Thí nghiệm thực hành ảo - Ứng dụng trong đào tạo nghề cơ khí động lực

LỜI CẢM ƠN Tác giả xin bảy tỏ lòng cảm ơn chân thành: Thầy giáo hướng dẫn: GS.TS. Nhà giáo nhân dân. Nguyễn Xuân Lạc đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tác giả hoàn thành luận văn này. Khoa Sư phạm kỹ thuật và Viện đào tạo sau đại học- Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện cho việc học tập, nghiên cứu, tiến hành luận văn. 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 văn. Vinh, ngày 15 tháng 11 năm 2009 Tác giả Nguyễn Long Khánh LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những gì mà tôi viết ra trong luận văn này là do sự tìm hiểu và nghiên cứu của bản thân. Mọi kết quả nghiên cứu cũng như ý tưởng của 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 ở nước ngoài và cho đến nay vẫn chưa hề được công bố trên bất kỳ phương tiên thông tin nào. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan trên đây. Vinh, ngày 15 tháng 11 năm 2009 Tác giả Nguyễn Long Khánh DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Nội dung viết tắt Nghĩa đầy đủ CNH,HĐH Công nghiệp hóa, Hiện đại hóa NCKH Nghiên cứu khoa học DH Dạy học CNTT Công nghệ thông tin CSDN Cơ sở dạy nghề DHTHN Dạy học thực hành nghề ĐTN Đào tạo nghề GD-ĐT Giáo dục đào tạo KHKT Khoa học kỹ thuật MH/MĐ Môn học/ Mô đun PPDH Phương pháp dạy học PTDH Phương tiện dạy dọc TBDH Thiết bị dạy học TNTH Thí nghiệm thực hành MỤC LỤC Trang MỞ ĐẨU I. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1. Quan điểm, chủ trương chính sách của Đảng về phát triển dạy nghề trong thời kỳ CNH, HĐH đất nước. Nghị quyết Đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ X của 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. Mở rộng mạng lưới cơ sở dạy nghề, phát triển trung tâm dạy nghề quận huyện. Tạo chuyển biên căn bản về chất lượng dạy nghề tiếp cận với trình độ tiên tiên của khu vực và thê' giới. Đẩy mạnh xã hội hoá, khuyên khích phát triển các hình thức dạy nghề đa dạng, linh hoạt: dạy nghề ngoài công lập, tại doanh nghiệp, tại làng nghề...." Thể chế hoá chủ trương của Đảng về phát triển dạy nghề, quốc hội đã ban hành luật Giáo dục- năm 2005, quy định dạy nghề có ba trình độ đào tạo (Sơ cấp nghề, Trung cấp nghề và Cao đẳng nghề). Luật Dạy nghề năm 2006, quy định chi tiết về tổ chức, hoạt động của CSDN; quyền và nghĩa vụ của tổ chức, cá nhân tham gia hoạt động dạy nghề. Trong luật dạy nghề đã xác định chính sách đầu tư của Nhà nước về phát triển dạy nghề: "Đầu tư có trọng tâm, trọng điểm để đổi mở nội dung, chương trình và phương pháp dạy nghề, phát triển đội ngũ giáo viên, hiện đại hoá thiết bị, đẩy mạnh nghiên cứu khoa học nhằm nâng cao chất lượng dạy nghề, tập trung xây dựng một số cơ sở dạy nghề tiếp cận với trình độ tiên tiến của khu vực và thế giới; chú trọng phát triển dạy nghề ở các vùng có điều kiện kinh tế- xã hội đặc biệt khó khăn; đầu tư đào tạo các nghề thị trường lao động có nhu cầu, nhưng khó thực hiện xã hội hoá. " 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 theo hướng công nghiệp hóa. Các vùng kinh tế trọng điểm, các khu công nghiệp, khu chế xuất, các ngành kinh tế mũi nhọn ngày càng phát triển; đầu tư trong nước và quốc tế, thời gian qua và dự kiến trong thời gian tới ngày càng tăng; kỹ thuật, công nghệ mới được đưa vào sản xuất ngày càng nhiều đòi hỏi nguồn nhân lực phải tăng về số lượng và chất lượng, hợp lý về cơ cấu ngành nghề đào tạo và cơ cấu trình độ đào tạo. Hiện tại, tỷ lệ lao động qua đào tạo nghề ở nước ta còn thấp (khoảng 20% năm 2006) chất lượng GD- ĐT nói chung và chất lượng đào tạo nghề nói riêng còn nhiều bất cập, nhất là cơ cấu đào tạo. Trình độ nhân lực chưa đáp ứng được những đòi hỏi ngày càng cao của thị trường lao động trong nước và quốc tế. Theo đánh giá của Ngân hàng thế giới (WB) chất lượng nguồn nhân lực của Việt Nam chỉ đạt 3,79 điểm (thang điểm loi- xếp thứ 11 trong 12 nước ở Châu Á được tham gia xếp hạng. Quá trình CNH, HĐH 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 mũi nhọn, công nghệ cao: tin học, tự động hóa, điện, cơ điện tử, chế biến xuất khẩu v.v... và đòi hỏi lao động qua đào tạo trên 60%, trong đó trên 30% có trình độ trung cấp trở lên, 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. Đổi mới mạnh mẽ, sâu sắc và toàn diện, nâng cao chất lượng đội ngũ giáo viên, cán bộ quản lý. Đầu tư, đổi mới trang thiết bị giảng dạy, đặc biệt chú trọng đổi mới phương pháp đào tạo để đào tạo đội ngũ nhân lực kỹ thuật trực tiếp làm việc với kỹ thuật, công nghệ mới đó. 2. Thực trạng công tác dạy nghề ở nước ta hiện nay Thực hiện các Nghị quyết của Đảng về định hướng phát triển dạy nghề và Chiến lược phát triển giáo dục 2001-2010, từ năm 2001 đến nay ngành Dạy nghề đã được phục hồi sau một thời gian dài bị suy giảm, từng bước được đổi mới và phát triển đáp ứng ngày càng tết hơn nhu cấu nhân lực kỹ thuật trực tiếp trong sản xuất kinh doanh, dịch vụ phục vụ phát triển kinh tế- xã hội. Mạng lưới các cơ sở dạy nghề (CSDN) giai đoạn 2001- 2007 được phát triển theo quy hoạch trên toàn quốc, đa dạng về hình thức sở hữu và loại hình đào tạo Bên cạnh những kết quả đã đạt được, ngành Dạy nghề vẫn còn tồn tại nhiều yếu kém, bất cập, do vậy chất lượng dạy nghề còn thấp chưa đáp ứng được yêu cầu của thị trường lao động. Một trong những nguyên nhân cơ bản phải kể đến đó là do các điều kiện bảo đảm chất lượng dạy nghề tuy đã được cải thiện nhưng vẫn còn bất thường - Đội ngũ giáo viên còn thiếu về số lượng và yếu về chất lượng, nhất là trình độ kỹ năng thực hành nghề, ngoại ngữ, tin học ứng dụng, phương pháp giảng dạy; - Nhiều chương trình, giáo trình dạy nghề chậm được cập nhật, sửa đổi, bổ sung để phù hợp với yêu cầu của sản xuất, kinh doanh, dịch vụ. Nhiều CSDN có diện tích nhỏ so với quy mô đào tạo, thiếu xưởng thực hành, ký túc xá, khu thể dục thể thao; trang thiết bị dạy nghề thiếu về chủng loại, số lượng và lạc hậu về công nghệ. Riêng dối với nghề cơ khí động lực tốc độ phát triển và cho ra đời hàng loạt các loại xe đời mới, đòi hỏi người dạy phải nắm được thông tin và cập nhật được catalog của các hãng xe đó mới có thể truyền tải thông tin trong đào tạo, ngoài việc dạy lý thuyết – thực hành trên các mô hình thực trong các trường nghề nhưng sự khác biệt của nó so với thực tế là rất lớn. Thực tế trên đòi hỏi hệ thống Dạy nghề phải được đổi mới và phát triển nhằm khắc phục các yếu kém và đáp ứng nhu cầu nhân lực của thị trường trong nước và xuất khẩu lao động. Điều này cũng đồng nghĩa với yêu cấu phải nâng cao chất lượng nguồn lao động kỹ thuật- công nghệ, đòi hỏi người lao động phải có kỹ năng và đạo đức nghề nghiệp, có kỷ luật, năng lực sáng tạo, biết làm chủ và tiếp cận nhanh với những công nghệ hiện đại. Rõ ràng, thực tế trên đòi hỏi hệ thống đào tạo kỹ thuật nghề nghiệp phải hết sức coi trọng kỹ năng các hoạt động thực hành để nâng cao năng lực, kỹ năng hoạt động của người lao động trong nghề nghiệp cũng như trong cuộc sống xã hội. 3. Sự xuất hiện hình thức đào tạo mới Thế kỷ 21 được đánh dấu bởi các biến đổi của xã hội dưới tác động của một nền kinh tế mới, được định nghĩa từ nhiều góc độ quan sát: nền kinh tế tri thức, nền kinh tế số hoá, nền kinh tế intemet,... Là một trong các động lực chính của nền kinh tế mới, ngành GD- ĐT cũng đứng trước những biến chuyển mạnh mẽ do xuất hiện các mâu thuẫn giữa nhu cầu học tập của xã hội và khả năng đáp ứng của các nguồn lực trong nhà trường, sự gia tăng không ngừng về khối lượng kiến thức, sự phát triển nhanh chóng của các công nghệ và kỹ thuật mới... tất yếu dẫn đến việc hình thành một phương thức giáo dục mới: giáo dục điện tử với mục tiêu cơ bản là tạo ra một môi trường hỗ trợ hoạt động học tập trên cơ sở những trang thiết bị công nghệ điện tử thích hợp, nhằm phục vụ cho nhu cầu nâng cao kiến thức, kỹ năng đáp ứng đòi hỏi của xã hội hiện đại. Theo xu thế đó, ngành Giáo dục đã có nhiều giải pháp nhằm đa dạng hóa loại hình đào tạo như: mở các lớp học tại chức, các khóa học ngắn hạn, các khóa học theo chứng chỉ, các khóa học từ xa... với nhiều hình thức đào tạo mới đã ra đời đáp ứng nhu cầu học mọi lúc, mọi nơi, suốt đời như đào tạo từ xa qua phát thanh truyền hình (Broadcast Education), đào tạo dựa trên công nghệ Internet (Internet Based Traning), đào tạo dựa trên công nghệ web (Web Based Training), học điện tử (E-learning). Rất nhiều các quốc gia phát triển như Đức, Anh, Mỹ đã tiến hành nghiên cứu và áp dụng đào tạo từ xa nói chung. Về kỹ thuật, đào tạo từ xa đã được nghiên cứu tương đối toàn diện. Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, đặc biệt với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin (CNTT) thì cách thức tiến hành, qui mô, chất lượng đào tạo những khóa học từ xa đã có tiến bộ vượt bậc. Đối với Việt Nam, đào tạo từ xa chưa phát triển do một số nguyên nhân khách quan và chủ quan trong đó có trình độ đội ngũ giáo viên, trình độ đội ngũ phát triển đa phương tiện, cơ sở hạ tầng về thông tin và kinh phí. Tuy mới được phát triển ở nước ta song những kết quả đã đạt được cho thấy phương thức đào tạo này là một trong những giải pháp có tính chiến lược đáp ứng nhu cầu học tập ngày càng tăng của xã hội. Kết luận như vậy, không có nghĩa là đào tạo từ xa không có những khó khăn, không còn những hạn chế. Ở đây chỉ đề cập tới một hạn chế cụ thể rất khó khắc phục của đào tạo từ xa đó là vấn đề thí nghiệm thực hành (TNTH) của các môn khoa học tự nhiên và kỹ thuật. Cụ thể hơn là làm thế nào để có thể tổ chức TNTH trong giáo dục từ xa. Có nhiều phương án được đề xuất, trong đó việc xây dựng các bài TNTH ảo trong máy tính mà đề tài đề cập tới là một giải pháp góp phần giải quyết cho vấn đề nêu trên. Mặc dù TNTH ảo đề cập trong luận văn này được định hướng và xây dựng chủ yếu cho hình thức dạy học giáp mặt, tuy nhiên, có thể hỗ trợ rất tốt cho các hình thức đào tạo kể trên. II. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU: Đề tài nghiên cứu cách thức xây dựng và sử dụng TNTH ảo trong đào tạo nghề cơ khí động lực. Trên cơ sở đó, tiến hành xây dựng một số bài TNTH ảo cho 2 chương điển hình trong chương trình dạy nghề cơ khí động lực(môn học động cơ đốt trong) nhằm hỗ trợ TNTH thực đồng thời bổ sung những bài TNTH mà trong thực tế khó hoặc không thể thực hiện được. III. ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU: Đối tượng nghiên cứu của đề tài là TNTH ảo. Phạm vi nghiên cứu của đề tài: Đề tài nghiên cứu về TNTH ảo cho dạy học nghề , trên cơ sở đó xây dựng và sử dụng một số bài TNTH ảo cho chương trình dạy nghề cơ khí động lực (môn học: động cơ đốt trong). IV. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Xây dựng và sử dụng TNTH ảo trong đào tạo nghề sẽ góp phần nâng cao hứng thú nhận thức, phát huy tính tích cực học tập của người học, do đó góp phần nâng cao chất lượng đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật. V. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU: Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng TNTH ảo trong đào tạo nghề. Ứng dụng một số phần mềm tương tác chuyển động , tương tác ảo cho một số bài TNTH ảo điển hình hỗ trợ cho dạy nghề cơ khí động lực (môn học: động cơ đốt trong).. V. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CÚU: Phân tích, tổng hợp tài liệu và các công trình nghiên cứu trong lĩnh vực giáo dục, đào tạo nghề ở Việt Nam và nước ngoài. Quan sát hoạt động dạy học và đánh giá trong dạy học thực hành nghề (DHTHN) ở một số trường dạy nghề. Phương pháp mô phỏng trong NCKH và DH Phương pháp chuyên gia nhằm đánh giá tính cấp thiết khả thi của quy trình và công cụ đánh giá đã xây dựng. VII. NHỮNG ĐÓNG GÓP CỦA ĐỀ TÀI: Phân tích và làm rõ được một số khái niệm cơ bản liên quan tới TNTH ảo như: thí nghiệm, thực hành; thuật ngữ ảo; mô phỏng; TNTH ảo; mối liên hệ giữa mô phỏng và TNTH ảo, góp phần hoàn thiện lý luận về TNTH ảo; Đề xuất qui trình xây dựng và sử dụng TNTH ảo; Khai thác chương trình ứng dụng có sẵn trên Intemet, dựa trên các kết quả nghiên cứu của đề tài tác giả đã xây dựng được 2 bài TNTH trong môn học Động cơ đốt trong nằm trong chương trình dạy nghề động lực trình độ trung cấp nghề tại trường cao đẳng giao thông vận tải miền trung. VIII. CẤU TRÚC LUẬN VĂN: Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, nội dung của luận văn được thể hiện trong 3 chương được trình bày dưới đây: CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH ẢO TRONG ĐÀO TẠO NGHỀ Ngoài phần tổng quan về tình hình nghiên cứu và ứng dụng TNTH ảo trên thế giới và tại Việt Nam, chương này trình bày cơ sở lý luận về TNTH ảo, trong đó đi sâu vào phân tích các khái niệm: mô phỏng, TNTH ảo; mối liên hệ giữa mô phỏng và TNTH ảo; khả năng xây dựng và sử dụng TNTH ảo trong đào tạo nghề nhằm nâng cao chất lượng nguồn nhân lực kỹ thuật; khảo sát thực trạng sử dụng mô phỏng trong DH. CHƯƠNG 2 XÂY DỤNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH ẢO TRONG ĐÀO TẠO NGHỀ. ỨNG DỤNG XÂY DỤNG VÀ SỬ DỤNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH ẢO TRONG CHƯƠNG TRÌNH DẠY NGHỀ CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC Nội dung chương này là vận dụng kết quả nghiên cứu trong chương 1. đề xuất qui trình xây dựng và sử dụng TNTH ảo trong đào tạo nghề; nghiên cứu và đưa vào sử dụng 02 bài TNTH ảo cho một số nội dung cụ thể trong chương trình dạy nghề cơ khí động lực (môn học: động cơ đốt trong), trình độ trung cấp nghề. CHƯƠNG 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM, ĐÁNH GIÁ TÍNH KHẢ THI VÀ HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH ẢO TRONG ĐÀO TẠO NGHỀ 1.1. TỔNG QUAN VỀ TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH ẢO 1.1.1. Trên thế giới Trong những năm gần đây, những ứng dụng của CNTT được đưa vào cuộc sống ngày càng phong phú, đa dạng và thiết thực hơn. Sự phát triển không ngừng của sức mạnh máy tính đã làm cho một số lĩnh vực khó phát triển trước kia nay đã có khả năng vượt lên và đã đạt được những thành tựu đáng kể. Chúng ta có thể kể đến cả các lĩnh vực như: các hệ chuyên gia, các hệ xử lý thời gian thực,... và một lĩnh vực khác cũng cần phải nói là Thực tại ảo (Virtual Reality- VR). "Thực tại ảo , là một khái niệm mới xuất hiện khoảng đầu thập kỷ 90, nhưng Ở Mỹ và Châu âu, thực tại ảo đã và đang trở thành một công nghệ mũi nhọn nhờ khả năng ứng dụng rộng rãi trong mọi lĩnh vực (nghiên cứu và công nghiệp, GD- ĐT cũng như thương mại và giải trí. . . ) Về sản phẩm, người ta đã tạo ra những hệ thống thực tại ảo trong nhiều lĩnh vực khác nhau như các chuyến du ngoạn ảo lên mặt trăng trong khoa học vũ trụ, bác sĩ thực hiện những ca phẫu thuật lên bệnh nhân ảo trong y học thậm chí trong việc tái hiện lại lịch sử. Chính vì vậy, công nghệ thực tại ảo- một công nghệ mới được dùng để xây dựng một không gian, một thế giới ảo, nhằm tái tạo, bắt chước phần nào thế giới thực đã, đang được nghiên cứu và chắc chắn sẽ phát triển mạnh mẽ trong tương lai. Trong số rất nhiều tài liệu đề cập đến công nghệ này, phải kể đến đó là: Virtual Reality- Thực tại ảo, bước sang thế giới bên kia [4], hay tạo dựng một hệ thống thực tại ảo cho riêng bạn (Creat your own virtual reality system) [19]. Thực tại ảo- một thế giới thực song lại ảo, là một hệ thống rất phức tạp. Hiện tại chưa có điều kiện (về cơ sở vật chất) vận dụng thực tại ảo ở mức độ hoàn hảo trong việc xây dựng bài TNTH phục vụ lĩnh vực đào tạo nghề ở nước ta. Do đó, trong luận văn này tác giả không đi sâu phân tích, xây dựng và ứng dụng thực tại ảo vào trong đào tạo nghề mà chỉ nghiên cứu công nghệ này như một phần của lý luận hoàn chỉnh về TNTH ảo. Ở mức độ đơn giản hơn, thực tại ảo (được trình bày trong luận văn này) đó là các phần mềm chạy trên máy tính đơn lẻ hay mạng máy tính, chúng giả lập phần nào thế giới thực. Từ đó, giúp người sử dụng thực hiện các thao tác với môi trường, các đối tượng, quá trình, hệ thống do các chương trình đó tạo ra nhằm khám phá, phát hiện các quy luật, kiểm nghiệm khoa học, hình thành kỹ năng. . . Khi đề cập tới những phần mềm, những thao tác trong môi trường do các phần mềm đó tạo ra, thuật ngữ ảo cũng được sử dụng. TNTH ảo là một lĩnh vực được nghiên cứu và phát triển trong những năm gần đây và đã có nhiều sản phẩm được gọi là TNTH ảo được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực của cuộc sống trong đó có lĩnh vực GD- ĐT. Một vài trong số đó là: - Crocodile Physics là phần mềm được dùng để thiết kế các thí nghiệm ảo môn vật lý trong nhà trường, có rất nhiều phiên bản của phần mềm đã được đưa ra và phiên bản mới nhất hiện nay là phiên bản Crocodile Physics 605, ra đời vào năm 2006 với rất nhiều tính năng mới so với các phiên bản trước đó. Crocodile Physics có thể mô phỏng cơ học, điện, điện tử, quang học, và sóng cơ học. Trong mỗi phần cơ, sóng, điện, quang có đầy đủ những thuộc tính để ta có thể mô phỏng các thí nghiệm vật lý phổ thông. - Trong lĩnh vực thiết kế cơ khí: Phần mềm thiết kế cơ khí hiện nay có khá nhiều và được gọi chung là các ứng dụng CAD, viết tắt của thuật ngữ tiếng Anh là Computer- Aided Design (có nghĩa là thiết kế với sự trợ giúp của máy tính) hoặc Computer- Aided Drawing (có nghĩa là vẽ kỹ thuật với sự trợ giúp của máy tính). Lựa chọn và sử dụng phần mềm thiết kế cơ khí nào là phụ thuộc vào mục đích, thói quen sử dụng hoặc được đào tạo. Một số phần mềm thiết kế cơ khí phổ biến đó là: ProE, Unigraphics, Solidworks, Inventer. . . Chúng có tính năng về cơ bản là tương đương nhau. Nhiều chương trình CAD hiện nay cho phép tạo ra các mô hình bá chiều (còn gọi là 3D) để có thể khảo sát mô hình từ mọi góc độ. Có các chương trình dựng mô hình 3D dạng khung lưới (wireframe), dạng mặt (surface) và dạng khối đặc (song). Các chương trình CAD mô hình hóa vật thể đặc tiên tiến là một hệ thống thiết kế hiện thực ảo. Người sử dụng chỉ cần thiết kế, lựa chọn các chi tiết, xác định kiểu ghép nối, liên kết cho chúng, việc còn lại như hệ thống ấy sẽ hoạt động ra sao, ghép nối như vậy có truyền động được không. . . những công việc đó hoàn toàn do chương trình tính toán và cho ra kết quả phù hợp với thực tế. Ngoài ra, chương trình còn cho phép chúng ta tiến hành nhiều giả lập vật lý để khảo sát sự hoạt động như thật của vật thật, phát hiện ra những bất hợp lý của thiết kế mà nếu máy chưa hoạt động thì khó mà thấy được. Đây cũng được coi là những hệ thống, chi tiết, mối ghép ảo. Ngoài ra, những mô hình đặc như vậy còn có thể được dùng làm cơ sở cho các phân tích phần tử hữu hạn (Finete Element Analysis-FEA) và hoặc tính toán động lực dòng chảy (Computational Fluid Dynamics- CFD) của thiết kế. Những phân tích này cho chúng ta biết về các khả năng chịu lực, biến dạng, bị phá hủy. . . của các chi tiết máy dưới tác động của nội hoặc ngoại lực, giống như trong điều kiện sử dụng thực tế. Những thành tựu đã đạt được trong việc ứng dụng công nghệ thực tại ảo nhằm nâng cao hiệu quả GD- ĐT, đặc biệt hiệu quả đào tạo nghề cho thấy tiềm năng to lớn của thực tại ảo, khẳng định vai trò quan trọng của TNTH ảo trong dạy học nói chung trong dạy và học qua mạng nói riêng. Tuy nhiên, qua nghiên cứu và tìm hiểu cho thấy, cơ sở lý luận cho việc xây dựng và sử dụng thực tại ảo (cụ thể là TNTH ảo) trong đào tạo nghề vẫn chưa được đề cập tới. 1.1.2. Tại Việt Nam Tại Việt Nam, đã có một số công trình nghiên cứu liên quan tới TNTH ảo, như: - Công trình "Thí nghiệm ảo và thí nghiệm hoá học" do PGS.TS Nguyễn Đặc Chuy, khoa Hoá học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội và các cộng sự xây dựng [8, Tr.55]. Để có được phần mềm này, ban đầu, tác giả sử dụng camera ghi hình các thí nghiệm hoá học thực (được thể hiện theo kịch bản và biểu diễn bởi các chuyên gia thí nghiệm) và chuyển đổi tín hiệu video thành các file movie chạy được trên máy tính. Sau đó, xây dựng phần mềm nhằm thao tác thuận lợi với các file movie trên. Một số thí nghiệm hoá học trong đĩa CD có thể kể tới như: Cấu tạo nguyên tử; hệ thống tuần hoàn các nguyên tố hoá học [8, Tr.56]... Tuy nhiên, một cơ sở đầy đủ về lý luận và thực tiễn cho thí nghiệm ảo đã không được nhóm tác giả đề cập trong nghiên cứu này Công trình "Nghiên cứu khoa học và phát triển Công nghệ thông tin và truyền thông", đề tài khoa học cấp nhà nước KC-01-14 do PGS.TS Vũ Trọng Rỹ và các cộng sự tại Viện chiến lược và Chương trình giáo dục kết hợp với các chuyên gia tin học của viện CNTT thuộc trường Đại học Quốc gia Hà Nội hợp tác xây dựng đã tiến hành xây dựng thành công phần mềm gồm 20 thí nghiệm ảo phục vụ cho dạy học các môn Vật lí 8,9; Hoá học 9; Sinh học 8,9. Các bài thí nghiệm được thể hiện bởi nhiều cảnh khác nhau được chuẩn bị trước mô tả những trạng thái khác nhau của đối tượng và có thể chuyển từ cảnh này sang cảnh khác một cách tuần tự. Định nghĩa về thí nghiệm ảo, các tác giả cho rằng "thí nghiệm ảo là một loại sản phẩm đa phương tiện (Multimedia), một loại phần mềm dạy học mô phỏng thí nghiệm về hiện tượng, quá trình vật lí, hoá học, sinh học,... nào đó xảy ra trong tự nhiên hoặc trong phòng thí nghiệm, được tạo ra bởi sự tích hợp các dữ liệu dạng số trên máy tính, có khả năng tương tác với người dùng và có giao diện thân thiện với người dùng" [13, tr.20]. Định nghĩa này chưa thực sự khái quát, hơn nữa cơ sở lí luận và thực tiễn cho việc xây dựng và sử dụng thí nghiệm ảo cũng chưa được đề cập một cách sâu sắc. - Trong số rất nhiều tài liệu đề cập tới công nghệ thực tại ảo ứng dụng trong dạy học phải kể đến đó là "ứng dụng Công nghệ thông tin trong tổ chức hoạt động nhận thức vật lý tích cực, tự chủ và sáng tạo" [12]. Trong cuốn sách này, tác giả Phạm Xuân Quế đã trình bày và phân tích một trong những PTDH số mới hỗ trợ các thí nghiệm vật lý cụ thể là thí nghiệm về các chuyển động cơ học đó là phần mềm phân tích băng hình [12, Tr.33]. Và tương ứng với phần mềm này ta có phương pháp phân tích các băng ghi hình. Phương pháp này hiện đang được sử dụng nhiều trong các trường học ở các nước phát triển như Mỹ , Đức, Pháp. . . Trong phương pháp này để tạo điều kiện có thể nghiên cứu kĩ và chính xác các quá trình vật lý, trước hết, các quá trình vật lý thật này (ví dụ như chuyển động ném xiên) được ghi vào băng hình nhờ một máy Videocamera có gắn thêm một thước đo tọa độ và một đồng hồ đo thời gian. Sau đó, hình ảnh trong băng ghi hình được quay lại trên ti vi hay chiếu lại trên màn ảnh to. Nhờ chức năng có thể quay hình chuyển động chậm lại và làm hình đứng im lại của máy (chức năng Standby) cho phép ta quan sát cẩn thận quá trình vật lý thực và xác định chính xác từng cặp giá trị của tọa độ và thời điểm tương ứng của vật. Hơn nữa, nhờ chức năng quay lại băng ghi hình của máy, ta có thể quan sát quá trình vật lý đang nghiên cứu nhiều lần với các mục đích khác nhau. Các tín hiệu về quá trình vật lý này ở dạng tương tự (analog) phải chuyển thành các tín hiệu dạng số (digital) để có thể xử lý các dữ liệu này trên máy vi tính, quá trình này được gọi là quá trình số hóa và được tiến hành nhờ một bảng số (digital board) được cài đặt trong máy vi tính. Phần mềm phân tích băng ghi hình (được cài đặt trong máy vi tính) sẽ giúp việc đọc các tín hiệu đã được số hóa (đã lưu trữ trong đĩa mềm hay Ổ cứng), hiển thị lại quá trình vật lý trên màn hình, thu thập, xử lý các dữ liệu (lập bảng, vẽ đổ thị các mối quan hệ của các đại lượng, tiến hành các tính toán khác v.v. . .) [12, Tr.34] Tuy nhiên, trong tài liệu này, tác giả không đi sâu vào nghiên cứu phương pháp phân tích băng ghi hình như một hướng tiếp cận trong việc ứng dụng công nghệ thực tại ảo vào dạy học vật lý phổ thông mà cụ thể ở đây là thí nghiệm mô phỏng các chuyển động cơ học. - Nghiên cứu, ứng dụng hệ thống hiện thực ảo trên nền tảng của kỹ thuật ảo đã và đang được phát triển ứng dụng rộng rãi trên khắp thế giới và trong rất nhiều lĩnh vực khác nhau. Ở Việt Nam các nhà khoa học và kỹ thuật đã bước đầu ứng dụng thử nghiệm kỹ thuật hiện thực ảo trong một số lĩnh vực như: nghiên cứu- thử nghiệm rô bốt công nghiệp; nghiên cứu- thử nghiệm máy và cơ cấu; huấn luyện và tập lái máy bay, tàu thủy, Ô tô, . . . Nhiều trường dạy lái xe ở Việt Nam cũng đã trang bị ca bin điện tử cho học viên thực tập. Một số ứng dụng cụ thể phải kể đến như: - Trong chế tạo khuôn dập vỏ Ô tô: Với mong muốn đóng góp vào việc thực hiện chủ trương nâng cao tỷ lệ nội địa hóa của ngành chế tạo Ô tô trong nước, lần đầu tiên các nhà khoa học bộ môn Gia công áp lực trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã nghiên cứu và thiết kế chế tạo khuôn dập vỏ Ô tô bằng công nghệ ảo. Mặc dù ngành lắp ráp Ô tô, xe máy ở Việt Nam trong những năm qua đã khá phát triển theo kịp với quá trình hội nhập kinh tế và đáp ứng nhu cầu người tiêu dùng nhưng riêng trong lĩnh vực thiết kế, chế tạo các chi tiết vỏ mỏng cỡ lớn, có hình dạng phức tạp mà đặc biệt là các vỏ Ô tô là vấn đề còn mới mẻ ở nước ta và là một khó khăn đối với ngành công nghiệp sản xuất, chế tạo Ô tô. Sỡ dĩ như vậy là vì việc thiết kế các quy trình công nghệ dập, thiết kế và chế tạo khuôn mẫu vỏ Ô tô có nhiều nét đặc thù và có những yêu cầu kỹ thuật cao so với các chi tiết thông thường. Bằng công nghệ mô phỏng số (ảo) khuôn dập và quá trình dập vỏ được mô phỏng trên vi tính có thể xác định chính xác các chi tiết đạt tiêu chuẩn đề ra cho một bộ khuôn hoàn chỉnh. Toàn bộ quá trình thiết kế, gia công chế tạo được sử dụng phần mềm chuyên nghiệp Pro Egineer, Edge Cam... để mô phỏng các quá trình biến dạng, tìm phương án tối ưu thiết kế công nghệ thích hợp và khuôn dập tương ứng. Sau khi lập trình trên máy tính, với máy ép thủy lực 1.000 tấn, khuôn dập sẽ cho ra lò những chi tiết vỏ xe từ đơn giản đến phức tạp nhất một cách tối ưu nhất, tránh công đoạn sản xuất thử nhiều lần, tiết kiệm chi phí và sức lao động. Thành công này đã mở ra một hướng phát triển mới trong lĩnh vực thiết kế, chế tạo khuôn dập vỏ vốn còn non yếu ở nước ta - Trong giảng dạy vật lý đại cương: Công trình "Phòng thí nghiệm vật ý đại cương ảo" do bộ môn Vật lý Tin học thuộc Viện vật lý Kỹ thuật - Đại học Bách khoa Hà Nội [2] xây dựng. Nội dung của phần mềm này bao gồm hệ thống các bài thí nghiệm vật lý ảo như: xác định hệ số nhớt của chất lỏng; quan sát sự chuyển pha của chất rắn; thí nghiệm khảo sát cặp nhiệt điện; thí nghiệm chứng minh ảo về mô hình nguyên tử Bor. . . Với một thiết kế hoàn chỉnh, quá trình xử lý khoa học và trung thực hình ảnh của dụng cụ, trang thiết bị . . . , thao tác trong thí nghiệm được mô phỏng "gần giống" thật, đã tạo nên một môi trường thí nghiệm giống như thật thể hiện trên màn hình máy tính. Điều này giúp người học thực hiện được thí nghiệm mọi lúc, mọi nơi, nâng cao hiểu biết và làm quen với các bài thí nghiệm thực. Bên cạnh đó, phòng thí nghiệm vật lý đại cương ảo này có thể thực hiện các thí nghiệm mà trong thực tế khó tiến hành được như thí nghiệm về sự chuyển pha của chất rắn. Tuy vậy, nghiên cứu này chưa đề cập một cách sâu sắc tới cơ sở lý luận và thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng TNTH ảo trong dạy học. Khắc phục một số hạn chế của những nghiên.cứu trước đó, Luận án tiến sỹ giáo dục của TS. Lê Huy Hoàng nghiên cứu về "Thí nghiệm, thực hành ảo - ứng dụng trong dạy học Kỹ thuật công nghiệp lớp 12- Trung học phổ thông" đã đưa ra cơ sở lý luận tương đối hoàn chỉnh về xây dựng và sử dụng TNTH ảo Tuy nhiên, phạm vi của đề tài là TNTH ảo trong dạy học Kỹ thuật công nghiệp lớp 12. Còn trong đào tạo nghề, chưa có một công trình nghiên cứu nào đề cập tới TNTH ảo như một lý luận về xây dựng và sử dụng TNTH ảo trong dạy nghề. Do đó, đề tài được thực hiện với mục tiêu khái quát hoá về mặt cơ sở lý luận và thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng TNTH ảo trong đào tạo nghề nói chung, trong dạy nghề động lực nói riêng. Trên cơ sở đó, xây dựng thử nghiệm một số bài TNTH ảo điển hình. Các vấn đề đặt ra như: khi nào thì dùng thuật ngữ ảo; thế nào là TNTH ảo; vai trò của TNTH ảo trong đào tạo nghề là gì; tiêu chí nào để phân loại TNTH ảo; mối liên hệ giữa mô phỏng và TNTH ảo; quy trình nào cho thiết kế, xây dựng và nguyên tắc sử dụng TNTH ảo. . . sẽ được đề cập trong luận văn. 1.2. CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH ẢO TRONG ĐÀO TẠO NGHỀ 1.2.1. Một số khái niệm l.2.l.1.Một số khái niệm liên quan đến đào tạo nghề (ĐTN): a. Đào tạo nghề ĐTN là quá trình phát triển có hệ thống kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo và thái độ nghề nghiệp; ĐTN là nhằm hướng vào hoạt động nghê nghiệp và hoạt động xã hội. Mục tiêu đào tạo là trạng thái phát triển của nhân cách được dự kiến trên cơ sở yêu cầu phát triển kinh tế xã hội và được hiểu là chất lượng cần đạt tới đối với người học sau quá trình đào tạo. ĐTN khác với đào tạo lý thuyết học thuật mặc dù ranh giới không dễ phân định. ĐTN cũng có những nhân tố sư phạm như các thiết chế giáo dục khác nhưng nhấn mạnh nhiều hơn vào khía cạnh kỹ thuật và công nghệ. So với những thiết chế giáo dục khác, ĐTN thể hiện rõ hơn sự cần thiết của việc kết hợp giữa lý thuyết và thực hành cũng như thể hiện rõ sự liên quan mật thiết giữa nội dung, phương pháp đào tạo với những thay đổi diễn ra trong thế giới lao động. b. Kỹ năng, kỹ xảo "Kỹ năng là khả năng của con người thực hiện công việc một cách có hiệu quả và chất lượng trong một thời gian thích hợp, trong những điều kiện nhất định dựa vào tri thức và kỹ xảo đã có " [3, Tr.75]. Như vậy, kỹ năng có nội dung là những quá trình tâm lý và luôn gắn với những hoạt động cụ thể, kỹ năng là kiến thức trong hành động. "Kỹ xảo là hoạt động hay thành phần của hoạt động đã được tự động hóa nhờ luyện tập " [3, Tr.75].Như vậy, kỹ xảo như một thuộc tính nhân cách vì nó khá ổn định và bền vững. Về kỹ năng thực hành, có thể phân chia thành 3 loại: Kỹ năng thực hành thao tác với những công cụ, máy móc, nguyên vật liệu cụ thể cần sự khéo léo (ví dụ như: kỹ năng hàn đứng, kỹ năng vận hành và sử dụng máy tiện). Kỹ năng thực hành thao tác với máy móc nhưng hoàn toàn sử dụng sự hỗ trợ các chức năng của máy như việc sử dụng một phần mềm máy tính hoặc điều khiển CNC, khi đó học sinh chỉ cần biết các chức năng của phần mềm và thao tác với chuột và bàn phím. - Kỹ năng thực hành không liên quan tới các máy móc và công cụ như kỹ năng nghe, nói, đọc viết trong ngoại ngữ. c. Năng lực thực hành nghề Theo tổ chức lao động quốc tế (ILO) năng lực hành nghề là "Sự vận dụng các kỹ năng, kiên thức và thái độ để thực hiện các nhiệm vụ theo tiêu chuẩn công nghiệp và thương mại dưới các điều kiện hiện hành" Như vậy có thể hiểu rằng: Năng._. lực hành nghề là khả năng và sự sẵn sàng hành động một cách độc lập, phù hợp với đối tượng trong các tình huống hoạt động nghề nghiệp và hoạt động xã hội. Trong cơ chế thị trường, năng lực hành nghề cũng chính là khả năng tìm kiếm việc làm và tự tạo việc làm để lập thân, lập nghiệp. Sau khi được đào tạo nghề, cấu trúc năng lực của người học nghề bao gồm: năng lực chuyên môn nghề, năng lực phương pháp và năng lực xã hội (Hình l.2). Năng lực phương pháp Năng lực xã hội Năng lực chuyên môn Hình 1 .2 . Sơ đồ cấu trúc năng lực hành nghề - Năng lực chuyên môn: là khả năng và sự sẵn sàng sử dụng các kiến thức chuyên môn, kỹ năng cần thiết để thực hiện các nhiệm vụ nghề nghiệp cụ thể, có thể làm, thu thập thông tin và xử lý linh hoạt, sáng tạo các tình huống diễn ra trong thực tiễn; - Năng lực phương pháp: là khả năng và sự sẵn sàng sử dụng các kiến thức, kỹ năng đã tiếp thu được sao cho thích hợp với hoàn cảnh mới trong một môi trường cụ thể: có khả năng xử lý thông tin trong quá trình lao động và học tập đưa ra các giải pháp thích ứng để giải quyết các nhiệm vụ mới trong công việc; có khả năng làm chủ thực tiễn để giải quyết các vấn đề nghề nghiệp và xã hội. - Năng lực xã hội: là khả năng và sự sẵn sàng sử dụng phương pháp học tập, đề ra chiến lược, chiến thuật trong việc tự đào tạo và bồi dưỡng. Đồng thời có khả năng phối hợp với đồng nghiệp trong quá trình thực hiện nhiệm vụ biết tổ chức phối hợp để làm việc theo tổ nhóm. d. Phương tiện và phương tiện dạy học (PTDH) Một cách chung nhất, phương tiện là cái dùng để làm một việc gì, để đạt một mục đích nào đó và PTDH được hiểu là toàn bộ những trang thiết bị, đồ dùng, dụng cụ phục vụ việc giảng dạy và học tập. Đề cập tới khái niệm 'PTDH có ý kiến cho rằng PTDH là các công cụ nhằm truyền đạt những thông điệp từ người dạy đến người học trong quá trình dạy học. Tuy nhiên, trong thời đại CNTT phát triển như vũ bão hiện nay, khái niệm này đã không còn phù hợp. Theo tác giả, "PTDH là toàn bộ những trang thiết bị, đồ dùng, dụng cụ phục vụ việc giảng dạy và học tập, có tính tương tác được sử dụng nhằm hỗ trợ hiệu quả trong quá trình truyền đạt của người dạy và quá trình lĩnh hội của người học" 1.2.1.2.Một số khái niệm liên quan đến TNTH ảo a. Thí nghiệm Trong quá trình nghiên cứu bằng phương pháp thực nghiệm, nhà khoa học phải tiến hành các thí nghiệm. "Thực nghiệm khoa học là một hình thức đặc biệt của hoạt động thực tiễn, đó là hoạt động của con người được tiến hành trong điều kiện nhân tạo nhằm nhận thức và biến đổi tự nhiên và xã hội" [17, Tr. 185] Thí nghiệm được coi như một phương pháp đặc biệt của nghiên cứu thực nghiệm có đặc điểm là nó bảo đảm khả năng tác động thực tế một cách chủ động lên các hiện tượng và quá trình nghiên cứu. Ở đây người nghiên cứu không bị hạn chế các hiện tượng mà còn can thiệp có ý thức vào quá trình diễn biến tự nhiên của chúng. Như vậy có thể hiểu, "Thí nghiệm là phương pháp nghiên cứu thực nghiệm với tác động chủ động của người tiến hành trong việc: Tạo dựng đối tượng nghiên cứu theo dự định; Điều khiển quá trình diễn biến; và Phục hồi quá trình thực nghiệm trong những điều kiện như nhau [9, Tr.2] Trong từ điển tiếng Việt thí nghiệm được giải nghĩa là "gây ra một hiện tượng, một sự biến đổi nào đó trong điều kiện xác định để quan sát, tìm hiểu, nghiên cứu” [15, Tr.922] Theo http.//www.auleaorg/NewMem/lNewMembers Tems and Definition.html thí nghiệm là "một loạt các thử nghiệm hoặc kiểm nghiệm được tiến hành nhằm chứng minh hoặc bác bỏ một giả thuyết". Các trích dẫn và cách hiểu trên đây đều có nội tương đối thống nhất và cho thấy thí nghiệm có vai trò rất quan trọng trong việc phát triển nhận thức của con người về thế giới. Thí nghiệm là một phần của hiện thực khách quan được thực hiện hoặc tái tạo lại trong những điều kiện đặc biệt, trong đó con người có thể chủ động điều khiển các yếu tố tác động vào quá trình xảy ra để phục vụ cho các mục đích nhất định. Từ đó, có thể hiểu "thí nghiệm là việc thực hiện các thao tác một cách có chủ ý lên các đối tượng của một hệ thống và quan sát, thu nhận thông tin về các ảnh hưởng do các tác động gây ra đối với hệ thống. Trên cơ sở đó khảo sát, minh hoạ, chứng minh hoặc bác bỏ một giả thuyết khoa học " b. Thực hành Trong từ điển tiếng Việt, thực hành được giải nghĩa là "làm để áp dụng lý thuyết vào thực tế [15, Tr.956]. Trong dạy học, thực hành được hiểu là một quá trình sư phạm do giáo viên tổ chức nhằm củng cổ hiểu biết, tạo ra những cơ sở hình thành kỹ năng, kỹ xảo kỹ thuật cho học sinh thực hiện và những chức năng giáo dục. "Trong dạy học kỹ thuật, thực hành là những hoạt động của học sinh nhằm vận dụng những hiểu biết kỹ thuật và rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo cần thiết [3, Tr.74].Trong lĩnh vực đào tạo nghề, thực hành được hiểu là quá trình tác động qua lại thống nhất giữa học tập và lao động. Thông qua thực tập, lao động sản xuất người học lĩnh hội và hoàn thiện những cơ sở quan trọng của nghề nghiệp, tiếp thu những giá trị cơ bản của giáo dục lao động, hình thành và phát triển nhân cách người công nhân, nhân viên nghiệp vụ, giáo viên dạy nghề theo mục tiêu đào tạo. Như vậy, nhiệm vụ của dạy thực hành nghề có thể khái quát là: - Củng cố, hoàn thiện, vận dụng và khẳng định sự đúng đắn các kiến thức lý thuyết kỹ thuật; - Hình thành và rèn luyện các kỹ năng, kỹ xảo kỹ thuật, phát triển tư duy, bồi dưỡng năng lực kỹ thuật; - Thực hiện các chức năng giáo dục. c. Thuật ngữ ảo Ngày nay, thuật ngữ ảo được dùng rộng rãi trong rất nhiều lĩnh vực, đặc biệt là trong CNTT, Vật lý học, Toán học, Bảo tàng học... Tuy nhiên, hiểu và vận dụng thuật ngữ ảo thế nào cho đúng? Nội dung đề cập dưới đây sẽ làm sáng tỏ điều đó. Hiểu một cách chung nhất, theo từ điển tiếng Việt, "ảo có nghĩa là giông như thật nhưng lại không có thật " [15, Tr.24]. Trong lĩnh vực tin học: chúng ta thường gặp khái niệm bộ nhớ ảo, Ổ ảo, máy ảo. . . Bộ nhớ ảo (virtual memory) là một kỹ thuật giúp máy tính hoạt động với một bộ nhớ có dung lượng lớn hơn dung lượng của bộ nhớ trong (đã được cài đặt trong máy tính) bằng cách tráo đổi các khối (blocks) hay trang (pages)dữ liệu giữa bộ nhớ trong và các thiết bị nhớ ngoài [17, 'virtual memory"].Trong trường hợp này, bộ nhớ ảo không thực sự tồn tại một cách vật chất như bộ nhớ thật mà nó được tạo ra bởi máy tính và có tác dụng giống như bộ nhớ thật giúp máy tính hiểu và làm việc với một bộ nhớ có dung lượng lớn hơn dung lượng của bộ nhớ thật, đảm bảo tính hiệu quả, kinh tê . Máy ảo (virtual machine) là một chương trình chạy trên một máy tính cho phép tạo ra môi trường làm việc riêng bằng cách mô phỏng tập lệnh tối thiểu của một máy tính mà nó bắt chước [17, "virtual machine"]. Như vậy,mặc dù không tồn tại ở đó, các chương trình chạy trên máy ảo vẫn có thể thực hiện được đúng theo cách mà nó chạy trên máy tính thực được bắt chước bởi máy ảo. Trong trường hợp này, máy ảo đã thay thế chức năng của máy thực. Trong tĩnh vực toán học: Theo www.cu nymath.cuny.edu/student/glossary/a-e.html, Tổng của một số thực và một số không thực được gọi là số phức (complex number). Trường số phức là mở rộng của trường số thực thành một trường đóng đại số. Trong trường số phức, tính chất của đơn vị ảo i đặc trưng bởi biểu thức: i2= -l. Mỗi số phức z đều được biểu diễn duy nhất dưới dạng: z=a+ib. Trong đó: a, b là các số thực; a là thành phần thực, ib là thành phần ảo. Sự ảo- sự không thực của thành phần ib vẫn tổn tại trong biểu thức toán học đã góp phần giải quyết một loạt các vấn đề toán học.Trong vật lý học (cụ thể là trong quang hoc):. Tiêu điểm ảo (virtual focus) được hiểu là một điểm mà một chùm tia phân kỳ khúc xạ hay phản xạ dường như hội tụ tại đó [17, "vistual focus"]. Trong thực tế, không có điểm phát sáng ở vị trí đó. Nghĩa là, điểm sáng ấy không tồn tại, mà chỉ tồn tại ảnh hưởng của nó (chùm tia phân kỳ hướng tới điểm đó). Trong sách giáo khoa vật lý lớp 12, tiêu điểm ảo được nhận biết thông qua thí nghiệm cho một chùm sáng song song chiếu tới một thấu kính phân kỳ, chùm tia ló sẽ bị phân kỳ có đường kéo dài cắt trục chính của thấu kính tại một điểm F', gọi là tiêu điểm chính của thấu kính phân kỳ. Tiêu điểm chính này được gọi là tiêu điểm ảo. Ảnh ảo (virtual image) được hiểu là một ảnh mà từ đó một chùm tia sáng khúc xạ hay phản xạ hiện ra phân kỳ, và không thể hứng được ảnh ấy trên màn chắn (screen) [17, "virtual image"] Như vậy, ảnh đó là không thực sự tồn tại, song ảnh hưởng của nó thì vẫn tồn tại (chùm tia sáng phân kỳ). Ta có thể nhận định rằng, trong thực tế có những sự vật, sự việc, hiện tượng không có thực nhưng ảnh hưởng và tác động của nó thì lại có thực. Để diễn tả điều đó, người ta sử dụng tính từ "ảo". Sự ra đời và tồn tại khái niệm bộ nhớ ảo, máy ảo, số ảo, tiêu điểm ảo, ảnh ảo... đã góp phần giải quyết nhiều bài toán phức tạp, nhiều vấn đề trong lĩnh vực CNTT, toán học, quang hình học... Ngoài ra, tính từ ảo còn được sử dụng trong một số lĩnh vực khác như: ' Văn phòng ảo (virtual office) [17, "virtual office"]- một trong những giải pháp về dịch vụ thương mại điện tử là một môi trường điện toán khác biệt với môi trường làm việc của văn phòng truyền thống (có địa chỉ, trang thiết bị kỹ thuật, con người. . .) nhưng các công việc (quản lý văn phòng, nhân sự và các tiện ích cho hoạt động kinh doanh của doanh nghiệp như email, lịch làm việc danh bạ nhân viên) vẫn được tiến hành với đầy đủ các chức năng của một văn phòng thực trên nền tảng ứng dụng công nghệ Intemet. Với sự phát triển của công nghệ ngày nay, từ vị trí làm việc tới máy tính và các công cụ cần thiết cho một văn phòng đều có thể ảo hóa. Điểm mạnh của việc ảo hóa là chúng ta không phải lo lắng về việc để lại dữ liệu hoặc phần mềm trong máy không phù hợp khi chúng ta đi khỏi văn phòng. Tuy nhiên, điểm yếu của việc này là khi không kết nối mạng Internet. Hiện nay nhiều ứng dụng trực tuyến cung cấp hệ làm việc offline nên chúng ta vẫn có thể tiếp tục làm việc trong khi chờ Road Runner hoặc Comcast khôi phục lại đường truyền. Công nghệ ảo hóa sẽ biến nhiều hệ thống nhỏ trở thành một tổng thể lớn và lợi ích ở đây là doanh nghiệp có thể vận hành các ứng dụng đóng gói có sẵn và đã được chuẩn hóa hiện hành mà không phải tái lập trình lại chúng. Như vậy, văn phòng ảo không tổn tại địa điểm, trang thiết bị, con người một cách tập trung như văn phòng thực, nhưng các chức năng hoạt động cơ bản của văn phòng (điều hành, giao dịch) vẫn được thực hiện thông qua hệ thống các phương tiện truyền thông, CNTT. Giải pháp này làm giảm đáng kể các chi phí cho hoạt động của một văn phòng thật. d. Mô hình Mô hình (Model) là một sơ đồ phản ánh đối tượng hoặc hệ thống. Con người dùng sơ đồ đó để nghiên cứu, thực nghiệm nhằm tìm ra các quy luật hoạt động của đối tượng hoặc hệ thống. Hay nói một cách khác, mô hình là đối tượng thay thế của đối tượng gốc (đối tượng thực tê) dùng để nghiên cứu về đối tượng gốc. [5, Tr. 6 Bàn về khái niệm mô hình trong dạy học, có một số ý kiến khác cho rằng: Mô hình là phương tiện dạy học hình khối (3 chiều) phản ánh tính chất, cấu tạo cơ bản của vật thật. Mô hình thường được thay đổi về tỷ lệ so với vật thật. Giá trị sư phạm của mô hình là ở chỗ nó có khả năng truyền đạt lượng tin về sự phân bố và tác động qua lại giữa các bộ phận trong mô hình. Theo nghĩa chung nhất, mô hình được hiểu là "một thể hiện bằng thực thể hay bằng khái niệm một số thuộc tính và quan hệ đặc trưng của một đối tượng nào đó (gọi là nguyên hình) nhằm mục đích nhận thức: Làm đối tượng quan sát thay cho nguyên hình, hoặc/và làm đối tượng nghiên cứu (thực nghiệm hay suy diễn) về nguyên hình" [9, Tr. 18] Để làm được điều đó, Mô hình cần phải phản ánh được những đặc điểm cơ bản của vật thật mà nó thay thế. Trong thực tế quá trình giảng dạy với một số nội dung sử dụng mô hình cũng có hiệu quả tương đương với sử dụng vật thật. Tuy nhiên vì chế tạo mô hình thường rất phức tạp và đắt tiền nên người ta chỉ sử dụng mô hình trong trường hợp không có phương tiện nào khác để thay thế. Hiện chưa có một lý thuyết tổng quan về mô hình nói chung, mà chỉ có những lý thuyết được xây dựng cho từng loại mô hình. Theo các cơ sở lý thuyết này, có thể phân mô hình làm 2 loại sau: ( 1 ) Mô hình thực thể (mô hình vật lý) "Mô hình vật lý là một hệ thống được hình dung trong óc hay được thực hiện một cách vật chất, hệ thống đó phản ánh những thuộc tính bản chất của đối tượng nghiên cứu hoặc tái tạo nó, bởi vậy việc nghiên cứu mô hình sẽ cung cấp cho ta những thông tin mới về đối tượng" [15, Tr.170]. Ví dụ như mô hình động cơ đốt trong, mô hình dao động... Nhìn chung mô hình vật lý thường được dùng trong quá trình thực nghiệm. Căn cứ vào tiêu chuẩn cùng chất, giống về chất, khác về chất giữa nguyên hình và mô hình mà người ta chia mô hình thực thể thành ba loại: mô hình trích mẫu (sampling model)- cùng chất với nguyên hình, mô hình đồng dạng (similar model)- giống chất với nguyên hình, và mô hình tương tự (analogue model)- khác chất với nguyên hình. (2) Mô hình khái niệm: Mô hình khái niệm là các mô hình có tính chất hình thức, trừu tượng.Trong khoa học kỹ thuật, mô hình toán học (mathematical model) là điển hình của loại mô hình này. Mô hình toán học là mô hình khái niệm dưới dạng một cấu trúc hay một hệ thức toán học. Ví dụ: tổ chức tinh thể, hoa văn trang trí hay chuyển động của vật rắn. . . có thể mô hình hóa bằng cấu trúc nhóm; một hệ phần tử hai trị (thể hiện dưới hai trạng thái) có thể mô hình hóa bằng cấu trúc đại số Boole; mô hình toán học của một hệ điều khiển nào đó là một phương trình vi phân, v.v. . . Việc nghiên cứu các mô hình toán học thường dựa trên cơ sở vận dụng các lý thuyết toán học hiện đại kết hợp với CNTT. e. Mô phỏng Mô phỏng (Simulation) được ứng dụng rộng rãi trong kinh tế, kỹ thuật và nhiều lĩnh vực khác. Trong khoa học và công nghệ, mô phỏng là con đường nghiên cứu thứ ba, song song với nghiên cứu lý thuyết thuần túy và nghiên cứu thực nghiệm trên đối tượng thực. Nó được sử dụng khi không thể, không cần hay không nên thực nghiệm trên đối tượng thực. Trong thực tế, đã có nhiều công trình nghiên cứu về mô phỏng. Theo đó cũng đã có nhiều quan điểm xung quanh khái niệm mô phỏng: Theo từ điển chính xác Oxford, bản 1976, "Mô phỏng có nghĩa là giả cách, làm ra vẻ như, hành động như, bắt chước giống với, mang hình thức của, giả bộ như..., làm giả các điều kiện của tình huống nào đó thông qua một mô hình với mục đích huấn luyện hoặc tiện lợi". Theo từ điển tiếng Việt [15], mô phỏng là phỏng theo. Theo TS. Lê Huy Hoàng [6, Ti.20 ], mô phỏng được hiểu theo hai cách khác nhau: Nghĩa thứ nhất, mô phỏng là một đối tượng, hệ thống có các thuộc tính có thể đại diện cho một đối tượng, hệ thống thực. Được thể hiện qua định nghĩa: "Mô phỏng là một chương trình tin học, sử dụng thuật toán hoặc lý luận logic để tái tạo các đặc điểm chọn lọc của một hệ theo cách mà hiệu ứng do sự thay đổi giá trị các biến riêng biệt có thể quan sát được. Thuật toán và logic phải quan hệ cơ bản với hệ đang xét, và không chỉ dùng để chọn những quan sát khác nhau được chuẩn bị trước" [8, Tr.19] . Nghĩa thứ hai, mô phỏng là một phương pháp nghiên cứu về đối tượng, hệ thống thực thông qua mô hình của nó. Đó là: "Quá trình thiết kê một mô hình của một hệ thống thực và thực nghiệm với mô hình đó nhằm mục đích tìm hiểu về hoạt động của hệ thống" hay "Một thực nghiệm trên mô hình của đối tượng thực" hay theo nghĩa thuật ngữ, mô phỏng là "thực nghiệm quan sát được và điều khiển được trên mô hình của đối tượng khảo sát" [ 1 1 , Tr. 1] Trong luận văn này, mô phỏng được hiểu theo nghĩa thứ hai, tức là "thực nghiệm quan sát được và điều khiển được trên mô hình". Mô phỏng bao gồm những quá trình sau đây: 1. Xây dựng mô hình cho đối tượng nghiên cứu. 2. Thực nghiệm trên mô hình để có kết quả về đối tượng nghiên cứu. 3. Kiểm nghiệm lại kết quả thu được. Khi mô hình của đối tượng nghiên cứu là mô hình số (mô hình thể hiện bằng chương trình máy tính) thì mô phỏng được gọi là mô phỏng số hay còn gọi là mô phỏng điện toán. Bản chất của phương pháp mô phỏng số là xây dựng mô hình số (numerical model) và dùng phương pháp số (numerical method) để tìm các lời giải bài toán. Chính vì vậy, máy tính số là công cụ duy nhất và hữu hiệu để thực hiện việc mô phỏng hệ thống [5, Tr.7]. Nếu chỉ đề cập tới mô hình số, có thể hiểu, mô phỏng điện toán là quá trình xây dựng một mô hình logic toán học của một hệ thống thực và thực nghiệm với mô hình ấy bằng máy tính. Lý thuyết cũng như thực nghiệm chứng minh được rằng chúng ta chỉ có thể xây dựng được các mô hình gần giống với đối tượng thực mà thôi, vì trong quá trình mô hình hóa bao giờ cũng chấp nhận một số giả thiết nhằm làm giảm bớt độ phức tạp của mô hình, để mô hình có thể ứng dụng thuận tiện trong thực tế. Mặc dù vậy, mô phỏng vẫn là một phương pháp hữu hiệu để con người nghiên cứu đối tượng, nhận biết các quá trình, các quy luật tự nhiên. Ngày nay nhờ có sự trợ giúp đắc lực của kỹ thuật máy tính, kỹ thuật tin học, người ta đã phát triển các phương pháp mô hình hóa cho phép xây dựng các mô hình ngày càng gần với đối tượng nghiên cứu. Đặc biệt, phương pháp mô phỏng số là một phương pháp hữu hiệu để nghiên cứu những đối tượng có cấu trúc phức tạp, các đối tượng mà trong đó có các biến ngẫu nhiên. Sự phát triển của CNTT mà cụ thể là kỹ thuật máy tính đã giúp cho việc thu nhận, lựa chọn, xử lý các thông tin về mô hình rất thuận tiện, nhanh chóng và chính xác. Trong Công nghệ dạy học ở nước ta hiện nay, ngoài các phương pháp quen thuộc là hình vẽ, đồ dùng dạy học trực quan và các phương tiện nghe nhìn mà thầy trò khó tham gia tạo dựng, cải tiến như phim, băng hình. . . do máy tính ngày càng phổ biến, phương pháp mô phỏng bằng đồ hoạ vi tính đã trở nên phổ biến ở các trường đại học, cao đẳng chuyên nghiệp và khá nhiều trường phổ thông. Tuy nhiên, việc sử dụng các ngôn ngữ cao cấp hoặc phần mềm mô phỏng chuyên dụng vào việc dạy học ở các trường, đặc biệt là trường dạy nghề còn gặp nhiều khó khăn như việc lập trình mô phỏng rất phức tạp, yêu cấu giáo viên phải có trình độ máy tính tương đối thành thạo. Mặt khác, các phần mềm chuyên đụng thường chiếm bộ nhớ rất lớn khiến cho việc cài đặt không thuận tiện. Vì thế, vấn đề đặt ra là xây dựng phần mềm thiết thực, phù hợp hay tạo ra những sản phẩm mô phỏng phục vụ dạy học là những vấn đề mà ngành sư phạm kỹ thuật và dạy nghề cần quan tâm nghiên cứu. TNTH ảo được nghiên cứu trong phạm vi của đề tài này chính là một trong những thể hiện cụ thể của mô phỏng, là một vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi trong GD- ĐT nói chung mà đặc biệt là trong dạy nghề để nhằm nâng cao hiệu quả công tác đào tạo. 1.2.2. Thực tại ảo (Virtual Reality- VR) 1 2.2.1. Khái niệm thực tại ảo Có nhiều định nghĩa khác nhau về thực tại ảo, một vài trong số đó là: "Thực tại ảo là công nghệ sử dụng các kỹ thuật mô hình hóa không gian ba chiều với sự hỗ trợ của các thiết bị đa phương tiện hiện đại để xây dựng một thế giới mô phỏng bằng máy tính- môi trường ảo (virtual environment). Trong thế giới ảo này, người sử dụng không còn được xem như người quan sát bên ngoài mà đã thực sự trở thành một phần của hệ thống" [8, Tr.356] Còn Joseph R.Levy và Harley Bjelland quan niệm, "Thực tại ảo là môi trường ba chiều, được sinh ra bởi máy tính (computer- generated), có tính tương tác, trong đó con người có cảm giác đắm chìm" [ 1 9, Tr. 18] "Thực tại ảo là một môi trường ba chiều được phát sinh, tổng hợp và điều khiển thông qua máy vi tính nhằm mục đích mô phỏng lại thế giới thực hoặc một thế giới theo tưởng tượng của con người. Nó cho phép người dùng thông qua các thiết bị ngoại vi và bộ chuyển đổi tương tác với những sự vật, hành động của thế giới ảo giống như tương tác với những sự vật, hành động của thế giới thực" [8, Tr.5]. Ngoài thuật ngữ thực tại ảo (virtual reality) người ta cũng hay đề cập tới thuật ngữ thế giới ảo (virtual world). Thực chất đây là hai khái niệm tương đồng để chỉ một không gian ảo mà trong không gian này những người sử dụng có thể tương tác với các đối tượng của không gian ảo, hoặc những người sử dụng có thể tương tác với nhau trong không gian đó. Như vậy, thuật ngữ thực tại ảo cũng được hiểu theo nhiều nghĩa khác nhau. Theo TS. Lê Huy Hoàng, thực tại ảo có thể hiểu là một hệ thống cho phép một hoặc nhiều người sử dụng (users) di chuyển, phản ứng trong một môi trường mô phỏng điện toán. Dưới sự hỗ trợ của các thiết bị kèm theo, người sử dụng có thể cảm nhận, thao tác với các đối tượng ảo (virtual objects) giống như với các đối tượng trong thế giới thực. Sự tương tác "tự nhiên" này khiến người dùng có cảm giác "đắm chìm" trong một môi trường ảo. Môi trường đó được xây dựng bởi mô hình toán học và những chương trình máy tính (computer programs) [7, Tr. 22] 1.2.2.2. Đặc điểm của hệ thực tại ảo Thực tại ảo là một thế giới thực song lại ảo, vì một phần của thế giới thực sẽ được tái tạo trên máy tính, trong môi trường không gian ba chiều gắn với các thiết bị đầu vào, cho phép con người tương tác với môi trường ảo đó. Những tương tác đó sẽ được chương trình xử lý để đem lại cho con người cảm nhận về sự thay đổi của môi trường như trong thực tế. Tất cả những điều này diễn ra trong môi trường không gian ba chiều. Dưới khía cạnh CNTT, thực tại ảo là một hệ. thống mô phỏng trong đó đồ họa máy tính được sử dụng để tạo ra một thế giới "nhân tạo- như thật". Thế giới này không tĩnh tại, mà lại phản ứng, thay đổi theo ý muốn (tín hiệu vào) của người sử dụng (nhờ hành động, lời nói,...) Người sử dụng tương tác với mô hình, trong đó tương tác được mô phỏng từ thao tác với các đối tượng thực. Điều này xác định một đặc tính chính của thực tại ảo, đó là tương tác thời gian thực (real- time interactivity). Thời gian thực ở đây có nghĩa là khả năng của máy tính có thể nhận biết được tín hiệu vào của người sử dụng và tác động ngay lập tức làm thay đổi thế giới ảo. Người sử dụng nhìn thấy sự vật thay đổi trên màn hình ngay theo ý muốn của họ và bị thu hút- cảm giác "đắm chìm" bởi sự mô phỏng này. Điều này chúng ta có thể nhận thấy ngay khi đi tham quan bảo tàng ảo- bảo tàng số kết hợp được các đặc tính của thực tại ảo. Tham quan trong bảo tàng ảo- tham quan ảo, người dùng không chỉ thực sự cảm nhận được sự hiện hữu "sống" của các hiện vật trong môi trường đó, mà còn có thể tương tác với môi trường như là một thành phần thực sự của môi trường đó. Bên cạnh đó, bảo tàng ảo phải cho phép tổ chức, quản lý, tổng hợp lưu trữ các dữ liệu về các hiện vật cần "bảo tàng". Trong thực tế, người dùng không những nhìn thấy đối tượng đồ họa 3D nổi, điều khiển (xoay, di chuyển,...) được đối tượng trên màn hình (như trong game), mà còn sờ và cảm thấy chúng như 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 như ngửi (khứu giác), nếm (vị giác). Tuy nhiên hiện nay trong thực tại ảo do điều kiện còn hạn chế do vậy các cảm giác này cũng ít được chú trọng đến. Như vậy, có thể thấy, cảm giác "đắm chìm'? (immersion) và cảm giác trở thành một phần của hành động trên màn hình của người sử dụng trong thực tại ảo là nhờ môi trường 3D (có chiều sâu) với phương pháp hiển thị có độ phân giải và tốc độ cao, đồng thời cảm giác "như thật" hơn nữa là nhờ tác động của thực tại ảo lên tất cả các kênh cảm giác của con người. Ngoài 2 đặc tính chính của thực tại ảo là Tương tác (Interactive) và Đắm chìm (Immersion), thực tại ảo cần có 1 đặc tính thứ 3 là Tưởng tượng (Imagination). Sở dĩ như vậy là vì thực tại ảo không chỉ là một hệ thống tương tác Người- Máy tính mà các ứng dụng của nó còn liên quan tới việc giải quyết các vấn đề thật trong kỹ thuật, y học, quân sự,... Các ứng dụng này do các nhà phát triển thực tại ảo thiết kế, điều này phụ thuộc rất nhiều vào khả năng tưởng tượng của con người, đó chính là đặc tính thứ 3 của hệ thực tại ảo. Do đó có thể coi thực tại ảo là tổng hợp của 3 yếu tố: Tương tác- Đắm chìm- Tưởng tượng (Interactive- Immersion- Imagination). 1.2.2.3. Các thành phần của một hệ thống thực tại ảo Hệ thống thực tại ảo bao gồm 3 thành phần chính sau: các thiết bị giao diện (Interface Devices), bộ giả lập thực tại (Reality Simulator), phần mềm (Software) hay còn gọi là ứng dụng (Application). Mô phỏng thực tại ảo (virtual reality simulation) khác với mô phỏng số ở chỗ nó đòi hỏi những thiết bị giao diện đặc biệt. Các thiết bi giao điên (Interface Devices) bao gồm: 1. Các thiết bị đầu vào (Input devices): 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 HMD (Head- Mounted Display), thực chất là một loại kính đặc biệt, người sử dụng sẽ đeo vào để nhìn vào thế giới ảo. Trên HMD có gắn bộ dò vị trí (position tracking) để xác định vị trí quan sát của người sử dụng, ghi nhận nơi người sử dụng đang nhìn vào hoặc hướng đang chỉ tới. Thiết bị giao diện thính giác: Tai nghe (earphone) được gắn bên trong của HMD giúp cho người dùng nghe được âm thanh trong thế giới ảo. Thông tin từ bộ định vị trên HMD có thể được sử dụng để cập nhật tín hiệu âm thanh.Ví dụ như: khi nguồn âm thanh không phát ra theo hướng từ đằng trước hoặc đằng sau, máy tính sẽ truyền âm thanh tới tai này sớm hơn, lớn hơn, hoặc muộn hơn, nhỏ hơn một chút so với tai kia để tạo cảm giác thực. Ngoài hệ thống HMD, thiết bị đầu vào sử dụng trong hệ thực tại còn có Boom và Cave. BOOM (Binocular Omni- Orientation Monitor), CAVE (Cave Automatic Virtual Environment) là hai hệ thống tương tự như HMD, song chúng có một vài điểm khác, ví dụ như 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 người sử dụng cũng thay đổi. Hình 1.3. HMD Hình 1.4. Bộ dò vị trí Hình 1.5. Găng tay dữ liệu Hình 1 .6. HMD Hình 1 . 7. BOOM 2. Thiết bị đầu ra (Output devices): Gồm hiển thị đồ họa (như màn hình) để nhìn được đối tượng 3D và thiết bị giao diện cảm giác (haptic interface)- để tạo xúc giác khi sờ mó, nắm đối tượng và các cảm giác vật lý khác về đối tượng trong thế giới ảo, đây là một khía cạnh phát triển ít nhất và cũng là sự thách thức lớn nhất trong lĩnh vực thực tại ảo. Hiện tại, với việc sử dụng găng tay đặc biệt (glove) và bộ phận định vị, máy tính sẽ định vị tay người dùng và dò tìm (measures) sự di chuyển của các ngón tay. Khi đó, người dùng có thể với (reach) vào trong thế giới ảo và cầm nắm (handle) các đối tượng. Tuy nhiên vẫn không thể cảm nhận chúng giống như thật. Nó đặc biệt khó khi cần tạo ra những cảm giác thực khi con người chạm (taps) vào bề mặt cứng (hard surface), nhặt một đối tượng hay miết ngón tay lên bề mặt của các vật liệu dệt may... Để mô phỏng những cảm nhận ấy, một hệ thống các mô tơ được điều khiển bằng máy tính có tốc độ nhanh và độ chính xác cao được dùng để sinh ra các phản lực (force feedback, ví dụ tạo lực tác động như khi đi xe đạp, đi đường xóc...) tới người sử dụng. Những phản lực này sẽ tác động vào tay và các bộ phận khác của cơ thể khiến họ có cảm giác đã tác động vào đối tượng ảo. Theo TS. Lê Huy Hoàng, dưới góc độ kỹ thuật, hệ thống thực tại ảo được thể hiện dưới dạng sơ đồ khối như hình 1.8 [6, Tr.24]. Theo đó, hệ thống thực tại ảo gồm 2 phần chính: bộ tác động (Effectors) và bộ giả lập thực tại ảo (reality simulator):Bộ tác động 1 Bộ giả lập thực tại ảo HMD 1 Bộ tác động Bộ giả lập thực tại ảo HMD Hệ thống máy tính Mắt trái Mắt phải Tai trái Tai phải Cảm biến Các thiết bị và các bộ cảm ứng thực tại ảo Bộ biến đổi tín hiệu Bộ biến đổi tín hiệu Bảng mạch đồ hoạ Bảng mạch đồ hoạ Xử lý âm thanh ba chiều Nguồn âm thanh Cổng vào ra Cổng vào ra Cổng vào ra Giao diẹn máy tính Cơ sở dữ liệu mô hình 3D Ứng dụng Hình học Hình 1.8. Sơ đồ các thành phần của hệ thống thực tại ảo Phần mềm (Software ) Thực tại ảo là một môi trường 3D trên máy tính, nó sử dụng một lượng lớn các thông tin đồ họa, các thông tin này luôn luôn biến đổi. Do đó, nó không thể dùng các phương pháp thông thường để truy cập bộ nhớ đồ họa (vì tốc độ chậm) mà phải dùng phương pháp truy cập trực tiếp bộ nhớ và sử dụng bộ tăng tốc đồ họa. Vì vậy, người ta cần một phần mềm cho phép truy cập trực tiếp bộ nhớ và điều khiển bộ tăng tốc đồ họa. Phần mềm luôn là "linh hồn của hệ thực tại ảo cũng như đối với bất cứ một hệ thống máy tính hiện đại nào. Về mặt nguyên tắc có thể dùng bất cứ ngôn ngữ lập trình hay phần mềm đổ họa nào để mô hình hóa và mô phỏng các đối tượng của hệ thực tại ảo. Ví dụ như các ngôn ngữ (có thể tìm miễn phí) OpenGL, C++, Java3D, VRML, X3D,... hay các phần mềm thương mại như WorldToolKit, Peopleshop,... Phần mềm của bất kỳ hệ thực tại ảo nào cũng phải thực hiện 2 nhiệm vụ chính: tạo hình vào mô phỏng. Các đối tượng của hệ thực tại ảo được mô hình hóa nhờ chính phần mềm này hay chuyển sang từ các mô hình 3D (thiết kế nhờ các phần mềm CAD khác như AutoCAD, 3D Studio, . . . ) Sau đó phán mềm thực tại ảo phải có khả năng mô phỏng động học, động lực học, và mô phỏng ứng xử của đối tượng. Hiện nay, có một số phần mềm cho phép người dùng, thậm chí là không cần phải là một lập trình viên cũng có thể xây dựng một phần mềm mô phỏng 3D hoàn thiện. Họ chỉ cần thực hiện các công việc đơn giản là kẻo thả và mô tả bằng ngôn ngữ gần tự nhiên, ví dụ như phần mềm Quest 3D. 1.2.2.4. Cơ sở dữ liệu cho thế giới ảo (World Database) Lưu trữ thông tin về các đối tượng và thế giới ảo là một phần quan trọng trong việc thiết kế hệ thống thực tại ảo. Những thông tin chính được lưu trữ trong World Database (hoặc World Description Files) gồm các đối tượng ở trong thế giới đó, các kịch bản (scripts) mô tả các hành động của các đối tượng hoặc người sử dụng (những kịch bản, phản ứng xảy ra đối với người sử dụng), ánh sáng, các điều khiển chương trình, và hỗ trợ thiết bị phần cứng. 1.2.2.5. Một số ứng dụng chính của thực tại ảo Trong những năm gần đây, như là thành quả của các ngành khoa học công nghệ khác nhau, các thiết bị thực tại ảo phát triển một cách mạnh mẽ. Với năng lực tính toán mạnh hơn, khả năng của bộ nhớ trong cao hơn, nhỏ nhẹ và rẻ tiền hơn trước, với sự tiến bộ trong việc chế tạo._.Đặt các ràng buộc lắp ghép các chi tiết trong Assembly: Sử dụng lệnh Insert Mate, với mục đích tạo các ràng buộc đối với các chi tiết máy trong bản vẽ lắp. Một số Mate điển hình: Ghép đồng trục giữa ổ bi và trục khuỷu: Lắp ổ bi vào sát mặt bích cổ trục Cố định khoảng chuyển động của đầu dưới thanh truyền trong trục khuỷu. Ghép cứng bánh răng, bánh đà vào trục khuỷu bằng then và vít mặt đầu: sử dụng các ràng buộc tương tự như mối ghép đồng trục, ghép mặt đầu…. (*) Cuối cùng ta được mô hình lắp ráp như sau: Mô phỏng lắp ráp và chuyển động: Sử dụng công cụ Animator Winzard: Mô phỏng quá trình lắp ráp: Dùng lệnh Explode view và mang các chi tiết lắp tới các vị trí cần thiết (các vị trí ban đầu). Lần lượt tiến trình tháo mô hình như bình thường: B1) Tháo vít mặt đầu bánh răng: B2) Tháo bánh răng: B3) Tháo vít nắp chặn ổ bi: ……. B17, B18, 19) Tháo thanh truyền: Biểu diễn quá trình lắp ráp: Chọn lệnh Animation Wizard Chọn lệnh Collapse: Nhập các thông số về thời gian lắp ráp và thời điểm lắp ráp, sau đó chọn Finish: Như vậy ta đã biểu diễn xong quá trình lắp ráp Mô phỏng quá trình chuyển động: Đặt thông số chuyển động cho cơ cấu: Cho bánh đà chuyển động quay với vận tốc 10 rpm: Phân tích quá trình chuyển động: Chọn lệnh Animation Wizard Chọn Import motion from Motion Analysis Chọn thời điểm và thời gian mô phỏng chuyển động và nhấn nút Finish: Xuất file .avi biểu diễn toàn bộ quá trình lắp ráp và chuyển động của cơ cấu: Sử dụng công cụ Calculate the Motion Study: Sa Sau khi quá trình tính toán tự động đã hoàn tất, ta nhấn vào nút Save Animation: Lựa chọn định dạng của file lưu là .avi, chọn vị trí lưu file, ta thu được file Mo hinh lap rap.avi: 2.3.2. Xây dựng bài mô phỏng với GEOGEBRA Bài 2 : Động lực học cơ cấu trục khuỷu-thanh truyền A- GIỚI THIỆU PHẦN MỀM GEOGEBRA Geogebra là phần mềm toán học hoàn toàn miễn phí và linh hoạt trên nhiều nền tảng khác nhau với sự kết hợp của hình học, đại số và số học. Geogebra có nhiều phiên bản khác nhau chạy trên các hệ điều hành như Windows, Mac OS X, Linux và các hệ điều hành có hỗ trợ cho Java. Mới nhìn thoáng qua ta sẽ có nhận xét ngay rằng phần mềm GeoGebra có ảnh hưởng khá lớn bởi giao diện và cách xử lý của phần mềm Cabri. Điều này là hoàn toàn đúng. Những người đã quen với Cabri sẽ rất dễ dàng chuyển sang sử dụng phần mềm này một cách nhanh nhất. Tuy nhiên giữa chúng có những sự khác nhau rất cơ bản (xem phần sau của bài viết để hiểu rõ các khác nhau này).. Màn hình làm việc chính của GeoGebra được chia thành 4 phần chính như sau:1 - Khu vực thực đơn và thanh công cụ.2 - Khu vực hiện các đối tượng đồ họa chính.Hai khu vực trên là hoàn toàn tương tự các phần mềm như Cabri hoặc Sketchpad.3 - Cửa sổ các đối tượng Đại số (bên trái). (Algebra window)4 - Khu vực nhập thông tin các đối tượng trực tiếp (phía dưới). (Input field).Hai khu vực 3 và 4 là hoàn toàn mới trong GeoGebra và là những đặc điểm nổi bật nhất của phần mềm này so với các phần mềm cùng loại trên thị trường. Khu vực 1 và 2 là những chức năng vẽ các đối tượng hình học động của phần mềm. Các lệnh, công cụ vẽ chính được mô tả trong các nút lệnh trên thanh công cụ chính của phần mềm. Đối với GeoGebra, mỗi nút lệnh sẽ là một "Chế độ làm việc" hay Mode. Khi nhấn một nút lệnh trên thanh công cụ, chúng ta đã bước vào một chế độ làm việc nào đó, trong chế độ này, người dùng chỉ có thể thực hiện được một số thao tác nhất định và làm được một số chức năng nhất định mà thôi. B- ỨNG DỤNG PHẦN MỀM GEOGEBRA: KẾT LUẬN CHƯƠNG II Xây dựng và sử dụng TNTH ảo trong dạy nghề cơ khí động lực (môn học động cơ đốt trong) là phù hợp với mục tiêu, yêu cầu cũng như đặc điểm của một số nội dung trong Chương trình khung dạy nghề Công nghệ ôtô. Việc xây dựng các bài TNTH ảo còn là một giải pháp cho sự thiếu hụt về cơ sở vật chất, cải thiện thực trạng dạy và học một số nội dung trong chương trình dạy nghề cơ khí động lực Tuy nhiên, để có thể thực hiện được vai trò của nó trong dạy học, các bài TNTH ảo phải dựa trên những nguyên tắc nhất định và được xây dựng, sử dụng theo một quy trình hợp lý. Nó phải được nghiên cứu một cách đầy đủ về mọi phương diện như kỹ thuật tin học, ý đồ sư phạm. . . Trong chương này, các nhiệm vụ cơ bản sau đã được giải quyết: 1. Tiếp tục hoàn thiện cơ sở thực tiễn và lý luận của việc xây dựng và sử dụng TNTH ảo trong đào tạo nghề. 2. Đề xuất được quy trình xây dựng TNTH ảo. 3. Vận dụng quy trình trên tiến hành xây dựng và sử dụng một số bài TNTH cụ thể để áp dụng cho chương trình dạy nghề cơ khí động lực (môn học động cơ đốt trong). CHƯƠNG III: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM, ĐÁNH GIÁ TÍNH KHẢ THI VÀ HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU 3.1: MỤC ĐÍCH , NHIỆM VỤ VÀ ĐỐI TƯỢNG THỰC NGHIỆM 3.1.1. Mục đích : - Áp dụng quy trình đã đề xuất vào việc lựa chọn phương pháp dạy học và thực hiện giảng dạy cho một số bài học cụ thể cuẩ học phần đang xét nhằm kiểm định hiệu quả và khả năng sử dụng của chúng. - qua việc thực hiện bài giảng, thu thập ý kiến của giáo viên dự giảng để điều chỉnh, hoàn thiện việc áp dụng quy trình đã nêu. - Thu thập, xử lý kết quả để chứng minh tính đúng đắn của giả thuyết khoa học đã nêu trên. 3.1.2. Nhiệm vụ : - Chuẩn bị và thực hiện cùng một nội dung bài giảng trên hai đối tượng (2 lớp) theo 2 phương pháp: Phương pháp truyền thống và phương pháp đã lựa chọn trên đây. - Lập phiếu kiểm tra bằng trắc nghiệm cho 2 lớp: Lớp đối chứng và lớp thực nghiệm. - Thu nhập và so sánh kết quả của hai lớp. - Tren cơ sở các kết quả thu thập được, điều chỉnh và hoàn thiện các bước lựa chọn phương pháp dạy học đã xây dựng cho học phần đang xét. 3.1.3. Đối tượng thực nghiệm: Công tác thực nghiệm sư phạm được triển khai ở hai lớp học sinh trung cấp nghề Nghề cơ khí động lực khoá 44 (2008- 2009) tại trường Cao đẳng giao thông vận tải miền trung. 1. Lớp thực nghiệm : lớp SC 1-44 : 20 học sinh 2. Lớp đối chứng : lớp SC 2-44 : 20 học sinh Cả hai lớp được chọn có những yếu tố cơ bản hoàn toàn giống nhau : - Sĩ số học sinh : bằng nhau và bằng 20 em. Ngành nghề học : Cơ khí động lực, cùng khoá, tiến độ học tập như nhau. - Các môn lý thuyết được học chung. 3.1.4. Phương pháp thực nghiệm - Phương pháp thực nghiệm có đối chứng - Phương pháp thống kê xử lý kết qủa thực nghiệm - Phương pháp chuyên gia 3.2.NỘI DUNG VÀ TIẾN TRÌNH THỰC NGHIỆM 3.2.1 : Công tác chuẩn bị: - Chọn bài thực nghiệm: căn cứ chương trình của môn học, phần thực nghiệm Sư phạm được thực hiện trên bài sau: “Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ 4 kỳ một xy lanh.” - Soạn giáo án theo mô phỏng dạy học sẽ sử dụng trong quá trình thực nghiệm. - Nội dung của bài dạy thực nghiệm - Chuẩn bị phiếu kiểm tra trắc nghiệm phục vụ cho bài học, trong đó nội dung các phiếu trắc nghiệm cần làm rõ các thông tin cơ bản sau: . Thể hiện nội dung cốt lõi của bài học . Qua trả lời các câu hỏi phải đánh giá được mức độ hiểu biết của học sinh 3.2.2 Tiến trình thực nghiệm Cuối tháng 7 năm 2009, tác giả đã trực tiếp thực hiện bài giảng cho cả hai lớp thực nghiệm và đối chứng. Ở cả hai đối tuong chúng tôi đều có mời một số giáo viên có năng lực chuyên môn, có kinh nghiệm giảng dạy môn học và có tâm huyết với nghề, với phong trào đổi mới phương tiện dạy học cùng một số GV có nghiệp vụ sư phạm đến dự giờ để đúc rút kinh nghiệm. Cuối mỗi buổi dạy, phát phiếu kiểm tra trắc nghiệm nhằm thu thập thông tin về mức độ tiếp thu bài học của HS. . Sau đó tổ chức hội thảo với các GV được mời tham gia dự giờ, đánh giá, đóng góp ý kiến cho từng bài giảng theo cách mô phỏng đã sử dụng. 3.3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 3.2.1. Kết quả đánh giá định tính Kết quả đánh giá định tính thu được từ ý kiến đánh giá nhận xét của các giáo viên tham gia dự giờ cho 1 bài dạy học ở hai lớp thực nghiệm và đối chứng. Qua ý kiến trong các hội thảo đó, chúng tôi rút ra được mấy nhận định sau đây: Sử dụng các cách kích thích động cơ hóa học sinh một cách thích hợp có tác dụng rất rõ là nâng cao hứng thú học tập cho học sinh, giờ dạy thêm sinh động, nhiều học sinh học tập khá tích cực, hăng hái xây dựng bài. Việc sử dụng “ Tài liêu học tập” dưới sự chỉ đạo của giáo viên đã hoạt động hóa người học một cách triệt để. Mọi học sinh đều phải tư duy và diễn đạt những hiểu biết bằng ngôn ngữ của mình, điều đó đã góp phần sâu sắc những hiểu biết của các em một cách nhanh chóng , dễ dàng, tự nhiên. Hoạt động thuyết giảng của giáo viên trên lớp được giảm nhẹ, thay vào đó là sự tích cực hoạt động tự lực của học sinh. Giờ học trở nên thoải mái, tự nhiên. Mỗi quan hệ GV –HS được cải thiện, Giáo viên dễ quan sát được tư duy và khả năng học tập của từng học sinh. Mặt khác những học sinh có khả năng có điều kiện để bộc lộ vốn kiến thức thực tiễn phong phú của mình. Khi GV thực hiện theo mô phỏng ảo đã chọn, đòi hỏi phải đầu tư nhiều thời gian và công sức cho công tác chuẩn bị hơn, phải tự bồi dưỡng để nâng cao trình độ chuyên môn và nghiệp vụ thì mới đáp ứng được yêu cầu của PPDH mới. 3.3.2. Kết quả đánh giá định lượng : Sau khi có kết quả các bài kiểm tra trên hai lớp đối chứng và thực nghiệm, dùng phương pháp thống kê toán học để đánh giá định lượng: Lập bảng phân phối, bảng tần suất Vẽ các đường đặc trưng phân phối Tính các tham số thống kê đặc trưng 3.3.2.1. Kết quả bài : “Cấu tạo và nguyên lý làm việc của động cơ 4 kỳ một xy lanh.” Bảng 3.1 : Kết quả kiểm tra bài ( Số sinh viên đạt điểm Xi) Lớp N 3 4 5 6 7 8 9 TB ĐC 20 2 3 2 5 5 2 1 5,9 TN 20 0 1 2 2 9 3 3 7,0 Bảng 3.2 : Bảng tần suất ( số phần trăm học sinh đạt điểm Xi) Lớp 3 4 5 6 7 8 9 ĐC 10 15 10 25 25 2 1 TN 0 5 10 10 45 15 15 Bảng 3.3 : Bảng tần suất hội tụ tiến ( số phần trăm học sinh đạt điểm Xi trở lên) Lớp 3 4 5 6 7 8 9 ĐC 100 90 75 65 40 15 5 TN 0 100 95 85 75 30 15 Vẽ các đường đặc trưng phân phối: Căn cứ các bảng 3.2 và 3.3 ta vẽ được đường tần suất và đường tần suất hội tụ tiến của lớp đối chứng và thực nghiệm như ở hình sau: Hình 3.1 Đường tần suất Hình 3.2 Đường tần suất hội tụ tiến - Tính các tham số đặc trưng + Trung bình cộng ( kỳ vọng): = Tong đó: N là tổng số học sinh Xi :Là mức điểm đạt được của học sinh Fi : Số học sinh đạt điểm Xi Phương sai: 2 = 2Fi Độ lệch chuẩn: =2Hệ số biến thiên: (%) = 100(%) * Lớp đối chứng = = = 5,9 Xi Fi (Xi - ) (Xi - )2 (Xi - )2Fi 3 2 -2,9 8,41 16,82 4 3 -1,9 3,61 10,83 5 2 -0,9 0,81 1,62 6 5 0,1 0,01 0,05 7 5 1,1 1,21 6,05 8 2 2,1 4,41 8,82 9 1 3,1 9,61 9,61 53,8 Bảng 3.4 Phương sai, độ lệch chuẩn,hệ số biến thiên cho lớp đối chứng Phương sai: DC = 2Fi = 53,8 = 2,83 Độ lệch chuẩn = DC == 1.68 Hệ số biến thiên (%) = 100(%) = = 28,47% *Lớp thực nghiệm = = = 7.0 Xi Fi (Xi - ) (Xi - )2 (Xi - )2Fi 3 0 -4 16 0 4 1 -3 9 9 5 2 -2 4 8 6 2 -1 1 2 7 9 0 0 0 8 3 1 1 3 9 3 2 4 12 34 Bảng 3.5 Phương sai, độ lệch chuẩn,hệ số biến thiên cho lớp thực nghiệm Phương sai: TN= 2Fi = 34 = 1,79 Độ lệch chuẩn: = TN = 1,34 Hệ sốbiến thiên : (%) = 100(%) = = 19,14% Bảng 3.6 So sánh các thông số thống kê Lớp N ĐC 20 5,9 2,83 1,68 28,47 TN 20 7,0 1,79 1,34 19,14 Bảng 3.6 So sánh các thông số thống kê Kiểm tra sự sai khác giữa và - Dùng quy tắc Studen Hệ số Student t = Vậy t = = 2,3 Chọn mức ý nghĩa .Tra bảng studen [20,Tr233] với bậc tự do k= NTN+ NDC -2 = 38 ta được tbảng= 2 So sánh t với tbảng ta thấy sự khác nhau giữa và là có ý nghĩa thực chất chứ không phải là ngẫu nhiên - Dùng quy tắc Fisher Tính hệ số F: F= = = 0.63 Hệ số F<1 chứng tỏ điểm số các lớp thực nghiệm và đối chứng phân bổ ổn định xung quanh giá trị . Chọn mức có ý nghĩa và tra bảng [20,Tr235] ta được Fbảng= 1,65 Vậy Fbảng>F nghĩa là sự sai khác giữa TN và DC là chấp nhận được Tóm lại từ 2 đồ thị đường tần suất ta thấy số học sinh đạt điểm Xi trở lên của lớp thực nghiệm luôn cao hơn lớp đối chứng. NHẬN XÉT CHUNG Căn cứ vào kết quả thực nghiệm và trao đổi trực tiếp với các giáo viên dự giờ ở cả hai lớp thực nghiệm và đối chứng chúng tôi rút được một số nhận xét sau đây: * Tính tích cực nhận thức của sinh viên khối lớp thực nghiệm được khơi dậy và thể hiện rõ rệt. Giờ học sinh động, thoải mái cuốn hút được sự chú ý và tạo ra được sự tranh luận xây dựng bài nhờ sự mô phỏng của bài dạy. * Chất lượng nắm vững, vận dụng kiến thức và năng lực hoạt động trí tuệ của sinh viên lớp thực nghiệm cao hơn so với lớp đối chứng , điều đó được thể hiện qua điểm trung bình của lớp thực nghiệm trong cả hai bài đều cao hơn lớp đối chứng. * Khả năng lập luận, diễn đạt vấn đề bằng ngôn ngữ mô phỏng và hiểu biết của lớp thực nghiệm cao hơn so với lớp đối chứng . * Các giáo viên trực tiếp tham gia dự giờ ở cả hai lớp đều cho răng , TNTH ảo đem lại hiệu quả cao và thực hiện rõ ràng các mô phỏng giống thực và có khả năng phát triển tốt tại trường Cao đẳng GTVT miền trung 3.4. PHƯƠNG PHÁP CHUYÊN GIA Để đánh giá tính hiệu quả của các phương pháp đã lựa chọn cho học phần đang xét , ngoài việc tiến hành thực nghiệm sư phạm như trên , tác giả còn sử dụng một phương pháp nghiên cứu khác đó là phương pháp chuyên gia . 3.4.1. Nội dung và cách thức thực hiện. + Chuẩn bị tài liệu: Lựa chọn 4 bài học có mô phỏng trên máy tính( có đĩa CD kèm theo)kèm theo bảng hướng dẫn thực hiện. Sau đó xin ý kiến các chuyên gia. Các chuyên gia chúng tôi xin ý kiến TT HỌ VÀ TÊN CHỨC VỤ Đ.VỊ CÔNG TÁC THÂM NIÊN 1 Hồ Sỹ Quát P. Hiệu trưởng Trường CĐ GTVTMT 30năm 2 Đậu Văn Minh Trưởng khoa Khoa công nghệ ôtô Trường CĐ GTVTMT 24 năm 3 Từ Đức Tường P.Trưởng khoa Khoa công nghệ ôtô Trường CĐ GTVTMT 17 năm 4 Đoàn Tiên Phong Giáo viên Khoa công nghệ ôtô Trường CĐ GTVTMT 8 năm 3.4.2.Đánh giá kết quả 3.4.2.1. Đánh giá định tính Theo nội dung của phiếu điều tra ( phụ lục) và các ý kiến trao đổi trực tiếp với các chuyên gia , các ý kiến đánh giá có một số điểm chung sau: - Việc sử dụng TNTH ảo mang lại hiệu quả nhiều mặt cho việc dạy học , góp phần tăng cường hứng thú cho học sinh trong việc dạy học môn Động cơ ô tô - Các bài soạn minh họa thể hiện việc sử dụng TNTH ảo đã được xây dựng đảm bảo các yêu cầu khoa học , sư phạm, thân thiện và đinh hướng gợi mở cho hoạt động dạy và học. - Học sinh chiếm lĩnh được kiến thức , tạo điều kiện cho việc học tập tư duy sáng tạo, đặc biệt ở nội dung mang tính trừu tượng và đòi hỏi tư duy kỹ thuật . 3.4.2.2. Đánh giá định lượng Căn cứ vào kết quả thống kê của phiếu xin ý kiến chuyên gia ( phụ lục) ta có: TT NỘI DUNG MỨC ĐỘ 1 Việc xây dựng TNTH ảo trong quá trình dạy môn động cơ đốt trong là: Rất cần thiết Cần thiết Không cần thiết 3 75% 1 25% 0 0% 2 TNTH ảo có phù hợp với nội dung môn học thực hành động cơ đốt trong hay không? Có Không 3 75% 1 25% 3 TNTH ảo đã xây dựng có kích thích sự hứng thú học tập của sinh viên , tạo điều kiện cho các em thích môn học . Rất tốt Tốt Bình thường 4 100% 0 0% 0 0% 4 TNTH ảo đã được xây dựng có đảm bảo yêu cầu về kinh tế, sư phạm, thẩm mỹ, khoa học . Hoàn toàn Một phần Không 2 50% 2 50% 0 0% 5 Tính khả thi của việc xây dựng và sử dụng TNTH ảo cho môn học động cơ đốt trong là Rất khả thi Khả thi Không khả thi 3 75% 1 25% 0 0% 6 TNTH ảo đã xây dựng đã khắc phục được một số hạn chế của việc dạy học truyền thống Rất đúng Đúng Một phần 2 50% 1 25% 1 25% KẾT LUẬN CHƯƠNG III Từ kết quả thu được bằng các phương pháp trên đây, có thể rút ra mấy kết luận sau: Việc xây dựng TNTH ảo trong dạy học môn động cơ đốt trong đã góp phần làm tăng húng thú, tính tích cực, tự lực học tập của học sinh, nhờ đó đã mang lại hiệu quả rõ rệt về mức độ nắm kiến thức, phát triển tư duy, phát triển năng lực trình bày, diến đạt vấn đề của học sinh. Việc xây dựng các bài thí nghiệm thực hành ảo không đòi hỏi chi phí vật chất quá lớn, nên hoàn toàn có thể áp dụng cho điều kiện hiện tại của trường cao đẳng GTVT miền trung. Để áp dụng được hầu hết các bài giảng bằng phương pháp TNTH ảo giáo viên cần phải bồi dưỡng nâng cao năng lực chuyên môn, nghiệp vụ máy tính, đồng thời phải có tâm huyết với nghề dạy học, với phong trào cải tiến phương pháp giảng dạy. Mặt khác cần có sự phối hợp đầu tư động viê của các phòng khoa ban và các cấp quản lý. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Qua quá trình triển khai thực hiện đề tài "Thí nghiệm thực hành ảo- ứng dụng trong dạy nghề cơ khí động lực" (môn học động cơ đốt trong), luận văn đã giải quyết được những nhiệm vụ cơ bản sau: 1 . Nghiên cứu cơ sở lý luận, thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng TNTH ảo trong đào tạo nghề, cụ thể: Phân tích rõ các khái niệm về TNTH, thuật ngữ ảo; TNTH ảo trên cơ sở đó đề xuất mối liên hệ giữa TNTH ảo với mô phỏng; làm rõ vai trò, các lợi thế, khả năng ứng dụng của TNTH ảo trong dạy nghề; 2. Đề xuất qui trình xây dựng và sử dụng TNTH ảo trong đào tạo nghề; Phân tích một số bài TNTH ảo và xây dựng một bài giảng sử dụng thí nghiệm ảo đó hỗ trợ đào tạo nghề cơ khí động lực(môn học động cơ đốt trong). Cụ thể, tác giả đã đưa vào sử dụng 2 phần mềm đó là: SOLIDWORK và GEOGEBRA nhằm thực hiện hai bài giảng đó là: “ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ 4 kỳ một xy lanh” và “Động lực học cơ cấu trục khuỷu thanh truyền” Điều quan trọng là tác giả muốn nhấn mạnh đến vai trò quan trọng của mô phỏng trong TNTH ảo. Qua quá trình thực hiện luận văn, tác giả xin đề xuất một số ý kiến sau: Muốn thực thi định hướng ứng dụng CNTT trong đào tạo nghề đạt kết quả cao, cần có những đầu tư, chỉ đạo mang tính đồng bộ, cụ thể là: - Trang bị máy tính, phòng thực hành tin học, phòng học đa phương tiện cho các CSDN. Điều này không những giúp thực thi phương án sử dụng TNTH ảo trong đào tạo mà còn rất hữu ích cho việc triển khai các ứng dụng khác của CNTT trong dạy nghề (các bài giảng điện tử, sách điện tử, khai thác thông tin trên Intemet. . . )máy móc được trang bị phải tương xứng với mục đính sử dụng để mô phỏng hay để soạn bài.. - Khuyến khích đầu tư bồi dưỡng ứng dụng CNTT cho các giáo viên dạy nghề, đồng thời biên soạn các tài liệu hướng dẫn cụ thể cho giáo viên dạy nghề. - Hiện nay, các nghiên cứu về ứng dụng CNTT trong đào tạo nghề- một vấn đề thời đại nhưng vẫn mang tính đơn lẻ, thiếu đồng bộ do đó hiệu quả thực té chưa cao. Nhà nước cần có những dự án đầu tư trọng điểm, nghiên cứu và triển khai một cách đồng bộ ứng dụng CNTT trong đào tạo nghề. Do đặc điểm mô phỏng thí nghiệm nên yêu cầu mô hình được thiết kế phải thật đơn giản về cấu trúc và cách sử dụng, chính xác và vừa đủ về nội dung. Ngoài ra thì về mặt mỹ thuật cũng như kỹ thuật trong thiết kế thì mô hình phải tạo được cảm giác chuyên nghiệp và nghiêm túc cho người sử dụng. Phải có chỉ dẫn các thao tác cần thiết cho người dùng cũng như công cụ điều khiển phải rõ ràng. TÀI LIỆU THAM KHẢO Ban chấp hành TW khóa X(2006), Văn kiện đại hộ đại biểu toàn quốc lần thứ X, NXB Chính trị Quốc gia, Hà Nội. Bộ môn Vật lý, Tin học, Trung tâm tính toán hiệu quả nâng cao, Nhóm tin học ITIMS(2001), Ứng dụng công nghệ thông tin trong giảng dạy, Hà Nội. Nguyễn Văn Bính, Trần Sinh Thành, Nguyễn Văn Khôi(2003), Phương pháp dạy học kỹ thuật công nghiệp, NXB Giáo dục. Nguyễn Công Chính, Phạm Quang Huy( Tài liệu dịch)(1997), Thực tại ảo bước sang thế giới bên kia, NXB Thống kê. GS.TS Nguyễn Công Hiền,TS. Nguyễn Phạm Thục Anh (2006). Mô hình hóa hệ thống và mô phỏng, NXB KHKT TS. Lê Huy Hoàng (2004), Thí nghiệm- thực hành ảo - ứng dụng trong dạy học kỹ thuật công nghiệp lớp 12 THPT, Luận án tiến sĩ Giáo dục, Hà Nội. Nguyễn Thế Hùng (2002), Multimedia và ứng dụng, NXB Thống kê. Kỷ yếu hội thảo khoa học toàn quốc các trường ĐHSP và CĐSP (2003), Ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học và nghiên cứu hóa học, ĐHSP HN. GS.TS. Nhà giáo nhân dân Nguyễn Xuân Lạc (2007), Phương pháp luận nghiên cứu khoa học- công nghệ, Bài giảng cho lớp Cao học chuyên nghành Sư phạm kỹ thuật. GS.TS. Nhà giáo nhân dân Nguyễn Xuân Lạc (2007) , Giới thiệu công nghệ dạy học hiện đại, Bài giảng cho lớp Cao học chuyên nghành Sư phạm kỹ thuật. Lê Thanh Nhu (2002), Vận dụng phương pháp mô phỏng vào dạy học kỹ thuật công nghiệp, Luận án Tiến sỹ Tâm lý học Giáo dục. Phạm Xuân Quế (2007), Ứng dụng công nghệ thông tin trong tổ chức hoạt động nhận thức vật lý tích cực, tự chủ và sáng tạo, NXB ĐHSP. Vũ Trọng Rỹ (2005), Các yêu cầu cơ bản đối với thí nghiệm ảo – Sản phẩm Multimedia , Tạp chí Giáo dục,(107) Tr.20-22 Nguyễn Đức Thâm, Nguyễn Ngọc Hưng (1999), Tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh trong dạy học vật lý ở trường phổ thông, NXB ĐHQG HN. Nguyễn Thị Minh Nguyệt (2008), Thí nghiệm thực hành ảo ứng dụng trong dạy nghề điện công nghiệp, Luận Văn Thạc sỹ khoa học SPKT Trần Đức Anh (2008)- Thí nghiệm thực hành ảo ứng dụng trong dạy nghề cơ khí, Luận Văn Thạc sỹ khoa học SPKT Website 17. 18. 19. 20. PHỤ LỤC Phụ lục 1: Phiếu điều tra thực trạng sử dụng TNTH ảo trong môn học động cơ đốt trong ( Dành cho giáo viên dạy môn động cơ đốt trong) Để nâng cao chất lượng dạy học môn động cơ đốt trong tại các trường cao đẳng,trung cấp nghề Thầy cô xin cho biết ý kiến riêng của mình. 1. Thầy cô sử dụng TNTH ảo trong dạy học môn động cơ đốt trong ở mức độ nào sau đây? Thường xuyên Thỉnh thoảng Không bao giờ 2. Thầy cô sử dụng TNTH ảo trong các loại bài học nào? Bài học lý thuyết Bài học thực hành Cả lý thuyết và thực hành 3. Khi xây dựng bài giảng có sử dụng TNTH ảo thầy cô gặp phải khó khăn gì? ----------------------------------------------------------------------------------------------------- -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ -------------------------------------------------------------------------------------- 4. Trong nội dung môn học thầy cô có sử dụng TNTH ảo không? Có Không 5. Các thầy cô cho nhận xét về việc sử dụng TNTH ảo trong môn học động cơ đốt trong Học sinh hứng thú hơn so với giờ học khác Bình thường Không hứng thú 6. Không khí của học sinh trong giờ học có sử dụng TNTH ảo . Sôi nổi hơn Bình thường Trầm 8. Các thầy cô có đề xuất biện pháp gì với lãnh đạo trường để góp phần nâng cao hiệu quả của việc sử dụng TNTH ảo trong dạy học. ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Phụ lục 2: Phiếu xin ý kiến chuyên gia Họ và tên giáo viên:------------------------------------------------ Trình độ chuyên môn:--------------------------------------------- Thâm niên công tác:----------------------------------------------- Chức vụ:------------------------------------------------------------- Để đánh giá việc sử dụng TNTH ảo có tính khả thi phù hợp với thực tế hay không xin quý thầy( cô) vui lòng cho biết ý kiến của mình về các vấn đề sau:( Đánh dấu"x" vào chỗ trống ) 1. Việc xây dựng TNTH ảo trong quá trình dạy môn động cơ đốt trong là: Rất cần thiết Cần thiết Không cần thiết Vì: Kích thích được tính tích cự nhận thức của sinh viên Nâng cao hiệu quả bài học Hiệu quả dạy học không cao Mất nhiều thời gian chuẩn bị tiết dạy, bài dạy Không có yêu cầu quy định rõ ràng 2. TNTH ảo có phù hợp với nội dung môn học thực hành động cơ đốt trong hay không? Có Không 3. TNTH ảo đã xây dựng có kích thích sự hứng thú học tập của sinh viên , tạo điều kiện cho các em thích môn học như thế nào? Rất tốt Tốt Bình thường 4. TNTH ảo đã được xây dựng có đảm bảo yêu cầu về kinh tế, sư phạm, thẩm mỹ, khoa học . Hoàn toàn Một phần Không 5. Tính khả thi của việc xây dựng và sử dụng TNTH ảo cho môn học động cơ đốt trong là: Rất khả thi Khả thi Không khả thi 6. TNTH ảo đã xây dựng đã khắc phục được một số hạn chế của việc dạy học truyền thống Rất đúng Đúng Một phần Phụ lục 3: Phiếu điều tra thực trạng tự xây dựng TNTH ảo trong môn động cơ đốt trong Để việc xây dựng TNTH ảo theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của sinh viên trong giờ học trên lớp có cơ sở và góp phần vận dụng hiệu kquả , chất lượng . Xin thầy(cô)vui lòng cho biết một số ý kiến sau: Trong quá trình dạy học các thầy,cô có tự xây dựng TNTH ảo . Thường xuyên Thỉnh thoảng Không bao giờ Theo thầy,cô dựa vào yêu cầu nào để tiến hành xây dựng TNTH ảo Đặc điểm , khả năng nhận thức của học sinh Đặc điểm nội dung kiến thức, mục đích bài dạy Do ý muốn sở thích của giáo viên Theo ý kiến thầy, cô việc xây dựng TNTH ảo rong quá trình dạy học là: Rất cần thiết Cần thiết Không cần thiết Các điều kiện khách quan khác Sự ủng hộ của lãnh đạo nhà trường Chưa có tài liệu cụ thể hướng dẫn các phần mềm thiết kế Không có đủ thoiừ gian để tiến hành Ý kiến riêng của thầy cô về vấn đề tự xây xựng TNTH ảo trong môn học động cơ đốt trong Rất tốt Tốt Bình thường Ý kiến riêng của thầy cô Phụ lục 4: Phiếu điều tra sau buổi học (Dùng cho học sinh , sinh viên các trường cao đẳng, trung cấp nghề) Họ và tên:……………………………………Nam. Nữ……….. Trường:……………………………………………Lớp………. Thành phố(Tỉnh): ……………………………………………… Bài học:…………………………………………………………. Ngày…………Tháng………Năm………….. Để giúp việc tìm hiểu sự hứng thú học tập của người học đối với bài học, anh chị hãy đọc và suy nghĩ xem những ý kiến dưới đây , ý nào phù hợp với quan điểm của mình và đánh dấu(x) vào ô trống Sau khi học xong bài hôm nay anh chị cảm thấy Rất thích Không thích Bình thường Thích Nguyên nhân nào trong các lý do trước đây Không thích môn học này Thích học môn này Bài học không mang lại lợi ích thiết thực Được ý kiến tham gia trong giờ học Giáo viên dạy hay, có sự lôi cuốn Không khí lớp học sôi nổi Không khí lớp học buồn tẻ Bản thân hiểu biết được nhiều trong giờ học Ý kiến riêng của anh chị: Để giúp cho giờ học sôi nổi , hứng thú, có kết quả cao anh chị có những đề nghị gì: ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ Xin chân thành cảm ơn ý kiến đóng góp của anh chị TÓM TẮT LUẬN VĂN Là một nước đang phát triển, Việt Nam đang tận dụng tất cả các nguồn lực để củng cố và xây dựng đất nước. Những nỗ lực đó phải được bắt đầu bằng việc xây dựng nguồn nhân lực chất lượng cao. Nghành giáo dục đang cố gắng thay đổi để đáp ứngđược nhu cầu này. Chúng ta không chỉ cần cập nhật nội dung dạy học, trang bị phương tiện mà còn cần thay đổi phương pháp dạy học, nhất là trong các nghành kỹ thuật mà cơ khí là một phần quan trọng. Đó là lý do tại sao tác giả chọn đề tài: “ Thí nghiệm thực hành ảo - ứng dụng trong đào tạo nghề cơ khí động lực” (Ứng dụng trong dạy môn học động cơ đốt trong) Luận án gồm 3 phần chính: - Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH ẢO TRONG ĐÀO TẠO NGHỀ - Chương 2: XÂY DỤNG VÀ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH ẢO TRONG ĐÀO TẠO NGHỀ. ỨNG DỤNG XÂY DỰNG MỘT SỐ THÍ NGHIỆM THỰC HÀNH ẢO TRONG CHƯƠNG TRÌNH DẠY NGHỀ CƠ KHÍ ĐỘNG LỰC - Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM, ĐÁNH GIÁ TÍNH KHẢ THI VÀ HIỆU QUẢ CỦA ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU Chương 1 trình bày tổng quan về khái niệm “ảo” với ý nghĩa của nó trong đời sống, trong kỹ thuật và khi được ứng dụng vào giáo dục. Chương 2 trình bày các nguyên tắc xây dựng và quy trình ứng dụng thí nghiệm, thực hành ảo trong đào tạo nghề cơ khí động lực, trong đó nhấn mạnh đến tính mô phỏng với người sử dụng. Hai phần mềm mô phỏng động học 3 chiều và 2 chiều là SolidWorks và Geogebra được giới thiệu là các công cụ để thực hiện nhiệm vụ trên. Các ví dụ được xây dựng là các bài mô phỏng mang tính tương tác về một số nội dung môn học động cơ đốt trong. Chương 3 trình bày thực nghiệm sư phạm để đánh giá tính khả thi , hiệu quả của việc áp dụng thí nghiệm thực hành ảo trong dạy học . SUMMARY Vietnamese Education today is talking so much about change. We need to change-change for the development. Human resourse quality is one of the problems that we have to solve first of all. We have talked so much about changing the teaching methods, improving education equipments, updating contents…So that’s the reason for me to write about the topic”Virtual experiment and pratice-The application into training mechanical engineering workers” In my thesis, it contain three chapters: Chapter 1: The overview of virtual experiment and pratice in the world and in Vietnam. Chapter 2: Appling virtual experiment and pratice in to training mechanical engineering workers. Chapter 3: In chapter 1, I want to give you the overview of the concept “virtual”. This concept is still common in either life or technic. But now it will have more meaning in education. In chapter 2, I show you some principle to apply virtual experiment and pratice into teaching and the steps to construct the lecture about the interactive simulation. After that, with the assistance of the free software SolidWorks and Geogebra, I buld the interactive simulation to slove some problems of the subject applied such as determining the speed and acelleration of the four bars mechanism. In chapter 3 ._.