Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo lý thuyết điều khiển trong đào tạo cao đẳng kỹ thuật

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:242

Thêm vào BST

Báo xấu

13
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của Luận án nhằm đề xuất tổ chức dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo lý thuyết điều khiển trong đào tạo cao đẳng kỹ thuật. Để hiểu rõ hơn mời các bạn cùng tham khảo nội dung chi tiết của Luận án này.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo lý thuyết điều khiển trong đào tạo cao đẳng kỹ thuật

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI -------------- --------------- HÀ NGỌC NINH DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TRONG ĐÀO TẠO CAO ĐẲNG KỸ THUẬT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Hà Nội -2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI ----------------    ---------------- HÀ NGỌC NINH DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN TRONG ĐÀO TẠO CAO ĐẲNG KỸ THUẬT Chuyên ngành: LL và PPDH bộ môn Kỹ thuật công nghiệp Mã số: 9.14.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: 1. PGS.TS Đặng Văn Nghĩa 2. TS. Trần Đức Vƣợng Hà Nội - 2020
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan c ng tr nh nghiên cứu khoa học này là của tác giả. Số liệu và trích dẫn trong công trình là trung thực. Kết quả nghiên cứu là khách quan, không trùng với bất kỳ c ng tr nh nào đã đƣợc công bố trƣớc đó. Tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về tính xác thực của luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2020 Tác giả Hà Ngọc Ninh
LỜI CẢM ƠN Tác giả xin đƣợc tỏ lòng cảm ơn chân thành tới PGS.TS Đặng Văn Nghĩa, TS. Trần Đức Vƣợng đã hết lòng dìu dắt, chỉ bảo và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tác giả trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu, Phòng Sau đại học, Bộ môn Phƣơng pháp dạy học, Khoa Sƣ phạm Kỹ thuật Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập và hoàn thành luận án. Tác giả xin cảm ơn Ban Giám Hiệu trƣờng Cao đẳng kỹ thuật Đồng Nai, các đồng nghiệp đã tạo điều kiện thuận lợi về công việc, thời gian và lu n động viên để tác giả hoàn thành luận án này. Tác giả xin cảm ơn các chuyên gia, các thầy cô giáo, các em sinh viên đã nhiệt t nh giúp đỡ tác giả trong quá trình thực hiện luận án. Tác giả xin chân thành cảm ơn gia đ nh, ngƣời thân đã lu n động viên, khuyến khích và giúp đỡ về mọi mặt để tác giả hoàn thành luận án. Hà Nội, tháng năm 2020 Nghiên cứu sinh Hà Ngọc Ninh
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Viết tắt là Viết đầy đủ là ĐC Đối chứng ĐTB Điểm trung bình GV Giảng viên LTĐK Lý thuyết điều khiển NL Năng lực NXB Nhà xuất bản PLC Programmable Logic Control: Thiết bị điều khiển logic khả trình PPDH Phƣơng pháp dạy học PTDH Phƣơng tiện dạy học SV Sinh viên TN Thực nghiệm
MỤC LỤC Trang MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ........................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ..................................................................................... 3 3. Nhiệm vụ nghiên cứu .................................................................................... 3 4. Khách thể, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ............................................... 3 5. Giả thuyết khoa học ...................................................................................... 4 6. Phƣơng pháp nghiên cứu............................................................................... 4 7. Đóng góp mới của luận án ............................................................................ 5 8. Cấu trúc của luận án ...................................................................................... 6 CHƢƠNG 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ............................................................. 7 1.1. TỔNG QUAN LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VẤN ĐỀ ................................. 7 1.1.1. T nh h nh nghiên cứu ở nƣớc ngoài .................................................... 7 1.1.2. Tình hình nghiên cứu ở trong nƣớc ................................................... 11 1.2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN ............................................................ 17 1.2.1. Điều khiển và điều khiển học ............................................................ 17 1.2.2. Lý thuyết điều khiển .......................................................................... 18 1.2.3. Điều khiển thích nghi ....................................................................... 20 1.2.4. Hệ thống điều khiển .......................................................................... 22 1.3. LÝ LUẬN VỀ DẠY HỌC THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN....................... 23 1.3.1. Dạy học theo lý thuyết điều khiển và th ng tin phản hồi trong dạy học .... 23 1.3.2. Bản chất dạy học theo lý thuyết điều khiển ...................................... 31 1.3.3. Đặc điểm của dạy học theo lý thuyết điều khiển .............................. 33 1.3.4. Các hoạt động học tập trong dạy học theo lý thuyết điều khiển ....... 40 1.3.5. Phƣơng tiện trong dạy học theo lý thuyết điều khiển ....................... 41 1.3.6. Tiến tr nh dạy học theo lý thuyết điều khiển ..................................... 43
1.3.7. Tổ chức dạy học theo lý thuyết điều khiển ....................................... 51 1.3.8. Yêu cầu của dạy học theo lý thuyết điều khiển ................................. 53 1.3.9. Các yếu tố ảnh hƣởng tới dạy học theo lý thuyết điều khiển ............ 54 1.4. THỰC TRẠNG DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH ................................................................................................... 54 1.4.1. Mục đích, đối tƣợng, nội dung và phƣơng pháp khảo sát .................. 54 1.4.2. Kết quả khảo sát ................................................................................ 56 Kết luận chƣơng 1 ......................................................................................... 63 CHƢƠNG 2. BIỆN PHÁP DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH (PLC) THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ......... 64 2.1. NGUYÊN TẮC DẠY HỌC THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ......... 64 2.1.1. Đảm bảo mục tiêu, nội dung chƣơng tr nh đào tạo........................... 64 2.1.2. Đảm bảo phù hợp với tr nh độ, nhu cầu, hứng thú của sinh viên ........... 64 2.1.3. Tạo m i trƣờng thuận lợi để sinh viên phát triển năng lực............... 65 2.1.4. Phù hợp với thực tiễn các cơ sở đào tạo ........................................... 65 2.2. SỰ PHÙ HỢP DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ................................................. 65 2.2.1. Phù hợp đặc điểm học phần Điều khiển logic khả tr nh ................... 65 2.2.2. Phù hợp với nội dung ............................................................................... 66 2.3. MỘT SỐ BIỆN PHÁP DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH (PLC) THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ............... 66 2.3.1. Xây dựng qui trình thiết kế dạy học theo lý thuyết điều khiển......... 66 2.3.2. Thiết kế bộ công cụ thu nhận thông tin phản hồi.............................. 70 2.3.3. Xử lý thông tin phản hồi ................................................................... 85 2.3.4. Phản hồi kết quả kiểm tra, đánh giá đến sinh viên ........................... 85 2.3.5. Các bƣớc dạy học học phần điều khiển logic khả trình theo lý thuyết điều khiển ......................................................................................... 86
2.4. MỘT SỐ VÍ DỤ MINH HỌA THIẾT KẾ DẠY HỌC HỌC PHẦN ĐIỀU KHIỂN LOGIC KHẢ TRÌNH THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN ..... 88 2.4.1. Ví dụ 1: Giáo án số 4: Timer và ứng dụng ........................................ 88 2.4.2. Ví dụ 2: Giáo án số 8: Counter và ứng dụng Thời gian 5 tiết ........ 109 Kết luận chƣơng 2 ....................................................................................... 117 CHƢƠNG 3. KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ ...................................... 118 3.1. MỤC ĐÍCH, NỘI DUNG VÀ PHƢƠNG PHÁP KIỂM NGHIỆM ...... 118 3.1.1. Mục đích kiểm nghiệm, đánh giá .................................................... 118 3.1.2. Nội dung kiểm nghiệm đánh giá ..................................................... 118 3.1.3. Phƣơng pháp kiểm nghiệm .............................................................. 118 3.2. KẾT QUẢ KIỂM NGHIỆM .................................................................. 123 3.2.1. Kết quả kiểm nghiệm bằng phƣơng pháp chuyên gia ..................... 123 3.2.2. Kết quả thực nghiệm bằng phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm ........ 125 Kết luận chƣơng 3 ....................................................................................... 136 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ............................................................. 137 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC CỦA TÁC GIẢ CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .............................................................................. 139 TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................... 140 PHỤ LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG Trang Bảng 1.1. Thang điểm giá trị mức độ thực trạng dạy học học phần Điều khiển logic khả trình ..........................................................................................56 Bảng 2.1. Kiểm quan sát NL giải quyết vấn đề ........................................................84 Bảng 2.2. Bảng kiểm NL chuyên môn ......................................................................84 Bảng 2.3. Kiểm năng lực giải quyết vấn đề ..............................................................95 Bảng 2.4. Kiểm năng lực chuyên môn ......................................................................96 Bảng 2.5. Kiểm năng lực giải quyết vấn đề ............................................................115 Bảng 2.6. Kiểm năng lực chuyên môn ....................................................................116 Bảng 3.1. Kết quả kiểm tra sau TN lớp TN và ĐC .................................................126 Bảng 3.2. Tần suất fi (%) kết quả các lớp TN và ĐC ..............................................126 Bảng 3.3. Tần suất hội tụ tiến các lớp TN và ĐC ...................................................126 Bảng 3.4. Các tham số thống kê kết quả học tập lớp TN và ĐC .................................126 Bảng 3.5. Bảng kiểm tra mẫu (Paired Samples Test) .............................................127 Bảng 3.6. Mức độ ảnh hƣởng của phƣơng pháp .....................................................127 Bảng 3.7. Kết quả kiểm tra sau TN lớp TN và ĐC .................................................131 Bảng 3.8. Tần suất fi(%) kết quả học tập lớp TN và ĐC ........................................131 Bảng 3.9. Tần suất hội tụ tiến lớp TN và ĐC .........................................................131 Bảng 3.10. Các tham số thống kê kết quả học tập lớp TN và ĐC ...............................132 Bảng 3.11. Paired Samples Test (Kiểm tra mẫu) ....................................................132 Bảng 3.12. Mức độ ảnh hƣởng của tác động TN đợt 1 ...........................................133
DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Trang Biểu đồ 3.1. Tần suất kết quả học tập lớp TN11 và ĐC11 ..........................................128 Biểu đồ 3.2. Tần suất hội tụ tiến của lớp TN11 và ĐC11 .......................................128 Biểu đồ 3.3. Tần suất kết quả học tập lớp TN12 và ĐC12 ..........................................129 Biểu đồ 3.4. Tần suất hội tụ tiến của lớp TN12 và ĐC12 .......................................129 Biểu đồ 3.5. Tần suất kết quả học tập lớp TN21 và ĐC21 ..........................................133 Biểu đồ 3.6. Tần suất hội tụ tiến của lớp TN21 và ĐC21 .......................................133 Biểu đồ 3.7. Tần suất kết quả học tập lớp TN22 và ĐC22 ..........................................134 Biểu đồ 3.8. Tần suất hội tụ tiến của lớp TN22 và ĐC22 .......................................134
DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1. Hệ điều khiển thích nghi ...........................................................................21 Hình 1.2. Hệ thống điều khiển vòng hở ....................................................................22 Hình 1.3. Các phần tử cơ bản hệ thống điều khiển phản hồi kiểu vòng kín .............23 H nh 1.4. Lƣợc đồ chức năng của hệ thống dạy học (Theo Nguyễn Xuân Lạc) ......24 H nh 1.5. Sơ đồ sử dụng thông tin phản hồi để điều khiển quá trình dạy học (theo Phạm Đ nh Văn) .............................................................................26 Hình 1.6. Mô hình dạy học theo lý thuyết điều khiển ...............................................44 Hình 1.7. Các bƣớc dạy học theo lý thuyết điều khiển .............................................52 Hình 2.1. Các bƣớc thiết kế dạy học theo lý thuyết điều khiển ................................67 Hình 2.2. Quy trình xây dựng bộ công cụ thu nhận thông tin phản hồi ...................71 Hình 2.3. Các bƣớc dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo lý thuyết điều khiển.................................................................................................87
1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài 1.1. Quan điểm đổi mới giáo dục và đào tạo ở nước ta Sự phát triển của xã hội đã đặt giáo dục và đào tạo trƣớc nhiều cơ hội và thách thức; trong đó, mục tiêu phát triển năng lực (NL) ngƣời học nhằm nâng cao chất lƣợng đào tạo để đáp ứng nhu cầu của xã hội là một trong những yếu tố đƣợc quan tâm hàng đầu. Nghị quyết số 29-NQ/TW ngày 04/11/2013 của Hội nghị Trung ƣơng 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo chỉ rõ mục tiêu cụ thể đối với giáo dục nghề nghiệp là: “…Đối với giáo dục nghề nghiệp, tập trung đào tạo nhân lực có kiến thức, kỹ năng và trách nhiệm nghề nghiệp. Hình thành hệ thống giáo dục nghề nghiệp với nhiều phƣơng thức và tr nh độ đào tạo kỹ năng nghề nghiệp theo hƣớng ứng dụng, thực hành, bảo đảm đáp ứng nhu cầu nhân lực kỹ thuật công nghệ của thị trƣờng lao động trong nƣớc và quốc tế…” [27]. Luật giáo dục và luật giáo dục nghề nghiệp [34], [35], yêu cầu năng lực cần đạt đƣợc [41] có thể thấy rằng, mục tiêu đào tạo ở các trƣờng đại học, cao đẳng không chỉ mang lại cho SV kiến thức và kỹ năng nghề nghiệp mà quan trọng cần phải bổ sung, tiếp cận nhiều phƣơng thức đào tạo mới nhằm đáp ứng nhu cầu đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật cho thị trƣờng lao động trong nƣớc và quốc tế. Để thực hiện đƣợc mục tiêu đó, cần phải đổi mới đồng bộ từ mục tiêu dạy học, nội dung dạy học, phƣơng pháp và phƣơng tiện dạy học đến phƣơng pháp kiểm tra, đánh giá. Do đó đổi mới phƣơng pháp dạy học theo hƣớng phát triển NL của SV phù hợp với thực tế giáo dục và sự phát triển của khoa học công nghệ trong giai đoạn hiện nay. 1.2. Phát huy tính tích cực, chủ động của người học Sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật, khối lƣợng kiến thức tăng từng ngày, khoa học công nghệ, đổi mới sáng tạo là nền tảng thúc đẩy
2 phát triển nhanh và bền vững thành phần kinh tế, trong đó có giáo dục thì quan điểm ngƣời dạy là trung tâm không còn phù hợp và hạn chế sự chủ động, sáng tạo của ngƣời học. Do đó giáo dục cần phải phát huy tính chủ động, tích cực, sáng tạo của ngƣời học. Đặc biệt trong đào tạo các ngành kỹ thuật những kiến thức luôn gắn liền với thực tiễn đòi hỏi ngƣời học tự học, chủ động tiếp thu kiến thức, làm chủ tri thức và linh hoạt trong vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Để ngƣời học có đƣợc NL đó th dạy học theo lý thuyết điều khiển giúp ngƣời học chủ động giải quyết vấn đề để lĩnh hội kiến thức, đƣợc điều chỉnh và định hƣớng để luôn luôn tiếp cận mục tiêu qua đó giúp ngƣời học nhanh chóng hình thành và phát triển NL. 1.3. Lý thuyết điều khiển đối với đổi mới phương pháp dạy học trong dạy học Lý thuyết điều khiển (LTĐK) là thành tựu của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành khác nhau và đã đem lại hiệu quả tích cực. Các hệ thống điều khiển trong nhiều lĩnh vực đều đòi hỏi sự thích nghi với điều kiện hoạt động và sự thay đổi m i trƣờng. Thực trạng dạy học học phần Điều khiển logic khả trình cho SV ngành kỹ thuật tại một số trƣờng cao đẳng và đại học cho thấy chất lƣợng đào tạo SV tr nh độ cao đẳng hiện nay đã có những thay đổi tích cực hƣớng đến việc phát triển NL của SV. Tuy nhiên, vẫn còn một số bất cập nhƣ phƣơng pháp dạy học chậm đổi mới, ứng dụng công nghệ thông tin còn hạn chế cho nên việc nghiên cứu lý luận và thực tiễn để nâng cao chất lƣợng đào tạo là cần thiết. Trong dạy học, nếu coi quá tr nh dạy học nhƣ một hệ thống có điều khiển và phản hồi để kết quả lu n đạt mục tiêu phát triển NL cho ngƣời học th dạy học theo LTĐK hoàn toàn phù hợp về mặt cấu trúc, khả thi trong triển khai do có sự tƣơng đồng của thành tố trong quá trình dạy học với các thành phần của một hệ thống điều khiển.
3 1.4. Nâng cao hiệu quả ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học Ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học sẽ làm thay đổi vai trò của ngƣời dạy và ngƣời học, cách thức dạy tiếp cận của ngƣời học tạo ra sự thay đổi trong tiến trình dạy học hƣớng đến phát huy tính chủ động sáng tạo cho ngƣời học. Trong dạy học học phần Điều khiển logic khả trình, nội hàm của học phần đã mang tính c ng nghệ và ứng dụng công nghệ th ng tin cao nhƣ việc sử dụng các phần mềm chuyên ngành, truyền thông giữa các đối tƣợng nghiên cứu của học phần do đó ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học là tất yếu. Từ các lý do trên, tác giả chọn đề tài “Dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo lý thuyết điều khiển trong đào tạo cao đẳng kỹ thuật” để nghiên cứu và vận dụng vào thực tiễn. 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu, phát triển cơ sở lý luận và thực tiễn dạy học theo LTĐK. Trên cơ sở đó đề xuất tổ chức dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo LTĐK trong đào tạo cao đẳng kỹ thuật. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn dạy học theo LTĐK. - Xây dựng tiến trình dạy học theo LTĐK và vận dụng vào dạy học học phần Điều khiển logic khả trình cho SV cao đẳng ngành Điện, điện tử. - Thiết kế bộ công cụ thu nhận thông tin phản hồi bằng phần mềm trắc nghiệm trong dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo LTĐK. - Kiểm nghiệm, đánh giá tính khả thi và hiệu quả của tiến trình dạy học dạy học đã đề xuất. 4. Khách thể, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 4.1. Khách thể nghiên cứu Quá trình dạy học SV cao đẳng ngành Điện, điện tử.
4 4.2. Đối tượng nghiên cứu LTĐK trong kỹ thuật, dạy học theo LTĐK và các biện pháp tác động vào quá trình dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo LTĐK cho SV cao đẳng ngành Điện, điện tử. 4.3. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu Lý thuyết điều khiển và vận dụng vào dạy học kĩ thuật cho sinh viên cao đẳng kĩ thuật. - Khảo sát thực trạng tại một số trƣờng cao đẳng kĩ thuật khu vực phía Nam Việt Nam: Khảo sát GV, SV và cán bộ quản lý về thực trạng dạy học học phần Điều khiển logic khả trình; thời gian từ tháng 10 đến tháng 12 năm 2017. - Kiểm nghiệm sƣ phạm tại một số trƣờng Đại học và Cao đẳng kĩ thuật: Dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo LTĐK cho SV; thời gian từ tháng 2 đến tháng 12 năm 2018. 5. Giả thuyết khoa học Nếu thiết kế đƣợc tiến trình dạy học học phần Điều khiển logic khả trình theo Lý thuyết điều khiển trên cơ sở thu nhận và xử lý thông tin phản hồi từ sinh viên để đánh giá kết quả học tập của họ sẽ giúp giảng viên và sinh viên điều chỉnh quá trình dạy và học để đạt đƣợc mục tiêu dạy học, qua đó nâng cao chất lƣợng dạy học. 6. Phƣơng pháp nghiên cứu 6.1. Nhóm phương pháp nghiên cứu lý luận (Phân tích, tổng hợp, khái quát hóa) Sử dụng để phân tích, tổng hợp các tài liệu trên thế giới và ở Việt Nam về dạy học theo LTĐK, b nh luận và đƣa ra kết luận của tác giả, từ đó xây dựng cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học theo LTĐK và các biện pháp dạy học học phần Điều khiển logic khả trình trong đào tạo Cao đẳng kỹ thuật. 6.2. Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn - Phƣơng pháp điều tra bằng bảng hỏi: Nghiên cứu thực trạng dạy học học phần Điều khiển logic khả trình: Xây dựng các câu để khảo sát, đánh giá
5 việc thiết kế, tổ chức, đánh giá và những khó khăn trong dạy học từ đó phân tích làm cơ sở để đề xuất dạy học theo LTĐK cho SV cao đẳng kỹ thuật. - Phƣơng pháp quan sát: Quan sát các hoạt động của GV, hoạt động của SV trong các giờ lên lớp để đƣa ra nhận xét định tính về tác động sƣ phạm đối với SV. - Phƣơng pháp chuyên gia: Xin ý kiến các chuyên gia về nội dung đề xuất dạy học học phần điều khiển logic khả trình theo LTĐK gồm: Tiến trình dạy học và ví dụ minh họa. Đánh giá tính khả thi và hiệu quả của biện pháp đề xuất. Số lƣợng chuyên gia cụ thể gồm: 18 chuyên gia về phƣơng pháp dạy học, 17 chuyên gia về dạy học học phần điều khiển logic khả trình. - Phƣơng pháp thực nghiệm sƣ phạm: Tiến hành thực nghiệm dạy học học phần Điều khiển logic khả tr nh theo LTĐK cho SV cao đẳng năm thứ ba để kiểm nghiệm tính khả thi, tính đúng đắn của đề tài. 6.3. Nhóm phương pháp thống kê toán học Sử dụng toán thống kê để tổng hợp, phân tích kết quả, tính toán các tham số đặc trƣng của thực nghiệm sƣ phạm so sánh kết quả thực nghiệm và đối chứng. Phần mềm sử dụng để thống kê toán học: Microsoft Excel và SPSS. 7. Đóng góp mới của luận án 7.1.Về lý luận - Phát triển đƣợc cơ sở lý luận dạy học kỹ thuật theo LTĐK. - Đề xuất mô hình và nguyên tắc dạy học theo LTĐK - Xây dựng tiến trình dạy học theo LTĐK trong trong đào tạo cao đẳng kỹ thuật. 7.2.Về thực tiễn - Khảo sát, đánh giá thực trạng dạy học học phần Điều khiển logic khả trình cho SV cao đẳng kỹ thuật theo định hƣớng nghiên cứu của đề tài.
6 - Xây dựng đƣợc bộ công cụ thu nhận thông tin phản hồi trong dạy học học phần Điều khiển logic khả trình bằng phần mềm trắc nghiệm. - Đề xuất đƣợc một số biện pháp vận dụng LTĐK vào dạy học học phần Điều khiển logic khả trình (PLC) cho sinh viên cao đẳng kỹ thuật. - Vận dụng tiến trình dạy học theo LTĐK thiết kế đƣợc các bài dạy cụ thể trong dạy học học phần Điều khiển logic khả trình cho SV cao đẳng kỹ thuật. - Kết quả thực nghiệm sƣ phạm và đánh giá của chuyên gia đã khẳng định tính cần thiết và hiệu quả của biện pháp đã đề xuất. 8. Cấu trúc của luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận và phụ lục, luận án gồm ba chƣơng: Chƣơng 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học theo lý thuyết điều khiển. Chƣơng 2: Biện pháp dạy học học phần Điều khiển logic Khả tr nh (PLC) theo lý thuyết điều khiển Chƣơng 3: Kiểm nghiệm và đánh giá
7 CHƢƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ DẠY HỌC THEO LÝ THUYẾT ĐIỀU KHIỂN 1.1. TỔNG QUAN LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU VẤN ĐỀ 1.1.1. Tình hình nghiên cứu ở nƣớc ngoài 1.1.1.1. Những nghiên cứu về lý thuyết điều khiển cổ điển trong kỹ thuật Trải qua lịch sử, con ngƣời luôn cố gắng thích nghi với các điều kiện xã hội khác nhau, dùng tƣ duy của m nh để điều khiển thế giới khách quan theo cách có lợi nhất cho mình và quá trình phát triển cứ thế tiếp diễn trong nhiều giai đoạn lịch sử kế tiếp. Đến nửa cuối thế kỷ XVII trong thời kỳ đầu của cuộc cách mạng kỹ thuật lần thứ nhất đã bắt đầu xuất hiện những phát minh ứng dụng đầu tiên của công nghệ điều khiển tự động nhƣ: van an toàn cho hệ thống khí hơi, điều khiển tốc độ cối xay gió... Phát minh quan trọng nhất cho đến nay đƣợc coi là nền móng, động lực cho nghiên cứu Lý thuyết điều khiển (LTĐK) sau này là phát minh của James Watt vào năm 1769 về điều khiển tốc độ tuabin hơi nƣớc dựa trên lực quay ly tâm của quả nặng hay còn đƣợc gọi là máy điều tốc ly tâm. Năm 1868, J.C. Maxwell là ngƣời đã thiết lập một lý thuyết toán học liên quan tới LTĐK, sử dụng m h nh phƣơng tr nh vi phân để giải thích các vấn đề về tính thiếu ổn định mà thiết bị điều tốc của James Watt gặp phải. Năm 1874, Edward Jonh Routh đã đƣa ra “Tiêu chuẩn ổn định của hệ bậc năm”. Lyapunov đã mở rộng công việc của Routh cho hệ phi tuyến trong luận án tiến sỹ khoa học của m nh vào năm 1892 với tựa đề "Vấn đề tổng quan về ổn định của chuyển động". Các biến đổi toán học cơ sở để phát triển lý thuyết điều khiển đã đƣợc Laplace (1749 - 1827) và Fourier (1758 - 1830) phát triển. [25] Cuối những năm 1920 đầu năm 1930, H. W. Bode và H. Nyquist làm việc tại phòng thí nghiệm điện thoại Bell đã
8 nghiên cứu công trình về thiết kế bộ khuếch đại phản hồi dựa trên đáp ứng tần số và ngƣợc lại bằng toán học biến số phức, công trình miêu tả cách xác định tính ổn định của hệ thống sử dụng phƣơng pháp miền tần số. Phƣơng pháp này sau đƣợc mở rộng để cho ra đời những phƣơng pháp thiết kế hệ thống điều khiển mà ngày nay vẫn đƣợc sử dụng rộng rãi. Năm 1948, Walter R. Evans một kỹ sƣ làm trong ngành hàng kh ng, phát triển kỹ thuật đồ thị để vẽ quỹ đạo nghiệm của phƣơng tr nh đặc trƣng của hệ thống có phản hồi. Đây thực sự là đóng góp rất quan trọng trong quá trình phát triển của LTĐK tự động. Khoảng thời gian từ năm 1960 đến nay là thời kỳ phát triển mạnh mẽ của lý thuyết điều khiển nâng cao nhƣ: điều khiển tối ƣu, thích nghi, bền vững, trí tuệ nhân tạo, logic mờ,… Chúng đƣợc ứng dụng vào các hệ thống điều khiển hiện đại và giúp cho các hệ thống tự động ngày càng ổn định và th ng minh hơn [25], [28]. Từ các nghiên cứu về lý LTĐK cho thấy LTĐK kinh điển chính là nền tảng cơ bản của điều khiển hiện đại để thiết kế các hệ thống đơn giản nhưng rất hiệu quả được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực hiện nay. 1.1.1.2. Những nghiên cứu về lý thuyết điều khiển hiện đại Bắt đầu những năm 1980, các bộ điều khiển đã từng bƣớc sử dụng máy tính số để tính toán các tham số cho bộ điều khiển. Sau đó việc ứng dụng máy tính trong điều khiển phát triển mạnh mẽ cho phép xử lý khối lƣợng th ng tin lớn và chính xác trong thời gian ngắn. Cho đến ngày nay, máy tính kh ng thể thiếu trong các hệ điều khiển. Trong các hệ thống điều khiển th điều khiển có phản hồi là hệ thống ứng dụng phổ biến nhất trong tất cả các lĩnh vực: c ng nghiệp, năng lƣợng, n ng nghiệp, giao thông, an ninh quân sự … Ngay cả trong quản lý xã hội, kinh tế, sản xuất, hệ thống điều khiển vẫn có những ứng dụng nhất định.
9 Các nghiên cứu [76], [78] cho rằng: Mặc dù giữ vai trò lịch sử quan trọng của thời đại, điều khiển học lại kh ng thật giống nhƣ một m n khoa học độc lập. Từ điều khiển học đã nhanh chóng, liên tục h nh thành các ngành khoa học mới nhƣ khoa học máy tính, lý thuyết th ng tin, trí tuệ nhân tạo, khoa học nhận thức, hệ thống phức tạp, khoa học thiết kế m h nh và m phỏng máy tính, những hệ thống năng động, cuộc sống nhân tạo... nên các chuyên gia điều khiển cũng nghiên cứu theo nhiều ngành khoa học khác nhau. Nghiên cứu về LTĐK hiện đại, nhiều tác giả đã đi sâu nghiên cứu về thu nhận và xử lý th ng tin phản hồi để điều khiển đối tƣợng điều khiển theo yêu cầu: Gene F. Franklin, J. David Powell, Abbas Emami-Naeini [59], [64], Tác giả John Doyle, Bruce Francis, Allen Tannenbaum đã đi sâu nghiên cứu th ng tin phản hồi trong lý thuyết điều khiển [62]. Từ các nghiên cứu về LTĐK cổ điển và hiện đại cho thấy phạm vi của LTĐK kh ng hạn chế trong một ngành kỹ thuật cụ thể nào mà có thể áp dụng cho nhiều lĩnh vực. Sự phát triển của LTĐK hiện đại và ứng dụng rộng rãi của máy vi tính giúp cho khoa học kỹ thuật phát triển nhảy vọt. Sự phát triển đó làm nền tảng cho Cuộc Cách mạng công nghiệp 4.0 hiện nay. 1.1.1.3. Những nghiên cứu về dạy học theo lý thuyết điều khiển Sau những năm 1970 của thế kỷ 20, LTĐK đƣợc ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành và nhiều lĩnh vực khác nhau. Bắt đầu từ những năm 1980 LTĐK mới đƣợc nghiên cứu và vận dụng trong giáo dục. Những nghiên cứu đầu tiên về vấn đề này là nghiên cứu th ng tin phản hồi trong dạy học. Năm 1994, tác giả Wagner E.D cho rằng yếu tố nảy sinh tƣơng tác trong dạy học là t nh huống, để tạo dựng cho ngƣời học các nhiệm vụ học tập. Các tƣơng tác hƣớng đến tập trung vào quá tr nh kích thích điều chỉnh, duy tr các tác động và phản hồi một cách liên tục của ngƣời học, điều chỉnh hành vi của ngƣời học th ng qua các phản hồi nhằm đạt mục tiêu học tập [72]. Tác giả Robert J.