tổ chức lớp và SV học tập. 7- Ngƣời dạy có năng lực quản lý thời gian và nguồn lực học tập. 8- Ngƣời dạy có năng lực giám sát, kiểm tra, đánh giá quá trình và kết quả học tập của ngƣời học. Phần 3: Đánh giá môi trƣờng dạy học 3.1. Mức độ ảnh hưởng tích cực của các yếu tố từ môi trường bên ngoài 1- Ch t lƣợng của ánh sáng, âm thanh phục vụ dạy học tốt. Phòng học yên tĩnh và đƣợc thiết kế hợp lý, thoáng mát. 2- Phòng học đƣợc sắp xếp, bố trí thuận tiện cho ngƣời học di chuyển và trao đổi. 3- Phƣơng tiện, trang thiết bị dạy và học đầy đủ, và kích hoạt đƣợc ngƣời học. 4- Học liệu phục vụ học tập đa dạng, phong phú và thuận lợi để ngƣời học tìm kiếm ho c khai thác. 3.2. Mức độ ảnh hưởng tích cực của môi trường tâm lý trong dạy học 1- Mối quan hệ thầy trò cởi mở, gần gũi, thân thiện. Ngƣời học đƣợc khuyến khích để trao đổi, chia sẻ với thầy với bạn về những chƣơng trình TTA học tập và cuộc sống. 2- Mối quan hệ giữa các thành viên trong lớp gần gũi và gắn bó. 3- Các yếu tố về văn hóa, tƣ tƣởng, quan niệm của ngƣời học không có xung đột và ảnh hƣởng tới quá trình học tập chung. PL-49 Phụ lục 11: Phiếu khảo sát ý kiến sinh viên online Trong khuôn khổ chƣơng trình nghiên cứu” Công nghệ tƣơng tác ảo cho một số môn học hệ đại học ngành Cơ điện tử ”. Tác giả xây dựng giáo án điện tử đƣa VR vào trong lớp học tại một số trƣờng đại học. Thông qua Bảng câu hỏi dƣới đây, Tác giả mong muốn tìm hiểu hiên trạng tổ chức giảng DHTTA ở Việt Nam hiên nay có sử dụng công nghệ TTA không? Đ c biệt trong các ngành DHTTA sử dụng kỹ thuật nói chung và ngành Cơ điện tử nói riêng. Cũng nhƣ qua đó khảo sát hiệu quả khi đƣa công nghệ DHTTA mới vào giảng dạy. Xin bạn vui lòng dành cho Tác giả chút thời gian quý báu để đọc và trả lời bảng câu hỏi này. Thông tin cá nhân người được điều tra Họ và tên:............................................... Lớp:........................................ Trƣờng:................................................................................................... 1.Bạn đã từng biết đến công nghệ tƣơng tác ảo chƣa? □ Có □ Chƣa ( Nếu câu trả lời là có, xin trả lời tiếp câu hỏi 2. Nếu không xin bạn bỏ qua câu này) 2.Bạn biết đến tƣơng tác ảo qua đâu? □ Game □ Internet □ Báo □ Tivi □ Khác 3.Bạn trải nghiệm công nghệ tƣơng tác ảo ở c p độ nào? □ Không nhập vai □ Bán nhập vai □ Nhập vai 4.Bạn đã từng học môn học nào ở hệ đại học sử dụng công nghệ tƣơng tác ảo chƣa? □ Có □ Chƣa ( Nếu câu trả lời là có, xin trả lời tiếp câu hỏi 3. Nếu không xin bạn bỏ qua câu này) 5.Bạn nghĩ nhƣ thế nào khi đƣa công nghệ tƣơng tác ảo vào trong lớp học? □ Có □ Chƣa 6.Theo bạn môn học máy điện nhƣ thế nào? □ Dễ hiểu □ Bình thƣờng □ Khó hiểu □R t khó hiểu Cảm ơn bạn đã làm khảo sát! PL-50 Phụ lục 12: Phiếu điều tra thông tin sinh viên Để chuẩn bị tổ chức lớp học thực nghiệm và lớp học đối chứng sử dụng phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo. Phƣơng pháp dạy học này giúp tích cực hóa hoạt động nhận thức của sinh viên trong giờ học trên lớp có cơ sở và góp phần vận dụng hiệu quả, ch t lƣợng. Xin các bạn sinh viên vui lòng cho biết một số thông tin sau: Thông tin cá nhân: Họ và tên:........................................................................................ Lớp:.......................................Khóa:............................................... 1. Bạn hãy cho biết kết quả học tập của bạn kỳ I năm 2018-2019: ..................................................................................................................... 2. Bạn hãy cho biết điểm số xét tuyển vào trƣờng ĐH kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên? 3. Trong lớp học tôi học tốt nh t khi �Tôi th y thông tin �Có ngƣời giải thích cho tôi �Tôi có các hoạt động dễ làm 4. Tôi thƣờng nhớ về khi xem một chƣơng trình truyền hình �Hình ảnh nhƣng không phải thông tin về hình ảnh và nội dung chƣơng trình �Thông tin hình ảnh nhƣng không phải hình ảnh và nội dung chƣơng trình �Nội dung chƣơng trình nhƣng không phải hình ảnh và thông tin hình ảnh 5. Ngoài giờ học tôi quan tâm đến �Hình ảnh, tạp chí �Chơi thể thao �Nói chuyện với bạn bè 6. Để học một kỹ năng mới tôi sẽ �Xem ai đó thể hiện kỹ năng �Lắng nghe ai đó nói cách làm �Cố gắng tự làm 7. Tôi thích giáo viên sử dụng..... trong giờ học �Biểu đồ và sơ đồ �Bài giảng �Thực hành 8. Khi tôi chơi một trò chơi, tôi thích �Nhờ bạn bè giúp đỡ và cùng chơi �Tự tìm tòi và cố gắng chơi �Quang sát ngƣời khác chơi Xin cảm ơn bạn đã cho ý kiến! PL-51 Phụ lục 13: PHiếu khảo sát ý kiến sinh viên sau giờ học Để đánh giá tính hiệu quả của lớp học thực nghiệm sử dụng phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo. Phƣơng pháp dạy học này giúp tích cực hóa hoạt động nhận thức của sinh viên trong giờ học trên lớp có cơ sở và góp phần vận dụng hiệu quả, ch t lƣợng. Xin các bạn sinh viên vui lòng cho biết một số ý kiến sau khi học lớp học sử dụng phƣơng pháp dạy học này. Thông tin cá nhân: Họ và tên:........................................................................................ Lớp: .......................................Khóa:............................................... 1.Sau khi học giờ học có sử dụng công nghệ tƣơng tác ảo, bạn cảm th y thế nào?(bạn có thể chọn nhiều đáp án) □Thích thú □Đẹp mắt □Lôi cuốn □Dễ hiểu □Trực quan □Sinh động 2.Bạn th y không khí lớp học sử dụng VR nhƣ thế nào so với không khí lớp học không sử dụng VR? □Sôi động □Vui vẻ □Không có gì khác biệt □Im l ng 3.Bạn hãy xếp theo thức tự ƣu tiên các kỹ năng mà bạn đƣợc tăng lên khí tham gia lớp học sử dụng VR (1,2,3,4,5,6) a.Phản biện b.Ghi nhớ....................................................... c.Quan sát....................................................... d.Vận động...................................................... e.Phân tích và giải quyết v n đề.................... f.Tƣ duy sáng tạo............................................ 4.Theo bạn, Với các môn học ngành kỹ thuật sử dụng VR, đ c biệt là môn Robot công nghiệp đƣa VR vào giảng dạy là. □R t cần thiết □Cần thiết □Có cũng đƣợc, không cũng đƣợc □Không cần thiết 5.Theo bạn, hiệu quả khi đƣa DH TTA vào môn Robot công nghiệp có thể giúp □Hiểu đƣợc các hàm thuật toán tƣơng ứng ở đau trên thiết bị □Có thể thực hành ghép thiết bị □Quan sát đ c tính của thiết bị □Quan sát đƣợc các đ c tính chuyển động PL-52 6.Khi đƣợc học môn Robot công nghiệp với PP DH tƣơng tác ảo bán nhập vai ( trên điện thoại) và tƣơng tác ảo nhập vai( trên kính Oclus go) bạn thích học PPDH nào? □Tƣơng tác ảo bán nhập vai □Tƣơng tác ảo nhập vai 7.Xin vui lòng kể ra mong muốn của bạn khi đƣa VR vào lớp học.................. .............................................................................................................................. 8.Xin vui lòng kể ra những điều bạn chƣa hài lòng khi đƣa VR vào lớp học ....................................................................................................................... Nếu đƣợc đƣa VR vào trong lớp học theo bạn học nhƣ thế nào? □Lý thuyết và VR là một dạng ví dụ □Lý thuyết cũng sử dụng VR (vừa nghe và vừa nhìn) □Đƣa riêng vào lớp thực hành. Cảm ơn bạn đã làm khảo sát! PL-53 Phụ lục 14 : Phân loại robot Ta có thể phân loại theo 3 cách cơ bản: 1. Phân loại theo kết cấu. - Tay máy kiểu tọa độ Descarte: là tay máy có 3 chuyển động cơ bản tịnh tiến theo phƣơng của các trục hệ tọa độ gốc. Trƣờng công tác có dạng khối chữ nhật. Do kết c u đơn giản, loại tay máy này có độ cứng vững cao độ chính xác cơ khí dễ đảm bảo vì vậy nó thƣờng dùng để vận chuyển phôi liệu, lắp ráp, hàn trong m t phẳng. Hình 1.1. Robot kiểu tọa độ Đề các - Tay máy kiểu tọa độ trụ: khác với kiểu tay máy Descartes ở khớp đầu tiên, dùng khớp quay thay cho khớp trƣợt. Vùng làm việc của nó có dạng hình trụ rỗng. Khớp trƣợt nằm ngang cho phép tay máy thò đƣợc vào trong khoảng nằm ngang. Độ cứng vững của tay máy trụ tốt, thích hợp với tải n ng, nhƣng độ chính xác định vị trong m t phẳng nằm ngang giảm khi tầm với tăng. Hình 1.2. Robot kiểu tọa độ trụ - Tay máy kiểu tọa độ cầu: khác với kiểu trụ do khớp thứ hai (khớp trƣợt) đƣợc thay bằng khớp quay. Nếu quỹ đạo của phần công tác đƣợc mô tả trong tọa độ PL-54 cầu thì mỗi bậc tự do tƣơng ứng với một khả năng chuyển động và vùng làm việc của nó là một khối trụ rỗng. Độ cứng vững của tay máy này th p hơn hai loại trên và độ chính xác phụ thuộc vào tầm với. Tuy nhiên loại này có thể gắp đƣợc các vật dƣới sàn. zzz Hình 1.3. Robot kiểu tọa độ cầu - Tay máy SCARA: Robot SCARA ra đời vào năm 1979 tại trƣờng đại học Yamanaski ( Nhật Bản) dùng cho công việc lắp ráp. Đó là kiểu tay máy đ c biệt gồm hai khớp quay và một khớp trƣợt, nhƣng cả ba khớp đều có trục song song với nhau. Kết c u này làm cho tay máy cứng vững hơn theo phƣơng thẳng đứng nhƣng kém cứng vững hơn theo phƣơng đƣợc chọn, là phƣơng ngang. Loại này chuyên dùng trong công việc lắp ráp với tải trọng nhỏ theo phƣơng thẳng đứng. Từ SCARA là viết tắt của chữ “Selective Compliance Articulated Robot Actuato” để mô tả các đ c điểm trên. Vùng làm việc của SCARA là một phần của hình trụ rỗng. Hình 1.4. Robot SCARA - Tay máy kiểu tay ngƣời: t t cả các khớp đều là khớp quay, trong đó trục thứ nh t vuông góc với hai trục kia. Do sự tƣơng tự giữa tay ngƣời, khớp thứ hai đƣợc gọi là khớp vai (Shoulder joint), khớp thứ ba là khớp khủy (Elbow joint), nối cẳng PL-55 tay với khủy tay. Tay máy làm việc r t khéo léo. Nhƣng độ chính xác định vị phụ thuộc vị trí của vùng làm việc. Hình 1.5. Tay máy kiểu tay người Toàn bộ kết c u ở trên mới chỉ liên quan đến khả năng định vị của phần công tác. Muốn định vị nó, cần bổ sung cổ tay. Muốn định hƣớng tùy ý phần công tác, cổ tay phải có ít nh t ba chuyển động quay quanh ba trục vuông góc với nhau. 2. Phân loại theo điều khiển Có 2 loại điều khiển robot: điều khiển hở và điều khiển kín - Điều khiển hở: dùng truyền động Bƣớc (động cơ điện ho c động cơ thủy lực, khí nén) mà quãng đƣờng ho c góc dịch chuyển tỷ lệ với số sung điều khiển. Kiểu điều khiển này đơn giản, nhƣng đạt độ chính xác th p. - Điều khiển kín (hay điều khiển servo): sử dụng tín hiệu phản hồi vị trí để tăng độ chính xác điều khiển. Có 2 kiểu điều khiển servo: điều khiển điểm-điểm và điều khiển theo đƣờng (contour). Hình 1.6. Một dạng Robot điều khiển servo PL-56 - Với kiểu điều khiển điểm-điểm, phần công tác dịch chuyển từ điểm này đến điểm kia theo đƣờng thẳng với tốc độ cao. Nó chỉ làm việc tại các điểm dừng. Kiểu điều khiển này đƣợc dùng trên các robot hàn điểm, vận chuyển, tán đinh, - Điều khiển contour đảm bảo cho phần công tác dịch chuyển theo quỹ đạo b t kỳ, với tốc độ có thể điều khiển đƣợc. Có thể g p kiểu điều khiển này trên các robot hàn hồ quang, phun sơn. PL-57 Phụ Lục 15: Robot song song Trong điều khiên Robot có ph n loại điều khiển Robot theo hệ kín và hệ hở. Với cánh tay Robot trong Luận án tác giả điều khiển theo hệ hở. Tác giả thêm phần phụ lục về Robot song song chính là bài toán điều khiển Robot theo hệ kín hoàn thiện về phần nghiên cứu cơ sở điều khiển Robot. Nguyên tắc mô hình hóa bài toán động học robot song song Để nghiên cứu động học việc đầu tiên là mô hình hóa đƣợc bài toán, trong các tài liệu khác nhau có thể tồn tại các quan điểm mô hình hóa khác nhau, ở đây chúng tôi trình bày một phƣơng pháp căn bản nh t là liên hệ vòng véc tơ kín, phƣơng pháp này sẽ cho hệ phƣơng trình động học đồng nh t nhƣ đã làm với robot chuỗi ở chƣơng 3.Tuy nhiên sự khác nhau là ngƣời thực hiện cần xây dựng đƣợc một lƣợc đồ hình học hỗ trợ cho việc tính toán tọa độ chân khai triển theo chỉ dẫn của chúng tôi. Vƣợt qua đƣợc điều này việc mô hình hóa một robot song song b t kỳ không có gì khó khăn. Nếu có phƣơng trình liên kết thì ngay cả việc giải bài toán động học thuận ho c ngƣợc không có gì khó khăn. Hình1: Lược đồ vòng kín tổng quát cho chân bất kỳ Xu t phát từ một điểm và trở về đúng điểm đó (hệ quy chiếu On trùng với hệ quy chiếu O0), các ma trận biến đổi đồng nh t trong toàn vòng nhân với nhau bằng ma trận đơn vị. IAAA n ....21 PL-58 Robot song song có thể là loại đối xứng tức là các chân có c u trúc giống nhau, ho c b t đối xứng, tức c u trúc các chân khác nhau. Việc nắm vững nguyên tắc mô hình hóa dƣới đây giải quyết đƣợc cả hai loại c u trúc này. Nếu nhƣ ở robot chuỗi n bậc tự do cần đến n+1 hệ quy chiếu thì ở robot song song chỉ xác lập hai hệ quy chiếu, một hệ gắn với khâu tác động cuối và một hệ gắn với giá làm chuẩn, mô tả sự thay đổi vị trí và hƣớng của khâu cuối. Vòng véc tơ đƣợc hình thành từ gốc của hệ cố định qua các khớp của mỗi chân đến gốc hệ quy chiếu di động và khép kín ở gốc của hệ quy chiếu cố định. Hình 2: Minh họa sự hình thành một vòng véc tơ trên cấu trúc RPS Có hai phƣơng pháp để mô hình hóa quan hệ động học của tripod nói trên nhƣ sau: Mô hình hóa bằng quan hệ vòng véc tơ: .RPYd a P R bi i i    Quan hệ này khi biến đổi đến cùng (vòng tứ giác) hàm mục tiêu Banana là dạng bậc 2 (xem ví dụ mục 4.3.2, mô hình hóa robot song song hexapod); Khi c u trúc hàm mục tiêu của bài toán động học theo cách quen thuộc, hàm mục tiêu có dạng bậc 4 nhƣ sau: 2 2 2 2 2 min ( ) ( ) ( ) 1 n F c a c a c a dix ix iy iy iz iz i i            Kiểu hàm này không xử lý đƣợc bằng phƣơng pháp GRG mà phải tiến hành đổi biến, tham khảo thêm mục phƣơng trình liên kết của c u trúc thay thế ở cuối chƣơng này. Dù c u trúc robot phức tạp đến đâu cách viết phƣơng trình vòng véc tơ đều tuân theo quy tắc nhƣ sau: PL-59 -Vòng véc tơ chia làm hai nhánh một nhánh chứa tham số không gian công tác và tham số kết c u t m động (trên hình ...là nhánh P và bi), nhánh còn lại chứa tham số không gian khớp và tham số kết c u t m cố định (trên hình... là nhánh ai và di); -Gốc O của hệ quy chiếu cố định là chuẩn mô tả sự thay đổi vị trí và hƣớng của hệ quy chiếu UVW, tức là vị trí và hƣớng của t m động; -Theo nguyên tắc thì ai và bi là hai véc tơ không đồng phẳng, chúng khác nhau một ma trận RPY về hƣớng gồm ba tham số , ,   ; -Do điểm Ai đƣợc mô tả bằng tọa độ của nó trong hệ quy chiếu O0 nên véc tơ O0Ai hoàn toàn xác định, véc tơ kế tiếp là AiBi nếu liên kết với nền bằng khớp R thì cần một tham số suy rộng để biết cosin chỉ hƣớng của nó, ngƣợc lại nếu là khớp U cần biết hai tham số suy rộng, nếu là khớp S cần ba tham số suy rộng, tuy nhiên ở c u trúc này việc chân AiBi tự quay quanh nó không tạo ra thế mới cho c u trúc nên khớp S vẫn chỉ cần hai tham số suy rộng mà không ảnh hƣởng bản ch t của liên kết. Việc nối dài chuỗi véc tơ dựa trên nguyên tắc đó để hoàn thiện việc mô hình hóa các kiểu chân b t kỳ. nếu c u trúc đối xứng thƣờng sẽ truy hồi cho t t cả các chân để có hệ phƣơng trình động học đầy đủ. Hình 3: Tọa độ suy rộng và kiểu khớp tương ứng Robot song song Trong các ví dụ dƣới đây sẽ cho th y quan điểm và cách thực hiện việc mô hình hóa các robot song song phẳng và không gian với các khớp chủ động R và P khác nhau. Trên thực tế chỉ cần nghiên cứu kỹ hai kiểu vòng véc tơ là vòng ngũ giác ở các robot dẫn động khớp R và vòng tứ giác ở các robot dẫn động P. PL-60 Phụ lục 16: Cách đánh giá kết quả học tập ngƣời học 1/ Nhận thức Tri thức: Nhận biết sự vật, sự kiện. Kỹ năng hẹp: Hiểu sự vật, sự kiện đó. Áp dụng sự nhận biết và sự hiểu vào các tình huống học tập tƣơng tự trên cơ sở trí nhớ, nhớ lại và làm theo mẫu. Kỹ năng mở rộng: Thực hiện các hành động trí tuệ logic nhƣ: phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa, suy luận, phán đoán, đánh giá. 2/ khả năng ảm thụ củ ngƣời học - Kỹ năng cảm thụ và phán xét giá trị - thừa nhận, ch p nhận, phản đối, phê phán. Kỹ năng biểu đạt thái độ và giá trị - đồng cảm, xúc cảm, b t bình,hài lòng. Kỹ năng ứng xử tình cảm và văn hóa thẩm mĩ phù hợp với nội dung học tập. 3/ Năng lực hoạt ộng thực tiễn Kỹ năng xã hội hay kỹ năng sống. Kỹ năng di chuyển tri thức và phƣơng thức hành động trong các tình huống thực tế thay đổi. Kỹ năng phát hiện và giải quyết những v n đề về điều khiển truyền động, lĩnh hội kiến thức của chƣơng trình Robot công nghiệp từ những sự kiện thực tế. Cách cho điểm và xếp loại : Loại giỏi (9,0-10 điểm): Ngƣời học nắm chắc, hiểu sâu kiến thức, lập luận logic, ch t chẽ và thể hiện đƣợc tính sáng tạo, độc đáo của cá nhân. Biết khái quát, đánh giá nội dung môn học. Đồng thời ngƣời học có khả năng vận dụng đƣợc kiến thức để giải quyết các chƣơng trình những v n đề về điều khiển truyền động, lĩnh hội kiến thức của chƣơng trình Robot công nghiệp Ngƣời học nắm đƣợc kiến thức cơ bản, biết phân tích và tổng hợp những v n đề về điều khiển truyền động, lĩnh hội kiến thức của chƣơng trình Robot công nghiệp (có thể chƣa thật hoàn chỉnh). Đồng thời ngƣời học Bƣớc đầu khả năng vận dụng kiến thức để giải quyết các chƣơng trình TTA thực tiễn. Loại trung bình (5,0-6,9 điểm): Ngƣời học nắm đƣợc kiến thức cơ bản nhƣng vẫn còn mắc một vài sai sót không thuộc bản ch t những v n đề về điều khiển truyền động, lĩnh hội kiến thức của chƣơng trình Robot công nghiệp. Đồng thời có PL-61 thể vận dụng kiến thức đã giải quyết những v n đề về điều khiển truyền động, lĩnh hội kiến thức của chƣơng trình Robot công nghiệp trong thực. Loại yếu, kém (0-4,9 điểm): Ngƣời học hiểu bài chƣa chính xác, lập luận thiếu logic, có những sai sót cơ bản, thuộc bản ch t của những v n đề về điều khiển truyền động, lĩnh hội kiến thức của chƣơng trình Robot công nghiệp học tập; chƣa có khả năng vận dụng kiến thức đã học để giải quyết những v n đề về điều khiển truyền động, lĩnh hội kiến thức của chƣơng trình Robot công nghiệp trong thực tiễn dạy học TTA. PL-62 Phụ lục 17: T ng hợp điểm học tập đầu vào của sinh viên PL-63 Phụ lục 18: T ng hợp điểm l p thực nghiệm và l p đối chứng PL-64 Phụ lục 19: Giáo án theo phƣơng pháp truyền thống Giáo án số: 01 Thời gian thực hiện: 55 phút Bài học trƣớc: .............................................. Thực hiện từ ngày //. đến //.. ÀI S 1: ÀI TOÁN ĐIỀU HIỂN RO OT C NG NGHIỆP BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC NGƢỢC VỚI GRG VÀ QUY TẮC CHUYỂN VỊ XOẮN X ịnh ụ tiêu ủ i -Kiến thức: Cung c p các kiến thức cơ sở bài toán động lực học ngƣợc với GRG và quy tắc chuyển vị xoắn, làm cơ sở để học các môn chuyên ngành cơ điện tử. - Kỹ năng: Nâng cao năng lực hiểu rõ các khái niệm, c u trúc cơ bản và phân loại Robot công nghiệp. Bài toán động lực học ngƣợc với GRG và quy tắc chuyển vị xoắn;. -Thái độ: Đi học đầy đủ và đúng giờ, tích cực học tập ở lớp và ở nhà. Phƣơng tiện dạy học: -Máy tính có cài phần mềm Unity. -Giáo trình điện tử Robot công nghiệp. ôi trƣờng dạy họ : -Tổ chức hoạt động giảng dạy theo lớp bài. Dạy học giáp m t trong phòng máy tính. II. Ổn ịnh lớp họ : Thời gi n: 03 phút -Điểm danh học sinh, sinh viên. -Ghi sổ lên lớp, sổ tay giáo viên. PL-65 Thứ tự Nội dung C h ạt ộng Thời gian H ạt ộng ngƣời dạy H ạt ộng ngƣời họ 1 Dẫn nhập i t n ộng họ ngƣợ với GRG v quy tắ huyển vị x ắn Hai chuyển vị xoắn này có thể xảy ra theo thứ tự b t kỳ ho c đồng thời khi tổng phép quay và tịnh tiến quanh hai trục đó là chính xác. Sơ đồ tối ƣu ở đây là khâu tác động cuối sẽ chuyển vị quanh trục khớp động từ phía gần nó nh t về phía giá. - Gợi mở v n đề, trao đổi phƣơng pháp học, tạo tâm thế tích cực của ngƣời học - Lắng nghe - Quan sát 2‟ 2 Giới thi u ch ề: Quan điểm này nếu triển khai với một chuỗi động n khâu sẽ có phƣơng trình dƣới dạng: A = A1.A2An-1.An (0.4) Theo ý nghĩa của các đại lƣợng trong A4.4 trình bày ở (3.19, 3.20) đ t ký hiệu tổng quát của ma trận toạ độ lý thuyết dƣới dạng: (0.5) - Giới thiệu nội dung bài toán quy tắc chuyển vị xoắn - Nêu các v n đề lƣu ý cần giải quyết - Lắng nghe Quan sát - Lắng nghe và quan sát trên máy tính 3‟ PL-66 Ký hiệu các phần tử của ma trận toạ độ thực khâu tác động cuối dƣới dạng: (0.6) 3 Giải quy t vấn ề: i t n ộng họ ngƣợ với GRGv quy tắ huyển vị x ắn - do vậy bài toán hoàn toàn thích hợp để giải theo phƣơng pháp biến thành bài toán tối ƣu và sử dụng gói solver, ví dụ sau đây cho th y điều đó. - Yêu cầu SV mở giáo trình điện tử Robot công nghiệp - Nêu v n đề cho ngƣời học cần giải quyết v n đề - Lắng nghe và theo dõi giáo án - Lắng nghe Quan sát 35‟ 4 K t thúc vấn ề: Hoàn thiện đƣợc 3 v n đề đã nêu. - Lắng nghe, Nhận xét kết quả rèn luyện, lƣu ý các sai sót - Báo cáo kết quả. - Lắng nghe ghi chép vẽ vào vở học 2‟ PL-67 và cách khắc phục, kế hoạch hoạt động tiếp theo. 5 Hướng dẫn t học: - Giải quyết v n đề GV giao. Tìm hiểu thêm những v n đề khác. - Giờ học tiếp theo báo cáo. 3‟ PL-68 Giáo án số: 02 Thời gian thực hiện: 55 phút Bài học trƣớc: .............................................. Thực hiện từ ngày //. Đến //.. ÀI S 2: ÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ROBOT CÔNG NGHIỆP- ĐIỀU KHIỂN TƢƠNG TỰ THEO CHUYỂN VỊ MẪU X ịnh mục tiêu của bài -Kiến thức: Cung c p các kiến thức cơ sở về Robot công nghiệp, điều khiển tƣơng tự theo chuyển vị mẫu. -Kỹ năng: Hiểu rõ các khái niệm, c u trúc cơ bản điều khiển tƣơng tự Robot theo chuyển vị mẫu, từ đó hình thành khả năng thiết kế chế tạo Robot cho ứng dụng trong công nghiệp và đời sống. -Thái độ: Đi học đầy đủ và đúng giờ, tích cực học tập ở lớp và ở nhà. Phƣơng tiện dạy học: -Giáo trình điện tử Robot công nghiệp. ôi trƣờng dạy họ : -Tổ chức hoạt động giảng dạy theo lớp bài. -Hoạt động theo cá nhân một ngƣời một máy ho c chia nhóm (mỗi nhóm 6 ngƣời). II. Ổn ịnh lớp học: Thời gian: 03 phút -Điểm danh học sinh, sinh viên. -Ghi sổ lên lớp, sổ tay giáo viên. PL- 69 Thứ tự Nội dung Các hoạt ộng Thời gian Hoạt ộng ngƣời dạy Hoạt ộng ngƣời học 1 Dẫn nhập Điều khiển tƣơng tự theo chuyển vị mẫu Một Robot công nghiệp thƣờng duy trì hai mạch điều khiển đồng thời là mạch lực và mạch chuyển vị, trong đó số liệu động học là thông tin đầu vào cho lập trình mạch chuyển vị, số liệu động lực học là thông tin để lập trình mạch lực Gợi mở v n đề, trao đổi phƣơng pháp học, tạo tâm thế tích cực của ngƣời học Lắng nghe 2‟ 2 Giới thiêu ch ề: Điều khiển Robot có thể không sử dụng hết các thông số của quỹ đạo mà chỉ sử dụng thông tin liên quan đến các điểm tựa công nghệ nhƣ đã nói tới ở mục trên. Số liệu động học biểu diễn trong hệ quy chiếu cơ sở chỉ dùng cho bƣớc thiết kế, khi điều khiển Robot các số liệu này cần chuyển trục để nhận dạng lại trong không gian của hệ quy chiếu cơ sở nhằm có cùng thứ nguyên với các đại lƣợng khác trong phƣơng trình vòng véc tơ. Kế tiếp nó cần đƣợc ánh xạ sang không gian khớp hay không gian hệ tọa độ suy rộng để lập trình động cơ. - Yêu cầu SV mở giáo trình điện tử Robot công nghiệp - Quan sát - Lắng nghe và theo dõi trên máy tính 3‟ 3 Giải quy t vấn ề: - Vấn ề 1: Việc điều khiển ở đây có thể ví nhƣ bạn sử dụng chuột (mouse) để điều khiển con trỏ - Nêu các v n đề lƣu ý 35‟ PL- 70 trên màn hình máy tính. Chuyển vị mẫu đƣợc mã hóa về hƣớng chuyển động, lƣợng di chuyển cụ thể, các tín hiệu tƣơng tự này có thể khuếch đại ho c không khi truyền tới cơ c u ch p hành. Tín hiệu điều khiển không thay đổi về thứ nguyên khi truyền tới cơ c u ch p hành. Trong khi các hệ cơ điện tử thƣờng sử dụng cảm biến nên tín hiệu đó chuyển đổi từ dạng năng lƣợng này sang dạng năng lƣợng khác khi truyền tới cơ c u ch p hành. Trong trƣờng hợp tay máy, khi chuyển vị mẫu đƣợc tạo ra bởi tay máy mẫu gắn với tay ngƣời thao tác thông thƣờng sẽ cần khuếch đại - Vấn ề 2: Robot công nghiệp là một sản phẩm cơ điện tử nên không thể thiếu các cảm biến chuyển vị, các bộ mã hóa dữ liệu, thiết bị lƣu trữ dữ liệu. cần giải quyết. Nêu các v n đề lƣu ý cần giải quyết - Lắng nghe Quan sát - Lắng nghe và theo dõi trên máy tính - Lắng nghe Quan sát PL- 71 4 K t thúc vấn ề: Hoàn thiện đƣợc 2 v n đề đã nêu. - Lắng nghe, Nhận xét kết quả rèn luyện, lƣu ý các sai sót và cách khắc phục. - Kế hoạch hoạt động tiếp theo. - Báo cáo kết quả - Lắng nghe ghi chép vẽ vào vở học 5‟ 5 Hướng dẫn t học: - Giải quyết v n đề GV giao. Tìm hiểu thêm những v n đề khác. - Giờ học tiếp theo báo cáo. 2‟ PL- 72 Giáo án số: 03 Thời gian thực hiện: 55 phút Bài học trƣớc: .............................................. Thực hiện từ ngày //. Đến //.. ÀI S 3: ÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ROBOT CÔNG NGHIỆP HỆ TH NG ĐIỀU KHIỂN S NHIỀU TRỤC X ịnh mục tiêu của bài -Kiến thức: Cung c p các kiến thức cơ sở về Robot công nghiệp, điều khiển số nhiều trục, làm cơ sở để học các môn chuyên ngành cơ điện tử. -Kỹ năng: Hiểu rõ các khái niệm, tƣ duy logic và giải quyết bài toán c u trúc cơ bản về hệ thống điều khiển số nhiều trục. -Thái độ: Đi học đầy đủ và đúng giờ, tích cực học tập ở lớp và ở nhà. Phƣơng tiện dạy học: -Giáo trình điện tử Robot công nghiệp. ôi trƣờng dạy họ : -Tổ chức hoạt động giảng dạy theo lớp bài. -Hoạt động theo cá nhân một ngƣời một máy ho c chia nhóm. PL- 73 II. Ổn ịnh lớp học: Thời gian: 03 phút Thứ tự Nội dung Các hoạt ộng Thời gian Hoạt ộng ngƣời dạy Hoạt ộng ngƣời học 1 Dẫn nhập Khi Robot hoạt động,khâu khớp có chức năng truyền lực và chịu phản lực, nó cần có độ chính xác và cứng vững nh t định để đảm bảo hoàn thành đƣợc nhiệm vụ theo tính toán trên mô hình lý thuyết. Các sai số ho c các hạn chế về một m t nào đó của phần cứng sẽ đƣợc phần mềm khắc phục. Ban đầu khi xu t xƣởng, Robot có độ chính xác của phần cứng là tốt nh t, đó là độ chính xác ban đầu. Độ chính xác này giảm dần theo thời gian công tác do mòn, mỏi, biến dạng của cơ c u. - Gợi mở v n đề, trao đổi phƣơng pháp học, tạo tâm thế tích cực của ngƣời học Lắng nghe Quan sát tƣơng tác 1‟ 2 Giới thiêu ch ề: Thực ch t của việc sử dụng Robot có thể hiểu là di chuyển khâu tác động cuối (End effector) theo một quỹ đạo cho trƣớc sao cho tại mỗi vị trí b t kỳ trên quỹ đạo đó khâu đƣợc điều khiển đảm bảo ba ý: -Đúng về vị trí; -Đúng về định hƣớng; -Hai yếu tố trên khớp với thời gian công nghệ. Trong ba yếu tố nói trên hai yếu tố đầu là cơ sở vì vận tốc thực ch t có quan hệ đạo hàm với hàm chuyển vị. Mục đích cuối cùng - Giới thiệu 3 nội dung (chủ đề) sự thay đổi hình - Lắng nghe và xem trên máy chiếu - Lắng nghe và 2‟ PL- 74 là kiểm soát đƣợc chính xác công sinh ra trên khâu tác động cuối theo đúng tính toán. Hình 1: Quá trình thông tin khi điều khiển Robot - Nêu các v n đề lƣu ý cần giải quyết. xem trên máy chiếu 3 Giải quy t vấn ề: - Vấn ề 1: Với một Robot có n bậc tự do tồn tại n hệ quy chiếu suy rộng gắn với n khâu động và một hệ quy chiếu cơ sở để làm chuẩn quy chiếu chung, các hệ tọa độ suy rộng đƣợc xác định theo quy tắc DH ho c quy tắc chuyển vị xoắn liên tiếp [33]. Yêu cầu của việc xác lập các hệ quy chiếu này là tính duy nh t trong lựa chọn nhằm thống nh t trong sử dụng. Các hệ quy chiếu này là cơ sở để xây dựng hàm truyền và ma trận truyền nhƣ trên hình - Vấn ề 2: Nếu quỹ đạo di chuyển dụng cụ trong không gian công tác cho trƣớc dƣới dạng một đƣờng cong, việc ánh xạ toàn bộ đƣờng cong này sang không gian khớp khi chọn mật độ điểm quá lớn đòi hỏi năng lực tính toán r t lớn của vi xử lý, việc này thƣờng đƣợc giải quyết theo hƣớng chỉ ánh xạ các điểm có ý nghĩa quan trọng của đƣờng di chuyển dụng cụ nhƣ điểm cực trị, điểm đầu-cuối, điểm uốn, điểm ghép nối trong kỹ thuật tạo hình đƣờng cong phức hợp, những điểm này khi đƣợc đo lƣờng và chuyển vào giải phƣơng trình động học ngƣợc đƣợc gọi chung là - Yêu cầu SV mở giáo trình điện tử Robot công nghiệp - Nêu các v n đề lƣu ý cần giải quyết - Lắng nghe và theo dõi trên máy tính - Lắng nghe và theo dõi trên máy tính 35‟ PL- 75 điểm tựa công nghệ. 4 K t thúc vấn ề: Hoàn thiện đƣợc 2 v n đề đã nêu. - Kế hoạch hoạt động tiếp theo. - Báo cáo kết quả. 2‟ 5 Hướng dẫn t học: - Giải quyết v n đề GV giao. Tìm hiểu thêm những v n đề khác. - Giờ học tiếp theo báo cáo. 3‟