Ứng dụng Thí nghiệm - Thực hành ảo trong dạy thực hành Kỹ thuật số

Trong dạy học, dựa trên xu hướng sử dụng môi trường thực tại ảo (VR), các nhà giáo dục đã nghiên cứu xây dựng và sử dụng thành công công nghệ này trong quá trình dạy và học. Trong nội dung đồ án, em không đi sâu vào nghiên cứu thực tại ảo và công nghệ thực tại ảo mà chỉ tìm hiểu một hình thức thể hiện là thí nghiệm – thực hành ảo và ứng dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy học thực hành Kỹ thuật số. Việc tìm hiểu nội dung này không chỉ giúp em có được những hiểu biết xung quang vấn đề thí nghiệm – thực hành ảo, mà còn có thể thu được những kiến thức bổ ích trong công việc sau này. Kết thúc thời gian làm đồ án, em xin chân thành cảm ơn thầy Bùi Ngọc Sơn ( Bộ môn Công nghệ dạy học – Khoa Sư phạm kỹ thuật – Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội ) – đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Sự chỉ bảo và định hướng của thầy là nền tảng vững chắc giúp em có thể hoàn thành đề tài một cách tốt nhất. Một lần nữa, em xin cảm ơn và kính chúc thầy sức khỏe, niềm vui và thành đạt! Cảm ơn các thầy cô khoa Sư phạm kỹ thuật và các bạn bè đã tạo điều kiện, động viên và giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. MỤC LỤC *** Lời nói đầu…………………………………………………………………..1 Mục lục………………………………………………………………………2 Danh sách hình vẽ……………………………………………………….......4 Danh sách bảng biểu…………………………………………………….......6 Danh sách các từ viết tắt……………………………………………………..7 MỞ ĐẦU…………………………………………………………………….8 CHƯƠNG I – CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA VIỆC SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM - THỰC HÀNH ẢO TRONG DẠY THỰC HÀNH…....…13 Tình hình ứng dụng CNTT và truyền thông hiện nay…………...13 1.1.1. Trong du lịch - giải trí……… ………..…...………………13 1.1.2. Trong giáo dục…………………………..……..………..…25 1.1.3. Trong lĩnh vực khoa học–kỹ thuật và một số lĩnh vực khác..34 Cơ sở lý luận về ứng dụng TN – TH ảo trong dạy học thực hành……………………………………………….....42 1.2.1. Một số khái niệm………………………………………..…42 Sử dụng Game trong dạy học…………………………..….61 CHƯƠNG II - CƠ SỞ THỰC TIỄN VIỆC ỨNG DỤNG THÍ NGHIỆM –THỰC HÀNH ẢO TRONG DẠY THỰC HÀNH…….....68 2.1. Thực trạng dạy học thực hành nói chung………………………...68 2.1.1. Nội dung – Phương pháp dạy học thực hành……..……….....68 2.1.2. Trình độ giáo viên dạy thực hành……….…………………...72 2.1.3. Phương tiện – Cơ sở vật chất dạy học thực hành……………73 2.1.4. Khả năng phát huy tính tích cực sáng tạo của người học…....78 2.2. Những đòi hỏi hiện nay trong dạy thực hành……………………80 2.2.1. Đòi hỏi về phương pháp dạy học thực hành………….……...80 2.2.2. Đòi hỏi về đổi mới nội dung–phương tiện dạy học thực hành…………………………………………………………………81 2.2.3. Nâng cao trình độ đội ngũ giáo viên và cơ sở vật chất dạy học thực hành……………………………………………………….83 Khả năng ứng dụng TN – TH ảo trong dạy học thực hành……..84 2.3.1. Ưu điểm của TN – TH ảo so với TH – TH thực……………...84 2.3.2 Hiệu quả ứng dụng công nghệ thông tin…………….………..87 CHƯƠNG III – ỨNG DỤNG TN – TH ẢO TRONG DẠY THỰC HÀNH KỸ THUẬT SỐ……………………………………………94 3.1. Ứng dụng TN – TH ảo trong dạy học thực hành………………….94 3.1.1. Nguyên tắc sử dụng TN – TH ảo trong dạy thực hành…..…...95 3.1.2. Quy trình sử dụng TN – TH ảo trong dạy thực hành…………98 3.2. Ứng dụng TN – TH ảo trong dạy thực hành Kỹ thuật số……….103 3.2.1. Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của Kỹ thuật số……….…...103 3.2.2. Giới thiệu một số phần mềm để xây dựng và sử dụng TN – TH ảo…………………………………………………………………...109 3.2.3. Ứng dụng xây dựng một bài dạy thực hành cụ thể môn Kỹ thuật số - có sử dụng TN – TH ảo………………………...115 KẾT LUẬN……………………………………………………………….122 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………...123 DANH SÁCH HÌNH VẼ *** Hình 1.1. Giao diện làm việc của YouTube………………………………..15 Hình 1.2. Thẻ nhớ SlotMusic và máy nghe nhạc Sansa slotMusic………...16 Hình 1.3. Apple iPod Touch (16GB)………………………………………17 Hình 1.4. Giao diện khới động của trò chơi………………………………..19 Hình 1.5. Không gian phòng nhảy Audition……………………………….20 Hình 1.6. Một cảnh trong Chuyện hai chiếc bình………………………….21 Hình 1.7. Toàn cảnh thánh đường Aya Sofya……..………………………23 Hình 1.8. Thánh đường Hagia Sofia nhìn từ bên ngoài………………...…24 Hình 1.9. Nhà hát Odeon of Pericles………………………………………25 Hình 1.10. Giao diện phần mềm giúp học tốt vật lý Physics Simulations…30 Hình 1.11. Phần mềm thiết kế thí nghiệm vật lý ảo lớp 12………………...31 Hình 1.12. Giao diện làm việc của Crocodile Chemistry…………………..32 Hình 1.13. Mô phỏng kiểm tra độ an toàn của người trong xe…………….37 Hình 1.14. Màn hình mô phỏng lái máy bay……………………………….38 Hình 1.15. Giao diện thi lý thuyết lái xe ô tô, mô tô 2 bánh……………….40 Hình 1.16. Mô phỏng lái xe ô tô…………………………………………...41 Hình 1.17. Trò chơi toán học Flash………………………………………...62 Hình 1.18. Trò chơi toán học Monkey Math……………………………….63 Hình 1.19. Học tiếng Anh bằng máy chơi game NintendoDS……………..64 Hình 2.1. Giờ học thực hành nghề sửa ô tô………………………………..70 Hình 2.2. Giờ học thực hành nghề điện tử………………………………...70 Hình 2.3. Giờ thực hành chuyên ngành cơ khí…………………………….76 Hình 2.4. Bãi tập thực hành ngoài trời…………………………………….76 Hình 3.1. Sơ đồ thể hiện quy trình sử dụng Thí nghiệm – thực hành ảo.....99 Hình 3.2. Một học sinh đang tương tác với một tấm bảng kỹ thuật số…..106 Hình 3.3. Library of Congress - Thư viện lớn nhất thế giới……………...107 Hình 3.4. Hệ thống rạp hát gia đình của Samsung……………………….109 Hình 3.5. Màn hình chính của phần mềm Crocodile Physics 6.05………110 Hình 3.6. Thí nghiệm hóa học với Crocodile chemistry………...……….111 Hình 3.7. Hình ảnh phần mềm The Digital Frog………………………...113 Hình 3.8. Kết quả hiển thị mô phỏng mạch chạy chữ SPKT ĐT…………121 DANH SÁCH BẢNG BIỂU *** Bảng 1.1. Một số phần mềm/trò chơi ứng dụng trong dạy học…………….66 Bảng 2.1. Bảng số liệu thiết bị đã cấp cho các trường thực hành THCS….75 từ tháng 4/2005 đến tháng 12/2008 Bảng 3.1.Một số phần mềm TN - TH ảo hỗ trợ cho dạy học……………..114 DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT *** Viết tắt Tiếng Anh Tiếng Việt ICT Information and communication technology Công nghệ thông tin và truyền thông IT Information technology Công nghệ thông tin VR Virtual Reality Thực tại ảo CBT Computer Base Training Dạy học dựa vào máy tính CAD Computer – Aided Design Phần mềm thiết kế với sự trợ giúp của máy tính VLab Virtual Laboratory Phòng thực hành ảo TN – TH Thí nghiệm – thực hành CNTT Công nghệ thông tin MỞ ĐẦU *** Tên đề tài Ứng dụng Thí nghiệm - thực hành ảo trong dạy thực hành Kỹ thuật số Lý do chọn đề tài Trong những năm gần đây, cùng với sự phát triển của khoa học- kỹ thuật, nền kinh tế, văn hóa, giáo dục…nước ta cũng có nhiều thay đổi mạnh mẽ. Trong đó, giáo dục là một trong số các lĩnh vực ứng dụng khá nhiều các thành tựu khoa học, kỹ thuật và được đánh dấu bằng việc sử dụng các phần mềm mô phỏng trong quá trình dạy và học. Trên cơ sở tính khả thi của các phần mềm mô phỏng này, các nhà khoa học đã nghiên cứu, xây dựng và cho ra đời một phương pháp giảng dạy mới hiệu quả, đó là phương pháp sử dụng thí nghiệm - thực hành ảo trong dạy học, đặc biệt là dạy học thực hành. Với thí nghiệm - thực hành ảo, người học có thể kiểm nghiệm, ứng dụng được lý thuyết mà không nhất thiết phải thao tác trên điều kiện thực tế, có thể tiếp thu kiến thức một cách trực quan, dễ hiểu nhất bằng ngôn ngữ hình ảnh cụ thể. Đặc biệt là đối với dạy học các môn kỹ thuật và trong đào tạo nghề, thí nghiệm - thực hành ảo càng có vai trò quan trọng. Xuất phát từ yêu cầu cụ thể của việc dạy các môn kỹ thuật và yêu cầu của dạy học thực hành, đòi hỏi người dạy phải cung cấp đủ về kiến thức, thuần thục về kỹ năng cho người học để có thể trang bị cho người học hành trang tốt nhất có thể khi ra trường. Trong khi đó, một thực trạng đặt ra trong vấn đề dạy thực hành hiện nay đó là vấn đề không đổi mới trong phương pháp, hạn chế về phương tiện giảng dạy dẫn đến sự không hứng thú tiếp thu của người học. Do đó, đòi hỏi phải có một phương pháp giảng dạy mới tạo ấn tượng và có hiệu quả trong quá trình dạy học. Nhất là trong thời đại phát triển công nghệ thông tin, khi xu hướng sử dụng máy tính và các phần mềm ứng dụng đang ngày càng phổ biến thì trong dạy học cũng phải có những thay đổi để có thể bắt kịp với nhịp độ phát triển giáo dục trong khu vực cũng như trên thế giới. Bên cạnh đó, trên cơ sở thực tế, sự có mặt và phạm vi ứng dụng của công nghệ số ngày càng khẳng định vai trò cũng như những đóng góp quan trọng của nó trong hầu hết các lĩnh vực. Chính vì vậy, việc giảng dạy kỹ thuật số đã và đang được quan tâm phát triển trong các trường chuyên nghiệp hiện nay. Đặc biệt là trong vấn đề dạy học thực hành, là giai đoạn hình thành và phát triển những kiến thức, tri thức kỹ năng, kỹ xảo cơ bản tạo nền tảng cho sự phát triển nghề nghiệp sau này của người học. Chính vì vậy, trong đồ án của mình, em lựa chọn đề tài “Ứng dụng thí nghiệm - thực hành ảo trong dạy thực hành kỹ thuật số” để minh họa và làm rõ hơn cho tác dụng của việc sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong quá trình dạy học thực hành nói chung và dạy thực hành kỹ thuật số nói riêng. Hy vọng, với sự đóng góp của thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy và học sẽ đem đến một phong cách giảng dạy, học tập mới chất lượng và lý thú. Góp phần giúp người học, đặc biệt là các em học sinh chủ động, tích cực tìm hiểu và nắm bắt tri thức công nghệ trong các môn học có tính ứng dụng thực tiễn cao như môn học kỹ thuật số. Đối tượng và mục tiêu nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu: Thí nghiệm – thực hành ảo và quá trình sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy thực hành môn Kỹ thuật số. Mục tiêu nghiên cứu: Đặc điểm thí nghiệm - thực hành ảo Đánh giá tác dụng của thí nghiệm - thực hành ảo trong: Dạy học Đặc biệt là trong dạy thực hành Quá trình sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy học thực hành. Nhiệm vụ nghiên cứu Nghiên cứu cơ sở lý luận về thí nghiệm - thực hành ảo Nghiên cứu về dạy học thực hành Xây dựng mẫu một bài dạy thực hành Kỹ thuật số có sử dụng thực hành ảo Phạm vi nghiên cứu Đề tài “ Ứng dụng thí nghiệm - thực hành ảo trong dạy thực hành môn kỹ thuật số” cho sinh viên chuyên ngành điện tử các trường trung học chuyên nghiệp và cao đẳng, đại học và các trung tâm đào tạo nghề điện tử. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng kết hợp giữa phương pháp nghiên cứu lý thuyết và phương pháp thực nghiệm. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết : Tổng hợp và phân tích các tài liệu lý thuyết để xây dựng cơ sở lý luận cho đề tài. Phương pháp thực nghiệm: Dựa trên sự hoạt động của các phần mềm mô phỏng cụ thể được cài đặt cho từng bài, quan sát, đánh giá và kiểm nghiệm các giả thuyết đã đưa ra. Dự kiến kết cấu nội dung Dự kiến kết cấu nội dung của đề tài gồm 3 chương CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA THÍ NGHIỆM – THỰC HÀNH ẢO Nội dung chương này trình bày về tình hình ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông hiện nay và một số khái niệm liên quan đến thí nghiệm – thực hành ảo, dạy học thực hành. CHƯƠNG II CƠ SỞ THỰC TIỄN Bao gồm các vấn đề liên quan đến thực trạng dạy và học thực hành ở nước ta trong giai đoạn hiện nay, những đòi hỏi đặt ra cho dạy học thực hành. Trên cơ sở đó, xem xét khả năng ứng dụng của thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy và học thực hành. CHƯƠNG III ỨNG DỤNG THÍ NGHIỆM – THỰC HÀNH ẢO TRONG DẠY THỰC HÀNH KỸ THUẬT SỐ Trên nền tảng cơ sở thực tiễn đưa ra ở phần trên, nội dung chương này là sự trình bày các nguyên tắc, quy trình sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong việc dạy thực hành và ứng dụng sử dụng cho một bài thực hành cụ thể trong dạy thực hành Kỹ thuật số. Qua đó, thể hiện rõ vai trò, vị trí và hiệu quả sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong quá trình dạy học thực hành. KẾT LUẬN TÀI LIỆU THAM KHẢO Dự kiến kết quả nghiên cứu Đưa ra được một số tiêu chuẩn chung nhất trong việc ứng dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy thực hành. Xây dựng mẫu một bài thí nghiệm - thực hành ảo cụ thể trong dạy thực hành Kỹ thuật số 9. Lĩnh vực ứng dụng Ứng dụng trong dạy thực hành kỹ thuật số và trong các nội dung học tập yêu cầu tính trực quan, sinh động, đặc biệt là trong dạy và học thực hành các môn kỹ thuật, đào tạo nghề. CHƯƠNG I CƠ SỞ LÝ LUẬN CỦA THÍ NGHIỆM – THỰC HÀNH ẢO Tình hình ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông hiện nay Ngày nay, cùng với sự tiến bộ của khoa học kỹ thuật và những thành tựu công nghệ đã kéo theo sự phát triển của rất nhiều các lĩnh vực đời sống, xã hội. Sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin (CNTT) và truyền thông cùng với công nghệ kết nối internet không chỉ đem lại lợi nhuận về mặt kinh tế mà còn góp phần thu hẹp khoảng cách địa lý, trình độ hiểu biết giữa các khu vực, quốc gia và con người trên thế giới. Bên cạnh đó, việc ứng dụng khoa học – kỹ thuật và các thành quả công nghệ thông tin còn góp phần mở ra những con đường mới triển vọng cho sự phát triển các mặt kinh tế, giáo dục, văn hóa – du lịch…, tạo điều kiện thuận lợi để tiến hành công việc một cách hiệu quả. Trong đó, máy vi tính với các phần mềm phong phú đã trở thành một công cụ đa năng ứng dụng trong mọi lĩnh vực của nghiên cứu, sản xuất và đời sống. Tuy nhiên nếu như công dụng của máy tính là có thể đo đếm được thì sự ra đời của mạng máy tính toàn cầu (Internet) đem lại những hiệu quả vô cùng lớn, không thể đo đếm được. Chính vì vậy, ngày nay chúng ta thường nghe nói đến thuật ngữ CNTT và Truyền thông (ICT) thay vì CNTT (IT). Trong nội dung dưới đậy, chúng ta cùng tìm hiểu các ứng dụng nổi bật của công nghệ thông tin và truyền thông trong: giáo dục, du lịch - giải trí và một số lĩnh vực khoa học – kỹ thuật. Trong du lịch - giải trí Như chúng ta đã biết, công nghệ thông tin (IT) là ngành kỹ thuật vận dụng tất cả các tiến bộ về khoa học, công nghệ, kỹ thuật lập trình, điện tử, toán học, quản trị học...để thu thập, biến đổi, truyền tải, lưu trữ, phân tích, suy luận, sắp xếp thông tin...phục vụ cho lợi ích của con người. Bằng cách sử dụng máy tính, internet, phần mềm…công nghệ thông tin đã khẳng định vị trí và vai trò to lớn trong du lịch, giải trí và các lĩnh vực khác của đời sống xã hội. Trong giải trí Công nghệ thông tin và truyền thông thể hiện khả năng ứng dụng nổi bật trong các hình thức thư giãn hiệu quả: xem tin tức, nói chuyện qua mạng (chat), nghe nhạc, xem phim trực tuyến (phim online),…đặc biệt là trong các trò chơi điện tử. Ngày nay, cùng với sự phát triển kinh tế và nhu cầu giải trí trong thời đại mới, mạng internet ra đời đã mang đến cho con người một thế giới giải trí vừa đa dạng về thể loại, nội dung vừa sinh động về hình thức thể hiện. Một cách cụ thể: + Trong phim ảnh và ca nhạc: Sự ra đời của một loạt các trang nhạc số đã cung cấp cho người nghe một thư viện nhạc khổng lồ. Trong các trang này, chỉ với một vài thao tác nhấp chuột đơn giản, bạn có thể thưởng thức trực tiếp hoặc tải về máy một cách nhanh chóng các bài nhạc mà mình yêu thích. Hơn thế nữa, trong trường hợp bạn không muốn phải chen chúc trong đam đông khán giả hoặc không có thời gian theo dõi trực tiếp các buổi ca nhạc, hài kịch,…thì công nghệ kết nối internet sẽ mang đến trong chiếc máy tính của bạn đầy đủ những hình ảnh và không khí sôi động này. Điển hình với việc sử dụng từ khóa “youtube” bạn có tìm kiếm và thưởng thức được phần lớn các đoạn phim, các clip ca nhạc, thời trang… mà bạn quan tâm. Hình 1.1. Giao diện làm việc của YouTube Youtube là một trang web chia sẻ video, nơi người dùng có thể tải lên, xem và chia sẻ các video clip, là môi trường quảng cáo, truyền thông phổ biến và hiệu quả, là một trong số các trang giải trí thu hút được sự chú ý của nhiều độ tuổi người xem khác nhau. Ngoài ra, trong thời đại phát triển công nghệ, các hãng sản xuất không ngừng nghiên cứu, nâng cấp và cho ra đời các thiết bị giải trí ngày càng hiện đại hơn, đáp ứng tối đa nhu cầu của người dùng. Trong đó, sự ra đời của các thiết bị lưu trữ và nghe nhạc bỏ túi (mini) đã và đang thu hút được sự chú ý của rất nhiều bạn trẻ. Trong đó phải kể đến sự xuất hiện của thẻ nhớ và xu hướng thưởng thức âm nhạc trong thẻ nhớ. Năm 2008, hãng SanDisk đã ra mắt một sản phẩm máy nghe nhạc cầm tay mới Sansa slotMusic Player. Theo công ty cho biết thì thiết này được thiết kế đặc biệt dành cho việc sử dụng với loại thẻ slotMusic. Đây là một thẻ nhớ có khả năng chứa các album âm nhạc. Đặc biệt, loại thẻ này có một đầu đọc sử dụng giao tiếp USB, do đó, người dùng cũng có thể sử dụng thẻ nhớ với bất kỳ chiếc máy tính nào hỗ trợ chuẩn USB USB (Universal Serial Bus) là thiết bị lưu trữ thông tin và kết nối với máy tính. . Hình 1.2. Thẻ nhớ SlotMusic và máy nghe nhạc Sansa slotMus Không chỉ có vậy, các con đường tiếp cận thông tin giải trí ngày càng được phát triển đa dạng. Dựa trên nền tảng kết hợp hiệu quả giữa công nghệ thông tin và công nghệ số, đã mở ra cho con người một phong cách làm việc, giải trí mới mẻ và hiện đại. Trong đó phải kể đến nền công nghiệp điện ảnh, một lĩnh vực ứng dụng hiệu quả công nghệ thông tin (các kỹ xảo điện ảnh được xây dựng trên kỹ thuật thiết kế đồ họa 3D, kỹ thuật lập trình máy tính…). Trong lịch sử điện ảnh, đã có rất nhiều các bộ phim nổi tiếng không chỉ dựa trên nội dung hay mà còn phải nhờ đến sự đóng góp quan trọng của kỹ xảo điện ảnh, như: Titanic, Công viên khủng long, Trân Châu Cảng, Xác ướp Ai Cập, Người Hùng... Cùng các hình thức trình chiếu cũng ngày càng phong phú. Bên cạnh việc theo dõi các tác phẩm điện ảnh và nhiều thông tin khác trên truyền hình, qua mạng, người dùng còn có thể xem phim, xem bóng đá…tại bất cứ nơi nào với các máy xem phim di động hiện đại. Hình 1.3. Apple iPod Touch (16GB) Apple iPod Touch có chất lượng hình ảnh tốt, kết nối Wi-Fi internet thuận tiện cho phép tải phim và nhạc và các thông tin khác . Với Apple iPod Touch cũng như một số loại máy xem phim di động khác Archos 605 WiFi (30GB), Archos AV500 Mobile DVR (30GB), Archos 504 (80GB), Creative Zen Vision W (60GB), người dùng có thể xem phim trên các kênh ti vi, kết nối mạng không dây cho phép tải phim và nhạc nhanh chóng… + Trong các trò chơi giải trí: Sự xuất hiện của các trò chơi trên máy tính, trò chơi trực tuyến đã đem lại cho người chơi một hứng thú mới trong việc khám phá và trinh phục các mục tiêu ảo. Đặc biệt là sự có mặt của một loạt các game (trò chơi) được thiết kế, xây dựng trên cơ sở thiết kế đồ họa đặc sắc. Trong các game này, người chơi được đắm chìm trong một không gian sống động như thật với các nhân vật, đồ đạc… được thể hiện trên không gian ba chiều đẹp mắt. Đặc điểm mới mẻ và đã tạo thành trào lưu phát triển mạnh trong thế giới game này được xây dựng và ứng dụng giữa trên công nghệ thực tại ảo Virtual Reality (VR). Thực tại ảo (Virtual Reality - VR), 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 dùng không chỉ đóng vai trò là người quan sát qua về mặt giao diện mà thực sự trở thành một phần của hệ thống. Thực tại ảo là thế giới giống như thực song lại không phải thực. Trong thực tại ảo, một phần của thế giới thực sẽ được tái tạo trên máy vi tính trong không gian ba chiều kết nối với các thiết bị đầu vào (input devices) cho phép người dùng tương tác với thế giới ảo này. Sự tương tác thông minh này sẽ được các chương trình máy tính xử lý để đem đến cảm giác thực sống động với những nét biến đổi như trong môi trường thực tế. Về mặt công nghệ thông tin, thực tại ảo là sản phẩm của quá trình mô phỏng trong đó đồ họa máy tính được dùng để tạo ra một thế giới “nhân tạo – như thật”. Lấy ý tưởng từ sự vận động của thế giới là liên tục, các nhà nghiên cứu đã xây dựng đặc tính thời gian thực (real time) cho thực tại ảo. Dựa trên tương tác thời gian thực (real time interactivity), nghĩa là hệ thống có khả năng nhận biết tín hiệu vào của người sử dụng và thay đổi ngay lập tức thế giới ảo. Người sử dụng nhìn thấy sự vật thay đổi theo ý muốn của họ và bị thu hút. Trong đó, phải kể đến một số game ứng dụng hiệu quả công nghệ này như: Trò chơi Nhịp điệu cuộc sống (Audition), Võ lâm truyền kỳ, Hiệp khách giang hồ, Thiên long bát bộ… Điển hình là trò chơi nhịp điệu cuộc sống là game có sức thu hút cao và là một trong số các trò chơi lành mạnh, không mang tính bạo lực. + Nhịp điệu cuộc sống (Audition) được biết đến như một Điệu nhảy thiên đường (Dancing Paradise Server), có nguồn gốc và phổ biến đầu tiên tại Hàn Quốc và nhanh chóng được lan truyền, phát triển ở nhiều quốc gia khác: Nhật Bản, Hồng Kong, Trung Quốc, Việt Nam… Audition, Nhịp điệu cuộc sống (Audition) là một trò chơi nhảy trực tuyến, trong đó người chơi có thể tham dự những điệu nhảy tuyệt vời chỉ với những nút bấm đơn giản là các mũi tên và phím cách trên bàn phím. Hình 1.4. Giao diện khới động của trò chơi Bằng việc sử dụng công nghệ thiết kế đồ họa 3D và kỹ thuật lập trình, trong Audition, môi trường cuộc sống vui chơi – giải trí, mua sắm…được tái hiện sống động như thật. Trong thế giới ảo này, sau khi đăng nhập làm thành viên của thành phố vũ hội Audition, người chơi có thể tạo nhân vật, lựa chọn trang phục…vào sàn nhảy, lựa chọn bạn nhảy, mua sắm, luyện tập…giống như khi tham gia một phòng nhảy trên thực tế. Hình 1.5. Không gian phòng nhảy Audition Audition được biết đến là một game mô phỏng hoành tráng với hệ thống các hoạt ảnh (animation), âm thanh trung thực, sống động và là nơi thư giãn lý tưởng cho các game thủ, đặc biệt là những bạn yêu âm nhạc và thích một cuộc sống năng động, là không gian hoàn hảo để thư giãn và đắm chìm trong những bản nhạc yêu thích và là nơi để bạn thể hiện mình, thể hiện khả năng khiêu vũ, gu thẩm mỹ mang phong cách riêng… Bên cạnh những ứng dụng nổi bật của thực tại ảo trên thế giới trong việc thiết kế các trò chơi như trên, ở Việt Nam, kỹ thuật 3D cũng đã được ứng dụng nhiều trong việc làm quảng cáo, đồ họa kiến trúc…và trong phim hoạt hình. Trong đó phải kể đến bộ phim hoạt hình đầu tiên có sự góp mặt của kỹ xảo ở nước ta là phim ngắn "Chuyện hai chiếc bình" của hãng phim tư nhân B&C Areka (Hà Nội). Hình 1.6. Một cảnh trong Chuyện hai chiếc bìn Chuyện hai chiếc bình là một bước tiến về kỹ thuật làm phim và là bộ phim hoạt hình Việt Nam đầu tiên được thiết kế, dựng hình hoàn toàn bằng máy tính. Chuyện hai chiếc bình tuy chỉ đạt giải khuyến khích trong liên hoan phim ngằn lần thứ I nhưng cũng đã tạo được thành công đầu tiên để phát triển nền sản xuất phim hoạt hình nước ta trong tương lai, góp phần đưa hoạt hình Việt trở lại và có được vị trí đáng kể bên cạnh các phim hoạt hình ngoại quốc. + Trong du lịch Thực tại ảo cũng đóng một vai trò quan trọng. Với công nghệ này, các công ty du lịch có thể cho khách xem trước khách sạn và một phần quang cảnh địa phương nơi khách sắp đến du lịch. Tại Thành phố Hồ Chí Minh, công viên văn hóa Đầm Sen – nơi đầu tiên đưa công nghệ thực tại ảo vào khai thác cho nhu cầu giải trí - đã thu hút lượng lớn khách vào tham quan, không chỉ có trẻ em mà ngay những người lớn cũng thích nhìn thế giới của loài khủng long xưa trong thế giới ảo mà như thực… Tại Nhật Bản, người ta đã xây dựng những “phòng trượt tuyết ảo”. Tới đó, người chơi không chỉ được trượt tuyết thỏa thích mà còn tha hồ lựa chọn những bãi tuyết đẹp trên thế giới. Nếu bạn muốn thử nhảy dù từ một độ cao thật đáng sợ, VR sẽ giúp bạn trải nghiệm cảm giác đó. VR cũng có thể đặt chúng ta vào những môi trường giả tưởng, hoàn toàn khác thế giới thực nhưng lại rất thực theo cảm nhận của các giác quan. Theo hướng này, sự ly kỳ của những game nhập vai trong thực tại ảo có lẽ chỉ còn phụ thuộc vào biên độ của trí tưởng tượng |act:detail|newsid:2055 . Du lịch, một trong số những lĩnh vực đã và đang ngày càng đem lại doanh thu lớn cho kinh tế đất nước. Để góp phần cho du lịch phát triển và giữ vững vai trò là một trong số những ngành kinh tế mũi nhọn của đất nước thì bên cạnh các hoạt động dịch vụ thương mại, phải nói đến sự đóng góp to lớn của sức mạnh công nghệ (Công nghệ bảo tồn, nâng cấp danh lam, thắng cảnh). Ngày nay, cùng sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và khoa học kỹ thuật, con người có thể thực hiện được nhiều hơn những gì mà trước đó mới chỉ được đưa ra trên sách vở. Bên cạnh việc ứng dụng trong du lịch, thực tại ảo còn giúp duy trì các di sản văn hóa. Thực tại ảo sử dụng không gian ba chiều (3D), đem đến cho khách du lịch cơ hội được tham gia những chuyến du lịch đặc biệt, cơ hội được đến thăm những địa danh nổi tiếng trong quá khứ một cách sống động. Với công nghệ mô hình hóa 3D do Đại học Geneva (Thụy Sĩ) phát triển sẽ giúp bạn thực hiện một phần điều đó . Tới nay, các nhà nghiên cứu trong nhóm Miralab đã phát triển các mô hình thực tại ảo của hai thánh đường Hồi giáo Thổ Nhĩ Kỳ thuộc niên đại Ottoman, thế kỷ 16, cho phép “du khách” vãn cảnh và khám phá tòa dinh thự trong thời gian thực. Cả hai công trình này đều là di sản văn hóa thế giới tại thành phố Istanbul của Thổ Nhĩ Kỳ. Lúc mới xây dựng, cùng vào thế kỷ 6, thánh đường Hagia Sofia vốn là một nhà thờ Thiên Chúa giáo, còn thánh đường Aya Sofya từng là nhà thờ thánh Sergius và Bacchus. Hình 1.7. Toàn cảnh Thánh đường Aya Sofya Hình 1.8. Thánh đường Hagia Sofia nhìn từ bên ngoài Trong dự án, các nhà nghiên cứu đã sử dụng sơ đồ kiến trúc, cùng những bức ảnh và video độ phân giải cao để tạo nên hình mẫu ảo của các thánh đường. Cùng với các tòa nhà, họ còn tạo ra những nhân vật ảo, trong đó có cả một thầy tế, để mô phỏng những buổi hành lễ vào thứ sáu hàng tuần của kỷ nguyên Ottoman. Người xem có thể dùng chuột để khảo sát những mô hình này trong thời gian thực, phóng to (zoom) sát lại để nhìn ngắm chi tiết của các bức tranh khảm trên tường hoặc lùi ra xa để quan sát toàn cảnh nội thất tòa thánh đường. Từng chi tiết nhỏ như đồ nội thất, màu sắc và kết cấu của các công trình đều được tạo hình trung thực với lịch sử. Thêm vào đó, khung cảnh, ánh sáng và âm thanh cũng thay đổi theo vị trí của con trỏ. Mục đích của dự án là cung cấp một lựa chọn mới thay cho những tấm ảnh hoặc sơ đồ của các vật thao tác, đồng thời giúp những người muốn tìm hiểu lịch sử được đắm chìm trong không khí của quá khứ. Nedjma Cadi-Yazli, thành viên nhóm nghiên cứu Miralab nhận xét: “Công nghệ này cho phép phục chế những di sản đang gặp nguy hiểm, với bầu không khí và bối cảnh của các tòa nhà thuộc thời đại đó. Chúng tôi đang cố gắng tạo ra ấn tượng về sự du hành ngược thời gian... Những minh họa này, được thể hiện với hình ảnh ba chiều và âm thanh nổi trên màn hình lớn, sẽ giúp người xem cảm thấy như mình đang ở trong tòa nhà”.  Nhóm Miralab cho biết, công trình của họ đưa ra được phương thức chiêm nghiệm quá khứ với công nghệ thực tại ảo, trong khi việc phục chế hoàn toàn các di tích sẽ rất tốn kém, mất nhiều thời gian hoặc không thực tế. Vẫn trong lĩnh vực du lịch, nhằm giới thiệu được nhiều hơn các công trình mang tính lịch sử cho du khách, ngày càng có nhiều dự án được tiến hành để phục hồi các di tích một thời nổi tiếng nhưng đã bị tổn hại hoặc phá hủy do thời gian cũng như các yếu tố tác động khác. Trong đó phải kể đến công trình của một nhóm các nhà nghiên cứu thuộc Đại học Warwich, Anh, đã sử dụng công nghệ máy tính hiện đại 3 chiều để tạo ra một mô hình thực tại ảo của Odeon of Pericles - nhà hát được xây dựng vào giữa thế kỷ thứ 5 trước công nguyên ở Athens, Hy Lạp. Đây là nhà hát trong nhà đầu tiên và là một nguyên mẫu đối với các thính phòng hiện đại . Hình 1.9. Nhà hát Odeon of Pericles. Phục hồi nhà hát cổ bằng máy tính, Nhóm nghiên cứu dự định tái tạo 30 nhà hát ở châu Âu, từ nhà hát Dionysus ở Athens cho tới nhà hát Globe ở London. Họ hy vọng việc sử dụng mô hình thực tại ảo sẽ tạo được điều kiện để hiểu rõ hơn về các vở kịch cổ và những địa điểm nơi chúng được trình diễn lần đầu tiên. Trên đây là phần trình bày về một số ứng dụng tiêu biểu của thực tại ảo trong du lịch, giải trí. Trong hai lĩnh vực này, với công nghệ mô phỏng, thực tại ảo ngày càng có vai trò tác động hiệu quả đến việc nâng cao chất lượng và thúc đẩy nền công nghiệp giải trí, du lịch phát triển hiện đại hơn. Trong giáo dục Giáo dục bao giờ cũng là mối quan tâm hàng đầu với mỗi quốc gia. Đặc biệt với các nước phát triển thì ngân sách và chiến lược dành cho giáo dục là tương đối lớn. Nhất là trong thời đại ngày nay, khi khoa học công nghệ không ngừng đổi mới và phát triển thì giáo dục và các thành phần liên quan cũng được đổi mới một cách tương ứng. Trong đó phải kể đến những đóng góp to lớn của công nghệ thông tin và truyền thông trong việc đổi mới và nâng cao chất lượng giáo dục. Việc ứng dụng công nghệ thông tin và Internet đang dần dần trở thành một phương pháp hiệu quả góp phần nhanh chóng rút ngắn khoảng cách trong giáo dục giữa các vùng miền. Với việc ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông, các bậc phụ huynh trên cả nước có thể chia sẻ kinh nghiệm về cách chăm sóc con cái, các giáo viên có thể chia sẻ các tư liệu ảnh, phim, các bài giảng và giáo án với nhau, để xây dựng một " kho tài nguyên " khổng lồ phục vụ cho việc giảng dạy của mỗi người. Bên cạnh đó, học sinh cũng có thể thông qua các mạng xã hội để trao đổi những kiến thức về học tập và thi cử. Trong đó, công nghệ thông tin được sử dụng để: Điều hành quản lý giáo dục + Tin học hóa công tác quản lý ở các cấp quản lý giáo dục (Bộ, sở, phòng) và ở các cơ sở giáo dục. Xây dựng hệ thống thông tin quản lý giáo dục và thống kê giáo dục thông qua việc tích hợp cơ sở dữ liệu từ các cơ sở giáo dục đến các cấp quản lý giáo dục. + Từng bước áp dụng và phát triển hình thức chuyển phát công văn, tài liệu qua mạng. + Khai thác và sử dụng kết quả phân tích dữ liệu thi tốt nghiệp trung học phổ thông và thi tuyển sinh đại học, cao đẳng do Bộ Giáo dục và Ðào tạo cung cấp hàng năm trong công tác quản lý giáo dục của địa phương, đánh giá công tác của từng hội đồng coi thi, chấm thi. Đổi mới phương pháp dạy học Triển khai áp dụng công nghệ thông tin trong dạy và học, hỗ trợ đổi mới phương pháp giảng dạy, tích hợp ứng dụng công nghệ thông tin ngay trong mỗi môn học một cách hiệu quả và sáng tạo ở những nơi có điều kiện thiết bị tin học; xây dựng nội dung thông tin số phục vụ giáo dục. Phát huy tính tích cực tự học, tự tìm tòi thông tin qua ._.mạng internet của người học; tạo điều kiện để người học có thể học ở mọi nơi, mọi lúc, tìm được nội dung học phù hợp; xóa bỏ sự lạc hậu về công nghệ và thông tin do khoảng cách địa lý đem lại. Khuyến khích giáo viên, giảng viên soạn bài trình chiếu, bài giảng điện tử và giáo án trên máy tính. Khuyến khích giáo viên, giảng viên trao đổi kinh nghiệm giảng dạy qua website của các cơ sở Giáo dục và Ðào tạo và qua diễn đàn giáo dục trên website bộ. Triển khai mạnh mẽ công nghệ học điện tử (e-Learning). Tổ chức cho giáo viên, giảng viên soạn bài giảng điện tử e-Learning trực tuyến; tổ chức các khóa học trên mạng, tăng tính mềm dẻo trong việc lựa chọn cơ hội học tập cho người học . + Các hình thức ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học: Hiện nay, trên thế giới người ta phân biệt rõ ràng 2 hình thức ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy và học, đó là Computer Base Training ( CBT - dạy học dựa vào máy tính), và E-learning (học dựa vào máy tính). Trong đó: CBT là hình thức giáo viên sử dụng máy vi tính trên lớp, kèm theo các trang thiết bị như máy chiếu (hoặc màn hình cỡ lớn) và các thiết bị đa phương tiện (multimedia) để hỗ trợ truyền tải kiến thức đến học sinh, kết hợp với phát huy những thế mạnh của các phần mềm máy tính như hình ảnh, âm thanh sinh động, các tư liệu phim, ảnh, sự tương tác người và máy. Hình thức này hỗ trợ cho giáo viên, lấy người dạy làm trung tâm và cơ bản vẫn dựa trên mô hình lớp học cũ . E-learning là hình thức học sinh sử dụng máy tính để tự học các bài giảng mà giáo viên đã soạn sẵn, hoặc xem các đoạn phim về các tiết dạy của giáo viên, hoặc có thể trao đổi trực tuyến với giáo viên thông mạng Internet. Điểm khác cơ bản của hình thức E-learning là lấy người học làm trung tâm, người học sẽ tự làm chủ quá trình học tập của mình, người dạy chỉ đóng vai trò hỗ trợ việc học tập cho người học. Đây là hình thức học hoàn toàn mới, lấy người học làm trung tâm, trong khi người dạy chỉ là đóng vai trò là người hỗ trợ . + Sử dụng các bài giảng điện tử trong dạy học Từ nhiều năm nay, trong các nhà trường đã sử dụng tương đối phổ biến mô hình giảng dạy sử dụng bài giảng điện tử cùng với các trang thiết bị khác như máy tính, máy chiếu (projector),... Bài giảng điện tử và các trang thiết bị này có thể coi là những công cụ dạy học đa năng vì nó có thể thay thế cho hầu hết các công cụ dạy học khác từ truyền thống (tranh vẽ, bản đồ, mô hình,...) đến hiện đại (cassette, ti vi, đầu video...). Hơn nữa, nếu các bài giảng điện tử được đầu tư xây dựng cẩn thận thì sẽ đem lại hiệu quả hơn hẳn, tạo được sự hấp dẫn và học sinh có thể tiếp thu bài giảng dễ dàng hơn. Bài giảng điện tử góp phần trợ giúp cho việc giảng dạy của giáo viên, là sự kết hợp những ưu điểm của phương pháp dạy học truyền thống và của các công nghệ hiện đại để đem lại hiệu quả tốt nhất cho giờ dạy. Trong dạy học - dạy học thực hành Với những nước có nền khoa học phát triển, thí nghiệm – thực hành ảo đã và đang được sử dụng như một phương pháp nghiên cứu, dạy học cơ bản. Tại Viện lịch sử khoa học Max Planck (Berlin), nhà bác học Sven Dierig đã xây dựng dự án tạo mô hình ba chiều của Viện sinh lý học Bois-Reumond (Pháp) từ đó, mọi người có thể lên mạng tham quan và học tập. Mặc dù vậy, do kinh phí của dự án quá lớn, Dierig và các đồng nghiệp đã lập kế hoạch xây dựng một phòng thí nghiệm ảo thay cho cả một viện trên thực tế. Phòng thí nghiệm này sẽ là công cụ học tập và là một kho tư liệu nghiên cứu cho sinh viên và những đối tượng quan tâm. Sự mở cửa của phòng thí nghiệm ảo sẽ tạo điều kiện cho mọi người có cơ hội tìm hiểu và tái tạo lại công việc của các nhà khoa học đóng vai trò tiên phong trong lĩnh vực khoa học thế giới . Nhất là trong thời kỳ hiện nay, khi mà môi trường bên ngoài trường học có rất nhiều các hình thức vui chơi giải trí hiện đại và các chương trình thú vị khác chi phối đến sự quan tâm của người học. Trong khi đó, giáo dục lại là nền tảng đào tạo và phát triển nhân cách con người, từ đó đặt ra yêu cầu cho các nhà quản lý giáo dục là phải tìm được phương pháp giáo dục mới có khả năng kích thích sự say mê và tính giác của người học. Thực tại ảo ra đời đã góp phần giải quyết tương đối hiệu quả vấn đề này. Úng dụng thực tại ảo trong dạy học, với tác dụng to lớn của máy tính và các phần mềm ứng dụng cho học tập đã và đang trở thành một phương pháp dạy học tối ưu trong thời đại hiện nay. Thực tại ảo được biết đến trong giáo dục, đặc biệt trong giảng dạy với các phầm mềm mô phỏng trong: thí nghiệm – thực hành ảo, mô phỏng phản ứng hóa học, minh họa hiện tượng vật lý, thể hiện lại các cuộc chiến trong trong lịch sử…bằng các chương trình máy tính thông minh. Thực tại ảo đem đến cho người học cái nhìn trực quan, giúp người học dễ tiếp thu tri thức, rèn luyện kỹ năng mà không nhất thiết phải tiến hành trong các điều kiện thực có thể không cần thiết hoặc nguy hiểm đến sức khỏe người học. Trong lĩnh vực toán học, chúng ta đã được làm quen với khái niệm thuật ngữ ảo trong nội dung về số phức được giới thiệu trong chương tình toán cao cấp: Số phức ( Complex number) là số được biểu diễn bởi tổng của một số thực và một số ảo (số không thực). Được biểu diễn dưới dạng: z = a + bi Trong đó: Đơn vị ảo i được đặc trưng bởi biểu thức: Với a, b là các số thực : a là phần thực b là phần ảo, ib là phần ảo Trong vật lý và hóa học, thí nghiệm – thực hành ảo cũng được ứng dụng hiệu quả. Thay thế cho việc thực hiện các thí nghiệm có khả năng gây nguy hiểm, ảnh hưởng không tốt đến người tiến hành. Hình 1.10. Giao diện phần mềm giúp học tôt vật lý Physics Simulations Hình 1.11. Phần mềm thiết kế thí nghiệm vật lý ảo lớp 12 Trước đó, trong nội dung chương trình phổ thông, chúng ta cũng đã được làm quen với thuật ngữ ảo này trong nội dung vật lý quang học với các khái niệm như: ảnh ảo, tiêu điểm ảo… Trong hóa học: Phương pháp được áp dụng làm mới trong con đương truyền đạt kiến thức đó là sử dụng phòng thí nghiệm hóa học ảo, Crocodile Chemistry. Hóa học, môn học hay với nội dung thực hành luôn đem lại hứng thú cho học sinh, với nhiều phản ứng vui nhộn nhưng cũng không kém phần nguy hiểm. Tuy vậy, thời gian học trên lớp được tự tay thực hành cũng như xem các giáo viên làm thí nghiệm là không nhiều. Do đó, một phòng thí nghiệm ảo tại nhà là cần thiết cho các bạn học sinh được làm thí nghiệm để nắm vững kiến thức đã học và có thể chánh được những rủi ro trong quá trình tiến hành thí nghiệm. Hình 1.12. Giao diện làm việc của Crocodile Chemistry Trong thiết kế mạch điện - điện tử, hai trong số các phần mềm thông dụng được sử dụng là phần mềm vẽ mạch và mô phỏng Orcad và Proteus. ORCAD là một công cụ thiết kế mạch điện tử đơn giản và phổ biến. Với Orcad, người học có thể thiết kế, lắp đặt và chạy mô phỏng một mạch điện tử cụ thể, thiết kế mạch in… Phần mềm vẽ mạch điện tử Proteuos. Proteuos là phần mềm chuyên vẽ mạch in và mô phỏng mạch trên không gian ba chiều. Proteuos cho phép mô phỏng hoạt động của mạch điện tử, thiết kế mạch và viết chương trình điều khiển cho các họ vi mạch. Sử dụng Proteus, người dùng có thể quan sát quá trình ghép nối, đi dây một cách trực quan, hiểu được nguyên tắc hoạt động của một số mạch cơ bản. Ứng dụng cho thực hành điện tử, kỹ thuật số… Trong lĩnh vực cơ khí, phần mềm thiết kế cơ bản thông dụng hiện nay là phần mềm CAD (computer – Aided Design), là phần mềm thiết kế với sự trợ giúp của máy tính. Việc lựa chọn phần mềm thiết kế nào phụ thuộc vào mục đích công việc và thói quen sử dụng của từng đối tượng. Trong đó, một số phần mềm thiết kế cơ bản phổ biến như: ProE, SolidWord,…cũng có chức năng tương tự. Chương trình CAD hiện nay không chỉ cho phép vẽ đối tượng trong không gian hai chiều mà còn có khả năng dựng hình trong không gian ba chiều (3D) dạng khối đặc (solid), dạng mặt (surface), dạng khung lưới (wireframe). Trong CAD, người dùng chỉ cần thực hiện thao tác thiết kế, chọn chi tiết, kiểu ghép nối và liên kết chúng, sau đó các công việc tiếp theo sẽ được phần mềm tính toán và xử lý. Dựa trên sự tính toán này có thể cung cấp những thông số cần thiết vè mặt cơ học: khả năng chịu lực, biến dạng…của chi tiết máy, giúp cho việc điều chỉnh thiết kế đạt hiệu quả thực tế tốt nhất… Cùng với việc sử dụng các phòng thí nghiệm ảo là sự ứng dụng thực hành ảo trong dạy học. Những bài tập thực hành luôn đem lại hứng thú cho học sinh và góp phần củng cố kiến thức đã học. Tuy nhiên, cơ sở vật chất của một số trường chưa đáp ứng được nhu cầu cơ sở hạ tầng cho các phòng thí nghiệm, thực hành. Bên cạnh đó, việc thao tác với hóa chất cũng như các thành phần trong các thí nghiệm lại đòi hỏi sự thận trọng cao. Do đó, cùng với xu hướng sử dụng những công nghệ tiên tiến trong đào tạo hiện nay để nâng cao chất lượng giáo dục, ngày càng có những sản phẩm công nghệ cao đáp ứng nhu cầu đó ra đời. Một trong những sản phẩm được đánh giá tốt về tính năng ưu việt và những tiện ích là VLab – phòng thực hành ảo (Virtual laboratory). Virtual laboratory là một khái niệm về phòng thực hành ảo, mà ở đó các học viên có thể thực hành và lựa chọn các ứng dụng như trong một phòng thực hành đầy đủ. Những bài tập thực hành luôn đem lại hứng thú cho học viên, nó góp phần củng cố những lý thuyết đã được giảng dạy. Để xây dựng và sử dụng hiệu quả phòng thực hành ảo đòi hỏi phải cung cấp đầy đủ các yếu tố về mặt kỹ thuật, công nghệ thông tin và các thiết bị cài đặt cần thiết. Nhưng sự thuận lợi khi sử dụng phòng thực hành ảo là không yêu cầu phải đặt cơ sở hạ tầng, chi phí máy móc, trang thiết bị. Khi các điều kiện này được đáp ứng đầy đủ thì việc dùng phương pháp thực hành ảo sẽ hình thành kỹ năng thao tác máy tính và công nghệ thông tin cho người học, giúp người học có những lựa chọn phù hợp cho việc học tập và nghiên cứu chất lượng hơn nữa, đáp ứng tốt những đòi hỏi khắt khe của công việc trong tương lai. Một cách tổng quát, công nghệ thực tại ảo đang ngày càng khẳng định vị trí và hiệu quả của mình trong các lĩnh vực. Trong dạy học, thực tại ảo được biết đến với thuật ngữ thí nghiệm – thực hành ảo, về bản chất chính là việc sử dụng các phần mềm mô phỏng hỗ trợ cho quá trình dạy và học. Trong lĩnh vực khoa học – kỹ thuật và một số lĩnh vực khác Như chúng ta đã biết, động lực để xã hội tiến bộ không ngừng là tri thức và sự phát triển của tri thức. Sự hiểu biết thế giới và xã hội loài người ngày càng sâu sắc là do chính con người tạo ra. Kho tàng tri thức ấy chính là khoa học. Sự ra đời ngày càng nhiều tri thức là do quá trình nghiên cứu khoa học, đã và đang không ngừng làm giàu thêm kho tàng tri thức của con người. Khoa học là hệ thống những tri thức về tự nhiên, xã hội và tư duy, về những qui luật phát triển khách quan của tự nhiên, xã hội và tư duy, hệ thống tri thức này hình thành trong lịch sử và không ngừng phát triển trên cơ sở thực tiễn xã hội. Khoa học là một lĩnh vực (không chỉ là tri thức) hoạt động nghiên cứu nhằm mục đích sản xuất ra những tri thức mới về tự nhiên, xã hội và tư duy. Để tìm hiểu, nghiên cứu khoa học, có rất nhiều phương pháp được sử dụng. Trong đó phải kể đến phương pháp mô phỏng, tái hiện thực tế bằng các phần mềm mô phỏng để tiến hành công việc nghiên cứu. Bằng việc sử dụng các phần mềm và thiết bị mô phỏng, các nhà khoa học có điều kiện xây dựng, thử nghiệm các phản ứng, dây chuyền phức tạp trước khi tiến hành trên thực tế. Quá trình thao tác này góp phần giảm thiểu tối đa các tổn thất sai hỏng và có cơ hội nắm bắt được các sự cố bất ngờ có thể xảy ra trong khi tiến hành nghiên cứu. Trong lĩnh vực nghiên cứu và khoa học kỹ thuật, hiện nay, với nguồn tài trợ của Hội đồng Nghiên cứu Kỹ thuật và Khoa học Vật lý, các nhà khoa học của trường Đại học York và Wanwick, Mỹ, đang tiến hành nghiên cứu để xây dựng và hiện thực hóa công trình tái hiện các mô hình lịch sử quy mô lớn với sự cảm nhận chân thực của cả năm giác quan. Theo nhóm các nhà khoa học này, họ cho rằng có thể xác định được bí quyết cần thiết để biến ý tưởng này thành hiện thực, trong một dự án có tên “Hướng tới Tính ảo Thực”. “Tính ảo Thực” là một thuật ngữ được nhóm nghiên cứu đề ra nhằm nhấn mạnh vào mục đích cung cấp một trải nghiệm “thực” trong đó tất cả các giác quan được kích thích theo một cách mà người sử dụng đạt tới một trải nghiệm tri giác hoàn chỉnh, trong đó đối tượng trải nghiệm không thể phân biệt đó là thực hay ảo. Nhóm nghiên cứu cho biết, các dự án về Thực tại Ảo đơn thuần chỉ tập trung vào một hoặc hai trong số năm giác quan, thường là nghe và nhìn còn nghiên cứu của nhóm tập trung vào cả năm giác quan. Giác quan “Ngửi” sẽ được phát sinh bằng tín hiệu điện tử thông qua một kỹ thuật đang được nhà nghiên cứu Alan Chalmers và nhóm nghiên cứu của Warwick nghiên cứu. Kỹ thuật này sẽ đưa ra một công thức mùi được tiền xác định theo yêu cầu. “Nếm” và “ngửi” được liên kết chặt chẽ với nhau nhưng nhóm dự định cung cấp một giác quan nhất quán liên quan tới vị được cảm nhận trong miệng. Các thiết bị xúc giác sẽ cung cấp chức năng cảm nhận qua sờ mó. Một đối tượng chính sẽ được thực nghiệm để đánh giá cách năm giác quan tương tác với nhau như trong đời thực . Với dự kiến kết quả nghiên cứu này, công nghệ thực tại ảo sẽ ngày một được xây dựng hoàn thiện và hiệu quả ứng dụng ngày càng cao. Phạm vi ứng dụng của rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực đời sống, xã hội, khoa học – kỹ thuật. Trong đó, mô phỏng là một dạng thể hiện nổi bật của thực tại ảo đã và đang được ứng dụng hiệu quả trong: quân sự, công nghệ chế tạo, kiến trúc… Trong công nghệ chế tạo, công việc chế tạo và thử nghiệm máy bay bước đầu được tiến hành bằng các mô hình mô phỏng được thiết kế và chạy thử trên máy tính. Công nghệ thiết kế 3D với các công nghệ kỹ thuật hiện đại, hình ảnh sơ khai của sản phẩm được xây dựng và hiển thị trên không gian ba chiều, các phần mềm mô phỏng sẽ mô tả nguyên lý hoạt động của máy bay nhờ sự hiển thị của máy tính và các thiết bị hỗ trợ…Và một loạt các hệ thống chế tạo trong lĩnh vực sản xuất và lắp giáp cơ khí: sản xuất ô tô, máy móc công nghiệp, xây dựng các hệ thống lò luyện nhiện, điện, nguyên tử…cũng áp dụng công nghệ này để nâng cao chất lượng và góp phần giảm thiểu chi phí, sai hỏng trong quá trình nghiên cứu và xây dựng. Đặc biệt trong công nghiệp ô tô, mô phỏng số đã được ứng dụng để mô phỏng các cuộc va chạm để xem xét mức độ an toàn của ô tô và hành khách. Các mô phỏng va chạm thể hiện sự phá hủy ảo này được sử dụng trong quá trình phân tích và thiết kế các mô hình ô tô . Hình 1.13. Mô phỏng kiểm tra độ an toàn của người trong xe Việc sử dụng phương pháp mô phỏng số trong nghiên cứu và thiết kế chế tạo góp phần giảm bớt chi phí linh kiện và số lượng mẫu thực đòi hỏi cho việc thiết kế, hơn nữa còn tăng chất lượng chế tạo ôtô với các tính năng vượt trội cũng như dự tính trước mọi khả năng hoạt động trong trường hợp xảy ra tai nạn trên thực tế. Trong Khoa học quân sự, quốc phòng: Trong quân sự, công nghệ thực tại ảo - VR được dùng để mô phỏng chiến địa, tạo các thiết bị và môi trường ảo giúp tập bắn, tập lái xe tăng, lái máy bay... Giúp cung cấp những điều kiện luyện tập, thử nghiệm tốt nhất cho lực lượng quân đội. + Phần mềm mô phỏng lái máy bay: Được thiết kế để hỗ trợ cho quá trình đào tạo phi công trong các lĩnh vực liên quan đến hàng không, không quân. Với phần mềm này, người học được đặt trong môi trường với các trang thiết bị và điều kiện như trong một khoang lái thực chỉ khác là nó ở đây nó được thể hiện bằng máy tính . Hình 1.14. Màn hình mô phỏng lái máy bay[25] Trong đó: Tốc độ (hải lý) Góc phương vị Góc nghiêng Tốc độ lên thẳng (bộ/phút) Thoát tính năng trình mô phỏng bay Van tiết lưu Cánh đuôi lái Cánh nhỏ của máy bay Bánh lái độ cao Chỉ báo cửa nạp và hộp số Góc chúc ngóc (độ) Cao độ (bộ trên mực nước biển) Với giao diện được thể hiện như trên màn hình, người học sẽ sử dụng bàn phím và chuột để tương tác với trình mô phỏng máy bay. Thao tác với phần mềm mô phỏng máy bay hình thành cho người học những kỹ năng phản xạ cơ bản để có thế thao tác tập luyện tốt hơn trên không gian thực, nhằm nâng cao chất lượng thực hành trong quá trình luyện tập. Trong Kiến trúc: Với một máy tính cài phần mềm xem thực tại ảo, các kiến trúc sư có thể giúp khách hàng của mình nhìn ngắm bên ngoài, xem xét bên trong ngôi nhà mà họ xắp xây dựng. Khách hàng còn có thể tải thử các loại đồ nội thất ảo từ dịch vụ của một nhà cung cấp về bố trí trong nhà ảo xem có ưng ý hay không, cảm nhận một cách trung thực nhất không gian sống tương lai, từ đó có thể đưa ra yêu cầu chỉnh sửa kịp thời. Đó chính là các tính năng khi thiết kế nội thất với công nghệ mô phỏng. Với sự trợ giúp của các phần mềm mô phỏng, kiến trúc sư có thể thiết kế, xây dựng, thử nghiệm công trình của mình trong những điều kiện môi trường khác nhau mà không cần tiêu tốn nhiều thời gian và kinh phí, giúp cho sản phẩm thiết kế đạt được chất lượng tốt nhất trước khi xây dựng trên thực tế. Trong Y học: Người ta ứng dụng thực tại ảo để tạo môi trường cho các cuộc phẫu thuật thử nghiệm, phẫu thuật mẫu hoặc cũng có thể được ứng dụng với các cuộc phẫu thuật từ xa cho các bác sỹ. Trong môi trường ảo này, các cuộc phẫu thuật được tiến hành không cần có bệnh nhân mà vẫn như đang được tiến hành trực tiếp trên bệnh nhân thực. Với thực tại ảo, các bác sỹ có cơ hội thử nghiệm phẫu thuật trên những bệnh nhân mô phỏng, vừa nâng cao tay nghề, vừa nắm bắt được các khả năng đột biến có thể xảy ra khi phẫu thuật với các bệnh án phức tạp, góp phần giảm nguy hiểm và đảm bảo thành công ca phẫu thuật trước khi tiến hành trên bệnh nhân thực. Đặc biệt nếu có xảy ra sai sót trong quá trình tiến hành thì cũng không để lại hậu quả nào. Nói chung, công nghệ thực tại ảo, về mặt bản chất chính là sự ứng dụng các phần mềm mô phỏng, còn được sử dụng trong các hoạt động mang tính phổ biến kiến thức và các hoạt động có tính chất xã hội (Phần mềm ứng dụng thực tiễn). Trong đó, một trong số các đóng góp quan trọng phải kể đến của của thực tại ảo mà cụ thể ở đây là hình thức thực hành ảo, đó là phần mềm sát hạch lái xe ô tô, xe máy… Phần mềm sát hạch lái xe: Là phần mềm được xây dựng trên ngôn ngữ Visual Basic.Net và được phát triển trên môi trường web giúp phổ biến một cách rộng rãi những kiến thức về luật giao thông cho công chúng. Phần mềm có nhiều chức năng: thi trắc nghiệm, xem biển báo, tài liệu tham khảo, thống kê,…. Trong đó, phần thi trắc nghiệm là phương tiện hỗ trợ đắc lực giúp người dùng có thể vượt qua phần thi lý thuyết bắt buộc trong bất kỳ kỳ thi lấy Giấy phép lái xe nào đối với tất cả các loại xe cơ giới. Phần mềm lái xe trực tuyến có giao diện đẹp mắt, thân thiện, được mô phỏng theo Phần mềm Thi sát hạch Lý thuyết Lái xe chính thức của Cục Đường bộ Việt Nam . Hình 1.15. Giao diện thi lý thuyết lái xe ô tô, mô tô 2 bánh[26 ] Đặc biệt là nội dung thực hành được thể hiện trực quan, dễ hiểu với các hình ảnh diễn tả qui trình giống như bài thi thực hành trên thực tế, giảm được đáng kể thời gian yêu cầu dành cho giảng dạy so với việc học trực tiếp trên xe thật. Hình 1.16. Mô phỏng lái xe ô tô Hệ thống tập lái ô tô, Phần mềm được thiết kế đơn giản, dễ sử dụng, giúp người học có điều kiện tham gia thi và thực hành trên môi trường ảo nhưng về bản chất thì tương tự như các cuộc thi thật trong thực tế, rèn luyện kỹ năng thi thực hành, nắm được các điểm mấu chốt quan trọng trong nôi dung bài thi. Tất cả các ứng dụng thí nghiệm – thực hành ảo được giới thiệu ở trên đều được xây dựng và mở rộng trên nền tảng sự ứng dụng công nghệ thông tin và các sản phẩm công nghệ thông tin. Với một số các ứng dụng tiêu biếu sử dụng công nghệ hiệu quả công nghệ thông tin và truyền thông được giới thiệu trên đây, chúng ta thấy tác động của các thành quả công nghệ đến sự phát triển các mặt đời sống xã hội là rất lớn. Nhất là trong lĩnh vực giáo dục, sự áp dụng công nghệ thông tin đóng một vai trò quan trọng giúp nâng cao hiệu quả giáo dục và đào tạo. Trong đó, việc sử dụng phương pháp sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo đang từng bước trở thành một phương pháp dạy học hiệu quả, góp phần cung cấp, trao dồi tốt nhất tri thức, kỹ năng tiến tới từng bước hoàn thiện nhân cách để có thể xây dựng nên những con người lao động trong thời đại mới, thời đại phát triển tri thức, khoa học và công nghệ. Cơ sở lý luận về ứng dụng TN – TH ảo trong dạy học thực hành 1.2.1. Một số khái niệm 1.2.1.1.Một số khái niệm liên quan đến Thí nghiệm – thực hành ảo a. Thí nghiệm – thực hành Thí nghiệm Trong quá trình giảng dạy và nghiên cứu khoa học, các nhà khoa học phải tiến hành các thí nghiệm để kiểm nghiệm và chứng minh các giả thuyết của mình. Đặc biệt là trong phương pháp nghiên cứu thực nghiệm thì vai trò của thí nghiệm lại càng trở nên quan trọng. Phương pháp thực nghiệm được định nghĩa theo từ điển Tiếng Việt “ là một phương pháp khoa học được tiến hành dựa trên việc quan sát, phân loại, nêu giả thuyết và kiểm nghiệm giả thuyết bằng thí nghiệm”. Theo sự định nghĩa này, thí nghiệm được biết đến như là một phương pháp dùng để nghiên cứu thực nghiệm, trong đó chủ thể tác động là người tiến hành thí nghiệm, thực hiện việc xây dựng, điều khiển và phục hồi quá trình diễn biến trong những điều kiện xác định giống nhau. Một cách đơn giản, thí nghiệm là sự kiểm nghiệm lại lý thuyết, thực hiện các hoạt động nhằm kiểm nghiệm tính chân lý của giả thuyết đưa ra. Vậy, thí nghiệm chính là việc tạo ra một hiện tượng theo qui mô đủ nhỏ để quan sát nhằm củng cố kiến thức đã học hoặc kiểm nghiệm một giả thuyết được dự đoán trước trên cơ sở lý luận . Trên thực tế, bất kỳ một giả định nào được đưa ra cũng cần được kiểm nghiệm và đánh giá mới đảm bảo được tính chân thực và tính khả thi của nó. Quá trình xác thực giả thuyết này chính là quá trình tiến hành một loạt các thí nghiệm nhằm đảm bảo sự chân thực hoặc phủ định tiền đề đã đưa ra. Trong giáo dục nói riêng, thí nghiệm có vai trò rất quan trọng đến việc phát triển nhận thức của con người về thế giới và các hiện tượng xung quanh. Thí nghiệm là một phần của hiện thực khách quan được thực hiện hoặc tái tạo lại trong những điều kiện xác định 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 mục đích của mình. Như vậy, thí nghiệm có thể được hiểu là “ việc thực hiện một loạt các thao tác một cách có chủ ý lên các đối tượng cụ thể trong điều kiện xác định cho trước để quan sát, thu nhận thông tin về sự ảnh hưởng của các yếu tố tác động lên đối tượng. Trên cơ sở đó khảo sát, đánh giá, kiểm nghiệm, chứng minh hoặc bác bỏ một giả thuyết khoa học hay một giả định đã đưa ra. Thực hành Ông cha ta có câu : “Trăm hay không bằng tay quen” Từ xưa, trong tầng lớp lao động đã từng quan niệm rằng lí thuyết hay cũng không bằng thức hành giỏi, điều đó cho thấy người xưa đã đề cao vai trò của thức hành. Ngày nay với sự phát triển của xã hội, quan niệm lí thuyết và thực hành được hiểu theo một cái nhìn đúng đắn hơn. Học và hành lúc nào cũng đi đôi, không thể tách rời nhau. Điều đó cũng đã được chủ tịch Hồ Chí Minh khẳng định: “Học với hành phải đi đôi, học mà không hành thì vô ích, hành mà không học thì hành không trôi chảy.” Thực hành là ứng dụng kiến thức, lí thuyết cho thực tiễn đời sống. Do vậy, trong cuộc sống cũng như trong khoa học kỹ thuật, lý thuyết phải luôn đi đôi với thực hành. Tất cả những kiến thức thuần túy lý thuyết chỉ là điều kiện cần để có thể bắt tay vào nghiên cứu bất cứ một vấn đề cụ thể nào. Theo từ điển Tiếng Việt, thực hành được định nghĩa một cách khái quát là “làm để áp dụng lý thuyết vào thực tế”. Hay nói một cách khác, thực hành chính là quá trình ứng dụng lý thuyết vào thực tiễn. Dựa trên cơ sở nền tảng những tri thức thu thập được trên lý thuyết, áp dụng được vào từng trường hợp riêng biệt trong thực tế, đó chính là bản chất của quá trình thực hành. Thực hành vừa là mục đích vừa là phương pháp học tập. Thí nghiệm – thực hành ảo Thí nghiệm – thực hành ảo là một hình thức thể hiện của thực tại ảo. Như đã giới thiệu ở trên, thực tại ảo là một hệ thống giao diện cao cấp giữa người sử dụng và máy tính, nó mô phỏng sự vật hiện tượng theo thời gian thực và tương tác với người sử dụng thông qua tổng hợp các kênh cảm giác. Thực tại ảo có tiềm năng ứng dụng vô cùng lớn. Các lĩnh vực có thật trong cuộc sống đều có thể ứng dụng công nghệ thực tại ảo để hoàn thiện hơn. Trong nội dung của đề tài, chúng ta nghiên cứu về thí nghiệm – thực hành ảo, một hình thức thể hiện của thực tại ảo để ứng dụng cho quá trình dạy học, đặc biệt là dạy học thực hành. Thí nghiệm – thực hành ảo Là quá trình người học tiến hành thao tác với máy tính và các thiết bị hỗ trỡ dưới sự hướng dẫn của người dạy thực hiện các nội dung thí nghiệm – thực hành mà không cần phải làm trực tiếp trong môi trường thí nghiệm – thực hành thực. Hiện nay, ở các nước phát triển, việc học trở nên thu hút hơn với sự có mặt của các phương tiện dạy học hiện đại. Việc ứng dụng công nghệ thực tại ảo đã và đang được sử dụng rộng rãi. Trong đóphải kể đến một số một công cụ giảng dạy công nghệ mới bên cạnh việc sử dụng các ứng dụng công nghệ thông tin đã biết như: PowerPoint, phần mềm trắc nghiệm, blog, website,…đó là ứng dụng thế giới ảo (Virtual World) trong dạy học . Thế giới ảo, về mặt bản chất tương tự như thực tại ảo, đều là môi trường sống giống như thực song lại không phải thực. Với việc ứng dụng thế giới ảo, người học sử dụng các tấm bảng thông minh và các phần mềm tương tác thực tế ảo trong quá trình học tập. Sự tương tác với các đồ vật ảo được thực hiện trực tiếp trên màn hình (tấm bảng thông minh) bằng chế độ cảm ứng để thay đổi trạng thái hoạt động của các phần tử trên màn hình. Trong nội dung nghiên cứu của đề tài, chúng ta chỉ nghiên cứu về việc ứng dụng thực tại ảo trong một phạm vi hẹp hơn dưới hình thức thí nghiệm – thực hành ảo, được xây dựng và sử dụng dựa trên các phần mềm mô phỏng. Hay thí nghiệm – thực hành ảo chính là các phần mềm mô phỏng. Với phương pháp này người học thực hiện các thao tác thí nghiệm – thực hành với máy tính được cài đặt các phần mềm tương ứng với nội dung bài học, về bản chất chính là việc sử dụng các phần mềm mô phỏng để thực hiện nội dung bài học. Đặc điểm Thí nghiệm – thực hành ảo: Tính trực quan cao, dễ sử dụng, giảm thiểu được chi phí lắp đặt hệ thống kỹ thuật. Sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo, người học có điều kiện được rèn luyện, làm quen trước với môi trường, tình huống thực hành trên thực tế, góp phần đảm bảo và nâng cao chất lượng đào tạo một cách nhanh chóng và hiệu quả. Mô phỏng Thí nghiệm – thực hành ảo trong nội dung đề tài nghiên cứu về bản chất chính là việc sử dụng các phần mềm mô phỏng trong phương pháp giảng dạy. Định nghĩa: Có rất nhiều các định nghĩa khác nhau về mô phỏng, trong đó một số quan điểm về mô phỏng thường được nói đến: Mô phỏng (Simulation), theo từ điển Tiếng Việt có nghĩa là phỏng theo, bắt chước làm theo một mẫu, một hành động, hiện tượng nào đó. Theo Bài giảng Lý luận dạy học – ThS. Tiêu Kim Cương, mô phỏng là thực nghiệm điều khiển được trên mô hình của đối tượng khảo sát (nguyên hình). Mô phỏng thường được dùng trong nhiều hoàn cảnh, bao gồm làm mô hình cho các hệ thống trong tự nhiên hoặc con người. Một cách tổng quát, mô phỏng được hiểu là thực nghiệm quan sát được và điều khiển được trên mô hình của đối tượng khảo sát. Nếu trong trường hợp mô hình là mô hình số thì quá trình mô phỏng được gọi là mô phỏng số (Digital Simulation). Trong giáo dục và đào tạo Mô phỏng thường được sử dụng trong công tác đào tạo nói chung và trong hoạt động của các nhân viên quân sự. Điều này được áp dụng khi việc dùng các thiết bị trên thực tế là quá tốn kém hoặc quá nguy hiểm cho con người. Trong các trường hợp như vậy, họ sẽ sử dụng thời gian vào việc học các bài học trong một môi trường ảo an toàn. Phương pháp này tạo điều kiện thuận lợi cho phép những sai sót có thể xảy ra trong suốt quá trình đào tạo mà vẫn đảm bảo được an toàn với các hệ thống quan trọng. Ví dụ như : trong các trường học ảo, các giáo viên thực hành các kỹ thuật dạy và quản lý lớp học trên các sinh viên đã được mô hình hóa, góp phần tránh được các nguy hiểm có thể xảy ra với sinh viên thực. Trong giáo dục và đào tạo, có 3 loại mô phỏng điển hình thường được sử dụng : + Mô phỏng sống (Live Simulation) : Con người thực dùng các thiết bị, dụng cụ được mô phỏng (hoặc làm giả) trong thế giới thực. + Mô phỏng ảo (Virtual Simulation) : Con người thực dùng các thiết bị, dụng cụ được mô phỏng trong một môi trường được mô phỏng hay môi trường ảo. + Mô phỏng cấu trúc (Constructive Simulation) : Người ảo dùng thiết bị ảo trong môi trường được mô phỏng (môi trường ảo). Mô phỏng, được ứng dụng rộng rãi trong kinh tế, khoa học kỹ thuật cũng như nhiều các lĩnh vực khác. Trong khoa học, mô phỏng là con đường nghiên cứu thứ ba, song song với nghiên cứu lý thuyết và nghiên cứu thực nghiệm trên đối tượng thực. Mô phỏng được dùng khi không thể, không nên hoặc không cần thực hiện trên đối tượng thực. Trên thực tế đã có nhiều công trình nghiên cứu về mô phỏng, tương ứng với nhiều quan điểm xung quanh khái niệm mô phỏng. Trong nội dung nghiên cứu của đề tài, với quan điểm thí nghiệm -thực hành ảo là việc sử dụng các phần mềm mô phỏng, trong phần này, chúng ta nghiên cứu về quá trình mô phỏng trên máy tính (Computer Simulation). Computer Simulation: Mô phỏng trên máy tính đã trở thành một phần có ích của sự mô hình hóa rất nhiều các hệ thống tự nhiên trong vật lý, hóa học, sinh học và các hệ thống con người trong kinh tế và khoa học xã hội, tạo điều kiện tốt nhất cho công việc nghiên cứu đạt được sự hiểu biết sâu sắc về sự hoạt động của các hệ thống đó. Với sự trợ giúp của máy tính, người học thao tác với chuột và bàn phím đề thực hiện nội dung bài học. Trong dạy học, với tốc độ phát triển như vũ bão của các ngành khoa học kỹ thuật, đặc biệt là sự bùng nổ trong lĩnh vực công nghệ thông tin làm cho số lượng tri thức nhân loại tăng lên một cách “chóng mặt” thì phương pháp dạy học truyền thống (phấn trắng, bảng đen) không thể đáp ứng được. Do vậy việc nghiên cứu đổi mới phương pháp giảng dạy bằng việc sử dụng hiệu quả công nghệ thông tin đang là ._.ứng thú học tập của học sinh, trên cơ sở đó việc truyền đạt kiến thức sẽ được trình bày một cách tự nhiên và hiệu quả. b. Phù hợp với thời lượng bài dạy Với mỗi bài dạy cụ thể, tùy thuộc vào nội dung và phạm vi tác động của bài dạy mà thời gian phân bố sẽ khác nhau. Trên lớp học, phần lớn thời gian được dành cho việc truyền đạt nội dung kiến thức mang tính lý thuyết cơ bản, sự tham gia của các bài thí nghiệm, thực hành phải được bố trí phù hợp để không ảnh hưởng đến tiến trình bày dạy. Trên thực tế, để thực hiện một bài thí nghiệm, thực hành, người hướng dẫn phải tốn một khoảng thời gian tương đối để sắp xếp, thao tác với các đối tượng thí nghiệm, thực hành. Với thí nghiệm – thực hành ảo, công việc thao tác với các đối tượng thí nghiệm – thực hành trở nên đơn giản hơn bằng cách thể hiện các thành phần thí nghiệm, thực hành trên máy tính. Do đó, người dạy có thể chủ động điều chỉnh về mặt thời gian tiến hành thí nghiệm, thực hành. Mặc dù vậy, để tiến hành thí nghiệm – thực hành ảo một cách hiệu quả, người dạy kiểm tra, thao tác thử với nội dung thí nghiệm, thực hành để đảm bảo về mặt kỹ thuật trước khi tiến hành dạy trên lớp. c. Phù hợp với tiến trình bài dạy Tiến trình dạy học là hệ thống các bước, quá trình tiến hành, thực hiện mục tiêu bài dạy. Với các bài dạy thí nghiệm, thực hành, việc xây dựng và thực hiện theo tiến trình là yếu tố quan trọng, có đóng góp to lớn đến thành công bài dạy. Thí nghiệm, là hoạt động khoa học nhằm kiểm nghiệm kiến thức còn thực hành là làm để vận dụng lý thuyết vào thực tiễn. Do vậy, việc tiến hành thí nghiệm, thực hành phải tuân theo các bước nhất định, đảm bảo tính trình tự vè hệ thống, thể hiện ở sự phân phối và sắp xếp hợp lý trình tự bài dạy phù hợp với nội dung vấn đề giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi để người học củng cố, tiếp thu và phát triển kiến thức. Bên cạnh đó, tốc độ tiến hành, phân tích và thao tác thí nghiệm, thực hành phải phù hợp với trình độ nhận thức của người học, được xây dựng và áp dụng dựa trên trình độ nhận thức và tư duy của người học. Với các nội dung phức tạp, khó hiểu có thể lập lại thí nghiệm, thực hành để người học dễ quan sát, nắm bắt. Với thí nghiệm – thực hành ảo, thao tác lập lại các bước tiến hành này được thực hiện đơn giản hơn với sự trợ giúp của máy tính. Ngoài ra, việc sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo phù hợp với tiến trình bài dạy còn thể hiện bởi sự chuẩn bị tâm lý cho người học trước khi tham gia thí nghiệm – thực hành. Người học có điều kiện thực hiện lần lượt đúng theo các bước thí nghiệm, thực hành như trên thực tế, tạo sự quen thuộc khi thí nghiệm, thực hành thực. Và đó cũng là một trong số các yếu tố đem đến sự hứng thú và tích cực học tập cho người học. Phù hợp với nguyên tắc sử dụng trực quan trong bài dạy Tính trực quan trong dạy học được thể hiện ở chỗ người dạy sử dụng những vật dụng cụ thể hay ngôn ngữ cử chỉ để giúp cho học sinh hình dung, quan sát được những hình ảnh, khái niệm chân thực nhất về vấn đề nghiên cứu trong nội dung bài học. Trong thí nghiệm, thực hành, thao tác với đối tượng là yếu tố quan trọng. Do đó, các đối tượng cũng như trình tự diễn biến chính của thí nghiệm, hệ thống các thao tác thực hành phải đảm bảo hiển thị đủ lớn cho việc quan sát của cả lớp. Các thao tác thực hiện thí nghiệm, thực hành của giáo viên cần phải sử dụng máy chiếu để phóng to hình ảnh, trình tự thao tác giúp người học quan sát, theo dõi, nhận thức một cách trung thực nhất. Bên cạnh đó, việc sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo với các hệ thống các hình ảnh, màu sắc hiển thị trân thực còn đem lại cho người học khả năng tập trung quan sát quá trình diễn biến bài học. Trong khi đó, không chỉ với việc học tập, nghiên cứu mà trong hầu hết các công việc, sự tập trung là một trong những yếu tố quan trọng, là điều kiện tiên quyết đem đến thành công cho con người. Đối với quá trình dạy học, dù sử dụng phương tiện dạy học nào thì người giáo viên cũng phải thực hiện kết hợp giữa thao tác trên các đối tượng và việc giải thích, làm rõ cho đối tượng. Với thí nghiệm – thực hành ảo, cùng với việc thao tác, giáo viên cần phải hướng dẫn cho học sinh quan sát và giải thích rõ cho họ về trình tự, mối tương quan về hình dáng, sự liên hệ của các đối tượng tham gia thí nghiệm – thực hành ảo với các đối tượng trên thực tế. Dựa trên mối liện hệ này, người học sẽ hiểu và hứng thú hơn với nội dung các bài thí nghiệm, thực hành, giúp cho thí nghiệm, thực hành dần dần không chỉ là hoạt động mang tính bắt buộc phải thực hiện mà sẽ phát huy được sự chủ động, tích cực tham gia tìm hiểu của người học. 3.1.2. Quy trình sử dụng TN – TH ảo trong dạy thực hành Để đảm bảo cho quá trình ứng dụng Thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy học đạt hiệu quả cao thì bên cạnh việc tuân thủ các nguyên tắc cơ bản được đưa ra ở trên thì quá trình áp dụng thí nghiệm – thực hành ảo cũng phải dựa trên một quy trình nhất định. Xây dựng kế hoạch bài dạy Giới thiệu mục tiêu và mô tả TNTH Chuẩn bị TNTH Tiến hành TNTH Thao tác với mẫu thí nghiệm Thao tác với mẫu thực hành Học sinh thao tác Học sinh rèn luyện Tổng kết, thảo luận Hình 3.1. Sơ đồ thể hiện quy trình sử dụng Thí nghiệm – thực hành ảo Trong đó Bước 1: Xây dựng kế hoạch bài dạy Trong cuộc sống, khoa học và học tập, để hoàn thành tốt bất kỳ một công việc nào, đặc biệt là các vấn đề có độ phức tạp cao thì đều đòi hỏi người thực hiện phải thiết lập cho mình một hệ thống chi tiết hoặc sơ lược về cách thức, trình tự, thời hạn cũng như mục tiêu nhất định cần đạt được. Trong dạy học, người giáo viên cũng phải tiến hành công đoạn này. Thực tế cho thấy, hiệu quả sử dụng các bài thí nghiệm – thực hành ảo phụ thuộc rất lớn vào việc xây dựng kế hoạch bài dạy. Một thí nghiệm – thực hành ảo có thể được sử dụng cho các mục đích dạy học khác nhau: đặt vấn đề, minh họa, ôn tập, củng cố kiến thức…Do đó, trong nội dung xây dựng kế hoạch bài dạy cần chỉ rõ bài thí nghiệm – thực hành ảo được sử dụng nhằm mục đích cụ thể gì, xác định chính xác về mặt thời gian, địa điểm tiến hành thí nghiệm, thực hành, đồng thời dự kiến các thao tác thực hiện và các tình huống sư phạm diễn ra trong quá trình dạy học, và phải thỏa mãn được các nguyên tắc sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo. Đặc biệt phải hướng dẫn cụ thể các thao tác thực hiện mẫu, nhấn mạnh, dự kiến các tình huống có thể xảy ra sự cố… cũng như các khó khăn xảy ra trong quá trình thực hành. Bước 2: Chuẩn bị bài thí nghệm - thực hành ảo Cũng giống như việc tiến hành thí nghiệm, thực hành trên thực tế, cần phải chuẩn bị về cơ sở vật chất, trang thiết bị, dụng cụ thí nghiệm, thực hành thì công đoạn chuẩn bị cho thí nghiệm – thực hành ảo cũng cần phải được thực hiện một cách kỹ lưỡng. Quá trình chuẩn bị bao gồm công việc lựa chọn, cài đặt các phần mềm máy tính, chủ yếu là các phần mềm mô phỏng phục vụ cho dạy và học, nằm trong hệ thống các phần mềm giáo dục. Tiếp theo là thực hiện chạy thử chương trình và tiến hành thao tác thử với các bài thí nghiệm, thực hành để đảm bảo chất lượng kỹ thuật trước khi áp dụng giảng dạy trên lớp. Cuối cùng, hoàn tất cho giai đoạn hậu trường thí nghiệm – thực hành ảo là công việc lựa chọn, chuẩn bị các thiết bị phục vụ cho trình chiếu. Bước 3: Giới thiệu mục tiêu và mô tả thí nghiệm – thực hành ảo Mục tiêu là cái cần đạt được sau khi kết thúc một vấn đề nào đó. Trong dạy học, mục tiêu cần được đưa ra trước khi giáo viên đi vào trình bày nội dung chính của bài học, vì mục tiêu là điểm đích hướng tới trong bài học. Sự giới thiệu mục tiêu trong thời điểm đầu của bài dạy có tác dụng tạo động lực học tập, kích thích hứng thú và định hướng quan sát, tìm hiểu kiến thức của người học. Do đó, cùng với công tác chuẩn bị, xây dựng kế hoạch thì giới thiệu mục cũng là một khâu quan trọng làm nâng cao hiệu quả sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo. Trên cở sở mục tiêu bài học được giới thiệu trước, người học có điều kiện tìm hiểu, thực hiện làm quen trước với nội dung bài học. Nhưng để làm được điều này, ngoài điều kiện về mặt thiết bị thì một yếu tố quan trọng quyết định đến quá trình chuẩn bị của người học là sự tích cực, chủ động của người học. Để có thể phát huy yếu tố tích cực học tập này và cùng với điều kiện cho phép tiến tới nâng cao chất lượng dạy học, trước khi tiến hành thực hiện thí nghiệm, thao tác thực hành thật thì giáo viên cần mô tả thí nghiệm – thực hành ảo cho người học. Một cách cụ thể, trong việc mô tả này, người giáo viên cần phải làm rõ một số yếu tố như sau: Mô tả các đối tượng có mặt trong thí nghiệm, thực hành. Nói rõ sự khác biệt giữa các đối tượng thực so với các đối tượng trong thí nghiệm – thực hành ảo. Đưa ra trình tự thí nghiệm hoặc các thao tác thực hành Trình bày các thao tác làm việc với các đối tượng trong thí nghiệm ảo và các thao tác tương tự khi thực hiện với môi trường thí nghiệm, thực hành thực. Bước 4: Tiến hành Thí nghiệm – thực hành Bước kế tiếp trong quá trình sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo là công đoạn tiến hành thí nghiệm, thực hiện các thao tác thực hành. Quá trình tiến hành là quá trình thực hiện nội dung bài dạy trên nền tảng các điều kiện, yếu tố cơ bản đã được chuẩn bị ở trên. Để nâng cao hiệu quả của thí nghiệm, trong quá trình thực hiện hướng dẫn mẫu, giáo viên cần nhấn mạnh những thao tác, hiện tượng chính diễn ra trong bài học. Hơn nữa, để giúp người học dễ nhớ, dễ nắm bắt nội dung kiến thức thì ngoài môi trường lớp học, giáo viên có thể sử dụng phương pháp đàm thoại, liện hệ giữa các hiện tượng trong thí nghiệm với các hiện tượng diễn ra trên thực tế, bằng cách này, người học vừa có thể củng cố được kiến thức lý thuyết, vừa hiểu được các hiện tượng thực tế. Với nội dung thực hành, với mục đích chủ yếu là vận dụng lý thuyêt vào thực tiễn, giáo viên sẽ thực hiễn các thao tác làm mẫu, người học quan sát, bắt chước và thực hiện, từng bước luyện tập kỹ năng, hình thành lỹ xảo. Trong giai đoạn này, giáo viên đóng vai trò là người hướng dẫn, phân tích, làm rõ trình tự tiến hành các thao tác, đặc biệt nhần mạnh thực hiện các thao tác có độ khó cao. Bên cạnh đó, ngoài các nội dung cơ bản, người dạy có thể giới thiệu cho học sinh những thông tin liên quan đến việc sử dụng, ứng dụng phần mềm cũng như các chức năng trợ giúp khác nhằm giúp người học không chỉ nắm bắt được các thao tác thực hành cần thiết mà còn có được những hiểu biết liên quan. Bước 5: Tổng kết và thảo luận Cũng như thí nghiệm, thực hành thực, phương pháp thực hiện thí nghiệm, thao tác thực hành ảo cũng thu được kết quả là các số liệu có được sau quá trình tiến hành. Kết quả sẽ được ghi chép, tổng hợp và xử lý lưu lại trong báo cáo. Kết quả các bài thí nghiệm này sẽ được kiểm tra, đánh giá về độ chính xác và thảo luận đi đến khái quát chung. Trong khi đó, để đánh giá chất lượng giờ học thực hành, người ta đánh giá dựa trên khả năng thao tác thực hiện một vấn đề cụ thể nào đó. Nói tóm lại, tổng kết và thảo luận là khâu cuối cùng đóng vai trò đưa ra sự đánh giá, nhận xét chung sau khi kết thúc bài học, đưa ra những kết luận trong nội dung thí nghiệm và những kinh nghiệm liên quan đến việc hình thành và vận dụng các kỹ năng thực hành. Thông qua đó, người dạy nhận xét, đánh giá về kết quả và chất lượng thực hiện thí nghiệm, thực hành cho từng cá nhân, từng nhóm cụ thể. Sự đánh giá này giúp người học nhận thức được năng lực của mình, đã nắm bắt và vận dụng được những nội dung kiến thức nào và thấy được những thiếu sót, vấn đề cần rèn luyện và chỉnh sửa…để rút kinh nghiệm cho những lần sau thu được kết quả tốt hơn. . Ứng dụng TN – TH ảo trong dạy thực hành Kỹ thuật số 3.2.1.Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của Kỹ thuật số 3.2.1.1.Đặc điểm Kỹ thuật số là môn học cung cấp những kiến thức cơ sở cho các ngành kỹ thuật điện tử, kỹ thuật máy tính, tin học, điều khiển tự động, đo lường điện tử… Dựa trên những các trạng thái rời rạc (không liên tục) với hai giá trị logic cơ bản 0 và 1, một hệ thống kỹ thuật số sẽ sử dụng các giá trị rời rạc này để đại diện cho các thông tin đầu vào, xử lý, truyền đi, lưu trữ…dữ liệu. Ngày nay, trong thời kỳ các thiết bị số, tự động đang được sử dụng và phát triển, việc đào tạo và phổ biến các kiến thức cơ bản về kỹ thuật số ngày càng được quan tâm. Trong dạy học đại học, kỹ thuật số là một nội dung giảng dạy đóng vai trò nền tảng trong hệ thống các môn chuyên ngành điện tử. Với đặc điểm là đem đến cho mọi người những hiểu biết về các hệ thống số, các mạch giải mã, mã hóa…và các hình thức thể hiện của công nghệ kỹ thuật số trong cuộc sống, môn học kỹ thuật số sẽ cung cấp cho người học những nội dung cơ bản về các họ vi mạch số, các mạch tổ hợp, mạch tuần tự, mạch khuếch đại thuật toán, các bộ chuyển đổi ADC/DAC (chuyển đổi tương tự sang số và ngược lại)...Các nội dung này sẽ giúp người học có được những kiến thức nền tảng để tìm hiểu, nghiên cứu sâu hơn các vấn đề về liên quan đến lĩnh vực điện tử. 3.2.1.2. Phạm vi ứng dụng Trong thời đại hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh của khoa học – kỹ thuật và xu hướng hiện đại hóa ngày càng cao đã và đang đem lại sự thay đổi to lớn cho cuộc sống, công việc và giải trí của con người. Trong đó, kỹ thuật số và các sản phẩm ứng dụng công nghệ kỹ thuật số ngày càng được phát triển với phạm vi ứng dụng rộng lớn, bao hàm từ các vấn đề nghiên cứu, giáo dục, giải trí…đến các ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày. Trong dạy học + Trong thời đại bùng nổ của các thiết bị kỹ thuật số như máy tính, máy ảnh, máy quay phim... và dịch vụ truy cập Internet tốc độ cao không chỉ góp phần tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển kinh tế, du lịch…mà còn đem lại xu hướng phát triển hiệu quả trong dạy và học. Cùng với các tác dụng của các thiết bị kỹ thuật số đã và đang được sử dụng như máy tính, máy chiếu… sự phát triển internet còn mở ra cho người học một môi trường tìm kiếm tài liệu rộng lớn và hiệu quả. Trong kho tài liệu này có đủ các tư liệu bằng nhiều thứ tiếng, ngoài ra còn có từ điển mở Wikipedia sẵn sàng giải đáp tường tận mọi thắc mắc về bất cứ vấn đề gì. Từ điển trực tuyến cũng không thiếu, tiếng Việt, Anh, Pháp, Hán, Phạn... đều có. Mặt khác, chúng ta có thể lưu trữ tư liệu riêng của mình trên mạng tại các web site miễn phí của Yahoo, Google với dung lượng không giới hạn, tiện lợi khi chúng ta rời khỏi nhà mà vẫn có thể lấy tư liệu của mình ở bất cứ nơi đâu. + Hơn nữa, dựa trên nền tảng khoa học, công nghệ, kỹ thuật số còn được ứng dụng để thiết kế và sử dụng một công cụ giảng dạy mới với Bảng kỹ thuật số tương tác. Bảng kỹ thuật số tương tác là một bề mặt phẳng (có thể là một tấm bảng được chế tạo đặc biệt, một tấm bảng bình thường, một bức tường, sàn nhà, ...) có thể tương tác được nhờ nối kết với một máy tính và một máy chiếu. Máy chiếu sẽ có nhiệm vụ chiếu màn hình của máy tính lên trên bề mặt đó, và người dùng sẽ tương tác trực tiếp trên bề mặt được chiếu thông qua các công cụ như bút chấm, ngón tay, thiết bị điện tử khác... Hình 3.2. Một học sinh đang tương tác với một tấm bảng kỹ thuật số[59]. + Bên cạnh đó, với sự phát triển không ngừng của khoa họa và công nghệ, tổ chức Giáo dục - khoa học và văn hóa của liên hợp quốc UNESCO còn chuẩn bị khai trương thư viện kỹ thuật số thế giới, một trang web cung cấp miễn phí những quyển sách hiếm, bản đồ, tác phẩm viết tay, phim và hình ảnh trên khắp thế giới . Thư viện sẽ mang đến cho người đọc những tư liệu vô giá từ chữ viết cổ của Trung Quốc hoặc Ba Tư đến nghệ thuật chụp ảnh thời kỳ đầu của Mỹ Latin. Hình 3.3. Library of Congress - Thư viện lớn nhất thế giới[60]. Đây là thư viện kỹ thuật số thứ ba thế giới sau Google Book Search và dự án mới của EU Europeana. Thư viện được thành lập nhằm mục đích giảm khoảng cách số giữa các nước giàu và các nước nghèo, cung cấp thêm nhiều thông tin bên ngoài thế giới phương Tây, thúc đẩy sự hiểu biết giữa các nền văn hóa và cung cấp nguồn tư liệu cho công tác giảng dạy. Trong các lĩnh vực đời sống Sự phát triển kỹ thuật số đã đem đến cho con người một môi trường sống, làm việc chất lượng và hiện đại. Trong đó, con người tiến hành công việc và tham gia các hình thức liên lạc, giải trí…dựa trên các thiết bị kỹ thuật số và công nghệ thông tin. + Hiện nay, cùng với sự làm việc trên máy tính tại nơi làm việc, không ít nhân viên của các công ty lớn trên thế giới còn có thể làm việc tại nhà không cần đặt chân tới văn phòng, chỉ cần có máy tính (để bàn hoặc xách tay), nối mạng Internet tốc độ cao. Trao đổi thông tin, nói chuyện, gửi tài liệu, xử lý công việc... đều qua Internet. Sự ra đời và phát triển của các thiết bị kỹ thuật số đã từng bước đưa không gian gia đình không chỉ là nơi nuôi dưỡng, chia sẻ giứ các thành viên mà còn là môi trường làm việc hiệu quả của phần lớn những người lao động tri thức trên thế giới. Chỉ cần một máy tính nối mạng, chúng ta có thể sử dụng vào rất nhiều việc: đọc báo điện tử, xem truyền hình, nhất là truyền hình cáp, với chất lượng hình ảnh không kém gì tivi, chất lượng âm thanh thì hơn hẳn nếu sử dụng hệ thống loa surround chung cho truyền hình và Internet. Ngoài ra, chúng ta còn để nghe các chương trình phát thanh của các đài phát thanh trong và ngoài nước qua Internet, thời gian không phụ thuộc vào giờ phát thanh, chất lượng âm thanh không bị nhiễu. + Và cùng với môi trường làm việc thuận lợi với các sản phẩm kỹ thuật số, cuộc sống của con người cũng ngày càng được chăm sóc hoàn thiện hơn với các thiết bị gia dụng hiện đại. Trong đó, các thiết bị điện tử: ti vi, máy giặt, điều hòa, tủ lạnh…cũng dần dần trở thành những vật dụng quen thông thường có mặt trong hầu hết các gia đình. Song song với sự phát triển kinh tế, khoa học, các thiết bị số hóa này cũng không ngừng được nghiên cứu, nâng cấp để phục vụ tốt nhất nhu cầu của người dùng. Trong đó phải kể đến các sản phẩm kỹ thuật số phục vụ nhu cầu nghe nhìn từng “gây sốt” trên thị trường những năm gần đây với sự tham gia của hàng loạt thương hiệu nổi tiếng và chủng loại ngày càng đa dạng. Các sản phẩm này không chỉ được tích hợp thêm nhiều tính năng hiện đại mà còn gây ấn tượng mạnh với thiết kế sáng tạo và tinh tế : Hệ thống rạp hát gia đình, đầu đĩa DVD-1080P7 HypervisionTM, máy nghe nhạc MP3 YP-K3, ti vi màn hình tinh thể lỏng LCD S8, … Hình 3.4. Hệ thống rạp hát gia đình của Samsung[61] 3.2.2. Giới thiệu một số phần mềm để xây dựng và sử dụng TN – TH ảo Hiện nay, để hỗ trợ cho sự phát triển giáo dục, bên cạnh việc đổi mới nội dung, đổi mới về phương pháp giảng dạy thì việc hỗ trợ của công nghệ giáo dục đặc biệt là công nghệ thông tin là rất quan trọng. Với việc ứng dụng công nghệ thông tin, người dạy có thể làm cho bài giảng của mình hay hơn, trực quan, sinh động hơn, giúp cho học sinh học tập một cách hiệu quả, sáng tạo và chủ động hơn bằng cách sử dụng các ứng dụng tin học vào giảng dạy như các phần mềm trình diễn (PowerPoint, Flash, Violet,…), các phần mềm hỗ trợ (Maple, Mathematica, Corel, Photoshop,…) và đặc biệt là sự đóng góp của các phòng thí nghiệm – thực hành ảo (Crocodile, Seasoft Optics, Interactive Physics,…) Dưới đây là một số phần mềm hỗ trợ thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy học: 3.2.2.1. Phần mềm mô phỏng thí nghiệm vật lý Crocodile Physics + Phần mềm Crocodile Physics là phần mềm được dùng để thiết kế các thí nghiệm ảo môn vật lý trong nhà trường phổ thông, có rất nhiều phiên bản của phần mềm đã được đưa ra và phiên bản mới nhất hiện nay là phiên bản Crocodile Physics 6.05, ra đời vào năm 2006 với rất nhiều tính năng mới so với các phiên bản trước đó . Hình 3.5. Màn hình chính của phần mềm Crocodile Physics 6.05[62] + Chức năng: Crocodile Physics là phần mềm thí nghiệm ảo bao gồm các nội dung vật lý về cơ học, quang hoc, điện và sóng, sử dụng chủ yếu trong các trường phổ thông. Với giao diện đẹp mắt, tiện dụng, khoa học và trực quan, Crocodile Physics giúp người học thực hiện và tiếp thu kiến thức qua các bài thí nghiệm một cách hứng thú và hiệu quả. 3.2.2.2. Phần mềm mô phỏng thí nghiệm hóa học Crocodile Chemistry 6.05 + Crocodile chemistry là phần mềm mô phỏng thí nghiệm hóa học trên máy tính, nơi bạn có thể thực hiện các thí nghiệm hóa học một cách an toàn và dễ dàng. + Với Crocodile chemistry, người học chỉ cần sử dụng chuột di chuyển vị trí hóa chất, thiết bị, lọ thí nghiệm…từ bến trái màn hình và kết hợp chúng theo ý muốn. Bạn có thể chọn số lượng chất, loại hình phản ứng và phản ứng sẽ diễn ran gay khi bạn chộn lẫn chúng. Những đồ thị sẽ phân tích dữ liệu từ cuộc thí nghiệm của bạn và những phân tích này sẽ được diễn ra trong không gian ba chiều. Hình 3.6. Thí nghiệm hóa học với Crocodile chemistry 3.2.2.3. Phần mềm dạy thực hành tin học, ngoại ngữ Netop School + NetOp School là phần mềm do hãng Danware, Đan Mạch sản xuất. + NetOp School là giải pháp phần mềm số một thế giới dành cho các phòng học đa chức năng dùng cho đào tạo Tin học và Ngoại ngữ. Với một hệ thống máy tính có nối mạng LAN/WAN cộng thêm phần mềm NetOp School (đặc biệt không cần thêm thiết bị phần cứng), giảng viên có thể quản lý toàn bộ lớp học từ máy tính của mình, truyền hình ảnh, âm thanh, đoạn phim tới các máy học viên. Giảng viên và học viên có thể hội thoại với nhau bằng cách sử dụng text chat/ voice chat. Hơn thế nữa, giải pháp này còn cho phép giảng viên phát đề bài và thu bài làm tự động, điều khiển từ xa trạng thái máy tính của học viên, bật, tắt, khởi động lại. + NetOp School còn hỗ trợ đào tạo trực tuyến, cho phép xây dựng các lớp học trực tuyến ảo. Trong quá trình giảng dạy, hướng dẫn thực tập, giáo viên có thể sửu dụng máy tính của mình để giảng bài, trả lời thắc mắc và trao đổi với một hoặc nhiều học viên. + NetOp School giúp giảm bớt nhân sự giảng dạy. Thông thường, một lớp dạy tin học có sử dụng máy tính cần 1 giảng viên và ít nhất 1 giáo viên trợ giảng/hướng dẫn thực tập. Với NetOp School, người giáo viên cũng chính là người trợ giảng và hướng dẫn thực tập . 3.2.2.4. Phần mềm ảo hóa thực hành mổ động vật The Digital Frog + The Digital Frog là phần mềm tương tác mô phỏng hình ảnh giải phẫu ếch do trường cao học Wheeling Park bang Virginia (Mỹ) nghiên cứu và sửu dụng. Phương pháp này giúp cho người học không phải trực tiếp thực hành trong điều kiện các động vật bị ngâm trong formandehyde bốc mùi độc hại . Hình 3.7. Hình ảnh phần mềm The Digital Frog[65] + Phần mềm The Digital Frog không chỉ cung cấp cho học sinh sinh viên những giờ thực hành giải phẫu thay thế cho phương pháp mổ động vật thông thường mà còn có thể giúp nhà trường tiết kiệm được khoản kinh phí đáng kể cho các tiết học này. Hệ thống phần mềm cũng hoàn toàn có khả năng ảo hóa các loài động vật khác như thỏ hoặc lợn để giáo viên hướng dẫn cho học sinh thực hành về cơ quan nội tạng sinh vật. Việc sử dụng phần mềm này vừa giúp người học được thực hành các thao tác giải phẫu vừa đảm bảo được yếu tố bảo tồn sinh vật. 3.2.2.5. Một số phần mềm khác Bên cạnh các phần mềm hỗ trợ xây dựng và sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo được giới thiệu ở trên, bảng dưới đây sẽ cung cấp một số các phần mềm thí nghiệm – thực hành ảo đã và đang được sử dụng trong dạy học. Stt Tên phần mềm Hãng sản xuất/Địa chỉ tìm kiếm Chức năng 1 Phần mềm Proteus Labcenter Electronics - Anh Thiết kế mạch nguyên lí/ mạch in, mô phỏng mạch điện tử. 2 AutoCAD Hãng AutoDesk Thiết kế các bản vẽ kĩ thuật từ đơn giản đến phức tạp. 3 Phần mềm vẽ mạch điện tử Orcad Công ty Cadence Design Systems Là phần mềm thiết kế mạch điện - Là một bộ phần mềm bao gồm nhiều phần mềm trợ giúp cho chúng ta trong quá trình thiết kế mạch: Orcad Capture, Layout…  4 Science SOFTWARE 2.1 www.scienceshareware.com Mô phỏng các hiện tượng vật lý, toán học: Máy phát điện xoay chiều, Động cơ điện 3 pha, động lực học, Quang học, đại số, lượng giác học.... 5 3DproS 1.0 Tác giả: Phạm Hữu Ngôn - khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh ( Phần mềm mô phỏng 3D các hiện tượng Toán,Vật Lý, Hóa học: Mô phỏng sự chuyển động của các phân tử hóa học Mô phỏng các hiện tượng vật lý Bảng 3.1. Một số phần mềm thí nghiệm – thực hành ảo hỗ trợ cho dạy học 3.2.3. Ứng dụng xây dựng mẫu một bài thực hành cụ thể môn Kỹ thuật số - có sử dụng TN – TH ảo Trên cơ sở điều kiện lý luận và thực tiễn việc ứng dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy học thực hành, nội dung dưới đây trình bày một bài dạy thực hành môn kỹ thuật số. + Đồ dùng thiết bị hướng dẫn: Phòng học trang bị 21 máy tính (bao gồm cả máy giành cho giáo viên) có cài sẵn phần mềm mô phỏng Proteus Một máy chiếu (Hỗ trợ cho quá trình truyền tải thông tin bài học từ giáo viên đến người học) + Hình thức tổ chức hướng dẫn: Hướng dẫn cho theo nhóm. + Kết quả dự kiến: Thiết kế mạch hiển thị quang báo. Thời gian thực hiện: 120 phút Lớp SPKT Điện Tử - 20 học sinh Thực hiện ngày tháng năm 2009 TT Nội dung Phương pháp thực hiện Thời gian 1. Hướng dẫn mở đầu + Ổn định lớp + Phổ biến nội quy và kiểm tra an toàn trong phòng thực hành: Không sử dụng các thiết bị khi chưa được sự cho phép của giáo viên. Không tự ý cài thêm các phần mềm khác lên máy tính. Không sử dụng máy tính và các thiết bị khác vào các mục đích cá nhân trong giờ thực hành. Sử dụng, thu dọn thiết bị theo đúng qui định. Giáo viên hướng dẫn học sinh vào lớp và ổn định vị trí thực hành của từng em hoặc theo từng nhóm đã chia sẵn. Để đảm bảo an toàn trong phòng thực hành, giáo viên nêu một số qui tắc mà người học cần thực hiện. 3 phút 2 phút 2. B1. B2. B3. Hướng dẫn bài thực hành + Định hướng mục đích hành động: Giới thiệu vai trò và phạm vi ứng dụng của các mạch quang báo. + Giới thiệu Tên bài thực hành: Thiết kế mạch quang báo + Mục tiêu bài dạy: Sau khi học xong bài thực hành Thiết kế mạch quang báo, sinh viên chuyên ngành điện tử năm thứ 3 trở lên sẽ có khả năng tự thiết kế một số mạch quang báo với nội dung hiển thị tùy theo yêu cầu, mục đích sử dụng. + Kỹ năng cần có: Để đạt được mục tiêu thực hành, người học cần có các kỹ năng về: Lý thuyết: - Thực hành: Phân tích mạch: + Giới thiệu mạch nguyên lý: + Các linh kiện sử dụng: Tùy thuộc vào yêu cầu hiển thị và mạch nguyên lý mà các linh kiện sử dụng có thể khác nhau. Ví dụ trong nội dung hiển thị “SPKT ĐT” thì dựa vào nguyên lý được cung cấp trong tài liệu hướng dẫn thực hành, các linh kiện được sử dụng bao gồm: - IC74ls138: Giải mã Demux - IC7404: Lấy giá trị đảo của tín hiệu vào. - at89c52: Là một họ của VXL 8051: chip có khả năng lập trình được. - Matrix: ma trận đèn để hiển thị. Thiết kế mạch: + Thiết kế bằng phần mềm mô phỏng trên máy tính: + Thiết kế trên mạch thật: Giáo viên cho học sinh đưa ra ý kiến của mình về phạm vi sử dụng và chức năng các mạch quang báo trong cuộc sống. Giáo viên tổng kết lại các ý kiến và dùng máy chiếu giới thiệu với người học một số mạch quang báo trên thực tế → tạo hứng thú cho người học với nội dung thực hành. Giáo viên nhắc lại cho người học một số kiến thức liên quan đến nội dung thực hành. Người học phải nắm được cách sử dụng một số phần mềm mô phỏng cơ bản (Proteus, Orcad…) Các lý thuyết cơ sở về mạch điện tử. Có các kỹ năng cần thiết để lắp ghép, thao tác trên các bản mạch thực tế. - Giáo viên dùng máy chiếu hiển thị mạch nguyên lý. - Giáo viên liệt kê lại các linh kiện điện tử được sử dụng trong mạch nguyên lý bằng các hình ảnh đại diện cụ thể trên màn hình máy chiếu (giúp học sinh nhận thức trực quan, dễ nhớ). Sau khi đưa ra mạch nguyên lý và giới thiệu các linh kiện sử dụng, giáo viên cho học sinh thực hành thiết kế mạch. Sử dụng phần mềm Proteus Học sinh dùng phần mềm vẽ mạch nguyên lý và thực hiện theo các bước như trong tài liệu hướng dẫn đã được phát. Giáo viên quan sát, theo dõi tiến trình thực hiện mô phỏng của từng nhóm, giải đáp các thắc mắc của học sinh nếu có. Sau khi chạy hiển thị mạch trên phần mềm mô phỏng, học sinh tiến hành đi dây trên bản mạch thật. 5 phút 2 phút 3 phút 10 phút 10 phút 15 phút 45 phút B4. Chạy thử mạch Sau khi hoàn thành mạch thật, giáo viên kiểm tra lại cách đi dây và hướng dẫn học sinh chạy mạch. 5 phút 3. Hướng dẫn kết thúc + Thảo luận: + Kết luận + Thu dọn, kết thúc buổi thực hành Sau khi chạy mạch, học sinh đưa ra nhận xét về kết quả đạt được trên mạch thật, phân tích và tìm hiểu nguyên nhân sai hỏng nếu có. Trên cơ sở đó, giáo viên hướng dẫn học sinh cách xác định và sửa lỗi. Giáo viên đánh giá khả năng thực hành thiết kế mạch của học sinh dựa trên sản phẩm thực. → Qua đó khẳng định vai trò của việc thiết kế trên phần mềm mô phỏng trước khi làm mạch thật. - Giáo viên nhắc nhở học sinh thu dọn, sắp xếp các linh kiện, đồ dùng thiết bị đúng nơi qui định. 10 phút 5 phút 5 phút Ví dụ cụ thể thiết kế bảng hiển thị chữ “SPKT ĐT” Hình 3.8. Kết quả hiển thị mô phỏng mạch chạy chữ SPKT ĐT KẾT LUẬN *** Qua quá trình thực hiện đề tài “Ứng dụng Thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy thực hành Kỹ thuật số”, đồ án đã giải quyết được những nhiệm vụ cơ bản như sau: Nghiên cứu cơ sở lý luận, cơ sở thực tiễn của việc sử dụng thí nghiệm - thực hành ảo trong dạy học, dạy học thực hành. Một cách cụ thể: Phân tích rõ các khái niệm liên quan đến: Thí nghiệm, thực hành Thí nghiệm – thực hành ảo Dạy học thực hành Làm rõ các vai trò, thuận lợi, khả năng ứng dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy học, đặc biệt là dạy học thực hành. Phân tích thực trạng, hoàn cảnh và lý giải sự cần thiết của việc sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy học, dạy học thực hành. Đưa ra được qui trình sử dụng Thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy học thực hành, điều kiện, hoàn cảnh, thời gian cần sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo. Xây dựng được một bài dạy thực hành cụ thể trong dạy thực hành Kỹ thuật số. Hy vọng, trong tương lai, đề tài sẽ được nghiên cứu và ứng dụng hiệu quả trong quá trình dạy và học, nhất là trong dạy học thực hành - giai đoạn nền tảng để hình thành những kỹ năng, kỹ xảo cho lĩnh vực đào tạo nghề trong tương lai. TÀI LIỆU THAM KHẢO *** Tiếng Việt TS. Lê Thanh Nhu – Bài giảng lý luận dạy học chuyên ngành kỹ thuật ThS. Tiêu Kim Cương – Bài giảng lý luận dạy học chuyên ngành kỹ thuật. GS. TS. Nguyễn Xuân Lạc – Phương pháp luận và nghiên cứu Khoa học – Công nghệ, ĐHBKHN, 2006. Tiếng Anh Simulation – Wikipedia, the free engyclopedia ._.