Luận án tiến sĩ Lý luận và phương pháp dạy học Kỹ thuật: Công nghệ dạy học tương tác ảo trong đào tạo đại học ngành cơ điện tử

Chia sẻ: Ochuong_999 Ochuong_999 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:224

Thêm vào BST

Báo xấu

57
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục tiêu của luận án là Xây dựng bài giảng theo công nghệ dạy học tương tác ảo nhập vai cho môn Robot công nghiệp nhằm nâng cao chất lượng dạy học ngành Cơ điện tử, góp phần phát triển toàn diện năng lực của sinh viên thông qua kích thích đa giác quan.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án tiến sĩ Lý luận và phương pháp dạy học Kỹ thuật: Công nghệ dạy học tương tác ảo trong đào tạo đại học ngành cơ điện tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ---oo0oo--- NGUYỄN THỊ THANH CÔNG NGHỆ DẠY HỌC TƢƠNG TÁC ẢO TRONG ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC KỸ THUẬT HÀ NỘI – 2020
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI ----------------------------------------- NGUYỄN THỊ THANH CÔNG NGHỆ DẠY HỌC TƢƠNG TÁC ẢO TRONG ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC NGÀNH CƠ ĐIỆN TỬ Ngành: Lý luận và phương pháp dạy học Mã số: 9140110 LUẬN ÁN TIẾN SĨ NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. LÊ HUY TÙNG GS. TS. NGUYỄN XUÂN LẠC HÀ NỘI – 2020
LỜI CẢM ƠN Tôi xin bảy tỏ lòng cảm ơn chân thành tới: Tập thể các Thầy giáo hƣớng dẫn: TS. Lê Huy Tùng và GS. Nguyễn Xuân Lạc đã tận tình chỉ dẫn, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và thực hiện Luận án này. Tôi xin trân trọng cảm ơn khoa cơ khí, phòng khoa học công nghệ trƣờng Đại học kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên đã tạo điều kiện giúp đỡ khi tôi làm thực nghiệm. Tôi xin trân trọng cảm ơn Viện Hàn lâm khoa học Việt Nam, Công ty VR Tech đã giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu ra sản phẩm, chƣơng trình, thiết bị phục vụ quá trình thực nghiệm. Tôi xin chân thành cảm ơn Viện sƣ phạm kỹ thuật và Phòng đào tạo trƣờng Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo điều kiện học tập, nghiên cứu, tiến hành Luận án. Tôi xin tri ân đến gia đình và toàn thể anh em, bạn bè, đồng nghiệp đã quan tâm, động viên, giúp đỡ trong suốt quá trình thực hiện Luận án. Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2020 (Nghiên cứu sinh) Nguyễn Thị Thanh
LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan những gì mà tôi viết ra trong Luận án này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả, số liệu trong luận án là trung thực và chƣa từng đƣợc tác giả khác công bố. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm về những gì mà tôi đã cam đoan trên đây. Hà Nội, ngày 20 tháng 5 năm 2020 T/M Tập thể hƣớng dẫn (Nghiên cứu sinh) TS. Lê Huy Tùng Nguyễn Thị Thanh GS.TS. Nguyễn Xuân Lạc
Mục Lục DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT ................................................. i DANH MỤC CÁC BẢNG ......................................................................................... ii DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ .............................................................................. iv DANH MỤC BIỂU ĐỒ ............................................................................................. v MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................. 1 1.1. Nhu cầu phát triển khoa học công nghệ hiện đại .......................................... 1 1.2. Thực trạng dạy học ngành cơ điện tử tại Việt Nam ...................................... 1 1.3. Tính thời đại của công nghệ dạy học tƣơng tác ảo ....................................... 2 2. Mục đích nghiên cứu ........................................................................................... 3 3. Khách thể, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu ..................................................... 3 4. Giả thuyết khoa học ............................................................................................ 3 5. Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu ...................................................................... 3 6. Phƣơng pháp nghiên cứu..................................................................................... 4 6.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý luận .................................................................. 4 6.2. Phƣơng pháp nghiên cứu thực tiễn ............................................................... 4 7. Những đóng góp của Luận án ............................................................................. 5 7.1. Về lý luận ...................................................................................................... 5 7.2. Về thực tiễn ................................................................................................... 5 8. Bố cục của Luận án ............................................................................................. 5 CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ CÔNG NGHỆ DẠY HỌC TƢƠNG TÁC ẢO………………………….………………………………………..7 1.1. Tổng quan nghiên cứu về công nghệ dạy học tƣơng tác ảo ............................. 7 1.1.1 Thế giới ....................................................................................................... 7 1.1.2 Việt Nam ................................................................................................... 11 1.2. Các khái niệm cơ bản ..................................................................................... 14 1.2.1 Khái niệm công nghệ dạy học .................................................................. 14 1.2.1.1. Công nghệ.......................................................................................... 14 1.2.1.2. Công nghệ dạy học ............................................................................ 15 1.2.2.Khái niệm dạy học tƣơng tác ảo ............................................................... 16 1.2.2.1. Dạy học.............................................................................................. 16 1.2.2.2. Dạy học tƣơng tác ............................................................................. 17 1.2.2.3. Dạy học tƣơng tác ảo ......................................................................... 18 1.2.3. Khái niệm phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo ........................................ 21 1.2.3.1. Phƣơng Pháp dạy học ........................................................................ 21 1.2.3.2. Phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ........................................................ 22 1.2.3.3. Phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo ................................................... 23 1.3. Lý luận về công nghệ dạy học tƣơng tác ảo................................................... 26 1.3.1. Khái niệm ảo ............................................................................................ 26 1.3.2. Môi trƣờng trong công nghệ dạy học tƣơng tác ảo ................................. 26 1.3.3. Phƣơng tiện trong công nghệ dạy học tƣơng tác ảo ................................ 27
1.3.4. Những thành phần của công nghệ dạy học tƣơng tác ảo trong hình thành phƣơng pháp dạy học. ........................................................................................ 30 1.3.4.1. Các thành phần của hệ thống tƣơng tác ảo ........................................ 30 1.3.4.2. Cơ sở dữ liệu cho thế giới ảo ............................................................ 33 1.3.4.3. Hệ cảm biến linh hoạt ........................................................................ 35 1.3. 5. Vai trò của công nghệ dạy học tác ảo trong hình thành kỹ năng cho ngƣời học. ..................................................................................................................... 37 1.4. Đ c điểm của ngành cơ điện tử và vai trò của học phần Robot công nghiệp .. 38 1.4.1. Đ c điểm của ngành Cơ điện tử ........................................................... 38 1.4.2. Vị trí vai trò của học phần Robot Công nghiệp ................................... 39 1.4.3. C u trúc và nội dung môn học Robot công nghiệp .............................. 40 1.5. Cơ sở thực tiễn về công nghệ dạy học tƣơng tác ảo ở các trƣờng đại học. ... 42 1.5.1. Cách thức và nội dung khảo sát ............................................................... 42 1.5.2. Kết quả ..................................................................................................... 43 1.5.3. Đánh giá ................................................................................................... 49 KẾT LUẬN CHƢƠNG 1 ......................................................................................... 51 CHƢƠNG 2: THIẾT KẾ DẠY HỌC TƢƠNG TÁC ẢO CHO HỌC PHẦN ROBOT CÔNG NGHIỆP TRONG Đ O TẠO ĐẠI HỌC NG NH CƠ ĐIỆN TỬ................ 53 2.1. Thiết kế dạy học phần Robot công nghiệp dựa vào công nghệ tƣơng tác ảo ........................................................................................................................... 53 2.1.1. Quy trình thiết kế chƣơng trình tƣơng tác ảo trong dạy học của ngành cơ điện tử. ............................................................................................................... 53 2.1.2. Phần mềm Unity ...................................................................................... 55 2.1.3. Xây dựng chƣơng trình VR cánh tay Robot trên kính Oclus .................... 57 và trên điện thoại. ............................................................................................... 57 2.1.4. Lắp kết nối chƣơng trình TTA.................................................................. 62 2.1.5. Soạn giáo án phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo cho học phần........................ 63 Robot công nghiệp ............................................................................................. 63 2.2. Giáo án mẫu cho học phần Robot công nghiệp .............................................. 65 2.3. Thiết kế quy trình tổ chức dạy học tƣơng tác ảo............................................ 83 2.4. Thiết kế, phân loại bài giảng tƣơng tác ảo ..................................................... 84 2.5. Xây dựng các tiêu chí để tổ chức dạy học dựa vào công nghệ tƣơng tác ảo ........ 88 2.5.1. Điều kiện về môi trƣờng học tập tƣơng tác ảo ........................................ 88 2.5.2. Điều kiện về ngƣời dạy và ngƣời học tƣơng tác ảo ................................. 89 2.5.3. Các tiêu chí tổ chức dạy học tƣơng tác ảo ............................................... 89 KẾT LUẬN CHƢƠNG 2 ......................................................................................... 96 CHƢƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM V ĐÁNH GIÁ ................................. 98 3.1. Khái quát chung về chƣơng trình thực nghiệm .............................................. 98 3.1.1. Mục đích .................................................................................................. 98 3.1.2. Nhiệm vụ.................................................................................................. 98 3.1.3. Đối tƣợng thực nghiệm ............................................................................ 98 3.1.4. 1. Năng lực về ngƣời học ..................................................................... 99 3.1.4.2. Năng lực về ngƣời dạy .................................................................... 105 3.1.4.3. Năng lực về môi trƣờng .................................................................. 105 3.1.5. Phƣơng pháp thực nghiệm.................................................................. 106 3.2. Tổ chức thực nghiệm.................................................................................... 107
3.2.1. Công tác chuẩn bị .................................................................................. 107 3.2.2. Nội dung thực nghiệm ........................................................................... 107 3.2.3.Tiến trình thực hiện................................................................................. 108 3.3. Kết quả thực nghiệm .................................................................................... 108 3.3.1. Kết quả đánh giá định tính ..................................................................... 108 3.3.2. Kết quả đánh giá định lƣợng .................................................................. 108 3.4. Kết quả khảo sát ý kiến sinh viên sau giờ học ............................................. 115 3.5. Kết quả khảo sát l y ý kiến chuyên gia ........................................................ 120 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3.......................................................................................... 125 KẾT LUẬN V KHUYẾN NGHỊ......................................................................... 127 T I LIỆU THAM KHẢO ...................................................................................... 129 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN......................... 136 Phụ lục 1: Hình ảnh lớp học tƣơng tác ảo ............................................................ PL-4 Phụ lục 2: Nội suy quỹ đạo trong không gian khớp của robot 4 bậc tự do .......... PL-7 Phụ lục 3: Tính toán thiết kế robot ..................................................................... PL-13 Phụ lục 4: Code................................................................................................... PL-21 Phụ lục 5: Đề cƣơng chi tiết học phần robot công nghiệp ................................. PL-36 Phụ lục 6:PHiếu đánh giá đề cƣơng chi tiết ....................................................... PL-41 học phần robot công nghiệp ............................................................................... PL-41 Phụ lục 7: Phiếu điều tra thực trạng dạy học tƣơng tác ảo trong môn robot công nghiệp ................................................................................................................. PL-42 Phụ lục 8: Phụ lục danh sách chuyên gia cho ý kiến ................................................. PL-44 Phụ lục 9: Phiếu xin ý kiến chuyên gia .............................................................. PL-45 Phụ lục 10: Phiếu đánh giá kết quả thực nghiệm ............................................... PL-46 Phụ lục 11: Phiếu khảo sát ý kiến sinh viên online ............................................ PL-49 Phụ lục 12: Phiếu điều tra thông tin sinh viên .................................................... PL-50 Phụ lục 13: PHiếu khảo sát ý kiến sinh viên ...................................................... PL-51 sau giờ học .......................................................................................................... PL-51 Phụ lục 14 : Phân loại robot ............................................................................... PL-53 Phụ Lục 15: Robot song song ............................................................................. PL-57 Phụ lục 16: Cách đánh giá kết quả học tập ngƣời học ....................................... PL-60 Phụ lục 17: Tổng hợp điểm học tập đầu vào của sinh viên ........................................ PL-62 Phụ lục 18: Tổng hợp điểm lớp thực nghiệm và lớp đối chứng.................................... PL-63 Phụ lục 19: Giáo án theo phƣơng pháp truyền thống ......................................... PL-64
DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT i
DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1. 1: Khảo sát đánh giá môn học Robot công nghiệp................................................................. 45 Bảng 1. 2: Tần su t giá viên sử dụng dạy học tƣơng tác ảo trong thực tế ......................................... 46 Bảng 1. 3: Khảo sát c p độ dạy học tƣơng tác ảo đƣợc giáo viên sử dụng ....................................... 46 Bảng 1. 4: Yếu tố quyết định để giáo viên lựa chọn dạy học tƣơng tác ảo........................................ 47 Bảng 1. 5: Nhận thức của GV về tƣơng tác ảo trong dạy học............................................................. 47 Bảng 1. 6: Đánh giá về tầm quan trọng của DHTTA trong dạy học hệ đại học ............................. 48 Bảng 1. 7: Biện pháp kỹ thuật đƣợc sử dụng trong DH TTA để nâng cao hiệu quả ....................... 48 Bảng 1. 8: Đánh giá của GV về hình thức DHTTA nếu đƣa vào ...................................................... 49 Bảng 1. 9: Giáo viên đánh giá những khó khăn khi tiến hành DH TTA ........................................... 49 Bảng 2. 1: Code chƣơng trình điều khiển cánh tay Robot trên Oclus và điện thoại ........................ 58 Bảng 2. 2: Đánh giá những kỹ năng DHTTA và hoạt động giáo dục ............................................... 90 Bảng 2. 3: Đánh giá tính hiệu quả trong lãnh đạo, tổ chức các lớp học TTA (lãnh đạo và quản lý ngƣời học, việc học và môi trƣờng dạy học TTA) ................................................................ 90 Bảng 2. 4: Đánh giá tƣơng tác ngƣời học – môi trƣờng1 .................................................................... 91 Bảng 2. 5: Đánh giá tƣơng tác ngƣời học – ngƣời dạy......................................................................... 91 Bảng 2. 6: Đánh giá tƣơng tác ngƣời học – ngƣời học......................................................................... 92 Bảng 2. 7: Mức độ ảnh hƣởng tích cực của các yếu tố từ môi trƣờng bên ngoài............................. 93 Bảng 2. 8: Mức độ ảnh hƣởng tích cực của môi trƣờng tâm lý trong dạy học TTA ....................... 93 Bảng 2. 9: Tƣơng tác ngƣời học – môi trƣờng trong lớp học Robot công nghiệp ........................... 94 Bảng 2. 10: Tiêu chí lớp học tƣơng tác ảo cho học phần Robot công nghiệp .................................. 95 Bảng 3. 1: Số lƣợng sinh viên tiến hành thực nghiệm giai đoạn 1 ..................................................... 99 Bảng 3. 2: Số lƣợng sinh viên tiến hành thực nghiệm giai đoạn 2 ..................................................... 99 Bảng 3. 3: Tổng hợp số lƣợng sinh viên tiến hành thực nghiệm ........................................................ 99 Bảng 3. 4: Thông tin trong lớp học sinh viên học tốt nh t khi ..........................................................102 Bảng 3. 5: Sinh viên thƣờng nhớ gì khi xem một chƣơng trình truyền hình ..................................103 Bảng 3.6: Thông tin ngoài giờ học sinh viên quan tâm......................................................................103 Bảng 3.7: Thông tin để học một kỹ năng mới của sinh viên .............................................................104 Bảng 3.8: Thông tin sinh viên thích giáo viên sử dụng trong giờ học..............................................104 Bảng 3.9: Thông tin khi sinh viên chơi một trò chơi, sinh viên thích...............................................105 Bảng 3. 10: Xếp loại điểm ......................................................................................................................109 Bảng 3. 11: Cách tính điểm ....................................................................................................................109 Bảng 3. 12: So sánh số lƣợng sinh viên đạt điểm Xi điểm quá trình và kết thúc modul ...............110 Bảng 3. 13: Kết quả kiểm tra bài ( Số sinh viên đạt điểm Xi)...........................................................111 Bảng 3. 14: Bảng tần su t ( số phần trăm SV đạt điểm Xi) ..............................................................112 Bảng 3. 15: Phƣơng sai, độ lệch chuẩn,hệ số biến thiên cho lớp đối chứng ...................................113 Bảng 3. 16: Phƣơng sai, độ lệch chuẩn,hệ số biến thiên cho lớp thực nghiệm ...............................113 Bảng 3. 17: So sánh các thông số thống kê ..........................................................................................114 Bảng 3. 18: Khảo sát ý kiến sinh viên về cảm nhận khi đƣa dạy học tƣơng tác ảo vào lớp học ..116 Bảng 3. 19: Ý kiến sinh viên tự đánh giá những kỹ năng sẽ đƣợc tăng lên khi tham gia lớp học tƣơng tác ảo ...............................................................................................................117 ii
Bảng 3.20: Phần trăm sinh viên tự đánh giá những kỹ năng sẽ đƣợc tăng lên ..............................118 Bảng 3. 21: Khảo sát ý kiến sinh viên về cách thức đƣa DH TTA vào lớp học.............................118 Bảng 3. 22: Khảo sát ý kiến của sinh viên đánh giá không khí lớp học...........................................119 Bảng 3. 23: Khảo sát đánh giá của sinh viên khi đƣa DH TTA có thể giúp gì cho môn Robot công nghiệp. .....................................................................................................................119 Bảng 3. 24: Khảo sát đánh giá của sinh viên khi áp dụng PPDH tƣơng tác ảo bán nhập vai và PPDH nhập vai cho môn học Robot công nghiệp ......................................................120 Bảng 3. 25: Xây dựng DH TTA trong quá trình dạy môn Robot công nghiệp.............................121 Bảng 3. 27: Khảo sát hiệu quả sau khi học Robot công nghiệp sử dụng PPDH TTA ..................123 iii
DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ Hình 1. 1: Dạy học tƣơng tác ................................................................................................................... 17 Hình 1. 2: Hình thức tƣơng tác ảo ........................................................................................................... 24 Hình 1. 3: Phƣơng pháp thể hiện tƣơng tác ảo cho kết quả phù hợp.................................................. 25 Hình 1. 4: Đ c trƣng của dạy học tƣơng tác .......................................................................................... 22 Hình 1. 5: C u trúc và nội dung môn Robot công nghiêp ................................................................... 41 Hình 1. 6: Phƣơng tiện dạy học mang tín hiệu đầu vào ....................................................................... 27 Hình 1. 7: Sơ đồ các thành phần của hệ thống tƣơng tác ảo ................................................................ 29 Hình 1. 8: Lợi ích của tƣơng tác ảo trong dạy và học ........................................................................... 37 Hình 1. 9: Các thiết bị dạy học tƣơng tác ảo .......................................................................................... 31 Hình 1. 10: Phƣơng tiện dạy học tƣơng tác............................................................................................ 31 Hình 1.11: Phƣơng tiện dạy học tƣơng tác ảo mang tín hiệu đầu vào: .............................................. 31 Hình 2. 1: Sơ đồ các bƣớc thiết kế bài giảng tƣơng tác ảo................................................................... 53 Hình 2. 2: Chƣơng trình TTA cánh tay Robot ...................................................................................... 55 Hình 2. 3: Các scene của Unity và kéo tài nguyên vào Scene để sử dụng ........................................ 56 Hình 2. 4: Cách tạo file script mới và gắn vào đối tƣợng..................................................................... 57 Hình 2. 5: Xây dựng chƣơng trình TTA cho học phần Robot công nghiệp ..................................... 57 Hình 2. 6: Dựng mô hình cánh tay Robot 3D........................................................................................ 59 Hình 2. 7: Tổng thể cánh tay Robot ........................................................................................................ 60 Hình 2. 8: Chân đế và trụ xoay tổng thể ................................................................................................. 60 Hình 2. 9: Cánh tay và trục xoay cánh tay.............................................................................................. 60 Hình 2. 10: Cẳng tay và trục khuỷu tay .................................................................................................. 61 Hình 2. 11: Trục xoay khớp cổ tay.......................................................................................................... 61 Hình 2. 12: Cổ tay và trục xoay khớp bàn tay ....................................................................................... 61 Hình 2. 13: Bàn tay và trục xoay khớp bàn tay ..................................................................................... 62 Hình 2. 14: Ngón tay và thanh ray trƣợt ngón tay................................................................................. 62 Hình 2. 15: Chƣơng trình VR cánh tay Robot gắp vật bằng Oclus Go ............................................. 62 Hình 2. 16: Chƣơng trình VR điều khiển trên điện thoại ..................................................................... 63 Hình 2. 17: Quy trình thiết kế giáo án bài giảng tƣơng tác ảo ............................................................. 63 Hình 2. 18: Quy trình tổ chức dạy học tƣơng tác ảo ............................................................................. 83 Hình 2. 19: Phân loại bài giảng tƣơng tác ảo ......................................................................................... 84 Hình 2. 20: Bài giảng tƣơng tác ảo kết hợp............................................................................................ 85 Hình 2. 21: Bài giảng tƣơng tác ảo toàn phần........................................................................................ 85 Hình 2. 22: Xây dựng các tiêu chí tổ chức dạy học tƣơng tác ảo........................................................ 88 Hình 2. 23: Các tiêu chí tổ chức dạy học tƣơng tác ảo ......................................................................... 94 Hình 3. 1: Lớp học thực nghiệm dạy học tƣơng tác ảo ........................................................................ 98 iv
DANH MỤC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 1. 1: Khảo sát về sự biết đến thức tại ảo................................................................................... 44 Biểu đồ 1. 2: Khảo sát SV đánh giá về môn học Robot công nghiệp ................................................ 45 Biểu đồ 1. 3: Khảo sát online sự trải nghiệp VR của SV ..................................................................... 45 Biểu đồ 1. 4: Tần su t giáo viên sử dụng dạy học tƣơng tác ảo trong thực tế ................................... 46 Biểu đồ 3. 1: Kết quả kỳ I năm 2017-2018 của sinh viên lớp đối chứng ........................................100 Biểu đồ 3. 2: Kết quả kỳ I năm 2017-2018 của sinh viên lớp thực nghiệm ....................................100 Biểu đồ 3. 3: So sánh điểm kỳ học gần nh t của sinh viên lớp TN và lớp ĐC ...............................101 Biểu đồ 3. 4: Biểu đồ điểm đầu vào của SV lớp ĐC ..........................................................................101 Biểu đồ 3. 5: Biểu đồ điểm đầu vào của SV lớp TN ..........................................................................101 Biểu đồ 3. 6: Biểu đồ so sánh điểm đầu vào của SV lớp ĐC và lớp TN.........................................102 Biểu đồ 3. 7: Điều kiện tiếp nhận kiến thức tốt nh t ...........................................................................102 Biểu đồ 3. 8: Thông tin sinh viên thƣờng nhớ gì khi xem một chƣơng trình truyền hình.............103 Biểu đồ 3. 9: Thông tin ngoài giờ học sinh viên quan tâm ................................................................103 Biểu đồ 3. 10: Thông tin để học một kỹ năng mới của sinh viên .....................................................104 Biểu đồ 3. 11: Thông tin sinh viên thích giáo viên sử dụng trong giờ học ......................................104 Biểu đồ 3. 12: Thông tin khi sinh viên chơi một trò chơi, sinh viên thích .......................................105 Biểu đồ 3. 13: Biểu đồ tổng hợp điểm các kiểm tra ở lớp ĐC ..........................................................109 Biểu đồ 3. 14: Biểu đồ tổng hợp điểm các bài kiểm tra ở lớp TN ....................................................109 Biểu đồ 3. 15: Biểu đồ so sánh điểm quá trình ở lớp ĐC và TN ... Error! Bookmark not defined. Biểu đồ 3. 16: Biểu đồ so sánh điểm kết thúc modul ở lớp ĐC và TN............................................110 Biểu đồ 3. 17: Biểu đồ so sánh tổng hợp điểm quá trình và kết thúc modul...................................111 Biểu đồ 3. 18: so sánh sinh viên đạt điểm Xi tại lớp thực TN và ĐC ..............................................111 Biểu đồ 3. 19: Đƣờng tần su t hội tụ tiến sinh viên đạt điểm Xi.......................................................112 Biểu đồ 3. 20: Đƣờng Radar phổ điểm sinh viên đạt điểm Xi ..........................................................112 Biểu đồ 3. 21: Khảo sát ý kiến sinh viên về cảm nhận khi đƣa dạy học tƣơng tác ảo vào lớp học......................................................................................................................................116 Biểu đồ 3. 22: Khảo sát ý kiến sinh viên tự đánh giá những kỹ năng sẽ đƣợc tăng lên khi tham gia lớp học tƣơng tác ảo. .......................................................................................117 Biểu đồ 3. 23: Khảo sát ý kiến sinh viên về cách thức đƣa DH TTA vào lớp học ........................119 Biểu đồ 3. 24: Khảo sát đánh giá của sinh viên khi đƣa DH TTA có thể giúp gì cho ...................120 Biểu đồ 3. 25: Xây dựng DH TTA trong quá trình dạy môn Robot công nghiệp .........................121 Biểu đồ 3. 26: Khảo sát hiệu quả sau khi học Robot công nghiệp sử dụng PPDH TTA..............124 v
LOGIC LUẬN ÁN vi
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài 1.1. Nhu cầu phát triển khoa học công nghệ hiện đại Ngành Cơ điện tử đƣợc đánh giá là ngành mũi nhọn trong phát triển công nghiệp của quốc gia. Bên cạnh đó lĩnh vực Cơ điện tử đóng vai trò thiết yếu với cuộc sống của con ngƣời ở mọi lĩnh vực trong nhiều thế kỷ qua và trong tƣơng lai. T t cả các thiết bị hay hệ thống từ đơn giản đến phức tạp trong mọi ngành, lĩnh vực nhƣ dân dụng, công nghiệp, khai khoáng, xây dựng và quốc phòng đều có sự hiện diện không thể thiếu của ngành Cơ điện tử. Và để phát triển ngành cơ điện tử nhƣ kỳ vọng hai câu hỏi đƣợc đ t ra cân đƣợc giải quyết đó là: Một là loại sản phẩm Cơ điện tử nào cần đƣợc phát triển tại Việt Nam để từ đó chúng ta có thể đi tắt đón đầu công nghệ, không m t thời gian đi vào những sản phẩm phần cứng mà thế giới đã tiêu chuẩn hóa. Hai là vai trò của chƣơng trình đào tạo nguồn nhân lực Cơ điện tử đối với sự phát triển các sản phẩm này. Nhƣ vậy, Ngành Cơ điện tử là một trong những ngành trở thành then chốt để phát triển công nghiệp hóa hiện đại hóa Việt Nam trong tƣơng lai. Với vai trò của ngành cơ điện tử có thể cung c p các sản phẩm thông minh phục vụ nhu cầu của đ t nƣớc trong các lĩnh vực kinh tế, quân sƣ, truyền thông và đ c biệt trong giáo dục. Ngoài ra, ngành Cơ điện tử Việt Nam hoàn toàn có thể đáp ứng đƣợc các nhu cầu về gia công Robot thông minh thế hệ mới nh t xu t khẩu toàn cầu. 1.2. Thực trạng dạy học ngành cơ điện tử tại Việt Nam Môn học Robot công nghiệp là môn học không thể thiếu trong ngành Cơ điện tử. Cùng với đ c điểm môn học Robot công nghiệp là môn học tích hợp nhiều kiến thức cơ khí, công nghệ thông tin, điện tử. Kiến thức môn học Robot công nghiệp rộng và trừu tƣợng. Trên thực tế, việc dạy và học của sinh viên hiện nay vẫn còn r t thụ động chủ yếu là theo phƣơng pháp cũ, giảng viên truyền thụ kiến thức một chiều. Trong thời đại hiện tại công nghệ dạy học ngày càng phát triển, chính vì thế đối với một môn học tích hợp nhiều kiến thức phức tạp nhƣ môn Robot công nghiệp thì cần thì cần một phƣơng pháp dạy học kích thích đƣợc đa giác quan cho ngƣời học. 1
1.3. Tính thời đại của công nghệ dạy học tƣơng tác ảo Phƣơng pháp dạy học tƣơng tác là phƣơng pháp vận dụng lý luận dạy học tƣơng tác (bộ ba nguyên lý, bộ ba ứng xử,…) và sử dụng phƣơng tiện dạy học tƣơng tác, sao cho quá trình dạy học về cơ bản là quá trình học hƣớng làm của ngƣời học. Dạy học tƣơng tác đƣợc chia làm 3 loại: không nhập vai, bán nhập vai và nhập vai.Trên thực tế hiện tại các trƣờng học chủ yếu ứng dụng dạy học tƣơng tác không nhập vai. Dạy học tƣơng tác bán nhập vai và đ c biệt là dạy học tƣơng tác nhập vai thì gần nhƣ không có. Dạy học tƣơng tác không nhập vai hiện tại đang đƣợc sử dụng: chủ yếu bằng phần mềm tƣơng tác ảo và trình chiếu cho học sinh quan sát để ngƣời học có thể dễ dàng hình dung thông qua đó nắm bắt kiến thức một cách dễ dàng. Ví dụ nhƣ động cơ đột trong, ho c động cơ phân kì hay c u tạo và điều khiển cánh tay Robot..v.v. Có những kiến thức r t khó, nhƣng nếu sử dụng tƣơng tác ảo thì sinh viên có thể hiểu và nắm bắt một cách dễ dàng. Dạy học tƣơng tác bán nhập vai là ngƣời học tham gia vào một phần quá trình dạy học đó, với bài giảng có hệ thống màn hình lớn bao quanh ngƣời dùng để tạo cảm giác hòa nhập vào môi trƣờng ảo 3D. Dạy học tƣơng tác nhập vai ngƣời học hoàn toàn hòa nhập vào vào các hoạt động trong đó, không cảm th y mình là ngƣời quan sát ngoài cuộc. Ngƣời học đƣợc trải nghiệm nhƣ thật trong môi trƣờng ảo, nhờ các bộ hiển thị chuyên dùng (HDM, BOOM,…). Với phƣơng pháp dạy học nhập vai thì ngƣời học không chỉ đƣợc quan sát mà còn có thể nghe, chuyển động, di chuyển và điều khiển đƣợc các hoạt động của thiết bị, của các kết c u. Ngƣời học không những học mà còn có thể hiểu luôn đƣợc các c u tạo, các nguyên lý hoạt động ngay trên lớp. Phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo đƣợc đánh giá là phƣơng pháp dạy học kích thích đƣợc đa giác quan cho ngƣời học. Giúp ngƣời học hăng say học tập, kích thích tính tự chủ và sáng tạo, cũng nhƣ vận dụng đƣợc bản ch t của sự vật hiện tƣợng. Chính vì vậy, dạy học tƣơng tác ảo là một xu hƣớng lựa chọn t t yếu đi cùng sự phát triển của khoa học công nghệ giáo dục hiện đại. 2
2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng bài giảng theo công nghệ dạy học tƣơng tác ảo nhập vai cho môn Robot công nghiệp nhằm nâng cao ch t lƣợng dạy học ngành Cơ điện tử, góp phần phát triển toàn diện năng lực của sinh viên thông qua kích thích đa giác quan. 3. Khách thể, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Khách thể nghiên cứu Quá trình dạy học tƣơng tác ảo cho các môn học chuyên ngành Cơ điện tử tại các trƣờng đại học. 3.2. Đối tƣợng nghiên cứu Thiết kế dạy học theo công nghệ dạy học theo công nghệ dạy học tƣơng tác ảo học phần Robot công nghiệp của sinh viên hệ đại học trƣờng đại học kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên 3.3. Phạm vi nghiên cứu Đề tài nghiên cứu DH TTA cho môn học Robot công nghiệp ngành Cơ điện tử hệ đại học. Khảo sát thực trạng online SV tại một số trƣờng Đại học tại Hà Nội và Thái Nguyên về việc áp dụng TTA trong dạy học. Khảo sát sinh viên sau giờ học TTA của môn Robot công nghiệp tại trƣờng ĐH kỹ thuật công nghiệp Thái Nguyên. 4. Giả thuyết khoa học Nếu xây dựng đƣợc quy trình DH TTA với yêu cầu cơ sở vật ch t đảm bảo thì sẽ nâng cao ch t lƣợng đào tạo, phát triển năng lực, kỹ năng cho ngƣời học ngành Cơ điện tử hệ đại học. 5. Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu 5.1. Xác lập cơ sở lý luận và thực tiễn dạy học tƣơng tác ảo cho sinh viên ngành Cơ điện tử hệ Đại học 5.2. Đề xu t các tiêu chuẩn và quy trình thiết kế, biện pháp dạy học tƣơng tác ảo cho môn học Robot công nghiệp 5.3. Kiểm nghiệm, đánh giá tính khả thi và hiệu quả của kết quả việc thiết kế và tổ chức dạy học tƣơng tác ảo học phần Robot công nghiệp tại Trƣờng Đại học Thái Nguyên theo quan điểm công nghệ dạy học. 3
6. Phƣơng pháp nghiên cứu 6.1. Phƣơng pháp nghiên cứu lý luận Phân tích, tổng hợp, hệ thống hóa, khái quát hóa các nguồn tƣ liệu để xây dựng cơ sở lý thuyết cho đề tài. Đồng thời nhằm mục đích nhận thức đầy đủ và sâu sắc hơn về các phạm trù có liên quan đến đề tài, l y đó làm cơ sở lý luận tiến hành nghiên cứu thực trạng. 6.2. Phƣơng pháp nghiên cứu thực tiễn - Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu lý thuyết. Phân tích, tổng hợp, đánh giá các công trình nghiên cứu thuộc lĩnh vực dạy học DH TTA sử dụng kỹ thuật để làm rõ tƣơng tác ảo, c u trúc và bản ch t của dạy học tƣơng tác ảo, hoàn thiện cơ sở lý luận cho việc vận dụng vào dạy học phần Cơ điện tử. - Sử dụng các phƣơng pháp thống kê toán học: Thống kê, xử lý và kiểm tra kết quả đã nghiên cứu. - Sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu thực trạng: + Phương pháp điều tra Đây là một trong những phƣơng pháp chính của đề tài. Dự kiến bao gồm các bộ câu hỏi điều tra nhƣ: Phiếu điều tra về các khía cạnh tƣơng tác trong dạy học. Phiếu điều tra về nhận thức, thái độ của ngƣời dạy và ngƣời học công nghệ dạy học tƣơng tác ảo cho môn Cơ điện tử. + Phương pháp quan sát Việc quan sát đƣợc tiến hành trên khách thể nghiên cứu thông qua giảng dạy, dự giờ và làm việc trong lớp học truyền thống và trong môi trƣờng dạy học tƣơng tác ảo. Các thông tin thu đƣợc từ phƣơng pháp này sẽ sử dụng để bổ sung, chính xác hóa cho kết quả của phƣơng pháp điều tra. + Phương pháp phỏng vấn Mục đích của sử dụng phƣơng pháp này là thu thập thêm thông tin từ phía giảng viên, sinh viên, nhà quản lý để có hiểu biết cụ thể và đầy đủ hơn về các nội dung nghiên cứu. + Phương pháp chuyên gia. 4
Đây là phƣơng pháp đƣợc sử dụng để xin ý kiến giải thích các số liệu, các biểu hiện phức tạp ho c khác thƣờng trong kết quả nghiên cứu. Phƣơng pháp này cũng hỗ trợ cho mục đích đề xu t giải pháp tăng cƣờng sự tƣơng tác và tiếp cận năng lực và trong quá trình dạy học tƣơng tác ảo. + Phương pháp thực nghiệm Với cơ sở lý luận đã thu thập đƣợc Luận án sử dụng các công cụ phần mềm hỗ trợ, các phƣơng pháp kết hợp để nghiên cứu phân tích đƣa ra các kết quả thực tiễn chuẩn xác. 7. Những đóng góp của Luận án 7.1. Về lý luận - Tổng quan một cách có hệ thống và góp phần phát triển cơ sở lý luận về công nghệ dạy học tƣơng tác ảo ngành Cơ điện tử. - Làm sáng tỏ cơ sở khoa học và thực tiễn, các khái niệm về công nghệ dạy học tƣơng tác, mối quan hệ biện chứng giữa các yếu tố của công nghệ dạy học tƣơng tác ảo với mục tiêu nâng cao ch t lƣơng đào tạo ngành Cơ điện tử - Đề xu t quy trình thiết kế và biện pháp ứng dụng công nghệ dạy học tƣơng tác ảo cho học phần Robot công nghiệp - Đề xu t các tiêu chí tổ chức lớp học Robot công nghiệp theo công nghệ dạy học tƣơng tác ảo 7.2. Về thực tiễn - Đánh giá đƣợc thực trạng về dạy học tƣơng tác ảo nói chung và dạy học tƣơng tác ảo cho ngành Cơ điện tử nói riêng. - Thiết kế và tổ chức lớp học theo công nghệ TTA thực nghiệm cho môn Robot công nghiệp. - Kết quả thực nghiệm sƣ phạm cho th y tính khả thi và hiệu quả của quy trình thiết kế và biện pháp dạy học mà Luận án đã đề xu t. 8. Bố cục của Luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận án đƣợc c u trúc gồm 3 chƣơng: Chƣơng 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn về công nghệ dạy học tƣơng tác ảo Chƣơng 2: Thiết kế bài giảng học phần Robot công nghiệp theo công nghệ dạy học tƣơng tác ảo trong đào tạo ngành Cơ điện tử Chƣơng 3: Thực nghiệm sƣ phạm và đánh giá Kết luận và khuyến nghị 5
Tài liệu tham khảo Danh mục các công trình đã công bố của Luận án Phụ lục 6
CHƢƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ CÔNG NGHỆ DẠY HỌC TƢƠNG TÁC ẢO 1.1. T ng quan nghiên cứu về công nghệ dạy học tƣơng tác ảo 1.1.1 Thế gi i Con ngƣời không chỉ có nhu cầu sử dụng mà còn có nhu cầu thƣởng ngoạn vẻ đẹp trên các sản phẩm công nghệ, đ c biệt các nội dung hiển thị không chỉ đƣợc truyền tải một chiều mà còn có khả năng tƣơng tác qua lại giữa ngƣời tham gia và nội dung, giữa nội dung và hình thức. Các sản phẩm của công nghệ kỹ thuật số ngày nay đang hƣớng đến những tiện ích ngày càng cao hơn cho ngƣời sử dụng.Công nghệ tƣơng tác ảo đã manh nha xu t hiện từ cuối những năm 60 thế kỷ XX và đƣợc biết tới với nhiều tên gọi nhƣ môi trƣờng ảo, không gian ảo, thực tại nhân tạo. Những công nghệ này là nền tảng cho sự phát triển của công nghệ tƣơng tác ảo ngày nay [1]. Các khía cạnh quan trọng nh t của VR đƣợc xây dựng bởi các nhà tiên phong đồ họa máy tính Ivan Sutherland năm 1965 đã mô tả ý tƣởng: Đừng suy nghĩ về điều đó nhƣ một loại hình công nghệ tích hợp các nội dung đa phƣơng tiện để truyền tải nội dung thông tin, mà nó còn cho phép ngƣời dùng tƣơng tác với các thành phần nội dung. VR sử dụng đồ họa máy tính để tạo ra một thế giới nhƣ thật theo không một màn hình, nghĩ về nó nhƣ một cửa sổ, một cửa sổ thông qua đó có thể nhìn vào thế giới ảo. Thách thức đối với đồ họa máy tính và làm cho ảo thế giới nhìn thật, âm thanh thật, di chuyển và phản ứng lại với tƣơng tác trong thời gian thực và thậm chí cảm th y thật. Theo ông, nhiệm vụ của VR là mô phỏng một thế giới ảo trong đó một cách thực tế mà ngƣời dung có đƣợc n tƣợng là ở bên trong một thế giới thực, đƣợc gọi là đắm chìm. Công nghệ tƣơng tác ảo là một gian ba chiều, ngƣời tham gia có thể tƣơng tác với môi trƣờng ảo đó. Hơn nữa, thế giới nhân tạo không tĩnh tại, mà thay đổi theo ý muốn tƣơng tác của ngƣời sử dụng (nhờ hành động, lời nói...). Điều này xác định một đ c tính chính của VR, đó là tƣơng tác thời gian thực. Cho đến nay, công nghệ này đã đƣợc phát triển và ứng dụng trong nhiều lĩnh vực: quân sự, y tế, giải trí, v.v… 7