Tóm tắt Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Xây dựng và sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật trong dạy học Kĩ thuật điện tử cho sinh viên ngành Sư phạm công nghệ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

ĐẶNG MINH ĐỨC

XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TOÁN THIẾT KẾ KĨ THUẬT

TRONG DẠY HỌC KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ

CHO SINH VIÊN NGÀNH SƯ PHẠM CÔNG NGHỆ

Chuyên ngành : LL và PPDH bộ môn Kỹ thuật công nghiệp

Mã số : 9140111

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

HÀ NỘI - 2023

Công trình được hoàn thành tại:

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGUYỄN TRỌNG KHANH

Phản biện 1: PGS. TS. Lê Huy Hoàng, Ban Tuyên giáo Trung ương Phản biện 2: PGS. TS. Phạm Ngọc Thắng, Trường Đại học SPKT

Hưng Yên

Phản biện 3: PGS. TS. Nguyễn Hoài Nam, Trường ĐHSP Hà Nội

Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại

Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

vào hồi giờ , ngày tháng năm 2023

Có thể tìm hiểu luận án tại:

- Thư viện Quốc gia, Hà Nội ;

- Thư viện Trường Đại học Sư phạm Hà Nội.

1 MỞ ĐẦU

1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1.1. Yêu cầu của xã hội về phát triển tư duy sáng tạo cho người học và định hướng đổi mới giáo dục và đào tạo của Đảng, Nhà nước

Trong bối cảnh của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư, xu thế toàn cầu hóa và sự hội nhập quốc tế sâu rộng thì nguồn nhân lực chất lượng cao sẽ là chìa khóa thúc đẩy sự phát triển ở mỗi quốc gia. Trong bài toán về phát triển nguồn nhân lực thì đổi mới giáo dục và đào tạo có vai trò quan trọng và được coi là khâu đột phá. Việc đổi mới cần có sự đồng bộ cả về mục tiêu, nội dung, chương trình và phương pháp dạy học. Cần đổi mới cách dạy, cách học để dạy học không chỉ là quá trình truyền thụ kiến thức mà cần phát triển ở người học năng lực giải quyết vấn đề và khả năng tư duy sáng tạo (TDST). Khuyến khích và trang bị cho họ các phương pháp và kĩ thuật cần thiết để tự nắm bắt cơ hội, có năng lực đổi mới sáng tạo trong thực tiễn. Tạo ra những giá trị mới, giải pháp hiệu quả cho các thách thức trong công việc và cuộc sống.

Nghị quyết số 29-NQ/TW của Đảng về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo nêu rõ quan điểm chỉ đạo “Chuyển mạnh quá trình giáo dục từ trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện năng lực và phẩm chất người học, …” và mục tiêu tổng quát là “giáo dục con người Việt Nam phát triển toàn diện và phát huy tốt nhất tiềm năng, khả năng sáng tạo của mỗi cá nhân”.

Thực hiện Nghị quyết của Đảng, Thủ tướng Chính phủ đã phê duyệt chiến lược phát triển giáo dục giai đoạn 2011 – 2020. Mục tiêu tổng quát là “đổi mới căn bản và toàn diện theo hướng chuẩn hoá, hiện đại hoá, xã hội hoá, dân chủ hóa và hội nhập quốc tế; chất lượng giáo dục được nâng cao một cách toàn diện, gồm: giáo dục đạo đức, kĩ năng sống; phát triển thể chất, trí tuệ và năng lực thực hành, ...”

Nhìn nhận từ yêu cầu xã hội và chủ chương chính sách đều cho thấy tính cần thiết về đổi mới giáo dục. Dạy học ngoài mục tiêu trang bị kiến thức thì cần chú trọng phát triển trí tuệ và tư duy cho người học. Hình thành, phát triển các phẩm chất và năng lực cần thiết đáp ứng nhu cầu công việc và cuộc sống sau này. 1.2. Dạy học phát triển năng lực thiết kế và tư duy kĩ thuật trong đào tạo giáo viên ngành Sư phạm Công nghệ là một yêu cầu cấp thiết

Nghiên cứu chương trình của nhiều trường đại học có đào tạo chuyên ngành Sư phạm Công nghệ (SPCN) nhận thấy, mục tiêu năng lực chủ yếu là hình thành, phát triển ở sinh viên năng lực công nghệ và tư duy kĩ thuật (TDKT). Trong đó, năng lực thiết kế kĩ thuật (TKKT) là năng lực thành phần, trọng tâm của giáo dục công nghệ. Theo chương trình giáo dục phổ thông 2018, TKKT cũng là một trong năm năng lực thành phần của năng lực công nghệ cần hình thành và phát triển ở học sinh.

2 Như vậy, việc hình thành và phát triển ở người học năng lực TKKT và TDKT là một yêu cầu có tính cấp thiết trong giáo dục công nghệ. Yêu cầu này đã được cụ thể hóa bằng nhiều hình thức và phương pháp dạy học kĩ thuật, trong đó có sử dụng bài toán TKKT. Tuy nhiên, hiệu quả sử dụng bài toán TKKT chưa thực sự cao, việc phát triển năng lực TKKT và TDKT vẫn còn một số điểm hạn chế. 1.3. Nghiên cứu về bài toán kĩ thuật nói chung, bài toán thiết kế kĩ thuật nói riêng còn một số vấn đề cần làm rõ cả về lí luận và thực tiễn

Nhiều nghiên cứu cho thấy, sử dụng bài toán kĩ thuật (BTKT) trong dạy học là một trong những biện pháp phù hợp, hiệu quả, có tính khả thi. Theo lĩnh vực hoạt động kĩ thuật, BTKT được chia ra nhiều dạng bài toán như: phân tích, đánh giá, chẩn đoán, thiết kế, v.v. BTKT là một dạng bài toán thực tiễn, không phải bao giờ cũng là những vấn đề kĩ thuật hay bài toán sẵn có mà cần phải nghiên cứu, tìm tòi để xây dựng.

Thực tiễn dạy học về Kĩ thuật Điện tử (KTĐT) trong chương trình đào tạo giáo viên Công nghệ cho thấy, nhiều nội dung dạy học gắn với TKKT có thể triển khai thành bài toán TKKT nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề, khả năng vận dụng sáng tạo kiến thức vào giải quyết tình huống thực tiễn cho sinh viên (SV), qua đó góp phần hình thành và phát triển TDKT ở người học. Tuy nhiên, hiệu quả của việc xây dựng, sử dụng và triển khai bài toán TKKT phụ thuộc vào mỗi giảng viên (GV). Điều đó đặt ra nhu cầu nghiên cứu lí luận về bài toán TKKT; xây dựng và sử dụng bài toán TKKT trong dạy học kĩ thuật nói chung, dạy học KTĐT nói riêng.

Vì những lý do trên đây, tác giả lựa chọn đề tài nghiên cứu của luận án là “Xây dựng và sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật trong dạy học Kĩ thuật điện tử cho viên ngành Sư phạm Công nghệ”. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Nghiên cứu lí luận về bài toán TKKT, xây dựng và sử dụng bài toán TKKT trong dạy học một số học phần KTĐT thuộc chương trình đào tạo giáo viên ngành SPCN nhằm phát triển TDKT cho SV; góp phần nâng cao chất lượng dạy học. 3. KHÁCH THỂ, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU 3.1. Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy học KTĐT trong đào tạo giáo viên nghành SPCN. 3.2. Đối tượng nghiên cứu: BTKT, bài toán TKKT, TDKT và quá trình dạy học các nội dung về KTĐT. 3.3. Phạm vi nghiên cứu: Xây dựng và sử dụng bài toán TKKT trong dạy học nội dung về KTĐT thuộc chương trình đào tạo giáo viên nghành SPCN. 4. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Nếu xây dựng được một số dạng bài toán TKKT thỏa mãn các yêu cầu của

3

BTKT, yêu cầu về sư phạm và sử dụng chúng khi dạy học về KTĐT trong quá trình đào tạo giáo viên ngành SPCN sẽ giúp SV phát triển được TDKT, qua đó nâng cao được chất lượng dạy học. 5. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

1. Nghiên cứu cơ sở lí luận về bài toán TKKT, TDKT và vai trò của bài toán TKKT trong việc phát triển TDKT cho người học nhằm nâng cao chất lượng quá trình dạy học kĩ thuật.

2. Nghiên cứu quá trình dạy học các học phần về KTĐT trong chương trình

đào tạo giáo viên ngành SPCN.

3. Nghiên cứu xác lập qui trình xây dựng và sử dụng bài toán TKKT trong dạy

học về KTĐT.

4. Xây dựng một số bài toán TKKT thuộc nội dung về KTĐT và phương pháp

sử dụng chúng nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả dạy học.

5. Kiểm nghiệm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các qui trình, biện pháp

đề xuất. 6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 6.1. Các phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Phân tích, tổng hợp, khái quát hóa các công bố, công trình nghiên cứu có liên quan về tâm lí học, lí luận dạy học về BTKT, về phát triển TDKT cho người học để xây dựng mục đích, nhiệm vụ và lí luận của đề tài. 6.2. Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn

- Điều tra, khảo sát thực tế, thực nghiệm sư phạm; phương pháp chuyên gia để nắm được thực trạng của việc sử dụng BTKT, đặc biệt là bài toán TKKT; kiểm nghiệm và đánh giá các biện pháp đề xuất.

- Phương pháp thống kê toán học để xử lý, trực quan hóa dữ liệu dùng trong

khảo sát thực trạng và kiểm nghiệm, đánh giá các biện pháp đã đề xuất.

- Thực nghiệm, phân tích mô phỏng; thiết kế, chế tạo và thử nghiệm nguyên mẫu, làm cơ sở đánh giá tính khả thi, điều chỉnh nội dung các bài toán TKKT đã đề xuất. 7. ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN

1. Xây dựng được hệ thống lí luận về bài toán TKKT. Trong đó tập trung xây dựng khái niệm, đặc điểm, phân loại của bài toán TKKT; qui trình xây dựng và sử dụng bài toán TKKT trong dạy học, trong kiểm tra đánh giá. Xây dựng được các tiêu chí đánh giá mức độ phát triển TDKT của người học.

2. Khảo sát, đánh giá thực trạng dạy học các nội dung về KTĐT dưới góc độ

xây dựng và sử dụng bài toán TKKT.

3. Với những qui trình đã đề xuất, đề tài đã xây dựng được một số bài toán

4

TKKT và hướng dẫn cách sử dụng chúng trong quá trình dạy học về KTĐT và trong kiểm tra đánh giá kết quả học tập, mức độ phát triển TDKT của người học.

Kết quả nghiên cứu của đề tài góp phần làm phong phú thêm lí luận về BTKT, đề xuất được một biện pháp góp phần nâng cao chất lượng dạy học về KTĐT nói riêng và dạy học kĩ thuật nói chung. 8. CẤU TRÚC LUẬN ÁN

Ngoài phần mở đầu, kết luận và tài liệu tham khảo, cấu trúc nội dung chính của

luận án gồm 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn về xây dựng và sử dụng bài toán thiết kế

kĩ thuật trong dạy học

Chương 2: Xây dựng và sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật trong dạy học Kĩ

thuật Điện tử

Chương 3: Kiểm nghiệm, đánh giá

Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ XÂY DỰNG VÀ SỬ

DỤNG BÀI TOÁN THIẾT KẾ KĨ THUẬT TRONG DẠY HỌC

1.1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TOÁN THIẾT KẾ KĨ THUẬT TRONG DẠY HỌC

Mục này trình bày một cách khái quát, ngắn gọn về những nghiên cứu trong và ngoài nước về bài toán nhận thức nói chung, BTKT và bài toán TKKT nói riêng. Kết quả nghiên cứu cho thấy, chưa có công trình nghiên cứu đề cập đến việc xây dựng và sử dụng bài toán TKKT trong dạy học, cụ thể là dạy học nội dung KTĐT trong chương trình đào tạo giáo viên ngành SPCN. Việc nghiên cứu lí luận về xây dựng và sử dụng bài toán TKKT cho SV là cần thiết, góp phần nâng cao chất lượng dạy học, tạo húng thú học tập. 1.2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.2.1. Thiết kế kĩ thuật 1.2.1.1. Thiết kế

Dựa trên kết quả phân tích và tổng hợp một số nghiên cứu về thiết kế, luận án đề xuất khái niệm: thiết kế là quá trình xác định và biến đổi những ý tưởng, nhu cầu thành sản phẩm, dịch vụ hoặc hệ thống đáp ứng yêu cầu đặt ra. 1.2.1.2. Khái niệm thiết kế kĩ thuật

TKKT có thể hiểu là quá trình áp dụng các nguyên lí khoa học và kiến thức kĩ thuật để xác định các thông tin cần thiết cho việc chế tạo hoặc phát triển các thiết bị, hệ thống, sản phẩm kĩ thuật, công nghệ. 1.2.2. Năng lực thiết kế kĩ thuật và qui trình thiết kế kĩ thuật 1.2.2.1. Năng lực thiết kế kĩ thuật

5 Dựa trên khái niệm về năng lực, NLKT và TKKT; dưới góc độ giáo dục kĩ thuật, có thể hiểu: năng lực thiết kế kĩ thuật là tổ hợp các thuộc tính tâm sinh lí của cá nhân cho phép vận dụng kiến thức, kĩ năng và thái độ để thực hiện quá trình thiết kế kĩ thuật. 1.2.2.2. Qui trình thiết kế kĩ thuật

Tóm lược các kết quả nghiên cứu về qui trình TKKT, luận án đề xuất sử dụng

qui trình TKKT bao gồm 5 bước được thể hiện như Hình 1.1.

Hình 1.1. Qui trình thiết kế kĩ thuật trong dạy học

Như vậy, trong dạy học qui trình TKKT được điều chỉnh gọn hơn nhưng vẫn

mang đầy đủ đặc điểm của qui trình thiết kế sản phẩm kĩ thuật trong thực tiễn. 1.2.3. Bài toán thiết kế kĩ thuật 1.2.3.1. Kĩ thuật

Tổng hợp một số phát biểu về khái niệm kĩ thuật, có thể hiểu: kĩ thuật là việc áp dụng các nguyên lí khoa học vào giải quyết vấn đề. Kĩ thuật cũng bao hàm kinh nghiệm, kĩ năng, thủ thuật của một dạng hoạt động nhất định. 1.2.3.2. Bài toán kĩ thuật

Luận án kế thừa và sử dụng khái niệm: “BTKT là một bài toán, một vấn đề hay một tình huống thuộc lĩnh vực kĩ thuật, đòi hỏi giải quyết bằng phương pháp khoa học, dựa trên sự vận dụng tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và kĩ xảo”

1.2.3.3. Khái niệm bài toán thiết kế kĩ thuật

Từ kết quả nghiên cứu hệ thống các luận điểm và khái niệm liên quan, luận án đề xuất khái niệm về bài toán TKKT như sau: bài toán TKKT là một loại BTKT, đặt ra yêu cầu thiết kế qui trình hoặc sản phẩm kĩ thuật có tính mới, có ưu điểm vượt trội nhất định và quá trình giải bài toán thường tuân thủ các bước của qui trình TKKT.

1.2.3.4. Một số khái niệm liên quan a) Tư duy kĩ thuật

Luận án nghiên cứu về bài toán TKKT, một dạng của BTKT nên kế thừ, sử

6

dụng khái niệm về TDKT như sau: “Tư duy kĩ thuật là một loại tư duy của con người khi nghiên cứu, giải quyết các vấn đề đặt ra trong lĩnh vực kĩ thuật”. b) Tư duy thiết kế

Dưới góc độ giáo dục kĩ thuật và công nghệ, có thể coi tư duy thiết kế “là một dạng tư duy sáng tạo của con người trong quá trình thiết kế, nhằm tìm tòi ra những giải pháp, cách thức mới và hiệu quả để giải quyết vấn đề”.

1.3. LÍ LUẬN VỀ XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TOÁN THIẾT KẾ KĨ THUẬT TRONG DẠY HỌC

1.3.1. Lí luận về bài toán thiết kế kĩ thuật

1.3.1.1. Đăc điểm của bài toán thiết kế kĩ thuật

- Bài toán TKKT xuất phát từ các yêu cầu thực tiễn: Bài toán TKKT hướng vào giải quyết các vấn đề của thực tiễn bằng cách tìm ra các giải pháp nhằm giải quyết, cải thiện các vấn đề còn tồn tại hay nâng cao hiệu quả các yếu tố kinh tế kĩ thuật như: chi phí sản xuất, giá thành sản phẩm, vật liệu, kiểu dáng, kết cấu, hiệu suất, tính ổn định.

- Bài toán TKKT thường thiếu dữ kiện hoặc dữ kiện không rõ ràng: dữ kiện mà

bà toán đưa ra thường không đầy đủ và rõ ràng để giải quyết.

- Bài toán TKKT thường có nhiều phương án giải quyết: Quá trình giải bài toán TKKT thường đi đến nhiều phương án khác nhau để giải quyết vấn đề. Phương án thiết kế được lựa chọn là phương án phù hợp với các điều kiện hiện có mà không hẳn là phương án tốt và sáng tạo nhất.

- Bài toán thiết kế kĩ thuật mang tính định lượng và qui trình: Để thiết kế ra sản phẩm đáp ứng yêu cầu, người thiết kế phải xác định hoặc chỉ định được các thông số kĩ thuật của sản phẩm. Việc giải bài toán thiết kế thường được thực hiện qua các bước của qui trình TKKT, một số bước có thể lặp lại để đi đến kết quả mong muốn.

1.3.1.2. Cấu trúc của bài toán thiết kế kĩ thuật

Căn cứ vào cấu trúc, đặc điểm của BTKT. Phân tích đặc điểm, khái niệm và

qui trình giải bài toán TKKT. Có thể xác định cấu trúc của bài toán TKKT như sau:

Hình 1.2. Cấu trúc bài toán TKKT

Vấn đề (nêu vấn đề): là các thông tin mà bài toán truyền đạt tới người học, yêu

cầu người học chú ý lắng nghe, quan sát, tìm hiểu khi tiếp nhận bài toán.

Dữ kiện: là các cơ sở khoa học, thông số kĩ thuật, thông tin chỉ dẫn hoặc giới hạn phạm vi thiết kế cần thiết. Dữ kiện là cơ sở giúp người học xác định và hiểu rõ

7

vấn đề, đề xuất các phương án thiết kế.

Yêu cầu: thường được phát biểu dưới dạng mệnh đề, yêu cầu người học xác định vấn đề và tìm phương án giải quyết. Đối với bài toán TKKT, yêu cầu thường được cụ thể hóa (định lượng) thành các thông số, yêu cầu kĩ thuật cụ thể.

Bối cảnh (hay yếu tố thực tiễn): như đã trình bày ở trên, bối cảnh thường tác động qua lại giữa ba thành phần cấu trúc bài toán, là yếu tố có ý nghĩa định hướng khi xây dựng bài toán.

1.3.1.3. Phân loại bài toán thiết kế kĩ thuật

Qua nghiên cứu về việc phân loại bài toán TKKT và BTKT trên đây, có thể khái

quát về các dạng bài toán TKKT như sau.

Bài toán thiết kế mới: Bài toán thiết kế mới được xếp ở cấp độ cao nhất về thiết kế. Bài toán đòi hỏi đưa ra một khái niệm mới về sản phẩm chưa từng tồn tại, một nhu cầu có thể chưa được xác định rõ ràng. Kết quả lời giải bài toán thường dẫn đến sự đột phá, nó gần với một sáng chế kĩ thuật hoặc một phát minh. Ví dụ về bài toán này đó là thiết kế ô tô, máy bay, máy tính điện tử, v.v.

Bài toán thiết kế đáp ứng: Bài toán đặt ra yêu cầu điều chỉnh giải pháp kĩ thuật

hiện có nhằm đáp ứng cho một nhu cầu hoặc ứng dụng mới.

Bài toán thiết kế cải tiến: Dựa trên sản phẩm hiện có, bài toán đặt ra yêu cầu điều chỉnh giải pháp hoặc tìm một giải pháp thay thế để thiết kế lại một thành phần của sản phẩm. Nhằm cải thiện tính năng, hiệu suất, yêu cầu kĩ thuật, phạm vi sử dụng hoặc giảm giá thành sản phẩm.

Bài toán thiết kế lựa chọn: Với dạng bài toán này, các thành phần, chi tiết, linh kiện và thiết bị cấu thành sản phẩm đã xác định. Bài toán đặt ra yêu cầu lựa chọn các thành phần trong danh sách tiêu chuẩn và có sẵn, để thiết kế sản phẩm hoàn chỉnh.

1.3.2. Xây dựng bài toán thiết kế kĩ thuật

1.3.2.1. Nguyên tắc xây dựng bài toán

Khi tiến hành xây dựng hoặc sử dụng một bài toán TKKT trong dạy học cần dựa vào một số cơ sở khoa học sau: mục đích sử dụng bài toán; các yêu cầu đối với bài toán; mức độ phức tạp của quá trình giải bài toán và một số yếu tố khác.

1.3.2.2. Qui trình xây dựng bài toán

Qui trình xây dựng bài toán TKKT sử dụng trong dạy học thường bao gồm ba

bước và các hoạt động sau.

8

Hình 1.3. Qui trình xây dựng bài toán thiết kế kĩ thuật

* Bước 1: Phác thảo bài toán

Bước này gồm các hoạt động: 1) Lựa chọn nội dung dạy học; 2) Phân loại thiết kế; 3) Xác định vấn đề, yêu cầu thiết kế; 4) Đề xuất phương án khả thi. Cụ thể, các hoạt động để phác thảo bài toán như sau:

1) Lựa chọn nội dung dạy học: Dựa trên mục tiêu, nội dung, chương trình môn

học; lựa chọn nội dung dạy học phù hợp để xây dựng bài toán TKKT.

2) Phân loại thiết kế: Căn cứ vào nội dung dạy học, đối chiếu với các đặc điểm phân loại bài toán. Lựa chọn dạng bài toán TKKT phù hợp. Vì một số điều kiện khó đảm bảo để triển khai bài toán thiết kế mới. Trong dạy học, có thể tập trung khai thác các dạng bài toán thiết kế: đáp ứng, thiết kế cải tiến và bài toán thiết kế lựa chọn.

3) Xác định vấn đề: Dựa vào nội dung dạy học và đặc điểm phân loại bài toán

TKKT, xác định vấn đề thiết kế.

4) Đề xuất giải pháp hoặc phương án khả thi Dựa trên vấn đề đã nêu, GV cần đưa ra tất cả các phương án hoặc giải pháp để

giải quyết vấn đề. * Bước 2: Thiết kế thử nghiệm

Thu thập thông tin thiết kế cần thiết để đảm bảo tính khả thi của bài toán khi

triển khai trong dạy học. * Bước 3: Biên soạn, xây dựng nội dung bài toán hoàn chỉnh

Nội dung của bước này bao gồm một số hoạt động sau: - Điều chỉnh phạm vi bài toán, các thông tin, dữ kiện gợi ý, và yêu cầu kĩ thuật

để đảm bảo tính khả thi, tính vừa sức, tính hiệu quả khi triển khai bài toán.

- Soạn thảo bài toán trên cơ sở cấu trúc bài toán đã trình bày ở tiểu mục 1.3.1.2. bối cảnh - vấn đề - dữ kiện - yêu cầu, để xây dựng thành bài toán hoàn chỉnh.

1.3.3. Sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật trong dạy học

1.3.3.1. Vấn đề sử dụng bài toán

- Phương pháp giải bài toán TKKT: Qui trình TKKT là một phương pháp hiệu

quả để giải bài toán TKKT.

- Kiểm tra, đánh giá người học: sử dụng linh hoạt và đa dạng các phương pháp và hình thức đánh giá người học. Khuyến khích người học tự đánh giá, coi trọng đánh

9

giá sự phát triển, sự tiến bộ của người học và đặc biệt là sự phát triển về TDKT của người học.

1.3.3.2. Các bước sử dụng bài toán * Bước 1: Chuẩn bị

- Xác định mục tiêu sử dụng bài toán: Trước khi lên lớp, GV cần xác định rõ: bài toán sẽ được dùng trong hoạt động nào của tiến trình dạy học; nếu dùng trong kiểm tra đánh giá thì cần xác định được kiến thức, kĩ năng và năng lực, phẩm chất nào cần được đánh giá khi sử dụng bài toán.

- Lựa chọn hoặc xây dựng bài toán, giải bài toán: Dựa trên mục tiêu sử dụng bài toán đặt ra, GV tiến hành lựa chọn một bài toán phù hợp hoặc tự xây dựng bài toán theo qui trình (tiểu mục1.3.3.2).

- Xác định các điều kiện thực hiện bài toán: Đây là công việc xem xét, dự kiến các điều kiện cần thiết về: trình độ người học, thời lượng theo phân phối chương trình, cơ sở vật chất, hình thức tổ chức dạy học.

- Xây dựng kế hoạch bài học (giáo án): Khi soạn bài, GV cần lường trước những vướng mắc, khó khăn mà người học có thể gặp phải nhằm đưa ra phương án hỗ trợ kịp thời. * Bước 2: Thực hiện

- Nêu bài toán: Căn cứ nội dung dạy học và bối cảnh cụ thể, GV nêu bài toán

và giao nhiệm vụ cho người học giải quyết.

- Hướng dẫn người học giải bài toán: GV cần vận dụng các phương pháp dạy học nhằm tích cực hóa hoạt động học tập của người học. GV cũng cần cung cấp thêm thông tin, có sự gợi mở, dẫn dắt và trợ giúp người học khi người học gặp vướng mắc mà các nguồn lực hiện tại của người học không giải quyết được hoặc giải quyết không trọn vẹn vấn đề.

- Kết thúc: Đánh giá kết quả, nhận xét. Bên cạnh đánh giá, nhận xét về tinh thần, thái độ, trình độ giải bài toán của người học, GV cần giúp người học rút ra được những điều bổ ích gì về kiến thức, về phương pháp giải quyết. * Bước 3: Rút kinh nghiệm

Đánh giá kết quả công việc đã tiến hành. Công việc này được tiến hành sau giờ lên lớp, GV kiểm nghiệm xem lại tất cả các khâu từ việc chọn hoặc xây dựng bài toán, chuẩn bị giáo án cho tới việc tổ chức người học giải quyết vấn đề cũng như kết quả mang lại cho người học v.v.

Có thể tóm tắt các bước sử dụng bài toán TKKT trong dạy học qua sơ đồ sau.

10

Hình 1.4. Qui trình sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật

1.3.4. Vai trò của bài toán thiết kế kĩ thuật trong dạy học

1.3.4.1. Vai trò của bài toán TKKT với sự phát triển của TDKT

- Góp phần tăng hứng thú trong quá trình nhận thức, tạo động lực học tập; rèn

luyện kĩ năng làm việc khoa học.

- Phát triển năng lực giải quyết vấn đề, và năng lực TKKT người học. - Giúp người học không chỉ hiểu kiến thức mà còn nắm rõ bản chất vấn đề,

phát triển năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn.

- Phát triển tư duy nói chung và TDKT nói riêng. Chính nhờ có những điểm đặc trưng mà bài toán TKKT có vai trò quan trọng trong phát triển TDKT cho người học.

1.3.4.2. Biểu hiện sự phát triển của tư duy kĩ thuật thông qua bài toán thiết kế kĩ thuật

Chúng tôi đề xuất sử dụng các bước của qui trình TKKT (tiểu mục 1.2.2.2) làm tiêu chí đánh giá sự phát triển của TDKT thông qua sử dụng bài toán TKKT. Cụ thể bao gồm 5 tiêu chí đánh giá: 1) xác định vấn đề; 2) nghiên cứu vấn đề, đề xuất phương án; 3) Lựa chọn phương án; 4) Thực hiện phương án; 5) Đánh giá, điều chỉnh thiết kế.

1.4. THỰC TRẠNG TÌNH HÌNH SỬ DỤNG BÀI TOÁN THIẾT KẾ KĨ THUẬT TRONG DẠY HỌC KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ Ở CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO GIÁO VIÊN CÔNG NGHỆ

1.4.1. Kĩ thuật điện tử trong chương trình đào tạo giáo viên ngành SPCN

Nhìn chung, nội dung kiến thức các môn học KTĐT trong chương trình đào tạo khá rộng, thời lượng (số tín chỉ) dành cho các môn học không nhiều (5 – 9 tín chỉ). Để đảm bảo thực hiện chương trình môn học cần chú trọng vào đổi mới hình thức và phương pháp dạy học nhằm phát triển năng lực tự học, tự nghiên cứu, học tập chủ động qua đó phát triển năng lực giải quyết vấn đề và TDST ở người học.

1.4.2. Khảo sát thực trạng trạng dạy học Kĩ thuật điện tử trong chương trình đào đạo giáo viên Công nghệ dưới góc độ sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật

Tổng hợp ý kiến trả lời phiếu phỏng vấn, phỏng vấn trực tiếp và các ý kiến bổ sung, có thể rút ra một số nhận định sau: Việc vận dụng bài toán TKKT vào trong dạy

11

học sẽ giúp người học nắm vững được kiến thức, kĩ năng và vận dụng chúng trong giải quyết các vấn đề thực tiễn. Hoạt động TKKT cũng sẽ tạo cho người học sự hứng thú, động lực trong học tập, đồng thời cũng giúp GV nâng cao trình độ chuyên môn, có sự chuẩn bị giảng dạy tốt hơn.

Kết luận chương 1

Thông qua việc nghiên cứu lí luận và khảo sát thực trạng về việc xây dựng và sử

dụng bài toán TKKT trong dạy học, có thể rút ra một số nhận định sau:

1. Bài toán nhận thức nói chung, BTKT và bài toán TKKT nói riêng đã được đề cập đến trong nhiều công trình nghiên cứu. Tuy nhiên, chưa có công trình nghiên cứu chuyên sâu về bài toán TKKT trong dạy học công nghệ nhằm phát triển năng lực TKKT và TDKT cho người học.

2. Bài toán TKKT là một dạng của BTKT nói chung, mang đầy đủ các đặc trưng của BTKT. Bài toán phù hợp để sử dụng với nhiều nội dung dạy học thuộc nhiều lĩnh vực kĩ thuật. Đề tài đã làm rõ khái niệm bài toán TKKT, chia bài toán thành bốn loại cơ bản: Bài toán thiết kế mới, đáp ứng, cải tiến và lựa chọn. Cấu trúc bài toán TKKT bao gồm bốn thành tố: vấn đề - dữ kiện – yêu cầu và bối cảnh (các yếu tố thực tiễn tác động tới bài toán). Để xây dựng và sử dụng bài toán TKKT có hiệu quả cần phải nghiên cứu để thiết lập một qui trình chung. Qui trình xây dựng và tiến trình sử dụng bài toán bao gồm ba bước. Quá trình hướng dẫn SV giải bài toán được thực hiện theo các bước của qui trình TKKT. Tính khoa học, khả thi, sự hiệu quả của các qui trình xây dựng và sử dụng bài toán TKKT được thể hiện trong quá trình triển khai (trong Chương 2) và kiểm nghiệm (trong Chương 3).

3. Nghiên cứu cơ sở tâm lí học về TDST và TDKT; dựa trên qui trình người học giải bài toán TKKT, một số tiêu chí cùng biểu hiện cụ thể dùng để đánh giá mức độ phát triển của TDKT người học bao gồm: năng lực phát hiện vấn đề, giải quyết vấn đề và sáng tạo kĩ thuật.

4. Kết quả khảo sát thực trạng dạy học về KTĐT tại các cơ sở đào tạo giáo viên cho thấy, việc sử dụng bài toán TKKT là hiệu quả và cho rằng cần nghiên cứu một hệ thống lí luận đầy đủ và khoa học về bài toán TKKT. Tránh suy nghĩ cá nhân hay tư duy kinh nghiệm khi xây dựng và sử dụng bài toán. GV đều mong muốn được hiểu rõ hơn lí luận về bài toán TKKT, phân loại, xây dựng và sử dụng bài toán một cách khoa học, khả thi và hiệu quả. Kết quả nghiên cứu lí luận và thực tiễn trên đây cho thấy tính cấp thiết và tiềm năng của việc xây dựng và sử dụng bài toán TKKT trong dạy học kĩ thuật nói chung, dạy học các nội dung KTĐT nói riêng.

Chương 2: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TOÁN THIẾT KẾ KĨ THUẬT TRONG DẠY HỌC KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ

12

2.1. CƠ SỞ XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TOÁN THIẾT KẾ KĨ THUẬT TRONG DẠY HỌC KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ

2.1.1. Khái lược về các học phần kĩ thuật điện tử trong chương trình đào tạo giáo viên Công nghệ.

Mục tiêu dạy học KTĐT trong chương trình đào tạo giáo viên Công nghệ đó là: góp phần phát triển phẩm chất và năng lực chung đáp ứng yêu cầu chương trình đào tạo. Hình thành và phát triển ở người học kiến thức kĩ năng cơ bản về KTĐT, cụ thể là:

Giải thích được cấu tạo, nguyên tắc làm việc của các linh kiện điện tử như: diode, transistor lưỡng cực (Bipolar Junction Transistor - BJT), transistor trường (Field Effect Transistor - FET), linh kiện nhiều mặt ghép, linh kiện quang điện tử, .v.v và sử dụng chúng trong các mạch điện tử thông thường.

Phân tích được nguyên lí làm việc, điều chỉnh được thông số của một số mạch điện tử căn bản như: mạch khuếch đại tín hiệu hiệu, mạch tạo dao động, mạch tạo xung, nguồn một chiều.

Giải thích được nguyên tắc làm việc của một số mạch điện tử số cơ bản như:

mạch tổ hợp, các mạch dãy (bộ đếm, bộ ghi dịch).

Lắp đặt, khảo sát, thu tập và xử lý số liệu về một số mạch điện tử tương tự và

số cơ bản.

Thiết kế và sử dụng một số công cụ thiết kế, phân tích mô phỏng mạch điện tử.

Thiết kế được mạch điện tử đơn giản.

2.1.2. Khả năng xây dựng và sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật trong dạy học kĩ thuật điện tử

Dựa trên kết quả nghiên cứu lí luận về bài toán TKKT; qua tìm hiểu, phân tích nội dung, chương trình chi tiết các môn học KTĐT trong đào tạo SPCN; qua nghiên cứu thực tiễn quá trình dạy học và khảo sát ý kiến của các GV đang giảng dạy về KTĐT có thể thấy, nội dung dạy học về KTĐT có nhiều điều kiện để triển khai xây dựng và sử dụng bài toán TKKT, cụ thể:

- Hầu hết các nội dung kiến thức về KTĐT đều gắn liền với thực tiễn nên rất

thuận tiện để triển khai bài toán TKKT.

- Thiết kế mạch điện tử tương tự và kĩ thuật số là các nội dung quan trọng của

dạy học KTĐT.

- Giữa và cuối kỳ, SV thường được giao thực hiện một nhiệm vụ kĩ thuật thiết kế mạch điện tử dựa trên cơ sở các kiến thức được học để làm căn cứ đánh giá kết quả học tập. Với nội dung thực hành điện tử có thể nói, bản chất đã là thực hiện các hoạt động TKKT.

13

2.1.3. Năng lực xây dựng và sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật trong dạy học Kĩ thuật Điện tử. a) Yêu cầu về xây dựng và sử dụng bài toán TKKT đối với SV ngành SPCN

Việc sử dụng bài toán TKKT không chỉ có ý nghĩa phát triển ở SV về NLKT nói chung, TDKT nói riêng mà chính các vấn đề về bài toán TKKT cũng cần được dạy cho SV để họ có những năng lực cần thiết để tự xây dựng và sử dụng bài toán trong hoạt động nghề nghiệp tương lai. b) Năng lực xây dựng và sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật đối với giảng viên giảng dạy về KTĐT

Thực tế, đội ngũ GV nghiên cứu, giảng dạy về KTĐT ở các cơ sở đào tạo chuyên ngành kĩ thuật, Sư phạm Kĩ thuật và Công nghệ (chuyên gia được khảo sát, phỏng vấn trực tiếp) đều là những người có trình độ chuyên môn cao, có kinh nghiệm giảng dạy lý thuyết, thực hành và kinh nghiệm thực tiễn. Với mỗi chuyên gia được phỏng vấn đều khảng định, trước một vấn đề cụ thể về KTĐT, họ đều đưa ra phương án giải quyết một cách nhanh chóng và chính xác. Nhưng cũng cần nghiên cứu một cách khái quát, có hệ thống về các dạng BTKT, cụ thể là bài toán TKKT để có cơ sở, phương pháp luận cho việc tự xây dựng và triển khai sử dụng bài toán TKKT trong dạy học.

2.1.4. Đề xuất một số nội dung dạy học KTĐT có thể triển khai bài toán thiết kế kĩ thuật

Trên cơ sở lí luận về xây dựng và sử dụng bài toán TKKT trong dạy học. Trên cơ sở phân tích chương trình, mục tiêu, giáo trình, tài liệu giảng dạy và đặc điểm quá trình dạy học KTĐT. Tham chiếu tới các nội dung dạy học về KTĐT và TKKT trong giáo dục Công nghệ ở phổ thông. Đề tài đề xuất một số nội dung dạy học về KTĐT có thể xây dựng và sử dụng bài toán TKKT bao gồm: linh kiện điện tử và bộ nguồn 1 chiều; mạch điện tử khuếch đại; kĩ thuật xung; mạch tổ hợp; mạch dãy.

2.2. XÂY DỰNG BÀI TOÁN THIẾT KẾ KĨ THUẬT DÙNG TRONG DẠY HỌC KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ

Dựa trên các kết quả nghiên cứu lí luận và thực tiễn về bài toán TKKT. Đề tài đã tiến hành đề xuất và xây dựng được một số bài toán TKKT trong dạy học về KTĐT. Dưới đây là một số ví dụ minh họa.

2.2.1. Xây dựng bài toán thiết kế đáp ứng

Dạng bài toán này thường dựa trên một sản phẩm (mạch điện, thiết bị điện tử)

hoặc một giải pháp thiết kế tổng quát đã có. Bài toán đặt ra yêu cầu điều chỉnh

phương án hoặc tìm kiếm phương án mới thực hiện giải pháp nhằm mở rộng phạm vi,

14

điều kiện sử dụng của sản phẩm. Cũng có thể là chuyển đổi thiết kế (hoán cải, chuyển

loại) cho mục đích sử dụng hoặc nhu cầu mới.

Bài toán số 1: Thiết kế mạch điện ứng dụng khuếch đại thuật toán

Với mục đích thiết kế một cảm biến nhịp thở phục vụ cho việc chăm sóc người

bệnh mắc COVID-19 tại nhà như Hình 2.1

Hình 2.1. Sơ đồ khối mạch điện cảm biến nhịp thở

Hãy thiết kế mạch điện cảm biến nhịp thở sử dụng mạch điện cảm biến áp suất

đáp ứng yêu cầu:

b) Phần hiển thị sử dụng led đơn, led sẽ nháy theo chu kỳ nhịp thở. c) Loại bỏ nhiễu, dải đo từ 10 – 100 nhịp thở/ phút.

Bài toán số 2: Thiết kế bộ đếm

Trong các nhà máy tự động thường sử dụng các băng chuyền làm nhiệm vụ

vận chuyển, đếm, phân loại và đóng gói sản phẩm.

Cho một hệ thống băng chuyền đếm và đóng gói sản phẩm như hình dưới đây.

Hình 2.2. Bài toán thiết kế bộ đếm sản phẩm băng chuyền

Bộ đếm có nhiệm vụ đếm 16 sản phẩm sau đó ngừng lại để đóng gói, tuy nhiên do nhu cầu, cần điều chỉnh số lượng sản phẩm một lần đóng gói là 10 sản phẩm. Hãy thiết kế bộ đếm trên để đáp ứng nhu cầu đặt ra, cụ thể là

- Cứ chu kỳ đếm đủ 10 sản phẩm, dây chuyền tạm dừng chuyển sang đóng gói. - Đèn sẽ báo khi dây chuyền chuyển sang đóng gói và chỉ tắt khi có tín hiệu

reset từ bộ điều khiển.

2.2.2. Xây dựng bài toán thiết kế cải tiến

Bài toán này thường bắt đầu từ những sản phẩm, mạch điện tử với giải pháp

thiết kế đã có nhưng hạn chế ở một vài thông số hay tính năng và cần phải cải thiện. Bài toán số 3: Thiết kế bộ nguồn một chiều

Người dùng có nhu cầu thiết kế mạch điện sạc cho điện thoại di động đã hỏng

có thông số kĩ thuật như Hình 2.8

15

Hình 2.3. Thông số kĩ thuật ghi trên sạc điện thoại

Mạch nguồn một chiều bao gồm các khối: hạ áp – chỉnh lưu - ổn áp (thường là họ ổn áp 78XX). Hãy thiết kế một mạch điện sạc cho điện thoại di động đáp ứng yêu cầu trên. Bài toán số 4: Thiết kế mạch điện phân loại sản phẩm

Trong các nhà máy tự động thường sử dụng các băng chuyền làm nhiệm vụ

vận chuyển, đếm, phân loại sản phẩm.

Cho một hệ thống băng chuyền phân loại sản phẩm sau đây.

Hình 2.4. Mô tả bài toán thiết kế số 4

Thiết kế mạch điện phân loại 3 sản phẩm A, B, C theo nguyên tắc. Nếu sản

phẩm A – đi thẳng, B gạt vào thùng chứa B định trước và tương tự như vậy với C

2.2.3. Xây dựng bài toán thiết kế lựa chọn Bài toán số 5: Thiết kế máy rửa tay khử khuẩn

Hình 2.5. Sơ đồ lắp đặt mạch điện máy rửa tay không tiếp xúc

Một mạch điện cho máy rửa tay bao gồm: cảm biến không tiếp xúc, mạch điều

khiển và máy bơm dung dịch.

Lựa chọn các mạch điện và mô đun có sẵn, hãy thiết kế và lắp đặt mạch điện

cho máy rửa tay nêu trên.

2.3. SỬ DỤNG BÀI TOÁN THIẾT KẾ KĨ THUẬT TRONG DẠY HỌC KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ

2.3.1. Sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật trong dạy học

16 Trong dạy học, SV đóng vai trò là người giải bài toán; để tìm ra lời giải người học cần vận dụng các kiến thức, kĩ năng và sự hiểu biết của bản thân xung quanh các vấn đề do bài toán đặt ra. Do vậy, bài toán TKKT thường là bài toán vận dụng một cách sáng tạo kiến thức, kĩ năng vào giải quyết vấn đề. Bài toán thường được dùng trong khâu làm bài tập, luyện tập, thực hành; vận dụng, mở rộng kiến thức.

Dựa trên khung nghiên cứu lí luận, các bước sử dụng bài toán TKKT bao gồm 3 bước: chuẩn bị - thực hiện – rút kinh nghiệm. Trong quá trình thực hiện, qui trình TKKT được sử dụng để hướng dẫn người học giải bài toán. Qui trình này bao gồm: Xác định vấn đề - nghiên cứu vấn đề, đề xuất phương án – lựa chọn phương án – thực hiện phương án – đánh giá, điều chỉnh thiết kế.

2.3.2. Sử dụng bài thiết kế kĩ thuật trong kiểm tra đánh giá

Để đánh giá mức độ phát triển TDKT của người học, chúng tôi tập trung đánh giá các biểu hiện phát triển TDKT được đề xuất trong tiểu mục 1.3.4.2. Việc đánh giá mức độ phát triển TDKT là một việc không dễ dàng, GV cần đầu tư thời gian công sức để xây dựng hoặc lựa chọn và sử dụng bài toán đảm bảo tính khoa học và khả thi

Kết luận chương 2 Qua nghiên cứu chương trình, đặc điểm, điều kiện và nội dung dạy học KTĐT trong chương trình đào tạo giáo viên ngành SPCN; vận dụng quy trình xây dựng và sử dụng bài toán TKKT đã được đề xuất để tiến hành xây dựng và sử dụng bài toán TKKT, có thể rút ra một số nhận định sau:

1. Đặc điểm nội dung kiến thức và quá trình dạy học về KTĐT có nhiều điều kiện thuận lợi để xây dựng và sử dụng bài toán TKKT. Nhiều nội dung kiến thức có thể cấu trúc dưới dạng bài toán TKKT nhằm phát triển năng lực TKKT và TDKT và cho người học.

2. Tùy thuộc vào mục tiêu, đặc điểm dạy học và trình độ của SV, GV có thể lựa chọn xây dựng các dạng bài toán TKKT cho phù hợp. Khi sử dụng, bài toán TKKT có thể được triển khai dưới dạng một chủ đề dạy học (hoặc bài học) hoặc một hoạt động trong tiến trình dạy học. Có sự tương đồng về đặc điểm, cấu trúc của quá trình giải quyết vấn đề (nhận thức) với tiến trình dạy học và qui trình giải bài toán TKKT. Vì vậy, cấu trúc giáo án dạy học (hoặc chủ đề dạy học, hoạt động học) được triển khai theo qui trình năm bước giải bài toán TKKT.

3. Khi kiểm tra đánh giá người học cũng như xây dựng và sử dụng bài toán TKKT để kiểm tra đánh giá người học cần chú trọng đánh giá biểu hiện phát triển của TDKT, NLKT nói chung và năng lực TKKT nói riêng.

17 4. Việc xây dựng và sử dụng bài toán TKKT trong dạy học cũng đòi hỏi GV phải nâng cao năng lực chuyên môn, nghiệp vụ và các kĩ năng cần thiết để gải quyết các vấn đề kĩ thuật. Thường xuyên cập nhật công nghệ mới, đầu tư thời gian và công sức để tự xây dựng các bài toán TKKT phù hợp với mục tiêu, nội dung chương trình đào tạo đặc thù của cơ sở đào tạo.

Chương 3: KIỂM NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ

3.1. MỤC ĐÍCH, NHIỆM VỤ, PHƯƠNG PHÁP VÀ ĐỐI TƯỢNG KIỂM NGHIỆM

3.1.1. Mục đích kiểm nghiệm

- Kiểm tra đánh giá được thực hiện với mục đích kiểm tra tính đúng đắn giả

thuyết khoa học của luận án.

- Đánh giá tính khả thi và hiệu quả của việc sử dụng bài toán TKKT trong phát

triển năng lực TKKT và TDKT người học.

3.1.2. Nhiệm vụ kiểm nghiệm

- Lựa chọn nội dung cụ thể và phương pháp kiểm nghiệm phù hợp để có thể đánh giá chính xác tính hiệu quả và khả thi của việc áp dụng bài toán TKKT nhằm phát triển năng lực TKKT, TDKT cho SV. Chọn đối tượng để tổ chức kiểm nghiệm.

- Tiến hành kiểm nghiệm một số dạng bài toán thiết kế với chủ đề và kế hoạch

dạy học tương ứng.

- Xử lí, phân tích, đánh giá kết quả kiểm nghiệm để chứng minh tính khả thi của việc phát triển năng lực TKKT cho SV thông qua đó khảng định tính khả thi và hiệu quả của bài toán TKKT trong dạy học KTĐT.

3.1.3. Đối tượng kiểm nghiệm

Lớp

Nơi TN

TT 1 TN

Số SV 48

- Đối tượng của phương pháp thực nghiệm sư phạm: Đối tượng kiểm nghiệm là SV ngành SPCN ở khoa Sư phạm kĩ thuật - trường Đại học Sư phạm Hà Nội. Quá trình thực nghiệm sư phạm được thực hiện qua ba vòng kiểm nghiệm.

Khoa Sư phạm Kĩ thuật, trường Đại học Sư phạm Hà Nội. 2 ĐC 49

- Đối tượng của phương pháp chuyên gia: Các chuyên gia được phỏng vấn, hỏi xin ý kiến là các GV có trình độ chuyên môn, kinh nghiệm giảng dạy về điện tử ở một số trường đại học, cao đẳng và các nhà khoa học trong lĩnh vực Giáo dục kĩ thuật.

18

3.1.4. Phương pháp kiểm nghiệm

Kiểm tra tính đúng đắn giả thuyết khoa học bằng phương pháp thực

nghiệm sư phạm và phương pháp chuyên gia, cụ thể như sau:

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Xây dựng các lớp thực nghiệm và lớp đối chứng để so sánh kết quả tác động của việc sử dụng bài toán TKKT theo hướng hướng phát triển TDKT cho SV. Phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm về mặt định tính và định lượng để đánh giá tính khả thi và hiệu quả các của việc sử dụng bài toán TKKT do đề tài xây dựng.

- Phương pháp chuyên gia: Thu thập các thông tin khoa học, đánh giá cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài cũng như hiệu quả của việc áp dụng bài toán TKKT theo định hướng phát triển TDKT cho SV thông qua hội đồng xemina, qua phỏng vấn và điều tra bằng phiếu hỏi.

3.2. KIỂM NGHIỆM ĐÁNH GIÁ QUA THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM

3.2.1. Nội dung kiểm nghiệm

Giáo án TN

một

Vòng Nội dung dạy học Mạch điện tử tương tự

1

Nguồn chiều.

Hợp phần môn học Điện tử tương tự - Kĩ thuật Điện tử

2

Mạch dãy

Bộ đếm nhị phân (Giáo án số 2)

Điện tử số - Kĩ thuật Điện tử.

thập biểu

3

Hình thức lấy mẫu Chấm điểm bài kiểm (Đề tra kiểm tra số 1) Chấm điểm bài kiểm (Đề tra kiểm tra số 2) Thu hiện người học

thiết Dự án kế mạch điện tử

Dự án cuối khóa (Cuộc thi thiết kế robot SUMO)

hành Kĩ Thực thuật Điện – Điện tử

Quá trình thực nghiệm được triển khai tại bộ môn Công nghệ điện – Điện tử, khoa Sư phạm Kĩ thuật – trường Đại học Sư phạm Hà Nội. Nội dung thực nghiệm bao gồm:

Bảng 3.1. Nội dung kiểm nghiệm sư phạm

- Khảo sát trình độ người học để lựa chọn lớp thực nghiệm (TN) và lớp đối

chứng (ĐC) sao cho hai lớp có trình độ tương đương nhau.

- Biên giáo án và tổ chức dạy học cho các lớp TN và ĐC. - Biên soạn đề kiểm tra, đáp án, thang điểm dùng cho cả hai lớp ĐC và TN. Các lớp đối chứng và thực nghiệm có chế độ kiểm tra, đánh giá giống nhau về nội dung, số bài kiểm tra và biểu điểm.

- Thu thập và xử lí số liệu để đánh giá tác động sư phạm của bài toán TKKT

19

3.2.2. Qui trình thực hiện

3.2.2.1. Lập kế hoạch

Thu thập thông tin và các điều kiện cần thiết cho quá trình thực nghiệm; trao

đổi với các GV tham gia giảng dạy TN về một số vấn đề:

- Lựa chọn nội dung, giáo án thực nghiệm sư phạm. Giống và khác nhau về

tiến trình dạy học ở lớp TN với dạy học thông thường ở lớp ĐC.

- Cùng với GV thực nghiệm phân tích nội dung dạy TN sư phạm, lập kế hoạch tổ chức TN, sử dụng lớp TN và lớp ĐC có trình độ và số lượng SV tương đương nhau.

3.2.2.2. Tổ chức thực nghiệm

- Triển khai dạy học ở cả hai lớp ĐC và TN. Sau bài dạy thứ nhất có rút kinh nghiệm cho bài thứ hai. Riêng với lớp thực nghiệm còn đánh giá sự hứng thú học tập, khả năng vận dụng kiến thức khi giải quyết bài toán của người học ở cả hai bài dạy.

- Sau khi kết thúc hai bài dạy, tổ chức kiểm tra đánh giá kết quả ở cả hai lớp. Xử lí kết quả hai lớp ĐC và TN bằng toán thống kê để đánh giá hiệu quả của việc sử dụng bài toán TKKT ở lớp TN.

- Trên kết quả thu được qua đợt TN, tiến hành hoàn thiện qui trình xây dựng và

sử dụng bài toán, qui trình giải bài toán và hoàn thiện bài toán đã xây dựng.

3.2.2.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm

Thu thập các thông tin cho đánh giá thực nghiệm: Quan sát, đánh giá sản

phẩm; lấy ý kiến nhận xét của GV, SV.

3.2.3. Kết quả kiểm nghiệm đánh giá

3.2.3.1. Kết quả đánh giá định tính

Nhìn chung các bài toán đề xuất đảm bảo tính vừa sức, khả thi và có tác động

sư phạm tích cực trong dạy học.

- Các giáo án sau khi được bổ sung các bài toán TKKT có tác động tích cực,

giúp tạo ra hứng thú trong các giờ học đối với người học.

- Người học phát triển được TDKT. - Sau mỗi bài giảng, nhờ áp dụng qui trình sử dụng bài toán TKKT, giáo viên tự hoàn thiện các nội dung của giáo án, nội dung của các bài toán TKKT đã xây dựng.

3.2.3.2. Kết quả đánh giá định lượng

Phân tích, trực quan hóa dữ liệu điểm các bài kiểm tra hai vòng kiểm nghiệm

đánh giá định lượng.

150%

100%

50%

0%

40% 30% 20% 10% 0%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

TN1

ĐC1

TN1

ĐC1

20

a) Đồ thị tần suất b) Đồ thị tần suất hội tụ tiến

40%

150%

100%

20%

50%

0%

0%

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

TN2

ĐC2

TN2

ĐC2

Hình 3.1. Đường tần suất và tần suất hội tụ tiến của hai lớp ĐC và TN vòng 1

a) Đồ thị tần suất b) Đồ thị tần suất hội tụ tiến

Hình 3.2. Đường tần suất và tần suất hội tụ tiến của hai lớp ĐC và TN vòng 2

Căn cứ vào kết quả xử lí số liệu theo phương pháp thống kê toán học cho thấy

kết quả học tập của lớp TN cao hơn lớp ĐC, cụ thể như sau:

Vòng 1: Điểm trung bình của lớp TN1 cao hơn lớp ĐC1 (lớp TN1= 6,5; lớp ĐC1 = 4,7). Phương sai của lớp TN1 (1,45) nhỏ hơn phương sai của lớp ĐC1 (2,36), có thể kết luận sự phân tán kiến thức quanh điểm trung bình cộng của lớp TN1 nhỏ hơn.

Vòng 2: Điểm trung bình của lớp TN2 cao hơn lớp ĐC2 (lớp TN2 = 7,2; lớp ĐC2 = 4,8). Phương sai của lớp TN2 (1,66) nhỏ hơn phương sai của lớp ĐC2 (3,03), có thể kết luận sự phân tán kiến thức quanh điểm trung bình cộng của TN2 nghiệm nhỏ hơn.

Đánh giá chung: Qua đường tần suất có thể nhận thấy tỷ lệ người học đạt điểm kiểm tra của lớp TN cao hơn lớp ĐC. Do các yếu tố ngoài sư phạm đã được loại trừ, nên có thể nhận xét rằng, đã có sự tác động tích cực của việc sử dụng bài toán TKKT đối với người học, và có thể khảng định sau thực nghiệm, SV đã phát triển được NLKT và TDKT trong quá trình dạy học KTĐT.

3.3. KIỆM NGHIỆM ĐÁNH GIÁ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHUYÊN GIA

3.3.1. Nội dung và tiến trình thực hiện

Nội dung và tiến trình thực hiện phương pháp chuyên gia như sau: - Lập danh mục biên soạn một số bài toán TKKT và lời giải dùng trong dạy

học KTĐT;

- Lập bản qui trình hướng dẫn xây dựng bài toán TKKT(Tóm tắt nội dung mục

21

1.3.2).

- Lập bản hướng dẫn sử dụng bài toán TKKT trong dạy học - Lập bản qui trình giải bài toán TKKT đối với người học - Soạn phiếu hỏi ý kiến chuyên gia Tương tự như với phương pháp thực nghiệm sư phạm, dựa trên kết quả thu được sẽ tiến hành hoàn thiện qui trình xây dựng và sử dụng bài toán, qui trình giải bài toán và hoàn thiện bài toán đã xây dựng.

3.3.3. Kết quả kiểm nghiệm đánh giá

3.3.3.1. Đánh giá định tính

- Các bài toán TKKT đã biên soạn phù hợp với nội dung một số học phần Kĩ

thuật điện tử trong chương trình đào tạo giáo viên Công nghệ.

- Các bài toán TKKT khi được sử dụng trong quá trình dạy học đã có những

hiệu quả rõ ràng trong việc tạo hứng thú học tập cho người học.

- Qui trình giải bài toán TKKT có tính tổng quát cao, phù hợp khi áp dụng đối

với nhiều đối tượng học kĩ thuật.

- Quá trình xây dựng bài toán rất công phu đòi hỏi giáo viên phải đầu tư nhiều

thời gian và công sức trong công tác chuẩn bị trước khi lên lớp.

- Quá trình sử dụng bài toán TKKT giúp giáo viên hoàn thiện các nội dụng giảng dạy trong giáo án nhưng cũng đòi hỏi giáo viên nâng cao các năng lực thiết kế, kĩ năng thực hành và đặc biệt là năng lực giải quyết vấn đề.

3.3.3.2. Đánh giá định lượng

Kết quả đánh giá định lượng được tổng hợp từ các phiếu điều tra. Từ kết quả

tổng hợp, có thể rút ra một số kết luận như sau:

- Các qui trình xây dựng, qui trình giải, qui trình sử dụng bài toán TKKT trong quá trình dạy học KTĐT trong chương trình đào tạo giáo viên Công nghệ đảm bảo tính khoa học và khả thi. Việc sử dụng bài toán TKKT đem lại hiệu quả tích cực trong dạy học, góp phần nâng cao chất lượng dạy học.

- Việc sử dụng bài toán TKKT không chỉ tạo hứng thú cho người học mà còn giúp người học phát triển TDKT, năng lực TKKT và các kĩ năng giải quyết vấn đề, áp dụng kiến thức môn học vào thực tiễn cuộc sống.

- Các qui trình này có thể vận dụng được trong quá trình dạy học một số học

phần khác trong chương trình đào tạo như Kĩ thuật điện, Kĩ thuật cơ khí.

Cùng với kết quả thu được từ thực nghiệm sư phạm, những ý kiến góp ý của các chuyên gia đã giúp tác giả hoàn thiện các qui trình xây dựng, qui trình giải, qui trình sử dụng bài toán và các bài toán TKKT đã xây dựng.

Kết luận Chương 3

22 Qua kết quả kiểm nghiệm các qui trình đã đề xuất và các bài toán TKKT được xây dựng, thông qua hai phương pháp kiểm nghiệm là phương pháp TN sư phạm và phương pháp chuyên gia, có thể rút ra một số kết luận sau:

1. Dạy học KTĐT có sử dụng bài toán TKKT đã giúp SV hứng thú học tập và tiếp thu kiến thức tốt hơn, qua đó đã cải thiện được kết quả học tập. Đánh giá biểu hiện cho thấy, bài toán đã góp phần cải thiện các kĩ năng thiết kế, hình thành và phát triển được năng lực giải quyết vấn đề ở người học. Các dấu hiệu cùng biểu hiện của sự phát triển NLKT nói chung, TDKT và tư duy thiết kế nói riêng đã rõ ràng hơn. Điều này một lần nữa khảng định, bài toán TKKT là một hướng đổi mới phương pháp dạy kĩ thuật học hiệu quả, góp phần nâng cao chất lượng dạy học.

2. Để bài toán TKKT phát huy tốt hiệu quả dạy học đòi hỏi GV cần phải đầu tư thời gian và công sức để nắm vững các vấn đề bài toán. Cũng cần thay đổi tư duy về phương pháp, hình thức tổ chức dạy học đi kèm đánh giá người học. Thực nghiệm qua dự án thiết kế (Capstone project) nhận thấy, SV khá hứng thú và thể hiện được sự sáng tạo nhiều hơn khi tiếp cận với bài toán có tính vừa sức, hướng vào thực tiễn, có thực hành và đòi hỏi nhiều kĩ năng; có không gian và được khuyến khích để người học thể hiện các yếu tố sáng tạo cá nhân.

3 Từ kết kiểm nghiệm bằng TN sư phạm và đặc biệt là phương pháp chuyên gia có thể khảng định: Lí luận chung về bài toán; qui trình xây dựng, sử dụng bài toán; các bài toán TKKT đã đề xuất và qui trình các bước của quá trình tổ chức hướng dẫn người học giải bài toán là hợp lý, khả thi góp phần nâng cao hiệu quả dạy học về KTĐT. Tuy số lượng chuyên gia được tham khảo ý kiến chưa nhiều, song kết hợp với kết quả TN sư phạm vẫn cho thấy hướng nghiên cứu của đề tài là đúng đắn, giả thuyết khoa học của đề tài đã được chứng minh khá thuyết phục, các đề xuất của đề tài đã được đa số các chuyên gia và GV tham gia TN đồng tình và đánh giá cao.

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ

1. Kết luận

Với mục đích xây dựng và sử dụng bài toán TKKT trong dạy học nhằm giúp người học phát triển TDKT, NLKT, cụ thể là năng lực TKKT (đã được định hình trong yêu cầu chuẩn đầu ra chương trình đào tạo SPCN) qua đó nâng cao chất lượng dạy học. Đề tài nghiên cứu “Xây dựng và sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật trong dạy học Kĩ thuật Điện tử cho sinh viên ngành Sư phạm Công nghệ” đã góp phần giải quyết tốt các nhiệm vụ nghiên cứu đặt ra, cụ thể là:

1. Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu lí luận về BTKT, đề tài đã làm rõ hơn

khái niệm bài toán TKKT; đặc điểm, cấu trúc và phân loại bài toán TKKT.

23 2. Đề xuất và kiểm nghiệm các qui trình, gồm qui trình ba bước xây dựng bài toán TKKT: phác thảo bài toán, thiết kế thử nghiệm, xây dựng nội dung bài toán hoàn chỉnh; tiến trình sử dụng bài toán gồm ba bước: chuẩn bị, thực hiện, rút kinh nghiệm. Qui trình hướng dẫn học sinh giải bài toán theo qui trình năm bước của qui trình TKKT. Cấu trúc bài toán gồm bốn thành tố: vấn đề - dữ kiện – yêu cầu và bối cảnh. Qua kết quả kiểm nghiệm cho thấy, các qui trình và cấu trúc đề xuất là khoa học, khả thi và đem lại hiệu quả.

3. Đề tài đã tiến hành nghiên cứu, khảo sát và đánh giá thực trạng việc dạy học các nội dung về KTĐT dưới góc độ sử dụng bài toán TKKT. Kết quả cho thấy, việc triển khai xây dựng và sử dụng bài toán TKKT trong dạy học KTĐT cho sinh viên ngành SPCN là cần thiết, có tính khả thi.

4. Kết quả nghiên cứu mục tiêu chương trình đào tạo, nội dung một số học phần KTĐT cho thấy: Nội dung, đặc điểm quá trình dạy học về KTĐT là phù hợp và có nhiều điểm thuận lợi để xây dựng và sử dụng bài toán TKKT. Vận dụng qui trình đã đề xuất, đề tài đã xây dựng một số bài toán TKKT đặc trưng, có thể sử dụng trong dạy học KTĐT.

5. Kiểm nghiệm đánh giá vai trò, tác động của bài toán tới SV trong dạy học KTĐT bằng nhiều phương pháp và hình thức khác nhau. Coi trọng đánh giá quá trình và biểu hiện tiến bộ của người học. Từ kết quả kiểm nghiệm có thể khẳng định hiệu quả của bài toán TKKT trong việc phát triển năng lực TKKT và TDKT cho SV; góp phần nâng cao chất lượng dạy học về KTĐT.

6. Các qui trình xây dựng, sử dụng cùng cấu trúc bài toán TKKT có thể vận dụng trong dạy học các nội dung thuộc chuyên môn kĩ thuật khác. Đồng thời, kết quả nghiên cứu này cũng có thể được sử dụng trong các hoạt động giáo dục kĩ thuật khác như: cuộc thi sáng tạo khoa học kĩ thuật, trò chơi kĩ thuật, các hoạt động trải nghiệm thiết kế kĩ thuật, v.v.

Với hệ thống lí luận về bài toán nhận thức, BTKT đã được khảng định trong nhiều nghiên cứu, bao gồm cả các nghiên cứu hàm lâm kinh điển hay các nghiên cứu định hướng ứng dụng thực tiễn dạy học kĩ thuật. Đề tài đã chọn hướng nghiên cứu về bài toán TKKT, một dạng của BTKT và triển khai ứng dụng trong dạy học KTĐT. Với các kết quả nghiên cứu đã trình bày cùng các phương pháp kiểm nghiệm đã thực hiện. Có thể lần nữa khảng định, bài toán TKKT đóng vai trò quan trọng và cũng là biện pháp khả thi, hiệu quả để phát triển NLKT và TDKT người học. Bài toán TKKT đã tác động đến tâm thế và phong cách học tập của SV. Các nội dung dạy học về KTĐT dưới góc độ bài toán TKKT đã tạo nên sự hứng thú, kích thích TDST; biến nhiệm vụ học tập trở thành nhu cầu tìm hiểu tự nhiên ở người học.

2. Khuyến nghị

24 Qua quá trình nghiên cứu về bài toán TKKT, tác giả đề xuất một số giải pháp

nâng cao chất lượng dạy học như sau:

1. Đối tượng kĩ thuật và các sản phẩm kĩ thuật là vô cùng phong phú. Trong dạy học, GV có thể điều chỉnh, bổ sung nội dung các bài toán TKKT đã xây dựng cho phù hợp với điều kiện cụ thể.

2. Tiếp tục nghiên cứu và xây dựng nhằm có một hệ thống bài toán TKKT

hoàn chỉnh phục vụ hiệu quả quá trình dạy học KTĐT và môn học kĩ thuật khác.

3. Triển khai các hoạt động sinh hoạt chuyên môn, nghiên cứu nội dung, chương trình đào tạo, nhằm định hướng xây dựng và sử dụng bài toán TKKT có hiệu quả. Kết quả nghiên cứu lí luận về bài toán TKKT và các sản phẩm của luận án cũng có thể áp dụng cho một số hoạt động giáo dục khác như: bài tập lớn, đồ án môn học, đồ án tốt nghiệp, các cuộc thi về sáng tạo khoa học kĩ thuật, v.v. Bài toán cũng có thể đơn giản hóa một số khâu, một số qui trình để sử dụng trong giáo dục Công nghệ ở phổ thông nhằm phát triển năng lực TKKT cho học sinh.

25

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ

1. Đặng Minh Đức, Vũ Thị Ngọc Thúy, Điều khiển Robot bám đối tượng sử dụng thư

viện OpenCV trên hệ điều hành Android, 2017, Tạp chí giáo dục; số đặc biệt -

tháng 06/2017.

2. Đồng tác giả (2018), Dạy học môn Công Nghệ theo định hướng phát triển năng

lực, NXB Đại học Sư Phạm Hà Nội

3. Lê Xuân Quang, Đặng Minh Đức, Vũ Thị Ngọc Thúy, 2019; Thiết kế bộ thiết bị điện tử

hỗ trợ giáo dục STEM; Tạp chí giáo dục; 2019; số 467, 56-61.

4. Dang Minh Duc, Vu Thi Ngoc Thuy, Le Huy Hoang, Le Xuan Quang, Nguyen

Hoai Nam, Nguyen Trong Khanh; Engineering Experience at University: A

Prospective Way to Foster STEM Education for Secondary School in Vietnam;

ILITE; 2019; 675-697; HTQT.

5. Đặng Minh Đức, Xây dựng bài toán thiết kế kĩ thuật trong dạy học nhằm phát triển

năng lực thiết kế kĩ thuật cho sinh viên ngành Sư phạm Công nghệ, 2022, Tạp chí

giáo dục; số đặc biệt 7, tháng 06/2022.

6. Đặng Minh Đức, Dạy học phát triển năng lực thiết kế kĩ thuật dựa trên qui trình

thiết kế kĩ thuật cho sinh viên ngành Sư phạm Công nghệ, Tạp chí thiết bị giáo dục,

2022, số 271 kỳ 2 tháng 8, 107 – 109.