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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

HÀ NỘI - 2023

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

LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

PGS.TS NGUYỄN TRỌNG KHANH

HÀ NỘI - 2023

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả cam đoan công trình nghiên cứu này do chính tác giả thực hiện.

Các kết quả nghiên cứu của luận án là trung thực, khách quan và chưa được

công bố bởi ai hay ở bất ở bất kỳ nghiên cứu nào khác. Các thông tin trích dẫn

sử dụng trong luận án đều được chỉ rõ nguồn gốc. Tôi xin chịu trách nhiệm

với lời cam đoan của mình.

Hà Nội, ngày tháng năm 2023

Tác giả

Đặng Minh Đức

LỜI CẢM ƠN

Tác giả xin trân trọng gửi lời cảm ơn sâu sắc tới: Ban Giám hiệu,

Phòng sau Đại học, Trung tâm Thông tin - Thư viện, quí Cô/Thầy ở Khoa Sư

phạm Kĩ thuật - Trường Đại học Sư phạm Hà Nội cùng các nhà khoa học đã

quan tâm, tạo điều kiện, giúp đỡ tác giả trong quá trình học tập, nghiên cứu,

thực nghiệm sư phạm và hoàn thành luận án của mình.

Đặc biệt, tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS Nguyễn Trọng

Khanh – Khoa Sư phạm Kĩ thuật, trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã tận tình

chỉ bảo và hướng dẫn tác giả trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn

thành đề tài nghiên cứu.

Tôi xin chân thành cảm ơn quí Cô/Thầy đang giảng dạy tại Bộ môn

Công nghệ Điện – Điện tử khoa Sư phạm Kĩ thuật và các chuyên gia giáo dục

kĩ thuật ở trường đại học, cao đẳng đã đóng góp những ý kiến quý báu giúp

tác giả hoàn thiện luận án của mình.

Tác giả cũng xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè, đồng nghiệp, các

em sinh viên đã động viên, khích lệ và hỗ trợ hoàn thành luận án này!

Hà Nội, ngày tháng năm 2023

Tác giả

Đặng Minh Đức

MỞ ĐẦU .................................................................................................................... 1

1. LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI .......................................................................................... 1

2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU ................................................................................... 4

3. KHÁCH THỂ, ĐỐI TƯỢNG VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ............................... 4

4. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC ................................................................................... 4

5. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU ................................................................................... 4

6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU ........................................................................... 5

7. ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN ÁN ....................................................................... 5

8. CẤU TRÚC LUẬN ÁN .......................................................................................... 6

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

DỤNG BÀI TOÁN THIẾT KẾ KĨ THUẬT TRONG DẠY HỌC ....................... 7

1.1. TỔNG QUAN TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU VỀ XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG

BÀI TOÁN THIẾT KẾ KĨ THUẬT TRONG DẠY HỌC ......................................... 7

1.1.1. Tình hình nghiên cứu về bài toán kĩ thuật ................................................ 7

1.1.2. Tình hình nghiên cứu về bài toán thiết kế kĩ thuật ................................. 12

1.2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN ...................................................................... 14

1.2.1. Thiết kế kĩ thuật ...................................................................................... 14

1.2.2. Năng lực thiết kế kĩ thuật và qui trình thiết kế kĩ thuật .......................... 17

1.2.3. Bài toán thiết kế kĩ thuật ......................................................................... 21

1.2.4. Một số khái niệm liên quan .................................................................... 23

1.3. LÍ LUẬN VỀ XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TOÁN THIẾT KẾ KĨ

THUẬT TRONG DẠY HỌC ................................................................................... 27

1.3.1. Lí luận về bài toán thiết kế kĩ thuật ........................................................ 27

1.3.2. Xây dựng bài toán thiết kế kĩ thuật ........................................................ 35

1.3.3. Sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật trong dạy học .................................... 41

1.3.4. Vai trò của bài toán thiết kế kĩ thuật trong dạy học ............................... 44

MỤC LỤC

1.4. THỰC TRẠNG TÌNH HÌNH DẠY HỌC KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ TRONG

CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO GIÁO VIÊN CÔNG NGHỆ DƯỚI GÓC ĐỘ SỬ

DỤNG BÀI TOÁN THIẾT KẾ KĨ THUẬT ............................................................ 49

1.4.1. Kĩ thuật điện tử trong Chương trình đào tạo giáo viên ngành Sư phạm

Công nghệ ......................................................................................................... 49

1.4.2. Khảo sát thực 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 ........ 52

Kết luận chương 1 ................................................................................................... 58

Chương 2: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TOÁN THIẾT KẾ KĨ THUẬT

TRONG DẠY HỌC KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ ......................................................... 60

2.1. CƠ SỞ XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TOÁN THIẾT KẾ KĨ THUẬT

TRONG DẠY HỌC KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ ............................................................. 60

2.1.1. Khái lược về các học phần Kĩ thuật Điện tử trong chương trình đào tạo

giáo viên Công nghệ. ........................................................................................ 60

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

kĩ thuật điện tử .................................................................................................. 62

2.1.3. Năng lực xây dựng và sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật trong dạy học

Kĩ thuật Điện tử ................................................................................................ 63

2.1.4. Đề xuất một số nội dung dạy học Kĩ thuật điện tử có thể triển khai bài

toán thiết kế kĩ thuật ......................................................................................... 65

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

KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ ............................................................................................... 66

2.1.1. Xây dựng bài toán thiết kế mới .............................................................. 66

2.2.2. Xây dựng bài toán thiết kế đáp ứng ....................................................... 67

2.2.3. Xây dựng bài toán thiết kế cải tiến ......................................................... 81

2.2.4. Xây dựng bài toán thiết kế lựa chọn ....................................................... 88

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

THUẬT ĐIỆN TỬ .................................................................................................... 94

2.3.1. Sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật trong dạy học .................................... 94

2.3.2. Sử dụng bài thiết kế kĩ thuật trong kiểm tra đánh giá .......................... 110

Kết luận chương 2 ................................................................................................. 112

Chương 3: KIỂM NGHIỆM, ĐÁNH GIÁ .......................................................... 114

3.1. MỤC ĐÍCH, NHIỆM VỤ, PHƯƠNG PHÁP VÀ ĐỐI TƯỢNG KIỂM NGHIỆM ... 114

3.1.1. Mục đích kiểm nghiệm ......................................................................... 114

3.1.2. Nhiệm vụ kiểm nghiệm ........................................................................ 114

3.1.3. Đối tượng kiểm nghiệm ........................................................................ 115

3.1.4. Phương pháp kiểm nghiệm ................................................................... 115

3.2. KIỂM NGHIỆM ĐÁNH GIÁ QUA THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ................ 117

3.2.1. Lựa chọn nội dung dạy học và cách thức lấy mẫu kiểm nghiệm ......... 117

3.2.2. Qui trình thực hiện................................................................................ 119

3.2.3. Kết quả kiểm nghiệm đánh giá ............................................................. 122

3.3. KIỆM NGHIỆM ĐÁNH GIÁ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHUYÊN GIA ...... 132

3.3.1. Nội dung và tiến trình thực hiện ........................................................... 132

3.3.2. Kết quả kiểm nghiệm đánh giá ............................................................. 134

Kết luận Chương 3 ................................................................................................ 138

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ ....................................................................... 140

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ CÓ

LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN .............................................................................. 143

TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................... 144

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT DÙNG TRONG LUẬN ÁN

Viết tắt Viết đầy đủ

BTKT Bài toán kĩ thuật

ĐC Đối chứng

GV Giảng viên, Giáo viên

KTĐT Kĩ thuật điện tử

NLKT Năng lực kĩ thuật

SPCN Sư phạm Công nghệ

SV Sinh viên

TDKT Tư duy kĩ thuật

TDST Tư duy sáng tạo

TKKT Thiết kế kĩ thuật

TN Thực nghiệm

DANH MỤC BẢNG

Bảng 1.1. So sánh một số quan điểm về quá trình TKKT .......................... 20

Bảng 1.2. Mô tả biểu hiện sự phát triển của TDKT .................................... 47

Bảng 1.3. Các môn học Kĩ thuật điện tử trong chương trình đào tạo SPCN ... 50

Bảng 1.4. Kết quả khảo sát về sử dụng bài toán TKKT trong dạy học ...... 53

Bảng 2.1. Đề xuất nội dung dạy học có thể xây dựng và sử dụng bài

toán TKKT .................................................................................. 65

Bảng 2.2. Danh mục linh kiện thiết bị mạch điện cảm biến nhịp thở ......... 76

Bảng 2.3. Danh mục các thành phần thiết kế bộ đếm ................................. 90

Bảng 2.4. Danh mục thiết bị và thông số kĩ thuật ....................................... 94

Bảng 3.1. Đối tượng, số lượng SV của lớp TN và lớp ĐC ...................... 115

Bảng 3.2. Nội dung kiểm nghiệm sư phạm ............................................... 118

Bảng 3.3. Số người học đạt điểm xi .......................................................... 126

Bảng 3.4. Số % người học đạt điểm xi ...................................................... 126

Bảng 3.5. Số % người học đạt điểm xi trở lên .......................................... 127

Bảng 3.6. Bảng mô tả các thông số và giá trị trong kiểm định T-Test

qua TNSP vòng 1 ...................................................................... 128

Bảng 3.7. Số người học đạt điểm xi .......................................................... 129

Bảng 3.8. Số % người học đạt điểm xi ...................................................... 129

Bảng 3.9. Số % người học đạt điểm xi trở lên ........................................... 129

Bảng 3.10. Bảng mô tả các thông số và giá trị trong kiểm định T-Test

qua TNSP vòng 2 ...................................................................... 131

Bảng 3.11. Tổng hợp kết quả phiếu điều tra ............................................... 134

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Qui trình thiết kế sản phẩm kĩ thuật ..................................... 18

Hình 1.2. Qui trình thiết kế sản phẩm ................................................... 19

Hình 1.3. Quá trình thiết kế và phát triển sản phẩm (Trần Anh Tuấn

[51]) ................................................................................................................. 19

Hình 1.4. Qui trình thiết kế kĩ thuật trong dạy học ............................... 21

Hình 1.5. Mạch điện chiếu sáng tự động .............................................. 28

Hình 1.6. Cấu trúc bài toán TKKT ....................................................... 31

Hình 1.7. Qui trình xây dựng bài toán thiết kế kĩ thuật ........................ 37

Hình 1.8. Qui trình sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật .......................... 44

Hình 2.1. Chuyển mạch dùng transistor ............................................... 69

Hình 2.2. Khuếch đại thuật toán làm việc ở chế độ khóa ..................... 69

Hình 2.3. Mạch đèn điện cảm ứng ánh sáng ......................................... 71

Hình 2.4. giải pháp thiết kế mạch điện ứng dụng bộ khóa điện tử ....... 73

Hình 2.5. Một số ứng dụng của khuếch đại thuật toán ......................... 74

Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý mạch điện cảm biến áp suất ....................... 76

Hình 2.7. Sơ đồ khối mạch điện cảm biến nhịp thở ............................. 77

Hình 2.8. Mạch điện trang trí ứng dụng mạch đa hài. .......................... 78

Hình 2.9. Bộ đếm nhị phân đồng bộ Kđ = 16 ....................................... 79

Hình 2.10. Mạch điện đếm sản phẩm Kđ = 10 ..................................... 80

Hình 2.11. Bài toán thiết kế bộ đếm sản phẩm băng chuyền ............... 81

Hình 2.12. Một số mạch điện chỉnh lưu ............................................... 83

Hình 2.13. Một số mạch ổn áp, ổn dòng ............................................... 83

Hình 2.14. Phương án tăng dòng tải cho mạch ổn áp ........................... 84

Hình 2.15. Thông số kĩ thuật ghi trên sạc điện thoại ............................ 85

Hình 2.16. Bộ DMUX 1-4 .................................................................... 86

Hình 2.17. Mạch phân loại sản phẩm dùng DMUX ............................. 87

Hình 2.18. Mô tả bài toán thiết kế số 4 ................................................. 88

Hình 2.19. Thiết kế bộ đếm dạng bài toán thiết kế lựa chọn ................ 90

Hình 2.20. Sơ đồ khối bộ điều khiển vòng kín ..................................... 91

Hình 2.21. Sơ đồ mạch điện máy rửa tay không tiếp xúc .................... 93

Hình 2.22. Khảo sát cảm biến nhiệt độ TMP36 ................................. 100

Hình 2.23. Thiết bị báo cháy đơn giản sử dụng nguyên lý giãn nở vì

nhiệt ............................................................................................................... 102

Hình 2.24. Sơ đồ lắp đặt mạch điện báo cháy .................................... 104

Hình 3.1. Biểu đồ phân bố điểm kiểm tra ........................................... 124

Hình 3.2. biểu đồ so sánh biểu hiện phát triển TDKT qua dự án cuối

khóa ............................................................................................................... 125

Hình 3.3. Đồ thị tần suất vòng 1 ......................................................... 127

Hình 3.4. Đồ thị tần suất hội tụ tiến vòng 1 ....................................... 127

Hình 3.5. Đồ thị tần suất vòng 2 ......................................................... 130

Hình 3.6. Đồ thị tần suất hội tụ tiến vòng 2 ....................................... 130

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 quyết định sự phát triển ở mỗi quốc gia. Với vai trò là mục tiêu,

vừa là động lực thúc đẩy phát triển. Mỗi con người cần được phát triển các

kiến thức, kĩ năng cần thiết cùng với khả năng thích ứng linh hoạt để đối mặt

với các tình huống mới, công việc khác nhau trong môi trường xã hội thay đổi

nhanh chóng. 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 sừ đồng bộ cả về mục tiêu, nội dung, chương trình và phương

pháp dạy học. Đổi mới cách dạy, cách học để quá trình 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 hình

thành ở người học 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.

Chính sách phát triển giáo dục của nhiều quốc gia đã chỉ rõ, nếu không

có sự chuẩn bị về mặt con người để sẵn sàng đối phó với những thách thức

mới thì sẽ nhanh chóng bị tụt hậu. Nghị quyết số 29-NQ/TW của Đảng [2]

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 các chương trình mục tiêu quốc

gia về chiến lược phát triển giáo dục giai đoạn 2011 – 2020 [11]. Mục tiêu

trọng tâm 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

Sư phạm Công nghệ (SPCN) là ngành đào tạo giáo viên dạy môn Công

nghệ ở phổ thông hoặc chuyên ngành kĩ thuật ở các cơ sở giáo dục nghề

nghiệp. Nghiên cứu chương trình của nhiều trường đại học có đào tạo chuyên

ngành này nhận thấy. Mục tiêu năng lực chủ yếu đó là hình thành, phát triển ở

người học năng lực công nghệ và tư duy kĩ thuật (TDKT). Trong đó, năng lực

thiết kế kĩ thuật (TKKT) là năng lực thành phần, giữ vai trò trọng tâm của

giáo dục công nghệ.

Chương trình giáo dục phổ thông năm 2018 đã thể hiện rõ sự thay đổi

căn bản về mục tiêu, triết lý giáo dục [7], [8], [9]. Quan điểm xuyên suốt

trong xây dựng chương trình giáo dục đó là chuyển từ truyền thụ tri thức và

học tập thụ động sang phát triển năng lực và phẩm chất người học. Theo

chương trình 2018, TKKT là một trong năm năng lực thành phần của năng

lực công nghệ cần hình thành và phát triển ở học sinh.

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

Mục tiêu quan trọng của dạy học kĩ thuật là phát triển năng lực và tư

duy kĩ thuật (TDKT) cho người học. Việc phát triển này được thực hiện thông

qua nhiều phương pháp, hình thức, cho hiệu quả khác nhau. 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 nghiên cứu [30], BTKT được chia ra nhiều dạng bài toán

như: phân tích, chẩn đoán, thiết kế, công nghệ, v.v. Trong đó, bài toán TKKT

là một dạng BTKT có tính thực tiễn cao, 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 về KTĐT có thể

triển khai thành bài toán TKKT, nhằm phát triển năng lực giải quyết vấn đề

và tư duy sáng tạo cho sinh viên (SV); qua đó góp phần hình thành và phát

triển năng lực và 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; xác lập các qui

trình chung, thống nhất về 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 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 đã 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 và 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 biểu hiện 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 TKKT; 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

chung 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 của việc 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 và 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

1.1.1. Tình hình nghiên cứu về bài toán kĩ thuật

1.1.1.1. Tình hình nghiên cứu về bài toán nói chung

Bài toán hay vấn đề là thứ đã xuất hiện từ rất lâu, khi loài người bắt đầu

có nhu cầu chinh phục giới tự nhiên và phải đối mặt với các vấn đề về đấu

tranh sinh tồn. Để tồn tại và phát triển, họ cần hiểu biết giới tự nhiên để tạo ra

công cụ lao động. Đó cũng chính là nguồn gốc tự nhiên của bài toán và thiết

kế kĩ thuật. Qua nhiều thế hệ, kinh nghiệm sống và hiểu biết tự nhiên được

đúc kết thành tri thức hoa học chung của nhân loại. Tuy nhiên, xã hội ngày

càng phát triển, lượng kiến thức ngày càng đồ sộ và tăng theo cấp số nhân.

Vấn đề, thách thức đặt ra cho con người cũng ngày càng lớn. Họ không chỉ có

nhiệm vụ giải quyết vấn đề của thực tiễn đặt ra mà cần giải quyết vấn đề một

cách sáng tạo dựa trên các phương pháp tư duy tích cực, chủ động để tự mình

chiếm lĩnh tri thức mới.

Trong nhiều năm gần đây, việc dạy cho người học phương pháp TDST

đã thu hút nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu về khoa học giáo dục.

Vai trò của GV không chỉ là dạy những nội dung cụ thể có trong tài liệu, sách

giáo khoa hay giáo trình mà cần phải xây dựng các hoạt động học tập tích

cực, tình huống hoặc mô phỏng tình huống thực tiễn, vấn đề cần giải quyết

dưới dạng bài toán nhận thức; trao cơ hội cho người học tự tìm tòi, khám phá

và phát hiện ra tri thức mới.

Bài toán nhận thức là một nội dung học tập, một bài tập hay bài toán

hoặc câu hỏi chứa đựng vấn đề có tính thách thức, nhằm tạo điều kiện cho

người học phát hiện tri thức mới hoặc vận dụng củng cố kiến thức đã được

học bằng những hoạt động tích cực, chủ động, sáng tạo. Khi giải bài toán

nhận thức, người học không chỉ dừng lại ở mức độ hiểu được kiến thức mà

còn biết cách vận dụng vào giải quyết các vấn đề tương tự hoặc phức tạp hơn.

Từ đó rèn luyện phát triển tư duy và năng lực nhận thức.

Bài toán nhận thức hay tính có vấn đề của nhận thức có vai trò quan

trọng đối với việc hình thành kiến thức và phát triển tư duy người học [1], [3].

Việc này đã được nhiều nhà khoa học tâm lí, giáo dục trên thế giới chú trọng,

quan tâm nghiên cứu như: M.Crugliac, X.Ia.Batưsep, X.L.Rubinstein,

T.V.Kudriasep, V.A.Scacun, v.v.

Vai trò và tác động của bài toán nhận thức với sự phát triển TDST cũng

tạo được sự quan tâm của nhiều nhà nghiên cứu về khoa học giáo dục trong

nước. Nghiên cứu về bài toán nhận thức trong dạy học môn sinh học đã được

các tác giả Vũ Đức Lưu [38], Lê Đình Trung [49] xây dựng thành hệ thống lí

luận, các nguyên tắc xây dựng và sử dụng bài toán nhằm phát huy tính tích

cực, chủ động, sáng tạo của người học.

Nghiên cứu về bài toán nhận thức trong dạy học hóa học. Tác giả Đỗ Thị

Thúy Hằng [23] đã làm rõ vai trò của bài toán với quá trình nhận thức của học

sinh. Đưa ra qui trình hướng dẫn giải bài toán nhận thức; qui trình xây dựng

và sử dụng bài toán nhận thức trong các hoạt động nghiên cứu bài học, dạy

học các bài luyện tập - ôn tập, bài học có thí nghiệm - thực hành; qui trình

triển khai sử dụng bài toán nhận thức để dạy cho học sinh v.v.

1.1.1.2. Tình hình nghiên cứu về bài toán kĩ thuật trong dạy học

Nghiên cứu lí luận về bài toán nói chung, bài toán trong dạy học kĩ thuật

nói riêng được các nhà nghiên cứu tâm lí học, giáo dục học về kĩ thuật từ thời Xô

viết quan tâm. Trong các nghiên cứu của mình, tác giải T.V. Kudriasep [83] đặt

trọng tâm nghiên cứu về đặc trưng bài toán trong dạy học kĩ thuật hay BTKT;

vai trò của BTKT với việc hình thành và phát triển TDKT cho người học.

Đi đi sâu nghiên cứu về cơ sở tâm lí học của TDKT và con đường hình

thành nó. T.V. Kudriasep cùng cộng sự [83] đã tập trung nghiên cứu cấu trúc

của TDKT dựa trên hoạt động giải BTKT của học sinh nghề. Các nhà nghiên

cứu đã tiến hành phân tích các hoạt động kĩ thuật đặc trưng, khái quát hóa

chúng dưới dạng các bài toán TKKT nhằm mục đích hình thành và phát triển

các kĩ năng thiết kế ở người học; phân tích quá trình người học giải các bài

toán đó để xác định cấu trúc, con đường hình thành TDKT.

Nhấn mạnh đặc điểm riêng của BTKT với các dạng bài toán nhận thức

và vai trò của nó với việc hình thành và phát triển TDKT. Tác giả V.A.

Xcacun [31] tập trung phân tích cấu trúc và đặc điểm của BTKT, vai trò của

bài toán (vấn đề) kĩ thuật với phát triển TDKT cho người học trong dạy nghề

kĩ thuật. Vai trò của BTKT cũng được B.Ia.Batưsep [3] đặc biệt nhấn mạnh.

Ông đã tập trung nghiên cứu các biện pháp xây dựng và sử dụng chúng trong

dạy học kĩ thuật thuộc lĩnh vực đào tạo nghề.

Việt Nam cũng có rất nhiều công trình nghiên cứu về BTKT của các tác

giả như: Trần Sĩ Nguyên, Đặng Ngọc Riệp, Phạm Ngọc Uyển, Trần Khánh

Đức, Nguyễn Trọng Khanh, Nguyễn Văn Khôi, Trần Quốc Cường, Nguyễn

Thị Thanh Huyền, …

Bằng việc nghiên cứu cấu trúc, con đường và các yếu tố tác động tới sự

hình thành và phát triển của TDKT ở người học. Tác giả Phạm Ngọc Uyển

trong luận án “Hình thành tư duy kĩ thuật (như là một thành tố của sự sẵn

sàng tâm lí đi vào lao động) cho học sinh phổ thông” [57], đã cho thấy vai trò

quan trọng của BTKT với việc hình thành và phát triển TDKT. Tác giả cho

rằng “tư duy kĩ thuật có vai trò quyết định đối với việc nắm vững tri thức, kĩ

xảo và kĩ năng lao động kĩ thuật mới; TDKT giữ vị trí chủ chốt trong việc lập

kế hoạch lao động, … cũng như việc tìm lời giải cho các bài toán kĩ thuật”

[57; tr.71].

Tác giả Nguyễn Văn Khôi [30] trong trong luận án “Phương pháp tiếp

cận công nghệ và vận dụng vào giảng dạy chương trình Kĩ thuật Công nghiệp

phổ thông”, đã nghiên cứu về BTKT dưới dạng bài tập kĩ thuật và đưa ra qui

trình khái quát hướng dẫn giải một số bài tập kĩ thuật phổ biến trong dạy học

kĩ thuật.

Tác giả Trần Khánh Đức cùng cộng sự trong công trình nghiên cứu về

“Khoa học tư duy” đề cập đến BTKT hay nhiệm vụ kĩ thuật và công nghệ.

Trên cơ sở phân tích đặc điểm, các dạng nhiệm vụ kĩ thuật đặc trưng, tác giả

nhấn mạnh vai trò của nó đối với sự hình thành và phát triển của tư duy khoa

học, kĩ thuật và công nghệ thông qua hoạt động “giải quyết (các giải pháp,

qui trình kĩ thuật), … Các bài toán, nhiệm vụ, vấn đề, tình huống đặt ra trong

các lĩnh vực khoa học, kĩ thuật và công nghệ” [20].

Nghiên cứu chuyên sâu về BTKT, tác giả Nguyễn Trọng Khanh [28] với

đề tài luận án “Xây dựng và sử dụng bài toán kĩ thuật nhằm nâng cao chất

lượng dạy học môn Kĩ thuật công nghiệp lớp 11 trung học phổ thông” đã

khảng định vai trò của BTKT đối với phát triển năng lực kĩ thuật (NLKT) và

TDKT. Trong nghiên cứu này, tác giả đã xây dựng hệ thống lí luận về BTKT,

bao gồm: khái niệm, đặc điểm, phân loại BTKT. Trên cơ sở đó, tác giả đề

xuất các qui trình: qui trình xây dựng và sử dụng bài toán; qui trình giải bài

toán dùng trong các khâu của tiến trình dạy học như: nghiên cứu kiến thức,

củng cố - luyện tập – vận dụng mở rộng kiến thức, kiểm tra - đánh giá; nghiên

cứu xác lập các yêu cầu, điều kiện cần thiết để tổ chức triển khai BTKT trong

dạy học. Nghiên cứu lí luận làm cơ sở phân loại BTKT, tác giả đã đề xuất các

tiêu chí phân loại đặc trưng như: đặc điểm dữ kiện, mục tiêu dạy học của bài

toán, lĩnh vực kĩ thuật hay phương pháp, kĩ thuật giải quyết vấn đề, v.v.

Lí luận về BTKT còn được tác giả Nguyễn Trọng Khanh đề cập tới trong

nghiên cứu “Phát triển năng lực và tư duy kĩ thuật” [29]. Trong nghiên cứu

này, tác giả đã phân tích rõ vai trò của BTKT trong việc phát triển NLKT mà

trọng tâm là phát triển TDKT cho người học. Tuy nhiên, các kết quả nghiên

cứu của tác giả Nguyễn Trọng Khanh [28] mang tính tổng quan, khái quát về

riêng về BTKT; chưa đi sâu nghiên cứu về từng loại BTKT cụ thể như: bài

toán TKKT, bài toán công nghệ hay bài toán phân tích, chẩn đoán kĩ thuật.

Phát triển lí luận về BTKT, tác giả Trần Quốc Cường với đề tài luận án

tiến sĩ “Bài toán chẩn đoán kĩ thuật và vận dụng trong dạy học nghề Điện tử

dân dụng” đã nghiên cứu trọng tâm về một dạng của BTKT, đó là bài toán

chẩn đoán kĩ thuật. Kết quả nghiên cứu cho thấy, với mỗi nội dung dạy học kĩ

thuật có thể triển khai thành một loại BTKT phù hợp nhằm phát triển năng lực

và TDKT cho người học [14].

Trong luận án tiến sĩ “Thiết kế và sử dụng bài toán phân tích kĩ thuật trong

dạy học động cơ đốt trong, ô tô cho sinh viên Sư phạm kĩ thuật” tác giả Nguyễn

Thị Thanh Huyền [26] đã đi sâu vào nghiên cứu bài toán phân tích kĩ thuật. Kết

quả nghiên cứu đã khảng định, sử dụng BTKT thông qua phân tích kĩ thuật là

biện pháp hiệu quả góp phần phát triển NLKT và TDKT ở người học.

Trong nhiều năm gần đây cũng có nhiều nghiên cứu về BTKT trong dạy

học của các tác giả như: Trần Tuấn Hải, Đàm Thị Lan Phương, Vũ Thị Thùy

Vân, … [22], [44], [59].

Như vậy, riêng về BTKT có thể thấy, trong giáo dục kĩ thuật thì BTKT

có vai trò và ý nghĩa rất lớn đối với việc phát triển TDKT, NLKT cho người

học. Do đó, BTKT ngày càng được quan tâm nghiên cứu cả về lí luận và thực

tiễn nhằm hướng mục tiêu nâng cao chất lượng, hiệu quả dạy học kĩ thuật.

1.1.2. Tình hình nghiên cứu về bài toán thiết kế kĩ thuật

Nghiên cứu về bài toán TKKT thu hút sự quan tâm của nhiều nhà nghiên

cứu, gồm cả các kĩ sư thiết kế và các chuyên gia nghiên cứu về giáo dục kĩ

thuật. Có nhiều công trình nghiên cứu về TKKT với trọng tâm là phát triển

các kĩ năng và gải pháp thiết thiết kế sáng tạo.

Đầu tiên có thể kể đến đó là các lý thuyết về giải bài toán sáng chế

(TRIZ) của Altshuller [65], hoặc phương phương pháp phân tích hình thái học

của Allen [63]. Một số nhà sư phạm lại vận dụng phương pháp công não

(Brain Storming) [77] hay dạy học dựa trên dự án [của Prince and Felder

2006] như một giải pháp của dạy học thiết kế sáng tạo.

Cagan và Agogino [66] cho rằng, một thiết kế sáng tạo khi thiết kế đó

giải quyết tối đa các điều kiện ràng buộc. Hai ông cũng đề xuất một mô hình

tính toán tối ưu hóa nhằm mở rộng không gian thiết kế bằng cách thêm vào

các điều kiện ràng buộc, từ đó mở rộng được tính năng của sản phẩm thiết kế.

Dixon và Penny [67]; R.K Penny [79] đặt thiết kế là sự giao thoa giữa

hai lĩnh vực: văn hóa (chính trị, xã hội học, kinh tế học, kiến trúc, mỹ thuật)

và kĩ thuật (khoa học, khoa học kĩ thuật, khoa học công nghệ, khoa học sản

xuất). Trên góc độ tâm lí, TKKT là hoạt động sáng tạo dựa trên nền tảng toán

học, vật lý, hóa học, thủy lực học, kĩ thuật điện, kĩ thuật cơ khí, kĩ thuật vật

liệu, công nghệ sản xuất, .v.v. Trên góc độ hệ thống, TKKT là sự tối ưu hóa

một đối tượng (sản phẩm kĩ thuật) trong các điều kiện ràng buộc có tính mâu

thuẫn; do các điều kiện này thay đổi theo thời gian, sự tối ưu hóa này cũng

phụ thuộc vào thời điểm và các bối cảnh xã hội cụ thể. Về mặt sản xuất, thiết

kế là một phần không thể thiếu của một vòng đời sản phẩm, nó bắt đầu bởi

nhu cầu hoặc ý tưởng mới và kết thúc khi sản phẩm hết giai đoạn sử dụng.

Chu trình này thể hiện quá trình biến các nguyên vật liệu thô thành các sản

phẩm có giá trị kinh tế cao hơn.

Như vậy, có thể nhận thấy có nhiều công trình nghiên cứu về TKKT

dưới góc độ phát triển các kĩ thuật thiết kế sáng tạo mà chưa đề cập đến

nghiên cứu lí luận về các vấn đề thiết kế như một bài toán TKKT.

Ở một khía cạnh khác, có thể thấy trong các nghiên cứu về BTKT hầu

như chưa đề cập tới bài toán TKKT. Trong số nhiều công trình trước đây của

các tác giả như: X.L. Rubinstein, T.V. Kudriasep, V.A. Xcacun, I.Ia. Lecne,

.v.v đa số tập trung vào nghiên cứu lí luận về bài toán nói chung, bài toán

trong dạy học nghề kĩ thuật hay bài toán phát triển TDKT nói riêng. Gần đây

nhất, các công trình nghiên cứu về BTKT đa số tập trung vào nghiên cứu lí

luận về bài toán và các hình thức triển khai, xây dựng BTKT trong dạy học.

Chưa nhiều các nghiên cứu chuyên sâu vào một dạng BTKT cụ thể. V.A.

Xcacun thì nghiên cứu sâu hơn về dạng bài toán công nghệ. Tác giả T.V.

Kudriasep đã đề cập tới một dạng của BTKT đó là bài toán TKKT, nghiên

cứu của tác giả dừng lại ở việc đề cập sơ bộ ban đầu về khái niệm và đặc

trưng của bài toán TKKT. Các nghiên cứu của của một số tác giả trong nước

như: Phạm Ngọc Uyển, Nguyễn Văn Khôi, Nguyễn Trọng Khanh, .v.v về bài

tập, bài toán cũng chỉ đề cập đến BTKT nói chung. Gần đây nhất, các tác giả

Trần Quốc Cường [14], Nguyễn Thị Thanh Huyền [26] đã đi sâu nghiên cứu

về bài toán chẩn đoán kĩ thuật và phân tích kĩ thuật.

Có thể nói, riêng với bài toán TKKT, cho đến nay vẫn chưa có tác giả

nào đi sâu nghiên cứu về khái niệm, đặc điểm, phân loại cấu trúc cũng như

qui trình xây dựng và sử dụng chúng trong dạy học kĩ thuật. Vì vậy, việc

nghiên cứu về bài toán TKKT sẽ rất có ý nghĩa khoa học trong giáo dục kĩ

thuật.

1.2. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN

1.2.1. Thiết kế kĩ thuật

1.2.1.1. Kĩ thuật

Từ thời Hy Lạp cổ đại, thuật ngữ kĩ thuật đã có với ý nghĩa là công cụ và

phương pháp lao động. Trong tiếng La tinh, thuật ngữ kĩ thuật bao gồm

“ingenium”, có nghĩa là “sự thông minh” và “ingeniare” có nghĩa là “để tạo

ra, phát minh ra”.

Hiện nay, cũng có nhiều cách định nghĩa khác nhau về thuật ngữ này.

- Trong từ điển tiếng Việt (Hoàng Phê [43], kĩ thuật được định nghĩa

theo hai cách khác nhau: Theo nghĩa phương tiện, kĩ thuật là “ tổng thể nói

chung những phương tiện và tư liệu hoạt động của con người, được tạo ra để

thực hiện quá trình sản xuất và phục vụ cho các nhu cầu phi sản xuất của xã

hội ”. Theo nghĩa phương pháp làm việc, kĩ thuật là “tổng thể nói chung

những phương pháp, phương thức sử dụng trong một lĩnh vực hoạt động nào

đó của con người”.

- Từ điển Bách khoa toàn thư Việt Nam [54; quyển 2, tr.550]: kĩ thuật là

“kinh nghiệm, kĩ năng, các thao tác, các cơ cấu, các máy móc, các hệ thống,

các phương pháp và phương tiện quản lí, khai thác, bảo vệ, xử lí vật chất,

năng lượng và thông tin, được xây dựng nhằm mục đích sản xuất và phục vụ

các nhu cầu trực tiếp của xã hội. Kĩ thuật còn bao hàm tất cả những kĩ năng,

kĩ xảo, kinh nghiệm của một dạng hoạt động bất kì như kĩ thuật múa, ca hát,

viết văn, hội họa, thể dục, thể thao và kĩ thuật sản xuất, .v.v”. Đây là cách

định nghĩa rộng, kĩ thuật sẽ bao hàm các phương tiện, máy móc và các

phương pháp, cách thức tiến hành hoạt động của con người.

Theo tổ chức giáo dục EiE, khái niệm kĩ thuật được giới thiệu theo

hướng: “kĩ thuật chính là phương pháp giải quyết mọi vấn đề của con người

trong cuộc sống một cách thực tiễn và thống nhất”.

Trong Chương trình giáo dục phổ thông 2018 [7] giải thích thuật ngữ “kĩ

thuật”: “là ứng dụng khoa học để giải quyết các vấn đề thực tiễn, tạo ra sản

phẩm, công nghệ đáp ứng nhu cầu của cuộc sống; là kinh nghiệm và thủ thuật

của một dạng hoạt động nhất định”.

Như vậy có thể hiểu kĩ thuật là việc áp dụng các nguyên lí khoa học vào

giải quyết vấn đề thực tiễn. Kĩ thuật cũng bao hàm kinh nghiệm, kĩ năng, thủ

thuật của một dạng hoạt động nhất định.

1.2.1.2. Thiết kế

Theo vi.wikipedia, thiết kế “là việc tạo ra bản vẽ hoặc qui ước biểu diễn

và tạo dựng một đối tượng, một hệ thống hoặc một tương tác giữa người với

người có thể đo lường được (các bản vẽ chi tiết kiến trúc, bản vẽ kĩ thuật, qui

trình kinh doanh, sơ đồ mạch điện, mẫu cắt may, v.v.)”. Trong một số trường

hợp, việc xây dựng, tạo hình trực tiếp một đối tượng (như với nghề gốm, công

việc kĩ thuật, quản lí, lập trình, và thiết kế đồ họa, v.v.) cũng được coi là hoạt

động thiết kế. Do đó, "thiết kế" có thể được sử dụng như một danh từ chỉ nghề

nghiệp hoặc một động từ chỉ một hoạt động mang tính qui trình. Theo nghĩa

rộng hơn, thiết kế bao gồm kĩ thuật kết hợp với công nghệ và mỹ thuật ứng

dụng.

Theo từ điển tiếng Việt, thiết kế là “lập tài liệu kĩ thuật toàn bộ, gồm có

bản tính toán, bản vẽ, … để có thể theo đó mà xây dựng công trình, sản xuất

thiết bị, sản phẩm, …” [43]. Ở đây, sản phẩm cũng được hiểu theo nghĩa

chung nhất, là “cái do lao động của con người tạo ra; cái được tạo ra, như là

một kết quả tự nhiên”.

Nikos J. Mourtos [73] coi “Thiết kế là một quá trình mà qua đó người ta

biến những ý tưởng và khái niệm thành sản phẩm thỏa mãn những yêu cầu và

ràng buộc nhất định”.

L. M Nicolai [72] đưa ra một định nghĩa đơn giản hơn: kĩ thuật là thiết

kế của một loại hàng hóa vì lợi ích của người dùng.

Theo tiêu chuẩn ISO 9000:2000: thiết kế là “tập hợp các quá trình

chuyển yêu cầu thành các qui định, đặc tính kĩ thuật của sản phẩm, quá trình

hay hệ thống”.

Trong luận án này, đề cập tới bài toán TKKT trong dạy học thì khái niệm

“thiết kế” được hiểu theo nghĩa là một quá trình, một hành động. Thiết kế

cũng có thể được coi là một qui trình giải quyết vấn đề, phát hiện ra giải pháp

mới và để đặt nền tảng cho đổi mới sáng tạo. Theo nhận định đó, có thể hiểu

“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”

1.2.1.3. Thiết kế kĩ thuật

Theo từ điển bách khoa Việt Nam [56; tập 4, tr.231], TKKT là “lập hồ

sơ kĩ thuật để xây dựng hay cải biến một công trình hay mô hình sản xuất

hoặc chế tạo một phương tiện, thiết bị nào đó. Hồ sơ bao gồm các bản vẽ

tổng thể, chi tiết, kèm theo bảng thống kê vật liệu sử dụng, thuyết minh phần

tính toán và những chỉ dẫn cần thiết”.

Tác giả Nguyễn Thanh Nam [40; tr.13] với công trình “Phương pháp

thiết kế kĩ thuật” đã đưa ra định nghĩa: “thiết kế kĩ thuật là quá trình biến đổi

những thông tin về nhu cầu thành kiến thức về sản phẩm”. Theo đó, có thể

hiểu TKKT là quá trình biến đổi thông tin về nhu cầu thành sơ đồ tổng thể,

chi tiết, kèm theo phần tính toán kết cấu, vật liệu sử dụng, nguyên tắc hoạt

động và những chỉ dẫn cần thiết để xây dựng một qui trình kĩ thuật hoặc chế

tạo ra sản phẩm nào đó.

Theo Phạm Văn Khôi [35], TKKT, giai đoạn trung gian của việc lập bản

thiết kế máy, thiết kế công trình. TKKT của máy bao gồm các giải pháp kết cấu

của tất cả các cơ cấu tổng thành, tính toán độ bền, độ chịu mòn, .v.v; bản thuyết

minh, qui cách các chi tiết ghép nối chủ yếu, các sản phẩm cần mua sắm.

TKKT là phương pháp xác định và giải quyết các vấn đề kĩ thuật. TKKT

có thể có nhiều dạng khác nhau, nhưng chúng đều bao gồm một thuộc tính

chung: bất kì loại TKKT nào cũng là một qui trình [69].

Do đó, TKKT là hoạt động mang tính qui trình gồm nhiều hoạt động như

phát hiện vấn đề, tìm kiếm giải pháp, thực hiện giải pháp, thử nghiệm, đánh

giá, điều chỉnh thiết kế. TKKT cũng liên quan đến các khâu khảo sát nhu cầu,

cung cấp dịch vụ hoặc lấy thông tin phản hồi từ người dùng.

Như vậy, có thể hiểu TKKT: 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

Theo Từ điển tiếng Việt do Hoàng Phê (chủ biên) đã định nghĩa “năng

lực là phẩm chất tâm lí và sinh lí tạo cho con người khả năng hoàn thành một

loại hoạt động nào đó với chất lượng cao” [43; tr.66].

Tổ chức hợp tác và phát triển kinh tế OECD “Năng lực là khả năng cá

nhân đáp ứng các yêu cầu phức hợp và thực hiện thành công nhiệm vụ trong

một bối cảnh cụ thể”.

Theo tác giả Đặng Thành Hưng [27; tr.18-26] “năng lực là khái niệm chỉ

những thuộc tính có nguồn gốc sinh học, tâm lí và xã hội có thật ở cá nhân

cho phép cá nhân đó thực hiện thành công hoạt động nhất định theo yêu cầu

hay tiêu chí nhất định và thu được kết quả thấy được trên thực tế”.

Tác giả Nguyễn Trọng Khanh [29] đã phát biểu về NLKT như sau: Năng

lực kĩ thuật là tổ hợp những thuộc tính tâm sinh lí của cá nhân đáp ứng

những đòi hỏi của một hoạt động kĩ thuật nào đó.

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

Trong thực tiễn sản xuất, qui trình TKKT thuật thường gắn liền với qui

trình thiết kế sản phẩm. Tùy theo cách thức, mô hình tổ chức thiết kế; cách

phối hợp công việc trong mỗi bước; cách phân chia các bước trong quá trình

thiết kế và phát triển sản phẩm mà qui trình thiết kế sản phẩm bao gồm các

giai đoạn và các bước khác nhau. Nhìn chung, các nghiên cứu về qui trình

thiết kế sản phẩm [40], [51], [64], [68] gồm ba giai đoạn: 1) thiết kế ý tưởng

(hay còn gọi là thiết kế giải pháp); 2) thiết kế phương án (cấu trúc sản phẩm,

phương án lắp đặt và thiết kế tham số); 3) Thiết kế chi tiết (bản vẽ kĩ thuật chi

tiết, thông tin thử nghiệm chi tiết). Dưới đây trình bày một số qui trình thiết

kế sản phẩm:

Hình 1.1. Qui trình thiết kế sản phẩm kĩ thuật

(Tamer Shahin Yousef Haik [64])

Hình 1.2. Qui trình thiết kế sản phẩm (Linda C. Schmidt George E. Dieter[68])

Hình 1.3. Quá trình thiết kế và phát triển sản phẩm (Trần Anh Tuấn [51])

Trong giáo dục kĩ thuật, TKKT thường được sử dụng như một loạt các

công cụ, phương pháp và qui trình định trước. Qui trình này bao gồm các

bước triển khai dưới dạng các hoạt động học được thiết kế nhằm giúp người

học đưa ra các phương án sáng tạo để giải quyết vấn đề. Hầu hết các nghiên

cứu đề cập qui trình TKKT có các hoạt động: “xác định vấn đề”, “nghiên cứu

vấn đề, đề xuất phương án”, “thực hiện phương án tốt nhất” và “đánh giá và

điều chỉnh thiết kế” (Budynas và Nisbett 2015; Cross 2000; Dieter và Schmidt

2013; Dym và cộng sự, 2013; Haik và Shahin 2011; Khandani 2005) [64].

Có thể tìm hiểu quan điểm về qui trình TKKT của các tác giả qua bảng

so sánh 1.1.

Bảng 1.1. So sánh một số quan điểm về quá trình TKKT

MDE Hynes et al. Guerra et al. Heo

(2006) (2011) (2012) (2014)

• Xác định nhu • Xác định vấn đề, • Xác định nhu • Xác nhận

cầu hoặc vấn đề nhu cầu. cầu các vấn đề và

• Nghiên cứu nhu • Nghiên cứu nhu • Mô tả nhu cầu điều kiện ràng

cầu hoặc vấn đề. cầu hoặc vấn đề • Đặc trưng hóa và buộc

• Phát triển các • Phát triển các phân tích hệ thống • Tạo và chọn

giải pháp khả thi. giải pháp khả thi • Tạo khái niệm ý tưởng

• Chọn giải pháp • Chọn giải pháp • Chọn khái niệm • Nghiên cứu

tốt nhất có thể tốt nhất có thể • Thể hiện khái và phát triển

• Xây dựng • Xây dựng một niệm • Chế tạo

nguyên mẫu mẫu thử nghiệm • Kiểm tra và đánh • Đánh giá

• Kiểm tra và • Kiểm tra và đánh giá khái niệm • Trình bày và

đánh giá giải giá giải pháp • Hoàn thiện khái thảo luận

pháp • Truyền đạt giải niệm • Cải tiến thiết

• Truyền đạt giải pháp • Hoàn thiện và kế

pháp • Thiết kế lại chia sẻ thiết kế

• Thiết kế lại • Hoàn thiện

Trên cơ sở phân tích các kết quả nghiên cứu về qui trình TKKT; phân

tích công việc thiết kế công trình, sản phẩm kĩ thuật; quá trình dạy học kĩ

thuật; .v.v. Luận án đề xuất qui trình TKKT dùng trong dạy học bao gồm 5

bước: 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.

Qui trình cụ thể được thể hiện trên Hình 1.4.

Hình 1.4. Qui trình thiết kế kĩ thuật trong dạy học

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

nhưng vẫn mang đầy đủ nội dung chính của qui trình TKKT trong thực tiễn.

1.2.3. Bài toán thiết kế kĩ thuật

1.2.3.1. Bài toán kĩ thuật

Cho đến nay vẫn chưa có sự thống nhất về định nghĩa bài toán nói chung

và BTKT nói riêng. Trước khi xét đến định nghĩa BTKT, có thể điểm qua một

số thuật ngữ và quan điểm có liên quan tới việc định nghĩa bài toán và BTKT.

Theo Từ điển tiếng Việt thì [43]:

- Bài toán: “vấn đề cần giải quyết bằng phương pháp khoa học”.

- Bài tính: “bài toán chỉ đòi hỏi một số phép tính”.

- Bài tập: “Bài ra cho học sinh làm để luyện tập vận dụng những điều đã

học”.

- Vấn đề: “Điều cần được xem xét, nghiên cứu, giải quyết”.

- Tình huống: “Sự diễn biến của tình hình, về mặt cần phải đối phó”.

Về định nghĩa BTKT, V.A. Xcacun cho rằng: BTKT là bài toán “có liên

quan tới việc vận dụng một cách tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và kĩ xảo

trong phạm vi sản xuất”. Còn theo T.V. Kudriasep thì: BTKT là: “bài toán

bất kỳ, liên quan tới sự giải quyết các vấn đề kĩ thuật và sản xuất kĩ thuật, tới

sự vận dụng tổng hợp kiến thức, kĩ năng, kĩ xảo trong lĩnh vực kĩ thuật và sản

xuất” [83].

Nghiên cứu các thuật ngữ, các quan điểm, gồm cả quan điểm nhất quán

hai thuật ngữ “bài toán” và “tình huống có vấn đề”; phân tích khái niệm, đặc

điểm, phương pháp giải các bài toán, bài tập, vấn đề, nhiệm vụ kĩ thuật được

sử dụng trong dạy học kĩ thuật, dạy học lao động, dạy nghề, .v.v. Nguyễn

Trọng Khanh định nghĩa về BTKT như sau:

“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” [28].

1.2.3.2. Khái niệm bài toán thiết kế kĩ thuật

Dựa trên các nghiên cứu về TKKT [64], [68], [73], [78], [79], [80], [81],

[82] có thể đưa ra nhận định: TKKT là quá trình đi đến lựa chọn phương án gải

quyết vấn đề thỏa mãn tốt nhất các yêu cầu và điều kiện ràng buộc. Quá trình

TKKT là quá trình ra quyết định dựa trên phương pháp khoa học và TDST.

Tác giả Nguyễn Thị Mai Lan [36] cho rằng, bài toán TKKT là “bài toán

thuộc lĩnh vực kĩ thuật và sản xuất, yêu cầu xây dựng sơ đồ tổng thể, chi tiết

kèm theo phần tính toán, vật liệu sử dụng, nguyên tắc hoạt động và những chỉ

dẫn cần thiết để xây dựng một qui trình kĩ thuật hoặc chế tạo ra sản phẩm

nào đó đáp ứng yêu cầu xác định cho trước”.

Dựa trên các khái niệm về TKKT và BTKT, có thể coi bài toán TKKT là

một vấn đề kĩ thuật đặt ra đối với quá trình TKKT và đòi hỏi phải dùng các

kiến thức khoa học, kĩ thuật và toán học để giải quyết. Vấn đề kĩ thuật ở đây

gồm các yếu tố được cụ thể hóa thành các yêu cầu kĩ thuật như: vật liệu, kiểu

dáng, kết cấu, công suất, hiệu suất, tính năng , v.v. và nhiều các điều kiện ràng

buộc khác như: hiệu quả kinh tế, tính an toàn, tiện dụng, thẩm mĩ, sự tác động

tới môi trường, .v.v. Quá trình tìm ra phương án giải quết bài toán TKKT

thường qua các bước: Xác định vấn đề, nghiên cứu vấn đề để tìm các phương

án thiết kế tốt nhất; thực hiện phương án; kiểm nghiệm đánh giá và điều chỉnh

thiết kế. Một số bước của quá trình giải bài toán có thể lặp lại để đi đến

phương án tốt nhất.

Như vậy, có thể hiểu: 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 quy trình TKKT.

1.2.4. Một số khái niệm liên quan

1.2.4.1. Tư duy kĩ thuật

a) Khái niệm tư duy kĩ thuật

Theo Từ điển Bách khoa toàn thư Việt Nam [56], “tư duy kĩ thuật một

dạng của hoạt động tư duy phản ánh một cách khái quát và gián tiếp hiện

thực khách quan nhằm vào giải quyết các nhiệm vụ kĩ thuật, các loại toán kĩ

thuật, bao gồm 4 thành phần cấu trúc: khái niệm, hình tượng, vật thể, thực

hành, liên quan mật thiết với nhau, tác động qua lại và chuyển hoá lẫn nhau”.

Một số nghiên cứu [9], [20], [23] đã phát biểu khái quát về TDKT “Tư

duy kĩ thuật là sự phản ánh khái quát các nguyên lí kĩ thuật, các quá trình kĩ

thuật, các thiết bị kĩ thuật dưới dạng các mô hình và kết cấu kĩ thuật nhằm

giải quyết những nhiệm vụ đặt ra trong thực tế sản xuất”; hoặc “Tư duy kĩ

thuật là loại tư duy xuất hiện trong lĩnh vực lao động kĩ thuật nhằm giải quyết

những bài toán (vấn đề, nhiệm vụ) có tính chất kĩ thuật sản xuất”.

Tác giả Trần Khánh Đức cùng cộng sự [20] khi nghiên cứu về khoa học

tư duy đã cho rằng, “tư duy khoa học khi nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh

vực kĩ thuật và công nghệ hình thành thành nên tư duy khoa học kĩ thuật và

công nghệ”.

T.V. Kudriasep – tác giả của tài liệu “Tâm lí học tư duy kĩ thuật” đã cho

rằng “các vấn đề về tư duy kĩ thuật như là dạng đặc biệt của hoạt động trí óc

của con người”. N.Z. Bogozop, I.G. Gozaman, G.V. Xakharop thì xem “Tư

duy kĩ thuật như là hoạt động hướng vào sự soạn thảo độc lập và giải các bài

toán kĩ thuật” [3].

Luận án nghiên cứu về BTKT và chi tiết hơn là bài toán TKKT nên sử

dụng khái niệm về TDKT của tác giả Nguyễn Trọng Khanh [29]: “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) Đặc điểm của tư duy kĩ thuật

Dựa trên những nghiên cứu của các tác giả [20], [26], [28], [29], [46],

[57], có thể nhận định, TDKT ngoài mang những đặc điểm chung của tư duy

như (tính có vấn đề, tính khái quát, tính gián tiếp, gắn kết chặt chẽ với ngôn

ngữ và nhận thức cảm tính, v.v.) thì còn mang một số đặc điểm riêng như sau:

- Tính chất lí thuyết và hành động: TDKT có sự gắn kết chặt chẽ lí

thuyết và hành động. Tính chất này thể hiện ở sự thống nhất, tác động điều

chỉnh lẫn nhau của trí óc (suy nghĩ) và hành động (thao tác vật chất, thực

hành).

- Liên hệ chặt chẽ giữa hình ảnh và khái niệm: hình ảnh (ngôn ngữ của

TDKT) là những thông tin về đối tượng kĩ thuật được biểu diễn dưới dạng đồ

họa như: bản vẽ kĩ thuật, sơ đồ, kí hiệu, biểu tượng, v.v. Khái niệm hay phần

trừu tượng, là tri thức được khái quát hóa dựa trên hình ảnh. Hình ảnh đóng

vai trò điểm tựa, định hướng cho quá trình tiếp nhận và hình thành tri thức.

Đối với TDKT, hình ảnh có vai trò quan trọng là đòn bẩy thúc đẩy tư duy.

- TDKT có tính thực tiễn và linh hoạt: đối tượng của TDKT là những

nguyên lí, diễn biến, quá trình kĩ thuật hay sản phẩm kĩ thuật trong thực tiễn.

Thực tiễn của kĩ thuật rất phong phú và đa dạng; vì vậy, khi giải quyết các

vấn đề kĩ thuật đòi hỏi phải vận dụng một cách tổng hợp, linh hoạt các

phương pháp, hình thức tư duy để đưa ra phương án giải quyết tối ưu.

c) Biểu hiện của sự phát triển tư duy kĩ thuật

- Khả năng phát hiện vấn đề: vấn đề là khởi nguồn của tư duy, việc xác

định được vấn đề là một biểu hiện của sự vận dụng phương pháp, hình thức tư

duy linh hoạt dựa trên tri thức và vốn hiểu biết về vấn đề kĩ thuật. Phương

pháp hiệu quả để phát hiện vấn đề là quan sát trực quan (nhận thức lí tính) kết

hợp vận dụng kiến và kĩ năng để “hiểu vấn đề” và “phát biểu vấn đề”.

- Giải quyết vấn đề: vấn đề kĩ thuật thường yêu cầu người học phải huy

động tối đa các phương pháp và hình thức tư duy để giải quyết. Để xác định

các biểu hiện của sự phát triển TDKT khi giải quyết vấn đề, có thể dựa vào

một số dấu hiệu sau: tốc độ giải quyết vấn đề; phương án để giải quyết vấn

đề; khả năng lập luận, chứng minh phương án giải quyết vấn đề là hiệu quả;

khả năng thực hiện hành động, thao tác khi giải quyết vấn đề,

1.2.4.2. Sáng tạo kĩ thuật

Theo Từ điển Bách khoa toàn thư Việt Nam [55], sáng tạo được hiểu là

“Hoạt động tạo ra cái mới. Có thể sáng tạo trong bất kì lĩnh vực nào: khoa

học (phát minh), nghệ thuật, sản xuất - kĩ thuật (sáng tác, sáng chế), kinh tế,

chính trị, v.v.”

Theo Nguyễn Thị Mai Lan [36], TDST được hiểu là “loại tư duy đột phá

tiến hành theo các bước nhảy, có sự tham gia phối hợp của yếu tố trực giác

và yếu tố logic, nhằm giải quyết vấn đề mới một cách hiệu quả để tạo ra ý

tưởng mới, giải pháp mới, cách giải quyết mới”.

Sáng tạo kĩ thuật: Vấn đề hay BTKT thường thiếu dữ kiện, dữ kiện

không rõ ràng hoặc không có dữ kiện. Vì vậy, có thể coi quá trình giải quyết

vấn đề kĩ thuật là một quá trình sáng tạo. Trong cả quá trình đó, người học

cần nhận ra cơ hội sáng tạo, lựa chọn phương pháp và kĩ thuật phù hợp để tạo

ra ý tưởng sáng tạo. Dưới góc độ TKKT, biểu hiện sáng tạo có thể đo lường

được khi giải quyết vấn đề chính là phương án và cách thức mà người học

giải quyết vấn đề. Với tính đa phương án, BTKT là một công cụ triển khai

hiệu quả để đánh giá sự phát triển TDKT nói chung, sáng tạo kĩ thuật nói

riêng.

1.2.4.3. Tư duy thiết kế

Dưới góc độ thiết kế sản phẩm, thiết bị hay cung cấp các dịch vụ kĩ

thuật. Tư duy thiết kế là quá trình liên tục, lặp lại nhằm nghiên cứu nhu cầu

người dùng để xác định các hạn chế, giới hạn hiện tại của sản phẩm. Xác định

lại vấn đề và tạo ra các giải pháp thiết kế sáng tạo. Triển khai thử nghiệm trên

nguyên mẫu để đánh giá điều chỉnh giải pháp và phương án giải quyết vấn đề;

hoàn thiện sản phẩm.

Dựa trên các nghiên cứu về TKKT, qui trình TKKT; phân tích, tổng hợp

các khái niệm về TDKT và TDST [20], [35], [68] có thể khái quát một số đặc

điểm của tư duy thiết kế: tư duy thiết là một dạng của TDKT; mang tính qui

trình và hướng đến sự đổi mới, sáng tạo. 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. Đặc điểm của bài toán thiết kế kĩ thuật

Trong dạy học kĩ thuật, khi nghiên cứu về đặc điểm của TDKT và con

đường phát triển TDKT, T.V. Kuđriasep, B.I. Ôpsatcô nhận định, BTKT có

hai đặc điểm: 1) Không thể hiện rõ yêu cầu cần tìm hiểu về lĩnh vực hoạt

động kĩ thuật mà tư duy của chủ thể nhận thức cần hướng tới; 2) Có nhiều

cách giải [3]. Còn theo V.A. Xcacun thì: nhiều BTKT không có đủ dữ kiện,

đôi khi thiếu hẳn dữ kiện [61].

Khi nghiên cứu về đặc điểm, cấu trúc của BTKT, Nguyễn Trọng Khanh

[28], [29] đã xác định bốn đặc điểm của BTKT: 1) Các BTKT thường không

đủ dữ kiện, dữ kiện không rõ ràng, thậm chí thiếu hoàn toàn các dữ kiện; 2)

BTKT thường có nhiều cách giải, cùng một yêu cầu sẽ có nhiều phương án

giải quyết khác nhau phụ thuộc vào trình độ, cách tiếp cận bài toán của người

giải và công cụ để giải bài toán; 3) BTKT có thể xuất hiện tức thời và đòi hỏi

phải giải quyết nhanh chóng; 4) Quá trình giải BTKT thường có thêm khâu

đánh giá để lựa chọn phương án tối ưu hoặc hợp lí nhất.

Qua nghiên cứu về các đặc điểm của BTKT trên đây, có thể rút ra nhận

định rằng, bài toán TKKT mang đầy đủ đặc điểm của BTKT. Tuy nhiên, xét

riêng về bài toán TKKT thì nó có một số đặc điểm riêng như sau:

- Bài toán TKKT xuất phát từ các yêu cầu thực tiễn: Bài toán TKKT

hướng vào giải quyết các vấn đề bằng cách tìm ra các giải pháp nhằm 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 cũng bao gồm các điều kiện ràng buộc

khác mà giải pháp thiết kế đưa ra cần phải thỏa mãn như: tính an toàn, yêu

cầu bảo vệ sức khỏe người dùng, các vấn đề về môi trường và biến đổi khí

hậu, năng lượng tái tạo và sử dụng năng lượng hiệu quả, v.v. Hoặc cũng xuất

phát từ giải quyết các vấn đề trong cuộc sống hàng ngày của con người nhằm

nâng cao chất lượng cuộc sống, cuộc sống tiện ích và thông minh.

Trong ví dụ dưới đây, từ nhu cầu của cuộc sống, người dùng muốn thay

thế một đèn điện truyền thống bằng một đèn điện tự động, an toàn, tiện ích;

hiệu suất chiếu sáng và sử dụng năng lượng hiệu quả hơn. Bài toán TKKT

này có nhiều phương án để giải quyết nhưng nếu xét trong một bối cảnh thực

tiễn là đèn chiếu sáng công cộng thì phương án thiết kế sử dụng cảm biến ánh

sáng là một phương án phù hợp với nhiều yếu tố kĩ thuật và điều kiện ràng

buộc hơn.

Hình 1.5. Mạch điện chiếu sáng tự động

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

bài toán thiết kế mạch điện chiếu sáng tự động như trên, có thể thấy dữ kiện

mà bài toán đưa ra là không rõ ràng và thiếu dữ kiện để giải quyết. Cụ thể là:

yêu cầu bài toán không chỉ rõ thiết kế đèn điện này cho ai, dùng ở đâu và

công suất là bao nhiêu? Vì vậy, để giải bài toán cần giả định hoặc chỉ định

một bối cảnh và đối tượng sử dụng cụ thể. Qua đó đề xuất các thông số kĩ

thuật như: tín hiệu sẽ quyết định việc bật – tắt đèn, lựa chọn loại đèn có công

suất phù hợp và các linh kiện thiết bị khác cần thiết để thiết kế mạch điện theo

yêu cầu.

- Bài toán TKKT thường có nhiều phương án giải quyết: Phương pháp

khoa học thường đi đến kết luận cho một vấn đề nghiên cứu là đúng hoặc sai.

Bài toán TKKT thường có nhiều phương án khác nhau để đi đến kết luận:

phương án nào là phù hợp nhất để lựa chọn? Quá trình TKKT là quá trình ra

quyết định dựa trên sự cân nhắc và đôi khi phải thỏa hiệp hoặc đánh đổi.

Phương án thiết kế được lựa chọn là phương án phù hợp nhất với các yêu cầu

kĩ thuật và điều kiện ràng buộc đặt ra mà không hẳn là phương án tốt nhất.

Phân tích ví dụ trên: trong quá trình đưa ra các phương án giải quyết bài

toán thiết kế. Có thể đề xuất một số phương án sau để thiết kế mạch điện: 1)

Sử dụng cảm biến ánh sáng hoặc cảm biến hồng ngoại chuyển động, 2) Sử

dụng bộ hẹn giờ thời gian thực, 3) Sử dụng bộ rơ le thời gian để hẹn giờ đóng

cắt mạch điện, .v.v. Tuy có nhiều giải pháp nhưng nếu xét trong một bối cảnh

cụ thể, ví dụ như chiếu sáng công cộng thì phương án phù hợp nhất được

chọn là mạch đèn tự động sử dụng cảm biến ánh sáng. Bởi vì phương án này

phù hợp hơn các phương án còn lại (phương án 2 và 3, đóng cắt theo thời gian

thực hoặc rơ le thời gian sẽ không giải quyết được yếu tố thời tiết, đặc điểm

chiếu sáng theo mùa, …).

- Bài toán TKKT mang tính định lượng và qui trình: Tính chất định

lượng của bài toán TKKT thể hiện ở chỗ: 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. Thông số kĩ thuật phải được xác định trên cơ sở kiến thức kĩ thuật

và các nguyên lí khoa học. Một trong những tài liệu mô tả chi tiết thông số kĩ

thuật của sản phẩm thiết kế đó là bản vẽ kĩ thuật.

Yếu tố thứ hai trong đặc trưng này là tính qui trình trong giải quyết bài

toán. Cụ thể là, để giải quyết bài toán người thiết kế thường phải trải qua các

bước của qui trình TKKT như đã trình bày ở trên. Quá trình này có những

bước phải lặp lại để đi đến sản phẩm thiết kế cuối cùng.

Để rõ đặc trưng này của bài toán TKKT, có thể xem xét ví dụ nêu trên.

Trước tiên, về các thông số kĩ thuật của mạch điện; người thiết kế cần xác

định rõ cường độ ánh sáng tác động để đóng – cắt mạch điện, công suất tiêu

thụ mạch điện, … để xây dựng được bản vẽ biểu diễn sơ đồ nguyên lí và sơ

đồ lắp đặt mạch điện. Sau khi áp dụng qui trình thiết kế, nguyên mẫu được

mang đi thử nghiệm. Dù đáp ứng được yêu cầu đặt ra là đóng cắt mạch điện

tự động nhưng phát sinh vấn đề: tại thời điểm đóng và cắt tương ứng với điều

kiện tối và sáng. Đèn điện có hiện tượng nhấp nháy do mạch điện đóng cắt

liên tục. Do vậy, người thiết kế cần điều chỉnh mạch điện để giải quyết vấn đề

này hoặc phải chọn một giải pháp điều khiển mạch điện khác để thay thế.

Nhờ những đặc điểm nêu trên mà bài toán TKKT có tác dụng lớn trong

việc tạo hứng thú, kích thích sự sáng tạo và tư duy khoa học ở người học;

giúp họ nắm vững tri thức khoa học, đồng thời phát triển các kĩ năng và tư

duy thiết kế. Dần hình thành và phát triển ở người học NLKT, năng lực

TKKT nói chung; TDKT và TDST nói riêng.

1.3.1.2. Cấu trúc của bài toán thiết kế kĩ thuật

Theo cách tiếp cận hệ thống, sự tồn tại và vận hành của một hệ thống kĩ

thuật bất kỳ bao gồm ba thành phần IPO, trong đó: I - Input (dữ liệu vào); P -

Process (quá trình xử lý); O - Output (kết quả/đầu ra).

Dưới góc độ BTKT, việc giải các bài toán (phân tích, chẩn đoán, nhận

dạng, thiết kế, ...) chính là quá trình xác lập ba thành phần IPO. Ở mức độ

khái quát, các thành IPO cũng chính là cấu trúc chung của một BTKT [26]

,[28], [29].

Với vai trò là một dạng cụ thể của bài BTKT nên bài toán TKKT sẽ có

có các đặc điểm cấu trúc của BTKT. Về đặc điểm nội dung, ngoài mang đầy

đủ đặc trưng của BTKT, bài toán TKKT cũng có những đặc điểm rất riêng đó

là yếu tố thực tiễn. Như đã trình bày ở trên, yếu tố thực tiễn (hay ngữ cảnh,

bối cảnh thực tiễn) của bài toán như: bài toán TKKT xuất phát từ nhu cầu

cuộc sống; việc giải bài toán cần phải thỏa mãn nhiều nhất các yêu cầu và

điều kiện ràng buộc như: đặc điểm của kĩ thuật và công nghệ hiện tại; các vấn

đề về kinh tế, môi trường, luật pháp, v.v. Do vậy, khi xây dựng, cần đặt bài

toán vào trong thực tiễn để tránh xây dựng bài toán thiết kế nhưng không khả

thi, không ý nghĩa, kém hiệu quả kinh tế. Đặc trưng và các yếu tố thực tiễn

của bài toán còn gọi là bối cảnh (C: Context) để bổ sung cho ba thành phần

IPO thành CIPO, đây cũng là cấu trúc thường áp dụng trong các hệ thống

quản lí giáo dục [37].

Căn cứ vào đặc điểm, cấu trúc chung của BTKT; khái niệm và các đặc

điểm riêng của bài toán TKKT. Có thể xác định cấu trúc của bài toán TKKT

như Hình 1.6. Cấu trúc bài toán TKKT gồm 4 thành tố là:

Hình 1.6. 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. Vấn đề được nêu bao gồm: nhu cầu thiết kế do người khác đặt ra, hoặc

người học tự xác định; các thông tin bổ trợ như: các tình huống thiết kế; các

vấn đề về kĩ thuật, công nghệ hiện tại; các ràng buộc về thiết kế với giá trị

nhân văn, kinh tế, môi trường, luật pháp v.v.

- Dữ kiện: là những thông số kĩ thuật, cơ sở khoa học, căn cứ hoặc giới

hạn phạm vi thiết kế. Dữ kiện là những thông tin liên quan trực tiếp đến việc

người học xác định vấn đề và đề xuất 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 vấn đề. 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 tham chiếu khi xây dựng và giải bài toán.

Ví dụ minh họa cấu trúc bài toán: khi dạy học về mạch điện điều khiển

đóng - cắt (ON - OFF) đơn giản, GV yêu cầu SV vận dụng kiến thức về linh

kiện điện tử, mạch điện điều khiển để thiết kế mạch điện cảm ứng ánh sáng.

Bài toán được cấu trúc như sau:

Bài toán: (nêu vấn đề - bối cảnh: tiết kiệm điện năng) Để tránh lãng phí

và tiết kiệm điện năng khi chiếu sáng công cộng, người ta thường lắp đặt các

đèn chiếu sáng tự động. (dữ kiện – bối cảnh: gải pháp kĩ thuật hay dùng) Các

đèn này thường hoạt động dựa trên tín hiệu cảm biến ánh sáng kết hợp với bộ

so sánh điện áp để đóng cắt mạch điện. (yêu cầu – bối cảnh: thông số mạch

điện phù hợp với các đèn chiếu sáng thông dụng). Hãy thiết kế mạch điểm

đảm bảo yêu cầu sau: Mạch điện tự động bật tắt đèn điện theo độ sáng môi

trường với ngưỡng điều chỉnh được. Mạch điện đáp ứng đóng cắt cho phụ tải

có công suất 100W/220V/AC.

1.3.1.3. Phân loại bài toán thiết kế kĩ thuật

Dựa theo mức độ phức tạp, (Tamer Shahin Yousef Haik [64]; Nguyễn

Thanh Nam [40]) chia TKKT thành 3 mức độ: Thiết kế mới, thiết kế phát

triển và thiết kế lại. Linda C. Schmidt George E. Dieter [68] chia TKKT thành

năm dạng: thiết kế mới, thiết kế thích nghi, thiết kế lại, thiết kế lựa chọn, thiết

kế sản phẩm và thiết kế công nghiệp.

Khi nghiên cứu về sử dụng bài tập kĩ thuật theo quan điểm công nghệ,

Nguyễn Văn Khôi [32] căn cứ theo nội dung để phân loại chúng thành bốn

loại chính: 1) Bài toán về nhận biết các đối tượng kĩ thuật; 2) Bài toán về tính

toán các thông số và biểu diễn các đối tượng kĩ thuật; 3) Bài toán về kết cấu

các đối tượng kĩ thuật; 4) Bài toán về đề xuất và lựa chọn tối ưu các phương

thức hành động.

Nghiên cứu về cơ sở phân loại BTKT, tác giả Nguyễn Trọng Khanh

[28], [29] đã dựa vào các yếu tố như: đặc điểm dữ kiện, mục đích sử dụng,

tính chất kết quả (lời giải) và mức độ nhận thức để phân loại bài toán. Theo

đặc điểm của dữ kiện của bài toán có: bài toán thực tế; bài toán lí tưởng. Dựa

vào mục đích sử dụng bài toán trong dạy học có: bài toán dùng trong khâu

nghiên cứu kiến thức mới; bài toán dùng trong khâu củng cố - vận dụng - mở

rộng kiến thức; bài toán dùng trong khâu kiểm tra - đánh giá; bài toán dùng

trong khâu rèn luyện kĩ năng. Dựa vào lĩnh vực hoạt động kĩ thuật có: bài toán

TKKT, bài toán công nghệ, bài toán nhận dạng kĩ thuật, bài toán chẩn đoán kĩ

thuật, bài toán xử lí sự cố kĩ thuật, bài toán phân tích kĩ thuật, bài toán điều

khiển. Dựa vào yêu cầu, kết quả bài toán có bài toán định tính, bài toán định

lượng. Căn cứ mức độ hoạt động trí tuệ khi giải bài toán có bài toán tái hiện

kiến thức, bài toán vận dụng tương tự, bài toán vận dụng linh hoạt, bài toán

sáng tạo.

Trong dạy học kĩ thuật có thể căn cứ vào nhiều tiêu chí để phân loại bài

toán TKKT. Khi phân loại bài toán TKKT, T.V. Kuđriasep căn cứ vào tính

sáng tạo của các hoạt động TDKT mà học sinh đạt được khi giải bài toán

TKKT, đã phân loại chúng thành bốn loại: 1) Bài toán thiết kế theo mẫu có

sẵn; 2) Bài toán yêu cầu phải thiết kế ngay từ đầu; 3) Bài toán yêu cầu thiết kế

lại, đổi dạng hay thiết kế tiếp; 4) Bài toán thiết kế hoàn toàn mới [83].

Qua nghiên cứu về việc phân loại BTKT và bài toán TKKT 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.

Phân tích ví dụ về bài toán thiết kế máy tính, mặc dù nhu cầu về một

thiết bị có khả năng hỗ trợ việc tính toán đã có từ lâu nhưng chưa từng có một

khái niệm rõ ràng về máy tính điện tử. Khái niệm về máy tính chỉ thực sự rõ

ràng khi John Von Neumann đề xuất một cấu trúc máy tính tổng quát bao gồm

ba thành phần chính: bộ nhớ - bộ xử lí - ngoại vi, đó cũng là khái niệm nền

tảng cho các thiết kế máy tính hiện đại ngày nay.

- Bài toán thiết kế đáp ứng: Đây là dạng bài toán phổ biến trong TKKT.

Bài toán đặt ra yêu cầu điều chỉnh giải pháp kĩ thuật hiện có nhằm đáp ứng cho

nhu cầu hoặc ứng dụng mới. Thang máy là một ví dụ đặc trưng của dạng bài

toán này; trong khi nguyên lí làm việc không thay đổi nhưng trong các điều

kiện thực tế khi lắp đặt, người thiết kế cần điều chỉnh thông số về tải trọng,

mạch điện, phần mềm, .v.v để đáp ứng nhu cầu, điều kiện sử dụng cụ thể.

- 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.

Công nghiệp thiết kế ô tô là ví dụ tiêu biểu cho dạng bài toán này. Trong khi

hầu hết tính năng cơ bản trên ô tô không có nhiều thay đổi thì các tính năng kĩ

thuật được cải thiện không ngừng như: cải thiện độ an toàn, giảm phát thải, tăng

tiện nghi và trải nghiệm người dùng; cải thiện tính năng cách âm, chống ồn, …

- 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, lắp ráp các

thành sản phẩm hoàn chỉnh. Để giải bài toán thiết kế dạng này, cần phải căn

cứ yêu cầu, thông số kĩ thuật của sản phẩm để ra quyết định lựa chọn các

thành phần đáp ứng yêu cầu đặt ra.

Ví dụ: bài toán lựa chọn tiết diện dây dẫn trong thiết kế mạch điện gia

dụng. Trong bài toán này, việc lựa chọn tiết diện dây dẫn phải được xác định

từ việc xác định công suất của phụ tải từ đó sử dụng bảng tra cứu tiết diện dây

dẫn để chọn thông số phù hợp.

Trong cách phân loại bài toán TKKT có đề cập đến thuật ngữ giải pháp

kĩ thuật. Thuật ngữ này được hiểu theo cách giải nghĩa (wikipedia): Giải pháp

kĩ thuật là tập hợp cần và đủ các thông tin về cách thức kĩ thuật và hoặc

phương tiện kĩ thuật nhằm giải quyết một nhiệm vụ (vấn đề) xác định.

1.3.2. Xây dựng bài toán thiết kế kĩ thuật

1.3.2.1. Nguyên tắc xây dựng bài toán

Trong quá trình dạy học kĩ thuật, khi tiến hành xây dựng hoặc sử dụng

một bài toán TKKT cần dựa trên một số cơ sở khoa học sau:

a) Mục đích sử dụng bài toán

Bài toán TKKT sẽ có cách thức xây dựng khác nhau để phù hợp với yêu

cầu dạy học. Khi sử dụng, cần xác định rõ bài toán dùng để hình thành kiến

thức mới cho người học, nhằm củng cố hay vận dụng kiến thức; phát triển

TDKT nói chung hay nhằm kiểm tra đánh giá năng lực người học.

b) Các yêu cầu đối với bài toán

Căn cứ vào mục tiêu, đối tượng và các yêu cầu dạy học cụ thể, khi xây

dựng bài toán TKKT cần đảm bảo những yêu cầu nhất định. Bài toán TKKT

trong dạy học so với thực tiễn cần được điều chỉnh về mặt sư phạm để đảm

bảo: tính khoa học và khả thi, tính hiệu quả và vừa sức, tính hấp dẫn và tạo

hứng thú cho người học. Khi xây dựng và sử dụng bài toán TKKT cũng cần

phải tính đến các yêu cầu, điều kiện dạy học đáp ứng. Việc này đòi hỏi GV

phải nắm rõ, mục tiêu yêu cầu môn học; hình dung hoặc ước lượng được

những thuận lợi, khó khăn khi hướng dẫn SV giải bài toán, nhất là bài toán

dùng trong kiểm tra đánh giá.

c) Mức độ phức tạp của quá trình giải bài toán

Quá trình giải bài toán ở người học thường bao gồm các hoạt động mang

tính qui trình. Các hoạt động đòi hỏi phải vận dụng kiến thức, kĩ năng và cả

những giá trị trải nghiệm của người học. Kiến thức giải quyết bài toán không

chỉ là kiến thức môn học mà có thể là kiến thức liên ngành khoa học và toán

học. Đôi khi, một phần kiến thức áp dụng để giải quyết bài toán là kiến thức

mới, SV chưa được học hoặc sẽ được học ở những bài học sau hay ở bậc học

cao hơn. Chính vì thế, khi lựa chọn và xây dựng bài toán thiết kế cần xác định

rõ dạng bài toán, các điều kiện cần thiết cho việc giải quyết bài toán. GV cần

có phương án hỗ trợ hoặc cung cấp thông tin bổ trợ giúp người học giải được

bài toán TKKT đặt ra.

d) Một số yếu tố khác

Khi xây dựng và sử dụng bài toán TKKT còn cần phải căn cứ vào một số

yếu tố khác nữa như:

- Trình độ người học: kiến thức, kĩ năng, NLKT hiện tại của người học.

- Mục tiêu, nội dung, điều kiện dạy học (cơ sở vật chất và thiết bị dạy

học, giáo trình, tài liệu, phân phối chương trình, v.v.).

- Tính thực tiễn của bài toán: Khi xây dựng bài toán, cần đặt bài toán vào

các bối cảnh cụ thể của cuộc sống như: sức khỏe, môi trường, năng lượng và

năng lượng tái tạo, ứng dụng công nghệ cao, các vấn đề thời sự cấp bách, .v.v

[68]. Đáp ứng được các yếu tố này, bài toán sẽ đảm bảo được tính vừa sức,

khả thi mà vẫn mang lại sự hấp dẫn, hứng thú và kích thích sự sáng tạo cho

người học.

1.3.2.2. Qui trình xây dựng bài toán

Trước khi tiến hành xây dựng bài toán hoàn chỉnh, các tài nguyên cần có

bao gồm: Nội dung dạy học phù hợp, dự kiến các phương án thiết kế đã được

kiểm chứng, dự kiến sản phẩm thiết kế. Theo đó, qui trình xây dựng bài toán

TKKT sử dụng trong dạy học thường bao gồm ba bước và các hoạt động sau.

Hình 1.7. 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 cho việc xây dựng bài toán

TKKT. Với đặc điểm tiếp cận liên ngành [20], kiến thức để giải quyết bài

toán có thể ở trong một bài học, trong nhiều bài học, hoặc cũng có thể là sự

liên kết kiến thức của nhiều môn học với nhau. Tuy nhiên, với mỗi vấn đề kĩ

thuật thì luôn tồn tại kiến thức trọng tâm, cốt lõi gắn với môn học. Các kiến

thức khác phục vụ bài toán có thể được cung cấp và thừa nhận, giải thích,

hoặc dưới dạng thông tin bổ sung. Biểu hiện của nội dung dạy học có thể sử

dụng làm kiến thức trọng tâm khi xây dựng bài toán đó là các nội dung chứa

đựng các kiến thức về nguyên lí, diễn biến, quá trình gắn liền với sản phẩm kĩ

thuật trong thực tiễn.

2) Phân loại thiết kế: Theo như cách phân loại bài toán thiết kế ở trên thì

để có một thiết kế mới cần đáp ứng nhiều yếu tố như: trình độ người học, thời

gian học tập, năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề, hoặc nhu cầu mới, v.v.

Vì vậy, trong dạy học kĩ thuật nên 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 đã lựa chọn và đặc điểm

phân loại bài toán TKKT, xác định vấn đề thiết kế. Hoạt động này thường khó

khăn và đòi hỏi năng lực thiết kế nhất định ở GV. Dựa trên đặc điểm phân

loại bài toán, vấn đề thiết kế có thể được thực hiện thông qua các thao tác của

TDKT [20], [29] như: quan sát trực quan, nhận xét, so sánh, phản biện, phân

tích, tổng hợp, khái quát hóa, v.v. Với nội dung dạy học gắn với sản phẩm kĩ

thuật và dạng bài toán thiết kế tương ứng; vấn đề có thể xác định bằng việc

đặt và trả lời các câu hỏi như sau.

- Bài toán thiết kế đáp ứng:

+ Giải pháp được sử dụng trong thiết kế hiện tại là gì?

+ Với giải pháp và sản phẩm hiện tại có thể điều chỉnh, hay lựa chọn

phương án khác để thiết kế một sản phẩm đáp ứng một mục đích hoặc nhu

cầu sử dụng khác hay không?

- Bài toán thiết kế cải tiến:

+ Giải pháp được sử dụng trong thiết kế hiện tại là gì?

+ Có thể điều chỉnh hoặc sử dụng một phương án khác từ giải pháp hiện

tại nhằm cải tiến phạm vi sử dụng, cải thiện hiệu suất, hạ giá thành, khả năng

bảo dưỡng sản phẩm hay cải thiện các thông số môi trường mà vẫn đảm bảo

tính năng của sản phẩm hay không?

- Bài toán thiết kế lựa chọn

+ Yêu cầu đối với sản phẩm thiết kế là gi?

+ Gải pháp để thiết kế sản phẩm là gì?

+ Thành phần, thông số kĩ thuật của từng phương án trong gải pháp thiết

kế sản phẩm bao gồm những gì?

3) 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. Tuy nhiên, giải pháp hoặc phương án khả thi là

phải đảm bảo các yêu cầu về phát triển TDST, điều kiện dạy học và các yếu tố

thực tiễn. Đây là cơ sở quan trọng để diều chỉnh phạm vi và tính khả thi của

bài toán khi triển khai trong dạy học. Việc này cũng được xem xét lại sau quá

trình thiết kế thử nghiệm.

Phân tích ví dụ, phác thảo bài toán: Trong dạy học KTĐT có nội dung

về bộ nguồn một chiều ổn áp. Với nội dung này, có thể phác thảo các dạng bài

toán thiết kế như sau.

- Bài toán thiết đáp ứng: Giả sử bộ nguồn dùng làm sạc điện thoại từ

nguồn điện 220V/AC, với giải pháp thiết kế hiện tại là: hạ áp – chỉnh lưu - ổn

áp. Tìm giải pháp, hoặc các phương án của giải pháp trên để thiết kế bộ nguồn

đáp ứng nhu cầu mới đó là bộ nguồn sạc dự phòng cho điện thoại di động.

Vấn đề ở đây đó là thay thế, điều chỉnh phương án chỉnh lưu và hạ áp để đáp

ứng nhu cầu, mục đích sử dụng mới. Các phương án: dùng pin điện, dùng pin

điện kết hợp năng lượng mặt trời (solar), v.v.

- Bài toán thiết kế cải tiến: Giả sử bộ nguồn sạc điện thoại có thông số

đầu ra là 5V/1A/DC. Với giải pháp như trên, có thể lựa chọn giải pháp khác

hoặc điều chỉnh, lựa chọn phương án khác để thiết kế bộ nguồn vẫn đảm bảo

đầu ra 5V nhưng dòng tải là 2.5A sử dụng sạc cho hầu hết các loại điện thoại

di động hiện dùng. Vấn đề ở đây chính là nâng dòng tải ở bộ nguồn. Các

phương án, giải pháp: thêm linh kiện chịu dòng cho mạch ổn áp, sử dụng linh

kiện ổn áp có dòng cao hơn, hoặc một giải pháp khác là thiết kế bộ nguồn

xung sẽ cho dòng điện lớn và kích thước nhỏ gọn hơn.

- Bài toán thiết kế lựa chọn: Với bộ nguồn một chiều sạc điện thoại, giả

sử có yêu cầu điện áp ra 5V và dòng tải là 2.5A. Gải pháp thiết kế như trên:

hạ áp – chỉnh lưu - ổn áp. Có thể điều chỉnh các phương án của giải pháp

bằng cách lựa chọn các mô đun có sẵn và đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật. Vấn

đề ở đây là lựa chọn thành phần có sẵn với thông số kĩ thuật phù hợp. Phương

án là: chọn biến áp hạ áp có công suất lớn hơn 12.5W và hạ áp xuống 7V –

15V AC; chọn chỉnh lưu cầu dòng lớn hơn 2.5A (5A) và một mô đun hạ áp có

dòng lớn hơn 2.5A (mô đun LM2596, XL4005, v.v.).

* Bước 2: Thiết kế thử nghiệm

Đây là bước rất quan trọng khi xây dựng bài toán thiết kế. Mục đích của

hoạt động này là thu thập thông tin thiết kế cần thiết để đảm bảo tính khả thi

của bài toán khi triển khai trong dạy học. Nhiệm vụ của bước này, GV cần

thực hiện quá trình thiết kế từ các phương án hoặc giải pháp đưa ra, trong một

điều kiện dạy học phù hợp (nội dung dạy học, thiết bị dạy học, các nguồn lực

khác). Kết quả của bước này đó là sản phẩm thiết kế (có thể là bản vẽ, sơ đồ,

qui trình hay nguyên mẫu sản phẩm nếu có) kèm theo các thông tin về độ khó

về kiến thức, mức độ phức tạp của thao tác vật chất, thời gian thực hiện, thiết

bị dạy học đáp ứng; các chú ý, chỉ dẫn kĩ thuật, các lỗi hay mắc phải trong

thiết kế, .v.v. Trong dạy học KTĐT, có thể sử dụng các công cụ thiết kế, phân

tích mô phỏng với sự hỗ trợ của máy tính để thực hiện.

* 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.

Ví dụ minh họa: biên soạn bài toán thiết kế bộ đếm thuận trong dạy học

KTĐT.

Bộ đếm được ứng dụng nhiều trong thực tiễn như các thiết bị đếm sản

phẩm trên băng chuyền, đếm lưu lượng phương tiện giao thông, đếm sự kiện

hoặc biến cố, .v.v. Một thiết bị đếm thường bao gồm các thành phần: tín hiệu

vào (xung đếm) – bộ đếm – bộ giải mã và hiển thị. Anh/chị hãy thiết kế một

bộ đếm sản phẩm theo yêu cầu sau:

a) Thiết kế cảm biến phát hiện sản phẩm đếm đầu ra số.

b) Bộ đếm thuận đến 9999 sử dụng LED (diode phát quang: Light-

Emitting Diode) 7 thanh để hiển thị, có nút nhấn xóa (reset về 0).

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: Như đã trình bày, TKKT là hoạt

động mang tính qui trình bao gồm các bước thực hiện trong đó có một số

bước có thể lặp lại. Cũng có sự tương đồng của qui trình TKKT với qui trình

TDKT và công nghệ [20; tr.85]. Do vậy, có thể sử dụng qui trình TKKT như

một phương pháp hiệu quả để giải bài toán TKKT.

- Kiểm tra, đánh giá người học: Đặc điểm của bài toán TKKT so với các

dạng bài toán khác nằm ở đầu ra của bài toán. Ngoài sự phát triển kiến thức,

kĩ năng mong đợi ở người học thì sự phát triển của người học còn được thể

hiện qua quá trình giải, cách giải, tốc độ giải bài toán và sản phẩm của bài

toán (có thể là một kế hoạch thiết kế, một bản vẽ kĩ thuật hoặc một sản phẩm

kĩ thuật ban đầu). Vì vậy, cần 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 giá sự phát triển, sự tiến bộ của người học và đặc biệt là sự phát

triển về TDKT, TDST 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: Nếu bài toán được dùng trong tiến trình bài dạy thì cần chỉ rõ, bài

toán sẽ được dùng vào khâu nào của bài học; hình thành kiến thức, kĩ năng và

phát triển năng lực, phẩm chất gì ở người 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. Đồng thời, phải xét đến thời lượng giải

bài toán phù hợp với thời lượng làm bài kiểm tra.

- 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 mục 1.3.3.2). Trong trường hợp GV lựa

chọn một bài toán đã có sẵn, công việc bắt buộc trước khi quyết định sử dụng

là giải bài toán. Điểm khác của bài toán TKKT với bài toán thông thường là:

khi giải bài toán thường hay gặp các tình huống phát sinh, đôi khi kết quả

không mong muốn hoặc có thể thất bại. GV cần thực hiện việc giải bài toán

để chắc chắn phương án giải quyết vấn đề là khả thi. Một số tình huống phát

sinh sẽ được lường trước.

- 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. Tùy từng điều

kiện, yêu cầu cụ thể, GV cần xem xét đáp ứng để đảm bảo tính khả thi của bài

toán khi triển khai. Đặc biệt với bài toán dùng trong kiểm tra, đánh giá cần

được xem xét rất cẩn trọng tính khả thi.

- Xây dựng kế hoạch bài dạy (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: Là quá trình truyền đạt toàn bộ nội dung bài toán tới

người học. Kết quả mong muốn là người học xác định được vấn đề và hướng

giải bài toán. Căn cứ nội dung, tiến trình dạy học và bối cảnh cụ thể, GV nêu

bài toán và chuyển giao nhiệm vụ cho người học giải quyết. Tùy độ khó, tính

phức tạp cùng năng lực nhận thức của người học mà GV có những hướng dẫn

ban đầu phù hợp. Sự hỗ hỗ trợ, gợi ý ban đầu là rất cần thiết nhưng vẫn phải

đảm bảo vừa đủ để người học huy động tổng hợp vốn kiến thức, tích cực suy

nghĩ tìm ra vấn đề và phương án và giải quyết; tránh quá khó dẫn đến sự bi

quan, bế tắc hoặc quá dễ dẫn đến nhàm chán và không còn không gian cho sự

sáng tạo.

- Hướng dẫn người học giải bài toán: Giải bài toán TKKT là hoạt động

mang tính qui trình và bài toán TKKT đa phần là dạng bài toán vận dụng, mở

rộng kiến thức. Quá trình giải bài toán là một quá trình sáng tạo bởi yếu tố

thực tiễn phong phú của nó. Để giải bài toán, người học không chỉ huy động

kiến thức, kĩ năng, NLKT hiện có mà còn cần các yếu tố khác như vốn sống,

sự trải nghiệm, khả năng phát hiện và nắm bắt được nhu cầu thực tiễn. Hay

các yếu tố tâm lí liên quan đến sự đam mê và hứng thú với kĩ thuật và công

nghệ. Trong quá trình hướng dẫn người học giải bài toán, GV cần vận dụng

các phương pháp dạy học tích cực hóa hoạt động nhận thức của người học.

Cần có sự hướng dẫn thường xuyên để cung cấp thêm thông tin, gợi mở, dẫn

dắt và trợ giúp kịp thời khi người học gặp vướng mắc mà các nguồn lực hiện

tại không giải quyết được hoặc giải quyết không trọn vẹn vấn đề.

- Kết thúc: Đánh giá kết quả, nhận xét. Đánh giá, nhận xét về tinh thần,

thái độ, năng lực giải bài toán của người học. Giúp người học tự rút ra được

những kiến thức giá trị, phương pháp tư duy khoa học; tự trau dồi cải thiện

các kĩ năng và tư duy thiết kế.

* Bước 3: Rút kinh nghiệm

Sau giờ lên lớp hoặc các hoạt động giáo dục có sử dụng bài toán TKKT,

GV cần tiến hành đánh giá tính hiệu quả của các công việc đã tiến hành. Dựa

trên các thông tin có được từ toàn bộ quá trình xây dựng (hoặc lựa chọn sử

dụng bài toán), xây dựng giáo án và tài nguyên dạy học; quá trình tổ chức

hướng dẫn SV giải bài toán và biểu hiện, kết quả mang lại ở người học, v.v.

GV tổng hợp thông tin, xem xét lại tính hiệu quả các công việc đã triển khai,

những điểm cần điều chỉnh. Trên cơ sở đó, GV tiến hành điều chỉnh nội dung

và cách thức sử dụng bài toán phù hợp (nếu thấy cần). Tổng hợp lại các vấn

đề cần rút kinh nghiệm cho sử dụng lần sau.

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

trên Hình 1.8.

Hình 1.8. 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

Bài toán TKKT là một loại BTKT, do vậy bài toán này giữ vai trò và

mang đầy đủ đặc điểm của BTKT.

Nghiên cứu đánh giá tác động của BTKT tới hiệu quả quá trình dạy học

kĩ thuật, nhiều tác giả đã khảng định vai trò tích cực của bài toán tới sự hình

thành và phát triển của TDST nói chung, TDKT nói riêng ở người học. Theo

I.Ia. Lecne: quá trình giải bài toán có vấn đề là một hoạt động hiệu quả để bộc

lộ TDST. X.A. Saporinxki, X.Ia. Batusep đã phát hiện rằng: khi giải BTKT,

các hoạt động trí tuệ của con người được mở ra rất rộng; quá trình nhận thức

cảm giác, tri giác và sự vận động trí tuệ cá nhân được huy động triệt để [3].

Đánh giá cao vai trò của BTKT đối với TDKT. Một số nhà nghiên cứu

trong nước như Phạm Ngọc Uyển, Nguyễn Trọng Khanh cho rằng; để giải

BTKT, người học phải phát huy tối đa các nguồn lực cá nhân, phương pháp

và hoạt động nhận thức khoa học cùng sự vận dụng tổng hợp nhưng linh hoạt

kiến thức để suy nghĩ tìm tòi, xác định sự liên hệ giữa các dữ kiện, yêu cầu

của bài toán; phải sử dụng hầu hết các thao tác và hình thức của tư duy như:

so sánh, phản biện, phân tích, suy đoán, khái quát hóa, .v.v. Đồng thời, khi

giải BTKT không đủ dữ kiện, có nhiều cách giải, nhiều phương án giải quyết;

lại ràng buộc bởi các điều kiện hạn chế về phương tiện, thời gian và không

gian làm cho tính linh hoạt, sự sáng tạo và tính thiết thực của TDKT đã được

huy động tối đa [28], [29], [57].

Dựa trên đặc điểm của bài toán TKKT có thể nhận định vai trò của của

nó với sự phát triển TDKT như sau:

- Bài toán TKKT là bài toán thực tiễn mà thực tiễn thì rất phong phú và

đa dạng. Do vậy, bài toán TKKT sẽ có rất nhiều tiềm năng để phát triển

TDKT cho người học.

- Bài toán TKKT thường thiếu dữ kiện hoặc dữ kiện không rõ ràng, có

khi không có dữ kiện (bài toán thiết kế mới). Do vậy, khi giải bài toán TKKT

người học cần huy động tổng hợp các nguồn lực của bản thân, dựa trên các

thao tác tư duy như: phân tích, đánh giá, tổng hợp, phán đoán, phản biện, .v.v

để xác định và tìm lời giải cho vấn đề. Đôi khi, người học cũng cần tự tạo ra

nhu cầu thiết kế dựa trên kiến thức được học nhằm thỏa mãn nhu cầu tìm tòi,

sáng tạo, tự học và nghiên cứu của bản thân.

- Yếu tố độc đáo của bài toán TKKT chính là tính đa phương án khi đi

tìm lời giải cho một vấn đề. Để tìm ra lời giải (phương án) giải quyết, người

học cần vận dụng các phương pháp tư duy một cách linh hoạt. Biểu hiện của

TDST nằm ở tính mới, sự độc đáo, điểm khác biệt trong phương án được đề

xuất. Đôi khi, một vấn đề kĩ thuật phức tạp lại được giải quyết bằng một

phương án rất đơn giản. Cũng có khi, phương án mà người học đưa ra nằm

ngoài đáp án mà GV chuẩn bị. Trong một số tình huống, phương án mà người

học đưa ra để giải quyết vấn đề hiện tại lại có thể phù hợp hơn với một yêu

cầu thiết kế khác; đây chính là cơ sở của sáng chế, cải tiến kĩ thuật. Trong dạy

học, khi sử dụng bài toán TKKT, GV cần khuyến khích người học vận dụng

phương pháp tư duy một cách linh hoạt, đề xuất tất cả các phương án giải

quyết vấn đề. Thậm chí, phương án giải quyết coi là “hoang đường” hoặc

“điên rồ” cũng được khuyến khích bởi rất có thể, đó là những biểu hiện của

TDST. Như vậy, có thể nhận định vai trò của bài toán TKKT trong dạy học

như sau.

- Góp phần tăng hứng thú nhận thức, tạo động lực học tập; rèn luyện kĩ

năng làm việc khoa học.

- Phát triển năng lực giải quyết vấn đề, năng lực TKKT cho người học.

- Góp phần hình thành kiến thức mới, hiểu bản chất “học sâu”, phát triển

năng lực vận dụng kiến thức vào giải quyết vấn đề thực tiễn.

- Rèn luyện, phát triển tư duy TDST nói chung, TDKT và tư duy thiết kế

nói riêng. Chính nhờ có những điểm đặc trưng mà bài toán TKKT có vai trò

quan trọng trong hình thành và phát triển TDKT, TDST cho người học. Vì

TDKT là một thành phần cốt lõi của NLKT nên cũng có thể nhận định, bài

toán TKKT góp phần hiệu quả vào phát triển NLKT cho người học.

Với cách tiếp cận liên ngành [20], bài toán TKKT góp phần mở rộng,

phát triển các kiến thức khoa học, kĩ thuật và công nghệ ở người học. Đồng

thời, thông qua bài toán sẽ góp phần giáo dục người học ý thức cộng đồng,

đạo đức thiết kế, bảo hộ quyền sở hữu trí tuệ; hài hòa trong giải quyết bài toán

kinh tế và BTKT.

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

kế kĩ thuật

Trên cơ sở nghiên cứu về TDKT, bài toán TKKT; nghiên cứu sự đồng

thuận của [20], [70], [71], [75], [76] coi qui trình TKKT (tiểu mục 1.2.2.2) là

qui trình giải quyết vấn đề sáng tạo, hay có sự tương đồng với cấu trúc, qui

trình TDKT và công nghệ; từ đặc điểm, biểu hiện của TDKT (tiểu mục

1.2.4.2), … cho thấy vai trò quan trọng của bài toán TKKT đối với việc phát

triển năng lực TKKT và TDKT [7], [16].

Đánh giá sự phát triển TDKT thông qua sử dụng bài toán TKKT là một

việc không đơn giản. Quan nghiên cứu kết quả đánh giá sự phát triển tư duy

nói chung, TDKT nói riêng, có thể đánh giá dựa vào các biểu hiện của người

học bộc lộ ra trong các bước của quá trình TKKT. Cụ thể, các biểu hiện được

đề xuất và mô tả trong Bảng 1.2.

Bảng 1.2. Mô tả biểu hiện sự phát triển của TDKT Biểu hiện của sự phát triển TDKT

Qui trình TKKT

Phát hiện và giải quyết vấn đề - Nêu và diễn giải vấn đề cần giải Sáng tạo kĩ thuật Xem xét, nhìn nhận

quyết bằng các yêu cầu kĩ thuật cụ vấn đề bằng nhiều

thể. góc độ và ngữ cảnh Xác định

- Giải thích các yếu tố, điều điện ràng khác nhau để phát vấn đề

buộc có ảnh hưởng đến quá trình thiết hiện điều ẩn chứa,

kế và sản phẩm thiết kế. không rõ ràng, nhận

- Phân tích, tổng hợp vấn đề cần giải ra cơ hội đổi mới

quyết với mục tiêu rõ ràng và tiêu chí sáng tạo trong thiết

cụ thể. kế.

Biểu hiện của sự phát triển TDKT

Qui trình TKKT

Phát hiện và giải quyết vấn đề - Xác định các nguồn và phương pháp Sáng tạo kĩ thuật - Tiếp cận vấn đề

thích hợp để thu thập và xử lí thông bằng các phương Nghiên

tin như: mô phỏng, đo kiểm, lấy mẫu, pháp khác nhau, áp cứu vấn

phân tích dữ liệu tìm ra kết quả có ý dụng công nghệ để đề, đề

nghĩa. đưa ra phương án giải xuất

- Giải thích rõ các kiến thức, nguyên quết vấn đề. phương

lý khoa học liên quan đến vấn đề cần - Đưa ra nhiều phương án

giải quyết. án giải quyết vấn đề,

- Lập luận, biện giải để đưa ra các gồm cả phương án khó

phương án có thể để giải quyết vấn đề. khả thi.

- So sánh, đánh giá và ra quyết định Đưa ra phương án

lựa chọn một trong nhiều phương án hiệu quả để giải quyết Lựa chọn

thiết kế. vấn đề có tính độc phương

- Phân tích, lập luận, chứng minh, lí đáo, mới lạ, không án

giải cho phương án thiết kế được lựa thường thấy.

chọn (đo kiểm, mô hình hóa hoặc mô

phỏng cần thiết).

- Lập tài liệu kĩ thuật, cụ thể hóa Đưa ra các phương

phương án lựa chọn bằng: bản vẽ kĩ pháp, kĩ thuật khác

Thực thuật, sơ đồ nguyên lí và sơ đồ lắp nhau để thực hiện

hiện đặt, chế tạo. phương án, thỏa mãn

phương - Xây dựng qui trình, phương pháp, nhiều nhất các yêu

án công cụ hỗ trợ, vật liệu và các điều cầu: tăng tốc độ,

kiện khác để thực hiện phương án. giảm công đoạn thực

- Chế tạo nguyên mẫu hoặc mô hình hiện, hiệu quả cao,

thử nghiệm theo yêu cầu. tiết kiệm chi phí,

Biểu hiện của sự phát triển TDKT

Qui trình TKKT Phát hiện và giải quyết vấn đề

Sáng tạo kĩ thuật nguyên vật liệu sẵn

có hoặc tái chế, v.v.

- Thực nghiệm tính toán hoặc mô Sử dụng các công cụ

Đánh giá, phỏng cần thiết để phân tích hiệu suất đo kiểm, đánh giá

điều của sản phẩm thiết kế so với các yêu hoặc tự tạo ra các

chỉnh cầu và điều kiện ràng buộc đưa ra. công cụ mô phỏng,

thiết kế - Nhận thấy được vấn đề còn tồn tại giả lập để thử

với sản phẩm thiết kế, chỉ ra được nghiệm, đánh giá

nguyên nhân và cách khắc phục. điều chỉnh thiết kế.

Bảng mô tả biểu hiện phát triển TDKT nêu trên đã được đề tài sử dụng

trong quá trình thực nghiệm sư phạm để kiểm nghiệm giả thuyết của đề tài.

Trên cơ sở kết quả thực nghiệm, khẳng định tính khả thi cũng như hiệu quả sử

dụng của bài toán TKKT trong việc phát triển TDKT cho người học. Qua đó,

cũng kiểm nghiệm tính khoa học và tính hữu dụng của bảng mô tả.

1.4. THỰC TRẠNG TÌNH HÌNH DẠY HỌC KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ TRONG

CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO GIÁO VIÊN CÔNG NGHỆ DƯỚI GÓC ĐỘ

SỬ DỤNG BÀI TOÁN THIẾT KẾ KĨ THUẬT

1.4.1. Kĩ thuật điện tử trong Chương trình đào tạo giáo viên ngành Sư phạm

Công nghệ

1.4.1.1. Mục tiêu chung của Chương trình đào tạo giáo viên ngành Sư

phạm Công nghệ

Chương trình đào tạo giáo viên ngành SPCN được xây dựng với mục

tiêu chủ yếu là đào tạo giáo viên dạy môn Công nghệ ở các cơ sở giáo dục

phổ thông, giáo viên dạy nghề cho các cơ sở giáo dục nghề nghiệp.

Phân tích chương trình đào tạo ngành SPCN ở một số cơ sở đào tạo như:

Đại học Sư phạm Hà Nội, Đại học Sư phạm Kĩ thuật Vinh, Đại học Sư phạm

Kĩ thuật Vĩnh Long cho thấy mục tiêu chung của các chương trình đào tạo là

hướng vào phát triển năng lực và phẩm chất người học. Cụ thể, các năng lực

cần phát triển ở người học như sau:

- Năng lực sử dụng học vấn giáo dục tổng quát và học vấn công nghệ

vào thực hiện chương trình giáo dục công nghệ phổ thông, giáo dục nghề

nghiệp; năng lực nghiên cứu khoa học về giáo dục công nghệ, vận dụng công

nghệ vào thực tiễn.

- Hình thành và phát triển ở người học các NLKT, trong đó có năng lực

TKKT.

- Năng lực sử dụng ngoại ngữ và tin học trong các hoạt động chuyên môn.

Như vậy, năng lực TKKT là một trong các thành phần của NLKT cần

hình thành và phát triển ở người học. Do đó, việc phát triển năng lực TKKT

trong đào tạo giáo viên ngành SPCN là rất cần thiết.

1.4.1.2. Đặc điểm quá trình dạy học Kĩ thuật điện tử trong chương trình

đào tạo

Chương trình đào tạo giáo viên ngành SPCN bao gồm nhiều nội dung

thuộc các lĩnh vực: Công nghiệp – Nông nghiệp – Kinh tế gia đình. Trong đó,

riêng lĩnh vực công nghiệp lại gồm nhiều các lĩnh vực kĩ thuật: cơ khí, động

lực, điện, điện tử, tin học. Trong đó, nhóm môn thuộc lĩnh vực KTĐT (gọi

chung là môn Kĩ thuật Điện tử) ở các cơ sở đào tạo khác nhau có tên môn học

(hoặc học phần, mô đun) và thời lượng khá giống nhau. Bảng 1.3 trình bày

tên môn học và thời lượng về chuyên môn KTĐT của 3 trường đại học có

chương trình đào tạo giáo viên ngành SPCN.

Bảng 1.3. Các môn học Kĩ thuật điện tử trong chương trình đào tạo SPCN

Cơ sở đào tạo Một số học phần Kĩ thuật điện tử

ĐHSP Hà Nội Kĩ thuật điện tử Thiết bị điện – TH Kĩ thuật

(3 tín chỉ) Điện tử dân dụng điện – Điện tử

(3 tín chỉ) (3 tín chỉ)

ĐHSP Kĩ thuật Kĩ thuật điện – Điện tử tương tự Thực hành điện

Điện tử (3 tín chỉ) - số (3 tín chỉ) tử cơ bản (2 tín Vinh

chỉ)

ĐHSP Kĩ thuật Kĩ thuật điện – Thực tập điện tử cơ bản (2 tín chỉ)

Vĩnh Long Điện tử (3 tín chỉ)

Nghiên cứu, phân tích đặc điểm các môn học KTĐT trong chương trình

đào tạo SPCN có một số vấn đề sau:

- Thời lượng và nội dung dành cho dạy học KTĐT trong chương trình

đào tạo không nhiều. Một phần do khi chuyển từ hình thức đào tạo theo niên

chế sang theo tín chỉ nên thời lượng dạy học càng bị rút ngắn. Điều đó khiến

cho quá trình dạy học cũng như việc nghiên cứu sâu về KTĐT bị hạn chế; ít

có thời gian để tập trung nghiên cứu chuyên sâu, học một cách có hệ thống.

SV được khuyến khích học tập, làm việc ở nhà; tăng cường tự học và tự

nghiên cứu.

- Cấu trúc, tổ chức các học phần KTĐT theo hướng tinh gọn, tích hợp

điện tử tương tự - điện tử số trong học phần KTĐT; hay phần cơ sở ngành tích

hợp môn học Kĩ thuật điện – Điện tử trong học phần Kĩ thuật điện – Điện tử.

- Các môn học KTĐT (như Kĩ thuật điện tử, Kĩ thuật điện – Điện tử,

Điện tử tương tự - Điện tử số, Thực hành Điện tử) đề cập đến các nội dung

kiến thức cơ bản, cốt lõi về KTĐT đáp ứng năng lực chuyên môn cần thiết

phục vụ giáo dục công nghệ. Một số cơ sở đào tạo có định hướng học chuyên

sâu thì các môn học điện tử nằm trong nhóm cơ sở ngành nhằm trang bị kiến

thức cơ sở, nền tảng phục vụ cho học tập chuyên sâu về một lĩnh vực cụ thể

(Công nghệ IoT, Công nghệ Điều khiển – Tự động hóa, v.v.).

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 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

1.4.2.1. Mục đích, nội dung và phương pháp khảo sát

a) Mục đích khảo sát

Khảo sát thực trạng tình hình dạy học KTĐT nhằm tìm hiểu việc sử dụng

bài toán TKKT, tình hình xây dựng và sử dụng bài toán TKKT trong dạy học

KTĐT như thế nào để làm cơ sở thực tiễn cho nhiệm vụ nghiên cứu của đề

tài.

b) Nội dung khảo sát

Nội dung khảo sát tập trung vào trả lời một số câu hỏi, vấn đề nêu ra sau đây:

- Quan niệm, sự hiểu biết của GV về bài toán TKKT, về tác dụng của bài

toán TKKT đối với việc phát triển NLKT và tư duy người học (trong phạm vi

nghiên cứu, đề tài chỉ đề cập tới phát triển NLKT nói chung và năng lực

TKKT nói riêng).

- Trong quá trình dạy học, GV có thường cho SV thiết kế hay không, có

xây dựng và sử dụng bài toán TKKT hay không, sử dụng như thế nào? Những

khó khăn mà GV gặp phải khi xây dựng và sử dụng bài toán TKKT trong dạy

học KTĐT cho SV như thế nào .v.v.

c) Đối tượng khảo sát

Để có cơ sở đưa ra những nhận định sơ bộ về việc xây dựng và sử dụng

bài toán TKKT trong dạy học, tác giả đã tiến hành khảo sát ý kiến của của 30

GV giảng dạy trong các khoa, trường có đào tạo chuyên ngành kĩ thuật, Sư

phạm kĩ thuật và SPCN (Phụ lục 1)

d) Phương pháp khảo sát

Trong luận án này, tác giả đã sử dụng các phương pháp khảo sát sau đây:

Phương pháp phỏng vấn: phỏng vấn trực tiếp một số GV về các vấn đề

liên quan đến quá trình dạy học, cách hiểu, cách triển khai xây dựng và sử

dụng bài toán TKKT trong dạy học KTĐT.

Phương pháp điều tra bằng phiếu hỏi: thu thập ý kiến góp ý, phản biện

thông qua các phiếu hỏi được biên soạn theo nội dung đánh giá làm công cụ

khảo sát (Phụ lục 2A).

Phương pháp thống kê và tổng kết kinh nghiệm: tổng hợp kết quả khảo

sát, phân tích, xử lí số liệu làm cơ sở đánh giá thực trạng.

1.4.2. 2. Kết quả khảo sát

a) Kết quả định lượng:

Tổng hợp kết quả 30 phiếu hỏi, thu được kết quả như sau (Bảng 1.4):

Bảng 1.4. Kết quả khảo sát về sử dụng bài toán TKKT trong dạy học

Câu hỏi và phương án

Số lượng

Tỉ lệ % 1. Trong quá trình dạy học, Thầy/Cô đã có những hiểu biết gì về bài toán kĩ

thuật?

A. Chưa biết. 19 63

B. Có nghe thấy nói đến. 7 23

C. Đã sử dụng trong dạy học nhưng rất ít. 3 10

D. Đã sử dụng trong dạy học trong trường hợp phù hợp. 1 4

2. Trong quá trình dạy học, Thầy/Cô đã có những hiểu biết gì về bài toán

thiết kế kĩ thuật?

A. Chưa biết. 24 80

B. Có nghe thấy nói đến. 4 13

C. Đã sử dụng trong dạy học nhưng rất ít. 2 7

D. Đã sử dụng trong dạy học trong trường hợp phù hợp. 0 0

3. Trong quá trình dạy học về kĩ thuật điện tử, Thầy/Cô có thường tổ chức

cho người học thực hiện hoạt động thiết kế kĩ thuật hay không?

A. Ít khi tổ chức vì không đủ thời gian. 2 6

B. Chỉ tổ chức khi có nội dung dạy học đặc sắc hoặc người

học có nhu cầu. 4 13

C. Chỉ tổ chức với những nội dung dạy học có thực hành. 7 24

D. Thường xuyên tổ chức khi đáp ứng đủ các điều kiện dạy

học. 17 57

4. Khi tổ chức cho SV thực hiện hoạt động thiết kế kĩ thuật, Thầy/Cô thường

giao nhiệm vụ học tập cho SV dưới hình thức nào?

A. Một bài tập kĩ thuật thông thường. 1 3

B. Tạo ra một bản vẽ kĩ thuật mạch điện. 2 7

C. Chế tạo ra một sản phẩm cụ thể. 7 23

D. Dưới dạng một bài toán (vấn đề) thiết kế kĩ thuật. 20 67

5. Nếu có sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật, việc lựa chọn nội dung dạy học

xây dựng bài toán Thầy/Cô thường căn cứ vào:

A. Kinh nghiệm của bản thân. 2 7

B. Bài toán thiết kế có sẵn do người khác xây dựng. 4 13

C. Những nội dung dạy học chứa đựng vấn đề thực tiễn có 16 53

thể gải quyết bằng thiết kế kĩ thuật.

D. Bài tập kĩ thuật có tính vận dụng thực tiễn. 8 27

6. Khi xây dựng bài toán thiết kế kĩ thuật, Thầy/Cô thường gặp khó khăn

với:

A. Lựa chọn nội dung dạy học, phát biểu bài toán. 17 56

B. Xây dựng kế hoạch dạy học có sử dụng bài toán thiết kế kĩ 5 17

thuật.

C. Chuẩn bị cơ sở vật chất và điều kiện dạy học. 3 10

D. Mất nhiều thời gian, chuẩn bị công phu. 5 17

7. Khi tổ chức cho người học giải quyết vấn đề kĩ thuật (giải bài toán thiết

kế kĩ thuật), Thầy/Cô thường hướng dẫn người học:

4 13 A. Áp dụng qui trình giải bài tập kĩ thuật thông thường

12 40 B. Áp dụng qui trình thiết kế kĩ thuật.

12 40 C. Áp dụng qui trình chế tạo sản phẩm kĩ thuật.

2 7 D. Áp dụng qui trình giải bài toán nhận thức thông thường

8. Theo Thầy/Cô, qui trình thiết kế kĩ thuật nên được hiểu như thế nào?

A. Là qui trình các bước để giải quyết bài toán thiết kế kĩ 16 53

thuật.

B. Là qui trình xây dựng giáo án dạy học về bài toán thiết kế 5 17

kĩ thuật.

1 3 C. Là qui trình tạo ra sản phẩm kĩ thuật cụ thể.

8 27 D. Là qui trình sáng tạo kĩ thuật.

9. Trong quá trình giải bài toán thiết kế kĩ thuật, nếu người học đưa ra

phương án giải quyết vấn đề nằm ngoài sự hiểu biết hoặc sự chuẩn bị của

Thầy/Cô thì tình huống này nên giải quyết thế nào?

3 10 A. Chấp nhận và yêu cầu người học chứng minh.

2 7 B. Kết luận ngay biện pháp đó không khả thi, yêu cầu tìm

phương án khác.

C. Khuyến khích, biểu dương nhưng vẫn yêu cầu tìm một 5 17

phương án khác để giải quyết.

D. Khuyến khích vì đó là biểu hiện của sự sáng tạo, cùng tìm 20 67

hiểu, thảo luận để đi đến thống nhất.

10. Theo Thầy/Cô, bài toán thiết kế kĩ thuật nên áp dụng trong các hình thức

dạy học nào?

2 7 A. Chỉ áp dụng khi dạy học thực hành

8 27 B. Dạy lý thuyết và áp dụng trong hoạt động giải bài tập, vận

dụng.

15 50 C. Dạy học tích hợp lý thuyết và thực hành.

5 16 D. Bài tập lớn hoặc đồ án môn học.

11. Theo Thầy/Cô, để sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật đạt hiệu quả cao

trong dạy học Kĩ thuật điện tử thì cần đáp ứng những điều kiện gì?

2 7 A. Có cơ sở vật chất phục vụ dạy học tốt.

3 10 B. Có đội ngũ GV tốt.

5 17 C. Có hệ thống bài toán thiết kế kĩ thuật hấp dẫn và phù hợp

với mục tiêu, nội dung dạy học.

20 67 D. Cả ba yêu cầu trên.

12. Theo Thầy/Cô, ích lợi lớn nhất của bài toán thiết kế kĩ thuật trong dạy

học kĩ thuật là gì?

16 53 A. Phát triển tư duy kĩ thuật cho người học.

1 3 B. Phát triển kĩ năng thực hành cho SV

3 10 C. Tăng cường vận dụng kiến thức vào giải quyết các vấn đề

thực tiễn

D. Tạo hứng thú và động lực học tập ở người học 10 34

Kết quả khảo sát trên đây cho thấy việc xây dựng và sử dụng bài toán

TKKT trong dạy học KTĐT đã được một số GV quan tâm thực hiện nhưng

quan điểm, cách hiểu và cách triển khai vẫn còn khác nhau. Đặc biệt, đa số

GV còn gặp khó khăn, lúng túng trong xây dựng và hướng dẫn người học giải

bài toán TKKT .v.v.

b) Kết quả định tính:

Tổng hợp ý kiến trả lời phiếu khảo sát, các ý kiến trao đổi, góp ý và

phỏng vấn trực tiếp có thể rút ra một số nhận định sau:

Đa phần các ý kiến đều cho rằng, dạy học KTĐT hướng vào giải quyết

các vấn đề thực tiễn dưới dạng bài toán TKKT là cần thiết. Việc sử dụng bài

toán TKKT vào trong dạy học giúp người học nắm vững được kiến thức, kĩ

năng và vận dụng chúng trong giải quyết các vấn đề thực tiễn. Hoạt động giải

bài toán 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.

Việc vận dụng bài toán TKKT vào dạy học sẽ vất vả, có nhiều khó khăn

nhưng rất thú vị. Nó không chỉ đòi hỏi GV phải có kiến thức rộng về nhiều

lĩnh vực kĩ thuật mà còn đòi hỏi thời gian chuẩn bị rất công phu trước khi lên

lớp. Cơ sở vật chất và thiết bị dạy học cũng là yếu tố cân nhắc khi triển khai

sử dụng bài toán TKKT. GV nên trao đổi với đồng nghiệp, các chuyên gia và

đặc biệt là tự nghiên cứu, thực nghiệm, để phát triển các năng lực TKKT của

riêng mình.

Nhiều GV gặp khó trong việc lựa chọn nội dung và đối tượng kĩ thuật

cho bài toán TKKT. Hầu hết GV đều cho rằng, qui trình TKKT là một

phương pháp hiệu quả khi giải bài toán TKKT. Mặc dù bài toán TKKT đã

được vận dụng trong dạy học về KTĐT, tuy nhiên vẫn còn thiếu sự thống nhất

trong cách cấu trúc, phân loại và qui trình hướng dẫn người học giải bài toán.

Việc đặt vấn đề, mô tả các yêu cầu thiết kế và điều kiện ràng buộc đôi khi vẫn

gượng ép và chưa thống nhất.

Kết luận chương 1

Tổng kết nghiên cứu lí luận và thực tiễn 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 kĩ thuật 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

hướng dẫn 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 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

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.

2.1.1.1. Khái quát về mục tiêu dạy học các học phần

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.

2.1.1.2. Đặc điểm nội dung kiến thức

* Mạch nội dung Điện tử tương tự: bao gồm ba phần chính là: linh

kiện điện tử; mạch điện tử khuếch đại; kĩ thuật xung. Cụ thể, đặc điểm nội

dung như sau.

- Linh kiện điện tử: gồm các nội dung về linh kiện bán dẫn một, hai,

nhiều lớp tiếp giáp P - N; các mạch ứng dụng của diode và linh kiện nhiều

mặt ghép, bộ nguồn một chiều, .v.v.

- Mạch điện tử khuếch đại: bao gồm các nội dung cơ bản về các mạch

khuếch đại dùng transistor và vi mạch, tạo dao động điều hòa.

- Kĩ thuật xung: gồm các nội dung căn bản về tín hiệu xung, chuyển

mạch điện tử, mạch không đồng bộ và mạch tạo xung.

* Mạch nội dung Điện tử số: bao gồm ba phần chính là: cơ sở kĩ thuật

số; mạch tổ hợp; mạch dãy. Cụ thể, đặc điểm nội dung như sau.

- Cơ sở kĩ thuật số: gồm các nội dung căn bản về kĩ thuật số như: các

hệ đếm, đại số logic, tối thiểu hóa hàm logic, …

- Mạch tổ hợp: gồm các nội dung cơ bản về mạch tổ hợp, một số mạch

tổ hợp cơ bản như: bộ so sánh nhị phân, bộ cộng trừ nhị phân, mạch mã hóa

giải mã, bộ ghép kênh MUX và bộ phân kênh DEMUX, ...

- Mạch dãy: gồm các nội dung cơ bản về các phần tử nhớ, phân tích và

thiết kế các mạch dãy như bộ đếm, bộ ghi dịch, …

* Thực hành Kĩ thuật điện tử: gồm các nội dung thực hành cơ bản là:

thực hành điện tử tương tự; thực hành điện tử số. Cụ thể, đặc điểm nội dung

thực hành như sau.

- Vấn đề chung: khái quát chung về thực hành KTĐT như: an toàn

điện, sử dụng một số dụng cụ đo, khảo sát mạch điện; nhận biết các loại linh

kiện điện tử thông dụng; qui trình lắp đặt, thiết kế mạch điện tử, …

- Thực hành mạch điện tử tương tự: lắp đặt, khảo sát một số linh kiện

điện tử; một số mạch điện tử cơ bản: mạch nguồn một chiều, khuếch đại, tạo

xung, mạch dao động, chuyển mạch điện tử, …

- Thực hành kĩ thuật số: lắp đặt, khảo sát một số mạch điện tử số cơ

bản và ứng dụng trong thực tế như: cổng logic cơ bản, mã hóa và giải mã, ghi

dịch, bộ đếm, …

Nhìn chung về đặc điểm nội dung dạy học KTĐT trong chương trình

đào tạo SPCN so với chương trình đào tạo Sư phạm Kĩ thuật hay chuyên

ngành kĩ thuật có sự điều chỉnh theo hướng tiếp cận ứng dụng, giảm bớt các

nội dung hàn lâm và chuyên sâu, tăng cường vận dụng, ứng dụng thực tiễn,

gắn kết chương trình giáo dục phổ thông.

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 chương trình đào

tạo SPCN; qua nghiên cứu thực tiễn quá trình dạy học và tổng hợp kết quả khảo

sát ý kiến nhiều 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 như sau.

- Do đặc thù của lĩnh vực KTĐT nên hầu hết các nội dung dạy học đều

liên quan đến vấn đề ứng dụng cơ sở lý thuyết mạch điện và các thành phần

điện tử cơ bản như linh kiện bán dẫn, linh kiện thụ động vào thiết kế các mạch

điện tử, mạch tích hợp, thiết bị điện tử, v.v. Đặc điểm căn bản này cho thấy,

KTĐT có nhiều tiềm năng để triển khai bài toán TKKT.

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

Là cơ sở khoa học để thiết kế chế tạo các sản phẩm điện tử ứng dụng trong

nhiều lĩnh vực. Đặc điểm này khiến mỗi bài học, mỗi nội dung học tập đều

gặp và phải giải quyết các vấn đề, nhu cầu của thực tiễn.

- Thiết kế mạch điện tử tương tự và kĩ thuật số là một phần không thể

thiếu trong dạy học KTĐT. SV thường xuyên phải sử dụng các ký hiệu, hình

biểu diễn, bản vẽ để xây dựng và thiết kế mạch điện. Đặc biệt, việc sử dụng

các công cụ thiết kế và mô phỏng mạch điện gần như là một yêu cầu của kiến

thực nhập môn. Việc người học được thực hiện các thao tác thiết kế và phát

triển các sản phẩm sẽ làm tăng húng thú, hiệu quả học tập qua đó góp phần

phát triển năng lực TKKT người học.

- Với các nội dung về thực hành KTĐT, ngoài nhiệm vụ chính là kiểm

nghiệm lý thuyết thì còn phát triển ở người học các kĩ năng thiết kế điện tử.

Hình thức triển khai dạy học thực hành cũng có nhiều thay đổi. SV không chỉ

được yêu cầu lắp ráp và kiểm tra các mạch điện tử bằng các sơ đồ nguyên lý

cho trước mà cần thấy được ứng dụng của chúng trong thực tiễn. Giữa và cuối

kỳ, SV thường được giao thực hiện một dự án 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

(Phụ lục 7). Với nội dung thực hành điện tử có thể nói, bản chất đã là thực

hiện các hoạt động TKKT.

Từ những phân tích trên có thể nhận định: đặc điểm nội dung, chương

trình và quá trình dạy học về KTĐT có đủ điều kiện đáp ứng xây dựng và sử

dụng bài toán TKKT vào dạy học.

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

Sư phạm Công nghệ.

Ngành SPCN là một ngành đào tạo nhằm đáp ứng nhu cầu giáo viên

thực hiện chương trình giáo dục phổ thông (Thông tư số 32/2018/TT-BGDĐ

ban hành ngày 26 tháng 12 năm 2018 của Bộ Giáo dục và Đào tạo). Theo

chương trình 2018, năng lực TKKT là một trong năm năng lực thành phần

của năng lực công nghệ [7]. Chương trình cũng thể hiện, TKKT là một trọng

tâm của giáo dục công nghệ. Theo mạch nội dung các cấp học, một số nội

dung về TKKT liên quan lĩnh vực KTĐT được đề cập đến như: lắp đặt các

mạch điện báo hiệu, trang trí, các mạch điện điều khiển trong ngôi nhà thông

minh, v.v. Một số chuyên đề học tập được cấu trúc dưới dạng dự án học tập:

thiết kế hệ thống cảnh báo trong gia đình, dự án nghiên cứu lĩnh vực hệ thống

nhúng, robot và máy thông minh, v.v.

Phân tích trên đây chỉ ra rằng, 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 kĩ thuật điện tử

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, dày dặn 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. Ngoài

ra, cơ sở lí luận về bài toán TKKT cũng có ý nghĩa cho các hoạt động chuyên

môn khác như các hoạt động thiết kế đồ dùng dạy học, sáng kiến kinh

nghiệm; hay vận dụng xây dựng và sử dụng bài toán TKKT trong tổ chức các

hoạt động nghiên cứu khoa học kĩ thuật cho SV, tổ chức các trò chơi kĩ thuật,

trải nghiệm TKKT; dạy học theo định hướng giáo dục STEM (S - khoa học:

Science, T - Côngn ghệ: Technology, E - kĩ thuật: Engineering và M - toán

học: Maths).

2.1.4. Đề xuất một số nội dung dạy học Kĩ thuật điện tử 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 và tài liệu giảng

dạy [41], [48], [58] 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

[7]. Có thể đề xuất một số nội dung dạy học về KTĐT có thể xây dựng và sử

dụng bài toán TKKT như sau.

Bảng 2.1. Đề xuất nội dung dạy học có thể xây dựng và sử dụng bài toán TKKT

Nội dung dạy học Nội dung có thể xây dựng bài toán

Điện tử tương tự

Linh kiện điện tử và bộ nguồn một chiều. - Mạch điện chỉnh lưu, bộ nguồn một chiều.

Mạch điện tử khuếch đại - Khuếch đại dùng transistor lưỡng cực. - Khuếch đại công suất đẩy kéo - Thiết kế bộ nguồn một chiều theo các dạng bài toán: + Thiết kế bộ nguồn nhằm đáp ứng các nhu cầu, mục đích sử dụng khác nhau. + Thiết kế cải tiến bộ nguồn: giảm kích thước, tăng dòng tải, v.v. - Thiết kế mạch điện tín hiệu và điều khiển sử dụng làm phần transistor khuếch đại tín hiệu đầu vào. - Thiết kế sản phẩm ứng dụng khuếch

Nội dung dạy học Nội dung có thể xây dựng bài toán

đại thuật toán.

không biến áp. - Khuếch đại thuật toán và ứng dụng.

Kĩ thuật xung - Khóa điện tử dùng transistor, khuếch đại thuật toán. - Mạch không đồng bộ hai trạng thái không ổn định.

- Thiết kế mạch điện điều khiển tải ứng dụng chế độ mở bão hòa của transistor và khuếch đại thuật toán. - Thiết kế các mạch điện ứng dụng mạch dao động đa hài.

Điện tử số

Mạch tổ hợp - Bộ dồn kênh (MUX). - Bộ phân kênh (DMUX). - Bộ giải mã 7 thanh.

Mạch dãy - Bộ đếm thuận, nghịch không đồng bộ. - Bộ đếm thuận, nghịch không đồng bộ. - Mạch ghi dịch/thanh ghi. - Thiết kế ứng dụng bộ dồn kênh, phân kênh và bộ giải mã LED 7 thanh vào các sản phẩm cụ thể. - Thiết kế các máy, thiết bị đếm và hiển thị LED 7 thanh như: Đếm sản phẩm, đếm sự kiện, biến cố, … - Thiết kế mạch điện điều khiển, trang trí ứng dụng.

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

HỌC KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ

2.1.1. Xây dựng bài toán thiết kế mới

Như đã trình bày trong phần lí luận về phân loại bài toán TKKT. Với

đặc trưng của nó, bài toán thiết kế mới thường khó để xây dựng và sử dụng

trong phạm vi môn học bởi sự hạn chế về mặt thời gian, trình đồ người học,

hay điều kiện cơ sở vật chất v.v. Trong dạy học kĩ thuật, thiết kế mới được

tiếp cận theo hướng “yếu tố mới đối với người học”. Đặc điểm của bài toán là

vấn đề thiếu dữ kiện hoặc không có dữ kiện và thường bao gồm nhiều bài

toán thiết kế nhỏ hơn. Để giải bài toán, người học phải đạt được trình độ nhất

định về kiến thức điện tử cũng như năng lực TKKT. Qua đó, tự xác định hoặc

đề xuất ý tưởng, khái niệm về sản phẩm thiết kế. Đề xuất hoặc xác định các

yêu cầu, điều kiện ràng buộc và các giải pháp tương ứng để giải quyết vấn đề.

Để xây dựng bài toán thiết kế, GV có thể căn cứ vào những vấn đề thực

tiễn có thể được thực hiện bằng thiết kế điện tử như: sức khỏe, môi trường,

biến đổi khí hậu, robot và máy thông minh, năng lượng và năng lượng tái tạo,

v.v. Bài toán thường được xây dựng để đánh giá người học khi kết thúc môn

học, đồ án hoặc khóa luận tốt nghiệp. Nó cũng thường được xây dựng để

dùng trong các hoạt động ngoài giờ lên lớp; các cuộc thi sáng tạo khoa học kĩ

thuật, sáng tạo robot, SV nghiên cứu khoa học v.v

Trên đây là những phân tích mang tính định hướng khi xây dựng bài

toán thiết kế mới trong dạy học KTĐT. Dưới góc độ phát triển TDKT trong

dạy học, đề tài tập trung xây dựng và phân tích ba dạng bài toán thiết kế: bài

toán thiết kế đáp ứng, bài toán thiết kế cải tiến và bài toán thiết kế lựa chọn.

Phần sau sẽ vận dụng qui trình xây dựng bài toán (tiểu mục 1.3.2.2), dựa trên

nội dung dạy học được đề xuất (tiểu muc 2.1.4) để xây dựng một số bài toán

tiêu biểu trong dạy học KTĐT. Một số bài toán khác cũng được trình bày

trong Phụ lục 3 của luận án.

2.2.2. Xây dựng bài toán thiết kế đáp ứng

Bài toán thiết kế đáp ứng là dạng bài toán rất phổ biến trong thiết kế

điện tử, 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, 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. Một

ví dụ khác về bài toán thiết kế này, với cùng giải pháp thiết kế mạch điện phát

hiện người chuyển động nhưng phục vụ cho nhu cầu và mục đích sử dụng

khác nhau: bộ điều khiển mở cửa tự động, đèn điện cảm ứng người chuyển

động, mạch điện báo trộm, v.v.

Trong dạy học, GV có thể lựa chọn các nội dung dạy học có kiến thức

trọng tâm gắn với những sản phẩm kĩ thuật trong thực tiễn và đưa ra vấn đề,

yêu cầu cần giải quyết. Thông thường, bài toán thường yêu cầu người học vận

dụng kiến thức và sự hiểu biết vào thiết kế một sản phẩm điện tử cho một ứng

dụng hoặc nhu cầu cụ thể. Tuy nhiên, cũng cần cân nhắc khi đưa ra các dữ

kiện của bài toán để đảm bảo tính vừa sức nhưng vẫn tạo không gian sáng tạo

cho người học khi giải bài toán. Dưới đây, trình bày quá trình xây dựng một

số bài toán thiết kế đáp ứng điển hình theo mạch nội dung dạy học điện tử

tương tự - và điện tử số [41], [48], [58].

Bài toán số 1 (BT1): thiết kế mạch đèn điện cảm ứng ánh sáng.

BT1.1. Phác thảo bài toán

1) Lựa chọn nội dung dạy học

Trong nội dung dạy học về kĩ thuật xung có đề cập đến kiến thức về

khóa điện tử dùng transistor và khuếch đại thuật toán, tóm tắt nội dung này

như sau:

- Transistor làm việc như một khóa điện tử, đóng mở ở tần số cao.

Hình 2.1. Chuyển mạch dùng transistor

Ở chế độ làm việc này, một transistor lý tưởng được cắt (Off) hoàn toàn

sẽ có RCE  ∞ và đóng hoàn toàn (ON) hay bão hòa sẽ có RCE  0. Để chuyển

sang chế độ đóng, cần có UBE > 0.7 với transistor NPN và UBE < - 0.7 với loại

PNP. Để transistor làm việc ở chế độ khóa điện tử, căn cứ vào điện áp vào VIN

để xác định giá trị điện trở RB phù hợp. Giả sử β = 200, để tìm dòng IB và điện

trở Rb tối thiểu để transistor đóng hoàn toàn khi VIN = 5V, và Ic = 200 mA:

(cid:3010)(cid:3030)

(cid:2870)(cid:2868)(cid:2868)

(cid:3023)(cid:3036)(cid:3041)(cid:2879)(cid:3023)(cid:3029)(cid:3032)

(cid:2873) (cid:2879)(cid:2868).(cid:2875)

𝐼𝑏 =

=

= 1𝑚𝐴 ; 𝑅𝑏 =

=

(cid:3081)

(cid:2870)(cid:2868)(cid:2868)

(cid:2869)(cid:2868)(cid:3127)(cid:3119) = 4.3𝐾Ω

(cid:3010)(cid:3029)

Với chế độ chuyển mạch, transistor có nhiều ứng dụng trong điều khiển

các tải dạng ON – OFF như điều khiển đèn, rơ le, động cơ điện, v.v.

- Chế độ khóa của khuếch đại thuật toán: khi làm việc ở chế độ khóa,

điểm làm việc của kuếch đại thuật toán nằm trong vùng bão hòa.

Hình 2.2. Khuếch đại thuật toán làm việc ở chế độ khóa

Khi Uv+ > Uv- » Ur = Urmax; Uv+ < Uv- » Ur = Urmin.

Trong đó, hầu hết các khuếch đại thuật toán được sản xuất hiện nay

Urmax  Vcc, Urmin  0. Một khuếch đại thuật toán (Operational Amplifier –

OA) khi không có hồi tiếp, nó luôn làm việc ở chế độ khóa điện tử, khuếch

đại thuật toán có rất nhiều ứng dụng thực tế, mạch này thường dùng để so

sánh tín hiệu vào và ngưỡng để quyết định đầu ra. Một số mạch điều khiển

đơn giản thường ứng dụng mạch điện này. Tín hiệu vào thường từ các mạch

điện cảm biến, tín hiệu đầu ra tương tự sẽ được so sánh với một ngưỡng điện

áp để quyết định bật, tắt một thiết bị điện như đèn điện, động cơ, còi, v.v.

Như vậy, với nội dung kiến thức này có thể ứng dụng vào giải quyết

các dạng bài toán trong thực tế dùng để đóng cắt mạch điện cho tải dùng để

điều khiển các thiết bị điện.

2) Phân loại thiết kế

Với giải pháp thiết kế mạch điện điều khiển tải dựa trên chế độ đóng –

cắt của transistor hoặc khuếch đại thuật toán, có thể lựa chọn bài toán thiết kế

đáp ứng để ứng dụng mạch điện này vào thiết kế một mạch điện tử đáp ứng

cho một nhu cầu thực tế nào đó. Bài toán này chọn mạch điện đèn cảm ứng

ánh sáng sử dụng quang điện trở LDR (viết tắt tiếng Anh: Light - Dependent

Resistor).

3) Xác định vấn đề, yêu cầu thiết kế

Với việc ứng dụng mạch điện như ở trên, một số vấn đề đặt ra là:

- Nếu dùng mạch điện chỉ dùng cảm biến và transistor để điều khiển

đèn, cần xác định điện trở Rb để transistor làm việc ở chế độ khóa điện tử. Khi

đó, transistor vừa đóng vai trò là khóa vừa là phần tử công suất điều khiển tải.

- Nếu dùng OA với chế độ khóa điện tử, dòng điện đầu ra sẽ không đủ điều

khiển tải trực tiếp, cần thêm phần tử công suất như một khóa điện tử chịu dòng.

4) Đề xuất các phương án khả thi

Các phương án thiết kế được đề xuất như hình 2.3

Hình 2.3. Mạch đèn điện cảm ứng ánh sáng

- Phương án 1: thiết kế mạch điện đèn điện cảm ứng ánh sáng chỉ dùng

transistor. Phương án này cần khảo sát dải điện áp ra của cảm biến ánh sáng

để lựa chọn diode zener với ngưỡng điện áp đánh thủng phù hợp. Với Vcc =

5V, có thể chọn zener 2.7 hoặc 3.3V. Khi điện áp đầu ra cảm biến Vra >

Vzener sẽ có dòng qua cực B của transistor khiến nó mở bão hòa và LED D1

sẽ sáng. Ngược lại, khi áp Vra < Vzener transistor khóa, đèn LED D1 tắt.

- Phương án 2: Thiết kế mạch điện kết hợp khuếch đại thuật toán và

transistor làm việc ở chế độ khóa điện tử. Mạch này có ưu điểm là chính xác

hơn tuy nhiên mạch phức tạp hơn. OA lúc này đóng vao trò là phần tử so sánh

giữa điện áp Vin và VR1 (Unguong). Nếu Vin > VR1, Ur  Vcc làm Q3 mở bão

hòa và LED D1 sáng. Ngược lại, nếu Vin < VR1 Ur  0V Q3 khóa và LED D1

không sáng.

- Một số phương án thiết kế khác có thể sử dụng như: mạch cảm biến

gồm điện trở và quang điện trở (Hình 2.3) đổi vị trí cho nhau. Khi đó, trời

sáng điện áp ra sẽ tăng và ngược lại. Nếu chọn phương án mắc cảm biến này

thì trong phương án chỉ dùng transistor phải dùng loại PNP và điều chỉnh lại

các phần tử của mạch điện khá phức tạp. Với phương án 2, cần phải đổi đầu

vào OA tương ứng để thỏa mãn điều kiện, khi tối đèn sáng và khi sáng đèn

D1 tắt

Nhìn chung, bài toán này có rất nhiều phương án để cho kết quả tương

đương. Để đảm bảo tính khả thi, GV cần thực nghiệm lắp đặt mạch điện hoặc

phân tích mô phỏng mạch điện để điều chỉnh phạm vị và yêu cầu bài toán cho

phù hợp.

Với bài toán thiết kế đèn điện cảm ứng ánh sáng, dạng bài toán thiết kế

đáp ứng có thể phác thảo sơ bộ bài toán như sau: Trên cơ sở ứng dụng chế độ

khóa điện tử của transistor và khuếch đại thuật toán. Thiết kế mạch điện điều

khiển bật tắt đèn điện tự động theo điều kiện ánh sáng sử dụng quang điện trở.

BT1.2. Thiết kế thử nghiệm

Thực nghiệm thiết kế mạch điện nguyên lý, lắp đặt trên bo mạch thử

nghiệm (bread board test) theo sơ đồ mạch điện hình 2.3 có một vài nhận xét:

bài toán không quá khó, thời gian thiết kế không nhiều, sản phẩm thiết kế có

thể là các sơ đồ nguyên lý mạch điện hoặc cũng có thể là sản phẩm thật. Nếu

lắp đặt sản phẩm mạch điện, GV cần chuẩn bị các dụng cụ và vật liệu cần

thiết để đảm bảo tính khả thi của bài toán khi triển khai.

BT1.3. Biên soạn nội dung bài toán hoàn chỉnh

Với bài toán thiết kế mạch đèn điện cảm ứng ánh sáng, dạng bài toán

thiết kế đáp ứng, có thể biên soạn nội dung bài toán thiết kế như sau:

Người dùng có nhu cầu thiết kế một đèn điện cảm ứng ánh sáng tự động

làm đèn ngủ nhằm mục đích tiết kiệm điện và tăng tính tiện lợi khi sử dụng.

Mạch điện này thường có cảm biến ánh sáng dùng quang điện trở, bộ

so sánh, và khóa điện tử dùng transistor như hình 2.4

Hình 2.4. giải pháp thiết kế mạch điện ứng dụng bộ khóa điện tử

Thiết kế mạch điện điều khiển đèn điện cảm ứng ánh sáng theo các yêu

cầu sau:

- Đèn điện (Led 5V) tự động bật khi trời tối và tắt khi trời sáng.

- Ngưỡng bật tắt có thể điều chỉnh phù hợp nhu cầu sử dụng trong thực tế.

Bài toán số 2 (BT2): Thiết kế mạch điện ứng dụng khuếch đại thuật toán

BT2.1. Phác thảo bài toán

1) Nội dung dạy học xây dựng bài toán

Khuếch đại thuật toán là một linh kiện điện tử cơ bản, có rất nhiều ứng

dụng. Với những đặc điểm kĩ thuật như: trở kháng vào rất lớn (∞), ra nhỏ; hệ

số khuếch đại rất cao, băng thông rộng, ít tạp nhiễu (hay còn gọi là độ ồn) rất

thấp mà OA là linh kiện được sử dụng trong hầu hết các mạch điện tử. Một số

ứng dụng thực tế của khuếch đại thuật toán bao gồm:

a) Mạch khuếch đại đảo

b) Mạch khuếch đại không đảo

(cid:3019)(cid:3035)(cid:3047)

; Rv  R; Rr  0

; Rv  ∞; Rr  0

𝐾𝑢 = −

𝐾𝑢 = 1 +

(cid:3019)

c) Mạch cộng không đảo

d) Mạch lọc thông thấp

(cid:3019)(cid:3035)(cid:3047)

chọn

= 1 ; 𝑈r = - ∑𝑛 1 𝑈𝑖

(cid:3019)

Hình 2.5. Một số ứng dụng của khuếch đại thuật toán

Với nội dung dạy học về ứng dụng thực tiễn của OA, chọn mạch điện

ứng dụng OA trong khuếch đại tín hiệu nhỏ, mạch lọc thông thấp, mạch so

sánh, .v.v. Cụ thể, có thể sử dụng OA làm mạch điện khuếch đại tín hiệu từ

các cảm biến như cảm biến áp suất, nhiệt độ, độ ẩm, ... và thiết kế mạch điện

này cho một nhu cầu, một mục đích sử dụng khác.

2) Phân loại thiết kế

Giả sử lựa chọn OA làm mạch khuếch đại tín hiệu nhỏ từ cảm biến áp

suất; giải pháp thiết kế mạch điện cảm biến áp suất là đã có và được sử dụng

nhiều trong thực tế như: mạch đo huyết áp trên thiết bị y tế, mạch đo mực

nước trong bể chứa, đo áp suất trong các nồi hơi, v.v. Nếu gắn với bối cảnh

thực tiễn và xem xét giải pháp này cho một mục đích sử dụng khác. Giả sử,

thời điểm xây dựng bài toán thì yếu tố thời sự là dịch bệnh covid -19 thì có

thể đề xuất bài toán thiết kế mạch điện cảm biến nhịp thở để phục vụ cho việc

kiểm tra nhịp thở người bệnh Covid – 19 điều trị tại nhà.

3) Xác định vấn đề, yêu cầu thiết kế

Xác định vấn đề: Trong quá trình hô hấp, lồng ngực và cơ bụng có xu

hướng ép vào để đẩy không khí ra ngoài và nở ra khi hít khí vào. Ống nghe y

tế thường khuếch đại âm thanh phát ra giữa các chu kỳ hít - thở. Để xác định

nhịp thở, các nhân viên y tế thường kết hợp đếm nhịp thở trong một khoảng

thời gian để xác định nhịp thở.

Nếu sử dụng một bóng khí áp sát lồng ngực hoặc cơ bụng, áp suất

không khí trong bóng khí cũng sẽ thay đổi theo chu kì nhịp thở. Để đo nhịp

thở cần có mạch điện biến đổi đại lượng không điện là áp suất trong bóng khí

thành đại lượng điện (cụ thể ở đây là điện áp). Tuy nhiên, độ thay đổi về áp

suất trong bóng khí thường rất nhỏ khiến biên độ tín hiệu điện áp từ đầu ra

cảm biến là rất thấp và kèm theo hài nhiễu.

Như vậy, với mạch điện cảm biến nhịp thở sử dụng cảm biến áp suất,

vấn đặt ra là: cần xác định được hệ số của mạch khuếch đại và lọc nhiễu

không mong muốn để lấy được tín hiệu điện tương ứng nhịp thở.

4) Đề xuất phương án khả thi

- Phương án lựa chọn cảm biến áp suất: lựa chọn cảm biến loại màng

hai cầu điện trở, có độ nhạy cao.

- Phương án lựa chọn bộ khuếch đại thuật toán: mạch điện bao gồm

nhiều tầng khuếch đại và so sánh. Do vậy, chọn bộ khuếch đại LM324 tích

hợp bốn khuếch đại thuật toán và có thể sử dụng nguồn đơn.

- Phương án lựa chọn tầng khuếch đại và lọc thông thấp: sử dụng một

tụ điện có trị số điện dung phù hợp mắc song song với điện trở hồi tiếp.

- Mạch so sánh và biểu thị nhịp thở: sử dụng một khuếch đại thuật toán

ở chế độ so sánh đặt ngưỡng bằng biến trở.

Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý mạch điện cảm biến áp suất

- Hệ số khuếch đại của tầng vi sai: Vout1 =

(R2/R1) x (V2-V1)

- Hệ số khuếch đại của tầng không đảo: Vout2 = 1+ (R5/R6)

- Tụ C2 có tác dụng lọc các tín hiệu nhiễu, tần số cắt tín hiệu nhiễu

được tính: fn = 1/(2πR5R6C2).

BT2.2. Thiết kế thử nghiệm

- Thực nghiệm thiết kế mô phỏng trên phần mềm, lắp đặt mạch điện

trên bo mạch thử. Kết quả thu được các thông số linh kiện phù hợp yêu cầu

mạch điện như Bảng 2.3.

Bảng 2.2. Danh mục linh kiện thiết bị mạch điện cảm biến nhịp thở

STT

Linh kiện, thiết bị

áp

suất

Thông số kĩ thuật 3-24V, 4 OA 0-40 Kpa

1 Khuếch đại thuật toán LM324 2 Cảm biến MPS20N004D

3 R1, R6 4 R3, R7 5 R2, R5 6 C1 7 C2 8 Biến trở VR1 9 R8 10 Led

6.8K 68K 680K 1uF, 25V 100nF/25V 10K 1K Loại 5mm, đỏ

- Một số chú ý khi thiết kế: Phần đầu vào tầng vi sai cần thực hiện tính

toán lựa chọn linh kiện phù hợp, tránh trường hợp mở bão hòa. Mạch điện

phối hợp nhiều thao tác nên mất nhiều thời gian.

BT2.3. Biên soạn nội dung bài toán hoàn chỉnh

Nhịp thở là một trong số những hiệu sinh tồn của cơ thể sống. Để đo

nhịp thở, người ta thường kiểm tra trực tiếp bằng việc dùng ống nghe y tế

hoặc đếm chu kì co giãn của lồng ngực trong một phút.

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

sóc người bệnh mắc COVID-19 tại nhà. SV dự định thiết kế một mạch điện

cảm biến sự thay đổi áp suất trong một bóng khí áp trên lồng ngực hoặc thành

bụng như Hình 2.3

Hình 2.7. 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:

a) Phần hiển thị sử dụng LED đơn, LED sẽ nháy theo chu kỳ nhịp thở.

b) Loại bỏ nhiễu, dải đo từ 10 – 100 nhịp thở/ phút.

Bài toán số 3 (BT3): Thiết kế mạch điện tử trang trí

BT3.1. Phác thảo bài toán

1) Lựa chọn nội dung dạy học

Mạch dao động không đồng bộ, hai trạng thái không ổn định dùng

transistor. Mạch có cấu tạo đơn giản, tần số dao động được tính τ = RCln2 

0.7RC [48]

Vì mạch điện đơn giản nên trong thực tế mạch đa hài có khá nhiều ứng

dụng như các mạch tạo xung, mạch đèn nháy (đèn báo tín hiệu rẽ trên phương

tiện giao thông cơ gới), đèn trang trí, v.v. Bài toán này ứng dụng mạch dao

động đa hài để thiết kế đèn trang trí sử dụng đèn LED đơn giản.

2) Phân loại thiết kế

Dựa vào giải pháp đã có là mạch dao động đa hài. Với mục đích và nhu

cầu sử dụng là đèn trang trí. Có thể lựa chọn bài toán thiết kế đáp ứng để xây

dựng bài toán.

3) Xác định vấn đề, yêu cầu thiết kế

Nếu dùng mạch dao động đa hài làm phương án thiết kế đèn trang trí,

một số vấn đề đặt ra là: cần tính toán rõ tần số nháy của đèn, công suất của

đèn, điểm đặc biệt về hình dạng và kích thước của đèn để lên phương án lựa

chọn linh kiện phù hợp.

4) Đề xuất các phương án khả thi

- Tính toán tần số nhấp nháy. Thông thường, tần số không quá lớn để

mắt người có thể quan sát được sự chuyển trạng thái giữa các đèn.

Hình 2.8. Mạch điện trang trí ứng dụng mạch đa hài.

- Bố trí các đèn LED để tạo ra hình dạng đèn đẹp, mới lạ: có thể bố trí

các LED dạng cây thông, hình trái tim, v.v.

BT3.2. Thiết kế thử nghiệm

Mạch điện được thiết kế thử nghiệm theo sơ đồ nguyên lý Hình 2.8 sử

dụng phối hợp nhiều đèn LED có màu sắc khác nhau để tạo hiệu ứng thị giác.

Nhìn chung mạch điện khá đơn giản, có thể yêu cầu người học thiết kế sản

phẩm thật.

BT3.3. Biên soạn nội dung bài toán hoàn chỉnh

Dựa trên đặc điểm của mạch điện dao động đa hài, hãy thiết kế một

mạch đèn điện trang trí đơn giản dùng trang trí góc học tập, làm quà tặng, v.v.

Bài toán số 4 (BT4): Thiết kế bộ đếm sản phẩm

BT4.1. Phác thảo bài toán

1) Lựa chọn nội dung dạy học

Bộ đếm là một dạng mạch dãy thông dụng gồm 1 đầu vào nhiều đầu ra.

Bộ đếm đặc trưng bởi hệ số đếm (thường gọi là Kđ). Bộ đếm có thể phân loại:

Theo cách làm việc: bộ đếm đồng bộ và không đồng bộ; theo Kđ có Kđ

= 2n hoặc Kđ ≠ 2n; theo hướng đếm có đếm thuận và ngược.

Để thiết kế bộ đếm nhị phân, đồng bộ và đếm thuận Kđ = 2n cần dùng

nFF[1].

Hình 2.9. Bộ đếm nhị phân đồng bộ Kđ = 16

Với nội dung dạy học về bộ đếm nhị phân đồng bộ Kđ = 16, có thể

chọn bộ đếm này thiết kế một bộ đếm sự kiện, ví dụ như đếm người, đếm sản

phẩm, v.v.

2) Phân loại thiết kế

Với giải pháp là bộ đếm Kđ = 16, chọn dạng bài toán thiết kế đáp ứng

để thiết kế bộ đếm này đáp ứng nhu cầu, mục đích sử dụng mới. Cụ thể, thiết

kế bộ đếm cho nhu cầu đếm số sản phẩm cho một lần đóng gói trên băng

chuyền.

3) Xác định vấn đề, yêu cầu thiết kế

Với mục đích sử dụng mới, giả sử là đếm 10 sản phẩm cho 1 lần đóng

gói, vậy thì bộ đếm Kđ = 16 cần được điều chỉnh khi đếm đến 10 thì sẽ thiết

lập lại bộ đếm. Vậy vấn đề ở đây chính là thiết kế bộ đếm Kđ = 10.

4) Đề xuất các phương án khả thi

- Phương án thiết kế mạch điện bộ đếm dúng FF JK, Kđ = 16

- Chuyển từ bộ đếm 16 sang đếm 10, tại (10)10 = 1010 sẽ xuất hiện

xung xóa về 0000. Đồng thời, sử dụng thêm 1 FF JK báo tràn bằng LED.

Hình 2.10. Mạch điện đếm sản phẩm Kđ = 10

BT4.2. Thiết kế thử nghiệm

Thực hiện các phương án đề xuất, thiết kế bộ đếm nhị phân thuận, Kđ =

16. Thêm phần tử AND xóa khi bộ đếm đến 1010. Đồng thời thêm một FF JK

báo tràn.

BT4.3. Biên soạn nội dung bài toán hoàn chỉnh

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 2.11. 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.

2.2.3. Xây dựng bài toán thiết kế cải tiến

Bài toán thiết kế cải tiến khá phổ biến trong thực tiễn. Bài toán này

thường bắt đầu bằng những sản phẩm, mạch điện tử với giải pháp thiết kế đã

có nhưng còn hạn chế ở một vài thông số hay tính năng và cần phải cải thiện.

Như vậy, xuất phát điểm để xây dựng bài toán này là sản phẩm (mạch điện tử,

thiết bị điện tử, thiết kế điện tử) cùng kiến thức về nó. Khi xây dựng bài toán

này, thông tin hay kiến thức về sản phẩm cần được cho trước hoặc được chỉ rõ

nơi mà người học có thể tham khảo, tra cứu.

Để xây dựng bài toán, GV cần lựa chọn những nội dung dạy học chứa

đựng kiến thức gắn với sản phẩm thiết kế cải tiến. Từ việc nghiên cứu sản

phẩm thiết kế, GV đặt ra ra các tình huống, yêu cầu cần cải tiến sản phẩm để

đáp ứng mở rộng phạm vi sử dụng, cải thiện tính năng của nó. Cụ thể, có thể

cải thiện các thông số kĩ thuật như: dòng điện, điện áp định mức, tăng hiệu

suất, mở rộng giải tần số đáp ứng, v.v. Hoặc các bài toán cải thiện bộ đếm, bộ

giải mã để cải thiện thông số kĩ thuật, phạm vi sử dụng của nó. Dưới đây, xây

dựng một số bài toán thiết kế cải tiến cơ bản, làm cơ sở để xây dựng các bài

toán thiết kế cải tiến khác.

Bài toán số 5 (BT5): Thiết kế bộ nguồn một chiều

BT5.1. Phác thảo bài toán

1) Lựa chọn nội dung dạy học

Mạch chỉnh lưu, bộ nguồn một chiều được sử dụng rất rộng rãi trong

thực tiễn như: cung cấp nguồn điện một chiều cho các mạch điện tử, làm

nguồn điện cho các thiết bị điện, điện tử: bộ sạc ô tô, xe máy điện; bộ sạc điện

cho máy tính, điện thoại; bộ nguồn cấp cho các thiết bị chiếu sáng công nghệ

LED, v.v.

Một số mạch điện chỉnh lưu phổ biến:

a) Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ

b) Mạch chỉnh lưu tia

c) Mạch chỉnh lưu cầu

d) Mạch chỉnh lưu đối xứng

Hình 2.12. Một số mạch điện chỉnh lưu

Một số mạch điện ổn áp dùng vi mạch.

a) Mạch ổn áp dùng vi mạch học 78XX

b) Mạch ổn áp có điều chỉnh

c) Mạch ổn dòng điện

Hình 2.13. Một số mạch ổn áp, ổn dòng

Bộ nguồn một chiều công suất nhỏ ổn định điện áp đầu ra thường bao

gồm các thành phần: biến thế hạ áp, mạch chỉnh lưu, mạch ổn áp (thường

dùng họ 78XX, trong đó XX là giá trị điện áp cần ổn định).

2) Phân loại thiết kế

Với bộ nguồn một chiều ổn áp dùng họ IC (integrated circuit – vi mạch

tích hợp) 78XX thường gặp vấn đề về hiệu suất, tỏa nhiệt lớn và dòng tải

thấp. Vì vậy, chọn bài toán thiết kế cải tến bộ nguồn để đạt các chỉ tiêu kinh tế

kĩ thuật cao hơn mà vẫn giữ nguyên tính năng cơ bản của nó.

3) Xác định vấn đề, yêu cầu thiết kế

Với nhược điểm của bộ nguồn một chiều đặt ra, vấn đề cần giải quyết ở

đây đó là cải thiện dòng điện sau ổn áp để được dòng điện lớn hơn.

4) Đề xuất các phương án khả thi

Với giải pháp thiết kế bộ nguồn hiện tại: hạ áp – chỉnh lưu – lọc – ổn áp

(78XX). Để cải thiện dòng điện đàu ra, có một số phương án sau:

- Thêm transistor ổn và chịu dòng cao vào phần tử ổn áp.

- Điều chỉnh, thay thế vi mạch ổn áp có dòng ra lớn hơn.

a) IC ổn áp phối hợp transistor để tăng dòng tải

b) Mạch nguồn ổn áp 5V dùng IC LM2596

Hình 2.14. Phương án tăng dòng tải cho mạch ổn áp

BT5.2. Thiết kế thử nghiệm

Thực hiện thiết kế thử nghiệm theo phương án đặt ra. Với phương án

phối hợp sử dụng transistor BD540, cho dòng nhỏ hơn 2.5A, mạch điện hoạt

động ổn định. Phương án dùng vi mạch ổn áp LM2596, dòng hoạt động ổn

định ở mức 2.5A, tuy nhiên mạch khá phức tạp và thêm nhiều linh kiện. Mất

nhiều thời gian lắp đặt (nếu thiết kế sản phẩm).

BT5.3. Biên soạn nội dung bài toán hoàn chỉnh

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

đã hỏng có thông số kĩ thuật như Hình 2.15

Hình 2.15. Thông số kĩ thuật ghi trên sạc điện thoại

Từ một mạch nguồn một chiều bao gồm các thành phần: hạ áp – chỉnh

lưu - ổn áp (thường dùng họ ổn áp 78XX). Hãy thiết kế một mạch điện sạc

cho điện thoại di động đáp ứng yêu cầu trên.

Bài toán số 6 (BT6): Thiết kế mạch điện phân loại sản phẩm

BT6.1. Phác thảo bài toán

1) Lựa chọn nội dung dạy học

Bộ phân kênh DEMUX 1 – 2n hay bộ giải mã gồm 1 đầu vào chọn

mạch và n đầu vào điều khiển, 2n đầu ra, với mỗi đầu ra là một tích đầy đủ

của n biến đầu vào.

a) Chọn kênh đầu ra DMUX 1 -4

b) DMUX sử dụng cổng logic cơ bản

Hình 2.16. Bộ DMUX 1-4

Nội dung dạy học về bộ tách kênh DMUX 1 – 2n có thể gắn với thực

tiễn như mạch tách luồng đầu ra, phân loại sự kiện, phân loại sản phẩm, v.v.

2) Phân loại thiết kế

Bộ phân loại sản phẩm sử dụng DMUX có thể khai thác theo hướng mở

rộng tính năng phân loại của mạch điện do vậy có thể sử dụng dạng bài toán

thiết kế cải tiến để áp dụng xây dựng bài toán thiết kế sản phẩm này.

3) Xác định vấn đề, yêu cầu thiết kế

Trên các băng chuyền phân loại sản phẩm, thông thường các sản phẩm

được phân làm 2, 3 loại. Nhiệm vụ của bài toán này đó là mở rộng tính năng

phân loại của sản phẩm dựa trên một bộ phân loại đã có. Vì vậy, vấn đề của

bài toán đặt ra là dựa trên yêu cầu về số lượng sản phẩm được phân loại, thiết

kế mạch điện đáp ứng. Giả sử rằng đã có một bộ phân loại hai sản phẩm đặt ra

vấn đề là cải tiến mạch điện để phân loại 3 sản phẩm.

4) Đề xuất các phương án khả thi

- Phương án 1. thiết kế mạch điện dựa trên các cổng logic cơ bản: Sử

dụng sơ đồ nguyên lý hình 2.16b

- Phương án 2. Sử dụng vi mạch tổ hợp chuyên dụng: sử dụng vi mạch

74LS138

Hình 2.17. Mạch phân loại sản phẩm dùng DMUX

Phương án này giải thích như sau: Giả sử rằng trên băng chuyền xuất

hiện ngẫu nhiên ba sản phẩm là A, B, C với đặc điểm phân loại là chiều cao

sản phẩm. Tại vị trí cần phân loại, đặt hai cảm biến vật cản, vị trí dặt cảm biến

cần tính toán sao cho: nếu sản phẩm C đi qua, không có cảm biến nào tác

động (mức 00) sản phẩm C sẽ đi thẳng; nếu sản phẩm B đi qua, chỉ có cảm

biến SS1 tác động (mức 10) có thiết bị gạt sản phẩm B vào vị trí định trước;

sản phẩm A đi qua, cả hai cảm biến tác động (11), thiết bị sẽ gạt sản phẩm A

vào vị trí định trước.

BT6.2. Thiết kế thử nghiệm

Tiến hành thiết kế thử nghiệm hai phương án, có thể thực hiện thiết kế

mô phỏng trên máy tính. Với bài toán này và hai phương án đề xuất trên,

mạch điện hoạt động đáp ứng yêu cầu. Thời gian thực hiện ngắn.

BT4.3. Biên soạn nội dung bài toán hoàn chỉnh

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 ba sản phẩm sau đây.

Hình 2.18. Mô tả bài toán thiết kế số 4

Thiết kế một mạch điện phân loại sản phẩm A, B, C theo chiều cao với

yêu cầu cụ thể như sau:

- Nếu sản phẩm A đi qua cảm biến, tiếp tục di chuyển

- Nếu sản phẩm B đi qua, một đèn báo phát hiện vật B sáng, mạch điện

gửi tín hiệu về bộ điều khiển gạt vật B về vị trí định trước của nó. Tương tự

như vậy với sản phẩm C.

2.2.4. Xây dựng bài toán thiết kế lựa chọn

Bài toán số 7 (BT7): Thiết kế bộ đếm sản phẩm

BT7.1. Phác thảo bài toán

1) Lựa chọn nội dung dạy học

Ngoài các kiến thức về bộ đếm nêu ra ở bài toán số 2, bài toán này

hướng tới việc sử dụng một số mô đun cảm biến và IC chuyên dụng được sử

dụng trong các thiết bị đếm ngoài thực tiễn, bao gồm:

- Một số vi mạch đếm chuyên dụng: các vi mạch họ 74LS190,

74LS191, 74LS192, v.v.

- Một số vi mạch giải mã LED 7 thanh: 74LS47, CD4511, v.v.

- Một số vi mạch tích hợp đếm và giải mã LED 7 thanh: CD4026,

CD4033.

Với nội dung kiến thức về bộ đếm và một số vi mạch đếm, giải mã

thông dụng. Có thể xây dựng các bài toán yêu cầu thiết kế bộ đếm các loại

như: đếm sản phẩm, đếm người qua lại, các bộ đếm thuận, đếm nghịch hoặc

cả thuận và nghịch, v.v. Ở đây, xây dựng bài toán đếm sản phẩm, bộ đếm

thuận.

2) Phân loại thiết kế

Với nội dung kiến thức và đối tượng kĩ thuật là bộ đếm sản phẩm. Dựa

trên những mô đun, vi mạch chuyên dụng đã có, ta có thể xây dựng bài toán

thiết kế lựa chọn. Yêu cầu người học lựa chọn các mô đun, linh kiện sẵn có để

lắp đặt mạch điện đáp ứng yêu cầu bài toán.

3) Xác định vấn đề, yêu cầu thiết kế

Vấn đề chính ở đây là lựa chọn các linh kiện, mô đun, vi mạch chuyên

dụng có sẵn để thiết kế mạch điện. Người học cần căn cứ vào yêu cầu bài toán

để lựa chọn sao cho sản phẩm thiết kế đơn giản nhất. Vấn đề khác, vì thiết kế

dựa trên các mô đun, linh kiện đã có nên người học cần có các kĩ năng tra cứu

linh kiện rất tốt. Khi lắp đặt mạch điện, chú ý các vấn đề về mức logic và

sườn tác động, vấn đề phối hợp trở kháng, v.v.

4) Đề xuất các phương án khả thi

- Phương án 1: Sử dụng bộ đếm thuận kết hợp vi mạch đếm 74LS192

và vi mạch giải mã LED 7 đoạn loại anode chung.

- Phương án 2: Sử dụng vi mạch tích hợp CD4033 kết hợp cả đếm và

giải mã 7 thanh loại cathode chung.

BT7.2. Thiết kế thử nghiệm

- Kết quả thử nghiệm hai phương án đặt ra:

b) Lựa chọn vi mạch CD4033

a) Lựa chọn vi mạch 74ls192 và 74ls47

Hình 2.19. Thiết kế bộ đếm dạng bài toán thiết kế lựa chọn

Một số thông tin sau thiết kế thử nghiệm: với bài toán thiết kế mạch

đếm dạng bài toán thiết kế lựa chọn, GV cần cung cấp thông tin và tài liệu kĩ

thuật về các mô đun, vi mạch được dùng thiết kế (datasheet). Với lựa chọn

dùng vi mạch CD4033, mạch điện sẽ gọn, đầu ra có thể trực tiếp điều khiển

LED 7 thanh nối cathode chung mà không cần trở hạn dòng. Với lựa chọn vi

mạch 74ls192 và 74ls47, đầu ra của LED 7 đoạn nối anode chung cần trở hạn

dòng, nếu LED 7 đoạn cỡ lớn có thể phải dùng thêm transistor để chịu dòng

tải cho LED 7 đoạn.

BT7.3. Biên soạn nội dung bài toán hoàn chỉnh

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.

Một bộ đếm sử dụng đếm sản phẩm trong dây chuyền tự động có sơ đồ

khối như sau: Cảm biến – bộ đếm – hiển thị.

Hãy lựa chọn các thành phần trong danh mục cho ở bảng dưới đây,

thiết kế bộ đếm và hiển thị LED 7 đoạn Kđ = 99.

Bảng 2.3. Danh mục các thành phần thiết kế bộ đếm

Thông số kĩ thuật cơ bản

Danh mục thiết bị Vi mạch 74LS192 Vi mạch 74ls47 Vi mạch cd 4033

Bộ đếm thập phân, hỗ trợ đếm thuận và nghịch Bộ giải mã BCD – LED 7 đoạn anode chung Bộ đếm thập phân thuận kết hợp giải mã LED 7

Cảm biến vật cản

thanh loại cothode chung. Loại hồng ngoại theo nguyên lý phản xạ ánh sáng, khoảng phát hiện 1cm – 100cm, đầu ra số (0,1) tương ứng múc logic (0 – 5V).

Bài toán số 8 (BT8): Thiết kế máy rửa tay không tiếp xúc

BT8.1. Phác thảo bài toán

1) Lựa chọn nội dung dạy học

Kiến thức áp dụng xây dựng bài toán thiết kế đó là bộ điều khiển vòng

kín có phản hồi. Nguyên lý điều khiển ba khâu được mô hình hóa dưới dạng

các bộ điều khiển vòng kín trong lý thuyết điều khiển tự động. Bộ điều khiển

ON – OFF là bộ điều khiển vòng kín đơn giản nhất.

Hình 2.20. Sơ đồ khối bộ điều khiển vòng kín

Bộ điều khiển này hoạt động dựa trên nguyên tắc so sánh tín hiệu ra và

tín hiệu vào. Khi giá trị của tín hiệu ra lớn hơn tín hiệu vào, bộ điều khiển

chuyển trạng thái OFF; ngược lại, bộ điều khiển chuyển trạng thái ON khi tín

hiệu ra nhỏ hơn tín hiệu vào. Nguyên lý về bộ điều khiển này được ứng dụng

rất nhiều thực tế, nó thường áp dụng cho các hệ điều khiển đơn giản và không

đòi hỏi nhiều về tối ưu. Ví dụ như các bộ khống chế nhiệt độ trên các thiết bị

điện lạnh cơ như điều hòa nhiệt độ, tủ lạnh, bàn là, bếp điện; các bộ khống

chế hành trình, các bộ điều khiển theo nguyên tắc sai lệch, v.v.

Với nội dung kiến thức đề cập, gắn với vấn đề thực tiễn có thể lựa chọn

để thiết kế một máy rửa tay không tiếp xúc đơn giản.

2) Phân loại thiết kế

Trên thực tế, tại các phòng thí nghiệm hay ngoài thị trường có rất nhiều

các mô đun, thiết bị được thiết kế sẵn cho các dự án thiết kế như vừa nêu. Vì

vậy, có thể áp dụng xây dựng bài toán thiết kế lựa chọn để yêu cầu SV thiết

kế sản phẩm.

3) Xác định vấn đề, yêu cầu thiết kế

Để thiết kế một thiết bị đó là máy rửa tay không tiếp xúc, cần phải xác

định được các thành phần của mạch điện. Xem xét các yêu cầu và điều kiện

thực tế, lựa chọn các mô đun, mạch điện hỗ trợ phù hợp, cụ thể là: lựa chọn

cảm biến, lựa chọn mạch điều khiển, lựa chọn thành phần chấp hành, v.v.

Để mạch điện hoạt động, cần các thành phần: cảm biến phát hiện người

dùng, mạch điện so sánh và điều khiển, máy bơm dung dịch và nguồn điện

một chiều cung cấp cho các thành phần của mạch điện. Các yêu cầu đặt ra là:

1) phân tích các dấu hiệu đặc trưng khi người dùng có nhu cầu sử dụng thiết

bị, lựa chọn một loại cảm biến phù hợp (cảm biến khoảng cách, cảm biến

chuyển động, cảm biến âm thanh, cảm biến ánh sáng, …); 2) lựa chọn bộ điều

khiển phù hợp; 3) căn cứ lựa chọn máy bơm dung dịch; 4) thông số kĩ thuật

của nguồn điện một chiều cung cấp cho mạch điện.

Yêu cầu thiết kế: lựa chọn cảm biến có khoảng phát hiện hẹp, chống

nhiễu. Máy bơm dung dịch có công suất phù hợp, tránh chọn công suất quá

lớn khiến khó khống chế lưu lượng dung dịch khi bơm. Bộ nguồn một chiều

có điện áp phù hợp, dòng cung cấp phải lớn hơn dòng tiêu thụ của toàn bộ

mạch điện.

4) Đề xuất các phương án khả thi

Lựa chọn cảm biến, chọn loại có sẵn như các cảm biến phát hiện vật

cản dùng tia hồng ngoại, cảm biến khoảng cách, cảm biến tiệm cận, v.v.

Hình 2.21. Sơ đồ mạch điện máy rửa tay không tiếp xúc

Như vậy, có thể phác thảo sơ bộ bài toán như sau: Thiết kế máy rửa tay

khử khuẩn tự động bơm dung dịch khi có tay người đưa vào vùng phát hiện

của cảm biến.

BT8.2. Thiết kế thử nghiệm

Lựa chọn các mô dun có sẵn hoặc tự thiết kế các mô đun bao gồm:

Cảm biến vật cản, mô đun so sánh tích hợp rơ le, lựa chọn một bơm điện một

chiều công suất nhỏ để bơm dung dịch.

BT8.3. Biên soạn nội dung bài toán hoàn chỉnh

Rửa tay là một biện báp hiệu quả ngăn ngừa covid – 19. Để tránh tiếp

xúc trực tiếp với các vật có thể mang virus khi rửa tay, người dùng có nhu cầu

thiết kế một máy rửa tay không tiếp xúc.

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

mạch điện điều khiển và máy bơm dung dịch.

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

STT

điện cho máy rửa tay nêu trên.

Thiết bị

3 – 5.5V, khoảng phát hiện 2 - 5.5 cm, góc phát hiện 350, đầu ra logic TTL.

1 Mô đun cảm biến vật cản tích hợp khuếch đại thuật toán LM393

2 Mô đun rơ le

5V, mức logic tác động có thể thay đổi qua chốt cắm; điện áp và dòng định mức của tiếp điểm đóng cắt: 250V AC/10A

3 Máy bơm chìm

3 - 5 VDC, 300mA

4 Bộ nguồn 1 chiều

Đầu ra 5V/2A/DC

Bảng 2.4. Danh mục thiết bị và thông số kĩ thuật Thông số kĩ thuật

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

2.3.1.1. Vấn đề chung về sử dụng bài toán trong dạy học

Như đã trình bày, bài toán TKKT là dạng BTKT có tính thực tiễn cao.

Các vấn đề của bài toán đặt ra thường gắn với những tình huống trong một

bối cảnh thực tiễn cụ thể. Trong quá trình 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.

Vì vậy, bài toán TKKT thường là bài toán vận dụng. Nhằm củng cố, vận dụng

kiến thức, phát triển các kĩ năng thiết kế, hướng tới các mục tiêu phát triển

NLKT và TDKT của người học.

Tương ứng với các hoạt động trong tiến trình dạy học, bài toán thường

dùng trong khâu: luyện tập, bài tập, thực hành; vận dụng, mở rộng kiến thức.

Một số ít bài toán TKKT được xây dựng có thể dùng trong cả tiến trình

dạy học. Để sử dụng được trong khâu hình thành kiến thức mới, kiến thức để

giải quyết bài toán phải có độ phủ gần như trọn vẹn nội dung bài dạy hay vấn

đề của bài toán cũng là vấn đề đặt ra với bài học.

Một số hoạt động giáo dục khác cũng có thể khai khác sử dụng bài toán

TKKT. Cụ thể, các hoạt động giáo dục như: bài tập lớn, đồ án môn học, hoạt

động nghiên cứu khoa học SV, các cuộc thi về sáng tạo khoa học kĩ thuật, trải

nghiệm khoa học – kĩ thuật, v.v

Trong đề tài nghiên cứu này, luận án đã trình bày một cách khái quát

các bước cơ bản khi sử dụng bài toán TKKT trong dạy học KTĐT (phần

nghiên cứu lí luận, tiểu mục 1.3.3). Cụ thể về minh họa sử dụng bài toán sẽ

được trình bày ở các nội dung sau.

2.3.1.2. Sử dụng bài toán trong dạy học nội dung điện tử tương tự

Bái toán số 9: Thiết kế mạch điện báo cháy.

Hỏa hoạn là một trong những nguyên nhân gây thương vong và thiệt

hại kinh tế lớn cho con người. Ngoài các biện pháp chủ động phòng ngừa

thì ứng dụng KTĐT thiết kế mạch điện cảnh báo sớm sẽ góp phần giảm thiệt

hại do hỏa hoạn gây ra.

Một mạch điện báo cháy thường có cấu trúc: cảm biến phát hiện cháy

– mạch xử lí tín hiệu, điều khiển – thiết bị đáp ứng (còi, đèn báo). Dựa vào

cấu trúc trên, thiết kế mạch điện cảnh báo cháy đáp ứng yêu cầu sau:

 Khi nhiệt độ môi trường tác động tới cảm biến nhiệt độ lớn hơn

ngưỡng cho phép, mạch điện sẽ tác động còi phát báo động.

 Mạch điện có thể điều chỉnh được ngưỡng tác động tương ứng

với giá trị nhiệt độ để cảnh báo.

Các bước sử dụng bài toán số 9

Với bài toán thiết kế đặt ra, có nhiều phương án để giải quyết bài toán

này. Nhìn chung, có thể ứng dụng cảm biến nhiệt độ kết hợp kiến thức về

mạch so sánh dùng khuếch đại thuật toán để giải quyết vấn đề. Do vậy, bài

toán có thể được sử dụng trong khâu bài tập vận dụng thuộc nội dung dạy học

về khuếch đại thuật toán và ứng dụng.

Bước 1: Chuẩn bị

- Xác định mục tiêu sử dụng bài toán (kiến thức, kĩ năng và phát triển

năng lực).

+ Củng cố, vận dụng mở rộng kiến thức về khái niệm, đặc điểm và các

mạch điện ứng dụng của khuếch đại thuật toán.

+ Phân tích, thiết kế mạch điện ứng dụng khuếch đại thuật toán.

+ Phát triển các kĩ năng thiết kế điện tử: xây dựng sơ đồ, phân tích và

mô phỏng mạch điện tử. Sử dụng các công cụ đo lường, kiểm tra thông số

mạch điện theo yêu cầu thiết kế.

+ Góp phần hình thành và phát triển NLKT cụ thể là năng lực TKKT

và TDKT người học.

- Xây dựng bài toán: Có thể đặt vấn đề và xây dựng một bài toán thiết

kế như bài toán số 9. Với cách tiếp cận phân loại bài toán thiết kế đáp ứng.

Tùy theo cách đặt vấn đề và phần bối cảnh, cùng dạng bài toán này có thể

triển khai xây dựng thành nhiều bài toán khác. Bằng việc sử dụng các loại

cảm biến đại lượng không điện tương ứng, phù hợp. Có các bài toán điều

khiển, giám sát hoặc cảnh báo theo: nhiệt độ, độ ẩm, nước, lửa, âm thanh, ánh

sáng, chuyển động, …

- Giải bài toán: Bài toán này thuộc dạng thiết kế đáp ứng. Có nhiều

phương án giải bài toán, ở đây đưa ra hai phương án phù hợp gắn với nội

dung bài học về OA, bao gồm: phương án 1: sử dụng IC cảm biến nhiệt độ

TMP36 (hoặc LM35); phương án 2: sử dụng nhiệt điện trở NTC (Negative

Temperature Coefficient of Resistors) hệ số nhiệt âm (nhiệt độ tăng – điện trở

giảm). Tín hiệu điều khiển từ mạch so sánh của OA. Mạch điện công suất

điều khiển thiết bị đáp ứng (còi, đèn báo, đèn chớp, …) sử dụng transistor có

dòng tải lớn, làm việc ở chế độ bão hòa.

- Xác định các điều kiện thực hiện bài toán: bài toán này có thể thực

hiện bằng hai phương án: một là sử dụng phần mềm thiết kế và mô phỏng để

thiết kế và khảo sát mạch điện; hai là có thể triển khai thiết kế nguyên mẫu tại

phòng thực hành, cách này đòi hỏi GV phải có kế hoạch chuẩn bị linh kiện,

dụng cụ vật liệu cần thiết để thực hiện. Trong bài toán này, chúng tôi đã thực

hiện theo cách 1, thiết kế và mô phỏng sử dụng phần mềm Tinkercad.

- Xây dựng kế hoạch bài dạy (giáo án). Bài toán được sử dụng trong

khâu bài tập và vận dụng và mở rộng. Do vậy, trong quá trình soạn giáo án,

GV cần chú ý phần hoạt động luyện tập, bài tập và vận dụng là thời điểm sử

dụng bài toán. Trong giáo án dạy học, GV cũng cần nhấn mạnh thể hiện

những ứng dụng thực tiễn của kiến thức bài học để nội dung dạy học thú vị và

phong phú hơn.

Bước 2: Thực hiện

- Nêu bài toán: Sau khi kết thúc hoạt động hình thành kiến thức về ứng

dụng của khuếch đại thuật toán. GV sử dụng Bài toán số 9 để yêu cầu SV giải

quyết. Bài toán này đã được xây dựng trọn vẹn bao gồm cả phần gợi ý về bối

cảnh nên GV có thể chỉ cần nêu bài toán và yêu cầu SV giải quyết.

- Hướng dẫn người học giải bài toán: GV sử dụng qui trình TKKT để

hướng dẫn SV giải quyết bài toán. Cụ thể các hoạt động dạy học tương ứng

các bước của qui trình thiết kế được trình bày chi tiết như sau.

1) Xác định vấn đề, yêu cầu thiết kế

- GV giao nhiệm vụ:

+ Yêu cầu SV đọc kĩ thông tin, dữ kiện đã cho bởi bài toán; làm việc cá

nhân, thảo luận nhóm để xác định vấn đề chính cần giải quyết.

+ GV đặt một số câu hỏi định hướng, gợi mở để SV phát hiện ra

vấn đề:

 Yêu cầu của mạch điện là gì?

 Để đáp ứng, mạch điện cần có những phần tử nào?

 Khái quát chung về nguyên lí làm việc của mạch điện?

- SV thực hiện: làm việc cá nhân, trao đổi với SV khác trong nhóm để

thống nhất xác định vấn đề cần giải quyết. Nội dung thảo luận và tìm hiểu tập

trung vào các thông tin: từ dữ kiện và yêu cầu của bài toán, xác định các

thành phần mạch điện; sơ đồ và chức năng của từng khối trong mạch điện để

đáp ứng yêu cầu bài toán đặt ra.

- Thảo luận:

+ GV tổ chức hoạt động thảo luận; yêu cầu một số nhóm phát biểu,

chia sẻ kết quả nghiên cứu vấn đề; SV khác lắng nghe, góp ý và bổ sung khi

được yêu cầu.

+ GV nhận xét, góp ý, tổng kết lại các vấn đề cần giải quyết từ bài toán

đặt ra.

- Tổng kết: vấn đề chính của bài toán: thiết kế mạch điện cảnh báo

cháy gồm ba thành phần: 1) cảm biến phát hiện cháy: biến đổi đại lượng

không điện là nhiệt độ thành tín hiệu điện (điện áp); 2) bộ so sánh điện áp: so

sánh điện áp đầu vào cảm biến với một điện áp tham chiếu (VR - Voltage

reference); 3) mạch điện công suất điều khiển thiết bị đáp ứng: kích hoạt còi,

đèn, .v.v để báo cháy.

2) Nghiên cứu vấn đề, đề xuất phương án

- GV tổ chức các hoạt động hướng dẫn Sv nghiên cứu, vận dụng kiến

thức vào đề xuất phương án thiết kế:

+ GV cung cấp thông tin về

một số loại cảm biến nhiệt độ thông

dụng như loại cảm biến nhiệt độ

NTC

(Negative

temperature

coefficient - nhiệt điện trở hệ số

âm), PTC (Positive

temperature

coefficient - nhiệt điện trở hệ số

dương); một số IC cảm biến nhiệt

độ chuyên dụng như Lm35, LM335,

Điện áp đầu ra TMP36

LM45, TMP36, v.v.

+ Sử dụng IC TMP36 làm ví dụ. GV tổ chức nghiên cứu, thảo luận để

tìm công thức lý thuyết xác định nhiệt độ theo điện áp đầu ra của cảm biến

nhiệt độ: t0C = (VIC – 500)/10. Trong đó: VIC là điện áp đầu ra TMP36, tính

bằng mV. Giải thích rõ hệ số 500 mV trong công thức trên, từ bảng tra cứu

thông số kĩ thuật (DataSheet, viết tắt là DS) của TMP36.

100

+ Thực hiện khảo sát và phân tích mô phỏng với IC TMP36 để SV hiểu

rõ sự hoạt động của cảm biến: TMP36 là IC cảm biến nhiệt độ; điện áp

analog (tương tự) ở đầu ra gần tuyến tính với nhiệt độ tác động (tính bằng

°C) theo tỉ lệ 10 mV/1°C. Dòng điện định mức 50 µA.

Hình 2.22. Khảo sát cảm biến nhiệt độ TMP36

+ GV tổ chức thảo luận về vấn đề thiết kế mạch điện tạo điện áp tham

chiếu VR. Đơn giản nhất là sử dụng cầu phân áp dùng điện trở. Để SV nắm rõ

vấn đề, có thể đưa ra một yêu cầu dưới dạng một bài toán xác định tham số

như sau.

Xác định giá trị điện trở của

các linh kiện R2 và RV1 để có giải

điện áp đầu ra VR trong khoảng:

~0V – 1000mV như hình bên.

+ GV nhắc lại kiến thức về khuếch đại thuật toán, thực hiện mô phỏng

mạch so sánh điện áp dùng khuếch đại thuật toán thông dụng (Lm324, µA741,

Lm393, .v.v).

101

+ GV trao đổi các phương pháp, cách thức điều khiển tải công suất nhỏ

sử dụng transistor như khóa điện tử.

- GV giao nhiệm vụ: Dựa trên kết quả nghiên cứu và tìm hiểu về các

loại cảm biến nhiệt độ và các mạch điện ứng dụng khuếch đại thuật toán, đề

xuất các phương án thiết kế mạch điện cảnh báo cháy.

- Hoạt động của SV:

+ SV làm việc cá nhân, thảo luận nhóm; đề xuất các phương án thiết kế

mạch điện.

+ GV quan sát hoạt động của SV để có thể trợ giúp, định hướng. Thể

hiện quan điểm hoặc bình luận trực tiếp với các nhóm nếu có nhu cầu.

Khuyến khích các nhóm đưa ra nhiều phương án giải quyết vấn đề; các

phương án có tính khả thi không cao, hoặc nằm ngoài kiến thức bài học, thậm

chí môn học cũng được khuyến khích.

- Thảo luận:

+ GV tổ chức một số nhóm báo cáo, trao đổi kết quả; các nhóm còn lại

lắng nghe, góp ý bổ sung khi được yêu cầu.

+ GV phân tích một phương án khả thi, hiệu quả và một phương án

thiếu tính khả thi hoặc không đạt yêu cầu về độ chính xác, độ ổn định hoặc

phản ứng quá chậm.

- Tổng kết: Có nhiều phương án có tính khả thi để thiết kế mạch điện,

đặc biệt là các phương án thiết kế cảm biến phát hiện cháy. Một số phương án

sau có thể được sử dụng: Sử dụng các IC cảm biến nhiệt độ, phát hiện đám

cháy bằng cảm biến hồng ngoại, cảm biến phát hiện khói, thậm chí phát hiện

cháy thông qua hệ thống không điện như Thermostat (bộ khống chế nhiệt độ

cơ, dạng buồng xếp), v.v.

102

Ví dụ về tính đa phương án khi giải quyết bài toán thiết kế: Với cùng

bài toán nhưng tổ chức trong dạy học thực hành (bài thực hành: khuếch đại

thuật toán), yêu cầu thiết kế sản phẩm hoặc nguyên mẫu.

Hình 2.23. Thiết bị báo cháy đơn giản sử dụng nguyên lý giãn nở vì nhiệt

Một hộp kim loại có miệng được bịt kín bởi màng cao su. Khi nhiệt độ

môi trường tăng lên khiến không khí trong bình giãn nở vì nhiệt sinh ra áp

suất cao. Màng cao su giãn ra, tác động công tắc làm khép kín mạch điện

khiến còi báo cháy kêu. Ví dụ này cho thấy, với cùng yêu cầu của bài toán SV

có thể đưa ra phương án thiết kế rất độc đáo, sáng tạo. Qua đó có thể thấy rõ,

bài toán TKKT đã tác động tích cực đến sự phát triển NLKT và TDST ở

người học.

3) Lựa chọn phương án

- GV giao nhiệm vụ: các nhóm nhóm thảo luận và lựa chọn một

phương án tốt nhất. Nội dung thảo luận tập trung vào các vấn đề sau.

+ Mô tả phương án tốt nhất mà nhóm lựa chọn. Lý giải về việc ra quyết

định khi lựa chọn phươmg án.

+ Xác định các thông số kĩ thuật các phần tử của mạch điện.

+ Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện cụ thể hóa phương án lựa chọn.

- Hoạt động của SV: SV thống nhất ý kiến thảo luận trong nhóm để ra

quyết định.

103

+ Phương án sử dụng để phát hiện cháy, mạch xử lý và điều khiển thiết

bị báo động. Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện để cụ thể hóa phương án.

+ Cơ sở, căn cứ, thông số kĩ thuật của linh kiện điện tử để mạch điện

hoạt động như dự kiến:

 Mạch điện cảm biến nhiệt độ lựa chọn linh kiện điện tử nào, thông số

kĩ thuật là bao nhiêu? Cách bố trí và lắp đặt các phần tử đó trong

mạch điện.

 Mạch so sánh, chọn linh kiện gì, cách thức so sánh điện áp từ mạch

cảm biến nhiệt độ và điện áp ngưỡng (giá trị đặt).

 Phần tử điều khiển bật – tắt còi báo động chọn loại linh kiện nào

(transistor loại nào), chế độ hoạt động ra sao?

- Thảo luận: GV tổ chức thảo luận toàn lớp; nhận xét, bình luận về

phương án lựa chọn của mỗi nhóm; hỗ trợ các nhóm hoàn thiện phương án

thiết kế đã lựa chọn.

- Tổng kết: Dựa trên yêu cầu, các điều kiện ràng buộc của bài toán thiết

kế có thể lựa chọn phương án như trình bày trong phần xây dựng bài toán.

Tuy nhiên, phần thiết kế cụ thể cũng cần điều chỉnh bằng việc mắc thêm điện

trở phân áp R2 để đảm bảo đặt ngưỡng cảnh báo chính xác hơn. Bởi trên thực

tế, nếu mạch phân áp chỉ dùng biến trở thì điện áp VR thay đổi khá lớn với

một lượng điều chỉnh biến trở rất nhỏ khiến cho việc đặt điện áp tham chiếu

rất khó như mong muốn. Điều này cũng khẳng định lại, việc thiết kế thử

nghiệm là rất cần thiết khi sử dụng bài toán TKKT trong dạy học.

4) Thực hiện phương án

- GV giao nhiệm vụ: SV hoàn thiện sơ đồ nguyên lý (được sự phê

duyệt của GV) và sơ đồ lắp đặt mạch điện.

104

- SV Thực hiện: Thiết kế sơ đồ nguyên lý và lắp đặt mạch điện trên

công cụ thiết kế, phân tích và mô phỏng mạch điện tử (TinkerCAD, Proteus,

...). Thực hiện mô phỏng, quan sát thông số mạch điện.

+ GV quan sát, hỗ trợ,

nhắc nhở các nhóm khi phát

hiện các thao tác sai hoặc

tình huống gây mất an toàn.

Hình 2.24. Sơ đồ lắp đặt mạch điện báo cháy

5) Đánh giá, điều chỉnh thiết kế

- SV thực hiện quá trình chạy mô phỏng mạch điện. Báo cáo các tham

số đo được khi lắp đặt mạch điện. Cụ thể, tại giá trị nhiệt độ vượt ngưỡng

điện áp từ mạch cảm biến đưa vào bộ so sánh là bao nhiêu? Đánh giá về thời

gian tác động của mạch điện, ưu nhược điểm của mạch báo cháy sử dụng điện

trở nhiệt, phương án khắc phục.

Chú ý: Điện trở nhiệt có quán tính nên phản ứng thường chậm, dẫn tới

khi giá trị điện trở thay đổi một lượng nhỏ thì nhiệt độ môi trường tác động

đã khá cao khiến cho mạch điện cảnh báo có độ trễ lớn.

Bước 3: Rút kinh nghiệm

Sau khi kết thúc bài toán, GV cần xem xét lại các khâu, từ xây dựng

hoặc lựa chọn bài toán, xây dựng giáo án và thời điểm triển khai bài toán.

Trong quá trình triển khai bài toán cần có lưu ý gì, cần điều chỉnh hay thay

đổi gì ở bài toán cũng cần phải thực hiện ngay hoặc có những ghi chú cần

thiết. Đặc biệt, cần có sự đánh giá về độ khó, độ hấp dẫn, hiệu quả bài toán

đối với người học để có kế hoạch sử dụng cho lần sau được tốt hơn.

105

2.3.1.3. Sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật trong dạy học điện tử số

Bài toán số 10: Thiết kế bộ đếm và hiển thị chỗ trống trong bãi đỗ xe ô tô

Để tiết kiệm quỹ đất giành cho các bãi đỗ xe người ta thường thiết kế

các bãi đỗ nhiều tầng và ứng dụng công nghệ vào quản lý lượng xe ra vào bãi

đỗ.

Một bãi đỗ xe gồm nhiều tầng, mỗi tầng có sức chứa 100 xe. Nhà quản

lý bãi đỗ có nhu cầu thiết kế mạch điện hiển thị số chỗ đỗ xe còn trống để các

xe vào bãi có thông tin tìm chỗ đỗ xe phù hợp.

Hãy lựa chọn các thành phần từ bảng dưới đây để thiết kế mạch điện

đáp ứng nhu cầu trên.

Thông số kĩ thuật cơ bản

Danh mục thiết bị Vi mạch 74LS192 Bộ đếm thập phân, hỗ trợ đếm thuận và nghịch Vi mạch 74ls47 Vi mạch cd 4033

Cảm biến vật cản

Bộ giải mã BCD – LED 7 đoạn anode chung Bộ đếm thập phân thuận kết hợp giải mã LED 7 thanh loại cothode chung. Loại hồng ngoại theo nguyên lý phản xạ ánh sáng, khoảng phát hiện 1cm – 100cm, đầu ra số (0,1) tương ứng mức logic (0 – 5V).

Các bước sử dụng bài toán số 10

Bước 1: Chuẩn bị

106

- Xác định mục tiêu sử dụng bài toán (kiến thức, kĩ năng và phát triển

năng lực):

 Củng cố, vận dụng kiến thức về đặc điểm, thành phần, hoạt động

của bộ đếm thập phân thuận – nghịch; bộ giải mã BCD (binary

coded decimal) hiển thị LED 7 đoạn.

 Phân tích, thiết kế mạch điện bộ đếm thập phân thuận – nghịch sử

dụng IC chuyên dụng.

 Phát triển các kĩ năng thiết kế điện tử: xây dựng sơ đồ, phân tích

và mô phỏng mạch điện tử. Sử dụng các công cụ đo lường, kiểm

tra thông số mạch điện theo yêu cầu thiết kế.

 Góp phần hình thành và phát triển NLKT cụ thể là năng lực

TKKT và TDKT người học.

- Xây dựng bài toán: Có thể sử dụng bài toán số 10 hoặc điều chỉnh để

bài toán đơn giản và phù hợp hơn. Ví dụ, giảm sức chứa của bãi đỗ xuống 10

xe nhằm giảm độ phức tạp của bài toán.

- Giải bài toán: Bài toán thuộc dạng bài toán thiết kế lựa chọn. SV cần

tạo ra một bản thiết kế chi tiết (sơ đồ nguyên lý và lắp đặt mạch điện) cùng

phần tính toán để lựa chọn các linh kiện, thiết bị hoặc mô đun trong danh sách

được cung cấp sẵn. Mạch điện đáp ứng yêu cầu bài toán có thể được thực hiện

như sau.

107

- Xác định các điều kiện thực hiện bài toán: Bài toán khá phức tạp, để

đảm bảo tính khả thi, GV có thể cho SV tiến hành thiết kế mạch điện trên máy

tính với phần mềm mô phỏng. Quá trình thiết kế và mô phỏng cũng rất cần

thiết khi triển khai bài toán thiết kế trên thiết bị thật. GV cũng cần cung cấp

thông tin về các vi mạch tích hợp theo danh mục các thành phần lựa chọn

kèm theo bài toán.

- Xây dựng kế hoạch bài dạy (giáo án). Như mục tiêu đặt ra, bài toán

được sử dụng trong khâu bài tập, vận dụng và mở rộng. Do vậy, trong quá

trình soạn giáo án, GV cần chú ý phần hoạt động luyện tập và vận dụng là

thời điểm sử dụng bài toán. Ngoài ra, trong giáo án, GV cần thể hiện những

ứng dụng thực tiễn của các bộ đếm, bộ giải mã để SV có vốn hiểu biết mở

rộng về thiết kế mạch dãy.

Bước 2: Thực hiện

- Nêu bài toán: Sau khi kết thúc nội dung dạy học về các bộ đếm thập

phân. GV sử dụng bài toán thiết kế số 10 để yêu cầu SV giải quyết. Bài toán

này đã được xây dựng trọn vẹn bao gồm cả phần bối cảnh và cách đặt vấn đề.

GV có thể chỉ cần đọc lại bài toán và yêu cầu SV giải quyết.

- Hướng dẫn người học giải bài toán: GV sử dụng qui trình TKKT để

hướng dẫn SV giải bài toán. Các hoạt động dạy học trong mỗi bước của qui

trình gải Bài toán số 10 được cấu trúc tương tự như Bài toán số 9. Phần trình

bày sau chỉ nêu các thông tin quan trọng trong mỗi bước của qui trình thiết kế,

cụ thể như sau.

1) Xác định vấn đề

GV sử dụng một số câu hỏi gợi ý, định hướng để SV xác định được vấn

đề chính của mạch điện cần thiết kế:

108

- Tổng số chỗ đỗ xe là 100, với gợi ý từ đề bài về cách đặt các cảm biến

tại các cửa ra vào thì thuật toán đặt ra là: cứ 1 xe vào thì bộ đếm giảm đi 1

đơn vị đếm và một xe ra, bộ đếm tăng 1 đơn vị.

Như vậy, bộ đếm phải có đồng thời khả năng đếm thuận và đếm ngịch.

Xung đếm từ cảm biến xe ra tới bộ đếm thuận và xung đếm từ cảm biến xe

vào đưa tới bộ đếm nghịch.

- Để SV xác định được vấn đề nêu trên, GV yêu cầu SV tương tác, phát

biểu về cách hiểu bài toán của mình. Trong trường hợp cần thiết có thể đặt

các câu hỏi gọi ý:

 Với 100 chỗ đỗ xe, cần một bộ đếm với Kđ bằng bao nhiêu?

 Nguyên tắc hoạt động của bộ đếm khi các xung đếm từ cảm biến

bố trí ở các cửa ra vào là gì?

 Hướng tín hiệu xung đếm từ các cảm biến sẽ được đưa vào bộ

đếm thuận hay nghịch?

2) Nghiên cứu vấn đề, đề xuất phương án

- GV tổ chức các hoạt động để SV nghiên cứu các nội dung sau:

+ Nguyên tắc thiết kế bộ đếm thập phân thuận – nghịch.

+ Chức năng, thông số kĩ thuật của các linh kiện cho ở bảng danh

mục các thành phần cho trước.

- Đề xuất phương án thiết kế, lựa chọn các thành phần phù hợp cho ở

bảng để giải quyết yêu cầu bài toán.

3) Lựa chọn phương án

- SV báo cáo, trao đổi phương án mà mình lựa chọn dựa trên cơ sở

phân tích các yêu cầu của bài toán. Để có cơ sở thuyết phục, SV cần có bản

phác thảo thiết kế tổng thể mô tả yêu cầu của bài toán.

109

- Kết thúc hoạt động này, SV cần tổng hợp lại thông tin để cụ thể hóa

phương án lựa chọn bằng sơ đồ khối mạch điện.

4) Thực hiện phương án

- Dựa trên sơ đồ khối mạch điện và danh mục linh kiện đã lựa chọn, SV

tiến hành thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện. Cụ thể hóa sơ đồ nguyên lí

thành sơ đồ lắp đặt mạch điện. Hoạt động này nên được thực hiện trên công

cụ thiết kế và mô phỏng mạch điện bởi mạch điện tương đối phức tạp.

- Trong quá trình SV thiết kế, khảo sát mạch điện, GV cần quan sát, gợi

ý và có sự hướng dẫn kịp thời khi người học gặp khó khăn.

- Trong quá trình thực hiện, SV cần sử dụng các công cụ đo lường,

khảo sát kèm theo phần mềm thiết kế, mô phỏng để ghi lại các tham số mạch

điện hoặc điều chỉnh thông số kĩ thuật của mạch điện.

5) Đánh giá, điều chỉnh thiết kế

- SV thực hiện quá trình chạy mô phỏng mạch điện, phát hiện các sự cố

khi tiến hành thử nghiệm mạch điện.

- Đưa ra được phương án khắc phục sự cố và thực hiện được phương án

điều chỉnh mạch điện.

- Bài toán khá phức tạp, nhiều đường mạch điện nên khi tiến hành việc

thiết kế, SV dễ nhầm lẫn giữa các dây nối, bỏ sót dây nối. Hoặc chưa nghiên

cứu kĩ mức logic tích cực đối với từng chân chức năng của các IC nên có thể

gặp sự cố phân áp cho các chân chức năng.

Bước 3: Rút kinh nghiệm

Sau khi kết thúc bài toán, GV cần xem xét lại các khâu, từ lựa chọn bài

toán, xây dựng giáo án và thời điểm triển khai bài toán. Trong quá trình triển

khai bài toán cần có lưu ý gì, cần điều chỉnh hay thay đổi gì ở bài toán cũng

cần phải thực hiện ngay hoặc có những ghi chú cần thiết. Đặc biệt, cần có sự

110

đánh giá về độ khó, độ hấp dẫn, hiệu quả bài toán đối với người học để có kế

hoạch sử dụng cho lần sau được tốt hơn.

Về cơ bản, trong quá trình dạy học, việc sử dụng bài toán được đưa ra

trình tự các bước như trình bày ở trên. Tuy nhiên, bài toán TKKT là một dạng

BTKT mang tính thực tiễn cao, rất phong phú và đa dạng. Trong quá trình sử

dụng bài toán, GV trước hết cần là người làm chủ bài toán, lường hết được

khó khăn và tình huống phát sinh khi sử dụng bài toán để có những điều chỉnh

phù hợp. Với đặc thù môn học, đặc điểm nghành học, có rất ít thời gian cho

việc học tập chuyên sâu về KTĐT nên qua đây một lần nữa có thể khảng

định, việc sử dụng bài toán TKKT là một biện pháp hiệu quả góp phần tăng

hứng thú và hiệu quả học tập cho sinh viên.

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

a) Một số lưu ý khi sử dụng bài toán trong kiểm tra đánh giá

Bài toán TKKT mang đầy đủ các đặc điểm chung của bài toán nhận

thức và BTKT. Bài toán TKKT cũng mang những đặc điểm rất riêng, đó là

tính hành động và hướng sử dụng công cụ khi giải bài toán. Vì vậy, khi xây

dựng bài toán (hoặc lựa chọn bài toán đã có) để sử dụng trong khâu kiểm tra

đánh giá cần cân nhắc, đảm bảo thảo mãn một số yêu cầu sau:

- Xác định rõ hình thức, kiểu cách và yêu cầu sản phẩm đánh giá: GV

cần xác định rõ sản phẩm để đánh giá là bản vẽ, qui trình thiết kế trên giấy

hay một sản phẩm thiết kế nguyên mẫu cụ thể. Sản phẩm cũng có thể là bản

vẽ, qui trình thiết kế hoặc cấu trúc mô phỏng trên máy tính.

- Độ khó và mức độ phức tạp của bài toán phải phù hợp với vốn kiến

thức, kĩ năng, kinh nghiệm của người học. GV cần định lượng được mức độ

phức tạp của sự phối hợp các thao tác thiết kế; độ phức tạp, khả năng hỗ trợ

hoặc sự cần thiết của các công cụ hỗ trợ thiết kế nếu cần thiết.

- Đảm bảo thời lượng dành cho việc giải bài toán phù hợp với thời

lượng làm bài kiểm tra của người học. Với bài kiểm tra trên giấy, khi được

111

xây dựng tốt thì cấu trúc các câu hỏi bài kiểm tra hoàn toàn có thể sử dụng

các bài toán TKKT.

Đặc điểm lời giải hay kết quả bài toán TKKT trong dạy học KTĐT

thường được biểu diễn dưới dạng các ký hiệu, sơ đồ, bản vẽ, v.v. Cũng có thể

là một mạch điện hoặc một sản phẩm kĩ thuật điện tử. Do đó, khi xây dựng

bài toán TKKT sử dụng trong kiểm tra đánh giá cần đảm bảo tính khả thi khi

người học giải bài toán. Một số tham số, thông số kĩ thuật, môi trường hoạt

động và các yêu cầu thực tiễn khác có thể được đề xuất dưới dạng giả định,

giả thiết, số liệu tham chiếu làm căn cứ để người học giải bài toán.

b) Sử dụng bài toán để đánh giá mức độ phát triển tư duy kỹ thuật

Để đánh giá mức độ phát triển TDKT của người học, GV có thể căn cứ

vào bảng mô tả biểu hiện của sự phát triển TDKT trình bày trong tiểu mục

1.3.4.2 được trình bày ở Chương 1.

Nhìn chung, với đặc điểm của bài toán TKKT về tính thực tiễn, tính

thiếu dữ kiện hoặc dữ kiện không rõ ràng, đôi khi là không có dữ kiện; tính đa

phương án trong lời giải, bài toán TKKT bản thân nó đã đòi hỏi người giải

phải có NLKT nói chung và TDKT nói riêng ở một mức độ nhất định để tìm

ra đáp án của bài toán.

Việc đánh giá mức độ phát triển năng lực và TDKT là không dễ dàng,

đòi hỏi GV cần đầu tư nhiều thời gian công sức để xây dựng hoặc lựa chọn và

sử dụng bài toán đảm bảo tính khoa học và khả thi. Sử dụng linh hoạt và đa

dạng các phương pháp và hình thức đánh giá người học. Kết hợp đánh giá dựa

trên bài kiểm tra và đánh giá bằng quan sát biểu hiện; trao đổi, phỏng vấn

người học. Khuyến khích người học tự đánh giá, coi trọng đánh giá sự phát

triển, sự tiến bộ và biểu hiện phát triển về TDKT của người học.

112

Kết luận chương 2

Nghiên cứu chương trình, đặc điểm, điều kiện và nội dung dạy học

KTĐT trong chương trình đào tạo giáo viên ngành SPCN. Tiến hành xây

dựng và sử dụng bài toán TKKT theo qui trình đã được đề xuất, 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.

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.

113

Với một số bài toán TKKT đề xuất cùng qui trình xây dựng và sử dụng

bài toán TKKT được minh họa, tuy mới là bước đầu nhưng cũng có thể nhận

định, qui trình xây dựng và sử dụng bài toán TKKT đề xuất (ở chương 1) là

đúng đắn và phù hợp. Các bài toán TKKT được xây dựng đã đáp ứng được

yêu cầu sư phạm, có thể sử dụng trong dạy học KTĐT. Việc sử dụng bài toán

thiết kế cũng góp phần tăng tính hứng thú, phát triển khả năng tư duy độc lập,

sáng tạo; gắn kết kiến thức hàn lâm, chuyên sâu vào vận dụng giải quyết các

vấn đề thực tiễn. Qua đó cho thấy tính hiệu quả của bài toán đối với việc phát

triển TDKT người học. Góp phần phát triển nguồn nhân lực thực hiện chương

trình giáo dục phổ thông môn Công nghệ.

114

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: “Nếu xây dựng được một số dạng bài toán

TKKT thỏa mãn các yêu cầu của bài toán kĩ thuật, yêu cầu về sư phạm và sử

dụng chúng trong dạy học về kĩ thuật điện tử trong quá trình đào tạo giáo

viên ngành SPCN, sẽ giúp sinh viên phát triển được TDKT, qua đó nâng cao

được chất lượng dạy học”. Mục đích cụ thể của kiểm nghiệm đánh giá là:

- Đánh giá tính khả thi và hiệu quả của qui trình xây dựng và sử dụng

bài toán TKKT trong dạy học do đề tài đề xuất.

- Đánh giá tính khả thi và hiệu quả của các bài toán TKKT trong dạy

học KTĐT do đề tài xây dựng.

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

trong giáo án dạy học một số nội dung về KTĐT, đồng thời đánh giá vai trò

của bài toán TKKT với sự hứng thú học tập, yêu thích môn học. Qua đó nhìn

nhận sự tác động của bài toán TKKT với mức độ hiểu rõ kiến thức và khả

năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, phát triển năng lực và TDKT của

người học.

3.1.2. Nhiệm vụ kiểm nghiệm

- Lựa chọn nội dung dạy học cụ thể và phương pháp kiểm nghiệm phù

hợp để có thể đánh giá tính khả thi của qui trình xây dựng và sử dụng bài toán

TKKT. Chọn đối tượng để tổ chức kiểm nghiệm.

- Tiến hành kiểm nghiệm mức độ tác động của một số bài toán TKKT

với sự phát triển NLKT nói chung, TDKT nói riêng ở người học.

- Xử lý, phân tích dữ liệu làm cơ sở đánh giá kết quả kiểm nghiệm để

chứng minh tính khả thi của qui trình xây dựng và sử dụng bài toán TKKT,

115

một số bài toán TKKT đã xây dựng và sự tác động của nó với phát triển

NLKT và TDKT cho SV.

3.1.3. Đối tượng kiểm nghiệm

- Đối tượng của phương pháp thực nghiệm sư phạm: Đối tượng

kiểm nghiệm là SV các khóa: K20-SPCN; K69, K70 hệ chính qui, ngành

SPCN Khoa Sư phạm Kĩ thuật, trường Đại học Sư phạm Hà Nội. Để đánh giá

tác động của bài toán TKKT tới SV trong quá trình dạy học KTĐT, tác giả

tiến hành trong hai đợt khác nhau. Do đặc điểm SPCN là một ngành đào tạo

mới nên số lượng người học tham gia các lớp đối chứng (ĐC) và thực nghiệm

(TN) còn hạn chế, cụ thể trong Bảng 3.1 dưới đây.

Lớp

Số SV

Nơi TN

Bảng 3.1. Đối tượng, số lượng SV của lớp TN và lớp ĐC

1 TN 48 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 KTĐT ở một số trường đại học, cao đẳng ở Việt Nam và các nhà

khoa học trong lĩnh vực giáo dục kĩ thuật.

3.1.4. Phương pháp kiểm nghiệm

a) Phương pháp thực nghiệm sư phạm

Xây dựng các lớp TN và lớp ĐC để so sánh kết quả tác động của việc

sử dụng bài toán TKKT tới quá trình tiếp thu kiến thức, sự hứng thú và yêu

thích lĩnh vực KTĐT; phát triển năng lực giải quyết vấn đề và khả năng vận

dụng kiến thức vào thực tiễn của SV sau tổ chức TN sư phạm. Phân tích kết

quả TN sư phạm về mặt định tính và định lượng để đánh giá tính khả thi và

116

hiệu quả của việc sử dụng bài toán TKKT trong dạy học KTĐT do đề tài xây

dựng.

Sau khi tiến hành TN cả hai đợt, tổ chức kiểm tra, chấm bài kiểm tra,

tác giả tiến hành xử lí kết quả về mặt định lượng theo 4 bước sau:

Bước 1: Lập bảng phân phối Fi; bảng tần suất fi và bảng tần suất hội tụ

tiến fa.

(cid:2869)

Bước 2: Tính toán các tham số đặc trưng, bao gồm:

(cid:3015)

(cid:2869)

- Trung bình cộng (kỳ vọng) 𝑋 : 𝑋 = ∑ 𝑥(cid:3036). 𝑓(cid:3036)

(cid:2870) ∑(cid:3435)𝑥(cid:2869) − 𝑋(cid:3439)

(cid:3015)

- Phương sai S2: 𝑆(cid:2870) = . 𝐹(cid:3036)

(cid:3020)

- Độ lệch chuẩn S: 𝑆 = √𝑆(cid:2870)

(cid:3025)

(cid:3435)(cid:3025)(cid:3269)(cid:3263)(cid:2879)(cid:3025)Đ(cid:3252)(cid:3439)

- Hệ số biến thiên V: 𝑉 = hoặc 𝑉(%) = . 100%

(cid:2878)

(cid:3496)(cid:4678)

(cid:4679)

(cid:3118) (cid:3268)(cid:3269)(cid:3263) (cid:3263)(cid:3269)(cid:3263)

(cid:3118) (cid:3268)Đ(cid:3252) (cid:3263)Đ(cid:3252)

- Hệ số độ lệch thu gọn: 𝜀 =

(cid:3118) (cid:3020)(cid:3269)(cid:3263) (cid:3118) (cid:3020)Đ(cid:3252)

- Hệ số F: 𝐹 =

Trong các công thức trên với:

N: Tổng số người học được kiểm tra.

xi: Điểm đạt được của bài kiểm tra;

Fi: Số bài kiểm tra đạt điểm xi;

TN: Các tham số lớp thực nghiệm;

ĐC: Các tham số của lớp ĐC.

Bước 3: Tra bảng độ lệch thu gọn và bảng Fisher Snedecor với ý nghĩa

α để so sánh giá trị các hệ số ε và F giữa các kết quả tính toán được và số liệu

tra bảng.

117

Bước 4: Vẽ các đường đặc trưng phân phối: đường tần suất fi = g(x) và

đường tần suất hội tụ tiến fa = h(x).

b) Phương pháp chuyên gia

Phương pháp được thực hiện thông qua phương pháp Hội đồng, phỏng

vấn trực tiếp và điều tra bằng phiếu hỏi, cụ thể như sau.

- Phương pháp Hội đồng: phương pháp được thực hiện thông qua một

số buổi xemina, sinh hoạt chuyên môn tại bộ môn Công nghệ Điện – Điện tử,

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

- Phương pháp phỏng vấn: phương pháp được thực hiện đồng thời với

phương pháp điều tra bằng phiếu hỏi. Phương pháp này được thực hiện thông

qua việc xin ý kiến trực tiếp của đồng nghiệp, các chuyên gia, các nhà khoa

học uy tín giảng dạy và nghiên cứu về KTĐT, giáo dục kĩ thuật.

- Phương pháp sử dụng phiếu hỏi: thu thập thông tin góp ý từ phiếu hỏi

để xin ý kiến về xây dựng và sử dụng bài toán TKKT trong dạy học KTĐT.

3.2. KIỂM NGHIỆM ĐÁNH GIÁ QUA THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM

3.2.1. Lựa chọn nội dung dạy học và cách thức lấy mẫu kiểm nghiệm

Nội dung dạy học về KTĐT trong chương trình đào tạo SPCN tại khoa

Sư phạm Kĩ thuật bao gồm hai học phần: Kĩ thuật Điện tử (gồm điện tử tương

tự và điện tử số); thực hành kĩ thuật Điện – Điện tử (gồm thực hành điện tử

tương tự và điện tử số). Tiến trình dạy học được thực hiện lần lượt phần điện

tử tương tự sau đó đến điện tử số; thời lượng phân bổ cho hai nội dung này

cũng tương đương nhau. Để tăng độ tin cậy trong đánh giá tác động của bài

toán TKKT tới người học, trong mỗi đợt TN, nhóm TN tiến hành ba vòng lấy

mẫu kiểm nghiệm.

- Vòng 1, 2 lấy mẫu kiểm nghiệm cho hai nội dung dạy học Điện tử

tương tự và Điện tử số. Phương pháp lấy mẫu chính của hai vòng này là thông

qua bài kiểm tra trên lớp kết hợp quan sát biểu hiện người học. Kết quả lấy

118

mẫu thông qua chấm điểm bài kiểm tra cũng là thông tin chính để tiến hành

xử lý số liệu đánh giá định lượng.

- Vòng 3 được thực hiện với học phần thực hành kĩ thuật Điện – Điện

tử thông qua dự án cuối khóa (Capstone Project – một dạng dự án thiết kế

gắn với đời sống thực). Phương pháp lấy mẫu chính của vòng này là thu thập

thông tin qua quan sát và tương tác trực tiếp với SV. Nội dung dạy học của dự

án cuối khóa được nhóm TN xây dựng dựa trên bài toán TKKT (dạng bài

toán thiết kế lựa chọn). Hình thức triển khai bài toán dưới dạng một cuộc thi

thiết kế robot được xây dựng cụ thể trong phần phụ lục (Phụ lục 3 - Bài toán

26). Kết quả lấy mẫu là thông tin bổ sung quan trọng trong đánh giá tác động

bài toán TKKT tới SV. Nội dung cụ thể được trình bày trong Bảng 3.2.

Giáo án TN

Vòng Nội dung dạy học Mạch điện tử tương tự

một Nguồn chiều. (Giáo án số 1, Phụ lục 4)

Mạch dãy

Bộ đếm nhị phân (Giáo án số 2, Phụ lục 4)

Hợp phần môn học Điện tử tương tự - Kĩ thuật Điện tử (Phụ lục 7). Điện tử số - Kĩ thuật Điện tử (Phụ lục 7).

thiết Dự án kế mạch điện tử

Hình thức lấy mẫu Chấm điểm bài kiểm (Đề tra kiểm tra số 1, Phụ lục 5) Chấm điểm bài kiểm (Đề tra kiểm tra số 2, Phụ lục 5) Thu thập biểu hiện người học (Phụ lục 3 – Bài toán 26)

Thực hành Kĩ thuật Điện – Điện tử (Phụ lục 7).

Dự án cuối khóa (Cuộc thi thiết kế robot SUMO, Phụ lục 3 – Bài toán 26)

Bảng 3.2. Nội dung kiểm nghiệm sư phạm

Để thông tin lấy mẫu trong các lớp TN và ĐC có độ tin cậy làm cơ sở

đánh giá tác động của bài toán TKKT, mỗi giai đoạn TN được thực hiện cùng

với tiến trình dạy học các học phần KTĐT. Với cùng một nội dung dạy học, ở

119

lớp TN tăng cường yêu cầu SV vận dụng kiến thức môn học vào giải quyết

các nội dung thực tiễn. Triển khai sử dụng một số bài toán TKKT phù hợp với

nội dung, thời lượng dạy học. Tổ chức cho SV giải các bài toán TKKT dựa

trên qui trình TKKT đã được đề xuất. Ở lớp ĐC, tiến hành bình thường theo

phương pháp và hình thức tổ chức dạy học hiện hành. Sinh viên được yêu cầu

nắm vứng kiến thức, kĩ năng để giải các bài tập điện tử tương tự - số thông

thường theo chương trình môn học. Ở trong cả hai lớp TN và ĐC, SV được

tạo các điều kiện học tập tối đa, khuyến khích để sáng tạo nhằm hướng tới

phát triển NLKT, TDKT.

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

Trước khi tiến hành TN sư phạm, chúng tôi tiến hành tổ chức các buổi

trao đổi với các GV tham gia giảng dạy TN về một số công việc như sau:

- Thông qua sinh hoạt chuyên môn tại tổ bộ môn, nghiên cứu thực trạng

quá trình dạy học nội dung KTĐT trong chương trình đào tạo. Trao đổi, thảo

luận một số phương pháp và biện pháp đã được các GV sử dụng.

- Trao đổi, thảo luận với GV tham gia TN về qui trình xây dựng và sử

dụng bài toán TKKT, qui trình giải bài toán TKKT. Qua đó, cùng thống nhất

cách hiểu, cách thức xây dựng bài toán. Thống nhất lựa chọn các nội dung

dạy học có thể triển khai xây dựng và sử dụng bài toán. Xây dựng phương án

kiểm tra đánh giá; biên soạn đề kiểm tra dùng cho cả hai lớp TN và ĐC kèm

hướng dẫn chấm (Phụ lục 05). Các bài kiểm tra chú trọng tới đánh giá khả

năng giải quyết vấn đề người học. Tăng cường đánh giá mức độ phát triển của

TDKT thay vì đánh giá khả năng giải một bài toán cụ thể thuộc kiến thức môn

học. Ngoài đánh giá khả năng ghi nhớ kiến thức như thông thường thì còn sử

120

dụng các biện pháp đánh giá sự húng thú, sự yêu thích với kiến thức điện tử,

sự liên hệ kiến thức được học với các nội dung dạy học KTĐT của môn Công

nghệ ở phổ thông. Cùng nhau thống nhất cách hiểu về các biểu hiện có thể

quan sát, kiểm đếm được về sự phát riển TDKT ở người học.

- Khảo sát trình độ người học để lựa chọn lớp TN và lớp ĐC sao cho

hai lớp có trình độ tương đương nhau. Việc khảo sát cũng làm căn cứ để đánh

giá tác động sư phạm của sử dụng bài toán TKKT ở lớp TN.

- Lựa chọn nội dung dạy học phù hợp xây dựng và sử dụng bài toán

TKKT sử dụng trong dạy học. Trao đổi với GV thực nghiệm về mục đích

thực nghiệm sư phạm, kế hoạch dạy học cũng như tiến trình dạy học có sử

dụng bài toán TKKT được thể hiện trong giáo án TN. Đồng thời phân tích

những điểm 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 thực nghiệm sư

phạm, lập kế hoạch tổ chức thực nghiệm, 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 và rút kinh nghiệm

Triển khai dạy học ở cả hai lớp ĐC và TN. Sau mỗi bài dạy tổ chức

sinh hoạt chuyên môn rút kinh nghiệm cho bài tiếp theo. Riêng với lớp TN

còn đánh giá sự hứng thú học tập, khả năng vận dụng kiến thức khi giải quyết

bài toán và chú trọng đánh giá sự phát triển TDKT của người học.

- Sau khi kết thúc bài dạy đã được lên kế hoạch lấy mẫu kiểm nghiệm,

tổ chức cho SV ở cả hai lớp TN và ĐC làm bài kiểm tra để đánh giá kết qủa

Chấm bài, lên điểm.

- Với dự án cuối khóa, tổ chức cho SV thực hiện quá trình thiết kế sản

phẩm và báo cáo kết quả thực hiện bài toán. Thu thập thông tin qua biểu hiện

121

người học trong suốt quá trình SV thực hiện giải bài toán TKKT, qua hoạt

động báo cáo kết quả thiết kế và qua cuộc thi thiết kế robot như mô tả trong

(Phụ lục 3, bài toán 26).

- Tổ chức họp với GV dạy hai lớp để thảo luận rút kinh nghiệm về quá

trình thực hiện, về giáo án nói chung và về phương pháp dạy học, bài toán

TKKT, đề kiểm tra, v.v. nói riêng. Đánh giá tác động sư phạm của các bài

toán được sử dụng trong giáo án lớp TN v.v.

- 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 thực nghiệm, 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. Triển khai đánh giá kết quả thực nghiệm

Tổng hợp thông tin để đánh giá: Để có được thông tin hữu ích khi

đánh giá, chúng tôi tiến hành thu thập và xử lý sơ bộ tập dữ liệu sau lấy

mẫu. Tiến hành chấm bài kiểm tra, tổng hợp điểm. Loại bỏ nhiễu có thể tác

động tới kết quả bài kiểm tra, loại bỏ hoặc lấy lại các mẫu dữ liệu chưa đạt.

Tổng hợp dữ liệu có ích thu được bằng quan sát thông qua đối chiếu dữ liệu

được lấy mẫu với các dấu hiệu, chỉ báo, biểu hiện cụ thể của người học đã

được đề xuất.

- Đánh giá qua quan sát: Dựa trên tập dữ liệu mô tả dấu hiệu, biểu hiện

người học có được do quan sát quá trình học tập, các hoạt động giải bài toán

TKKT dựa trên qui trình TKKT; Đánh giá mức độ hứng thú, khả năng vận

dụng kiến thức để giải quyết vấn đề. Cách thức, phương pháp giải các bài

toán của SV khi đứng trước yêu cầu đặt ra. Quan sát các biểu hiện của sự phát

triển TDKT ở người học trong hoạt động học tập khi giải bài toán.

- Đánh giá qua kết quả bài kiểm tra: Dựa trên bảng tổng hợp dữ liệu

kết quả chấm điểm các bài kiểm tra. Sử dụng các công cụ toán học thống kê

122

để biểu diễn và trực quan hóa dữ liệu. Trên cơ sở đó có thể đưa ra các dự

đoán, đánh giá khá chính xác về mức độ nhận thức, khả năng tiếp thu và vận

dụng kiến thức ở người học.

- Đánh giá sản phẩm: Đánh giá dựa trên dữ liệu có được từ các sản

phẩm học tập do SV tạo ra khi giải bài toán TKKT (các bản vẽ kĩ thuật; sơ đồ

nguyên lý, lắp đặt mạch điện; các kết quả phân tích mô phỏng mạch điện; các

mạch điện được lắp đặt trên bo mạch thử nghiệm). Tổ chức cho SV báo cáo

sản phẩm thiết kế cuối khóa (Sumo Robot).

- Đánh giá qua GV tham gia TN: Dựa trên tổng hợp thông tin từ quá

trình trao đổi, lấy ý kiến nhận xét của GV tham gia TN; phỏng vấn hoặc vấn

đáp trực tiếp với SV trong quá trình TN. Đánh giá tính hiệu quả và khả thi của

việc xây dựng và sử dụng bài toán TKKT, mức độ khả thi và tính hiệu quả

của một số bài toán đề xuất.

Đánh giá định tính và định lượng kết quả thực nghiệm: Phân tích

dữ liệu để đưa ra nhận định, đánh giá chung, khái quát về ưu nhược điểm

cũng như tính khả thi và hiệu quả của việc sử dụng bài toán TKKT. Sử dụng

các công cụ thống kê toán học để đánh giá định lượng các kết quả thu được

nhằm so sánh khả năng tiếp thu bài và mức độ phát triển TDKT của SV ở lớp

TN và ĐC. Trên cơ sở đó, kiểm tra tính đúng đắn giả thuyết khoa học.

3.2.3. Kết quả kiểm nghiệm đánh giá

3.2.3.1. Kết quả đánh giá định tính

Đựa trên kết quả tổng hợp thông tin khi tiến hành TN sư phạm từ các

nguồn: dự giờ trên lớp, trao đổi với GV và thảo luận rút kinh nghiệm sau giờ

dạy TN; phân tích định tính các bài kiểm tra, phân tích biểu hiện người học

qua dựa án cuối khóa. Có thể khái quát hóa và rút ra một số nhận định sau.

123

Đánh giá chung: Với cùng sự chuẩn bị kĩ lưỡng và đảm bảo đầy đủ

các điều kiện dạy học, giữa lớp ĐC và TN có một số điểm chú ý.

- Ở lớp ĐC, các vấn đề về KTĐT vẫn được triển khai như một câu hỏi,

bài tập kĩ thuật thông thường nên SV chưa thực sự hứng thú khi tiếp nhận yêu

cầu giải bài toán. Phần đông, SV đã ghi nhớ và tái hiện được kiến thức nhưng

chưa biết cách vận dụng kiến thức vào một điều kiện, bối cảnh cụ thể trong

thực tiễn. Do vậy, người học chưa phát huy được khả năng tư duy độc lập,

sáng tạo.

- Ở lớp TN, GV giảng dạy như bình thường nhưng khi triển khai các

vấn đề, bài tập kĩ thuật dưới góc độ bài toán TKKT đã khiến cho SV không

chỉ ghi nhớ được kiến thức mà còn cảm thấy rất húng thú khi thấy được kiến

thức môn học có ý nghĩa, có ứng dụng trong thực tiễn. Đặc biệt, khi hướng

dẫn người học giải bài toán TKKT thông qua qui trình TKKT, SV thường đưa

ra được phương án thiết kế rất thú vị, đặc sắc, có nhiều phương án nằm ngoài

sự chuẩn bị của GV. Điều đó chứng tỏ, bài toán TKKT đã có tác động đến

tâm thế, phong cách học tập của người học. Đã giảm đi yếu tố trừu tượng, khó

tiếp cận của kiến thức môn học, thay vào đó là cách tiếp nhận và giải quyết

bài toán như là một nhu cầu tìm hiểu tự nhiên của người học.

- Thông tin từ quá trình dự giờ, phỏng vấn và trao đổi với GV, SV ở

lớp TN cho thấy; ban đầu, SV thường khá lúng túng khi áp dụng qui trình

TKKT vào giải quyết bài toán, đặc biệt trong khâu xác định vấn đề và đưa ra

các phương án giải quyết. Tuy nhiên, thông qua các câu hỏi gợi mở và sự

hướng dẫn của GV, SV đã nắm bắt được vấn đề và có thể đưa ra được phương

án giải quyết thích hợp.

- Phân tích, tổng hợp kết quả các bài kiểm tra ở cả hai lớp TN và ĐC có

nhận định như sau: Các bài kiểm tra được xây dựng đều bao gồm hai câu hỏi

124

(Phụ lục 5): Câu 1 (4 điểm - mức độ tái hiện kiến thức) và Câu 2 (6 điểm -

Số bài

Biểu đồ phổ điểm bài kiểm tra

m ể i đ t ạ đ i à b ó S

35 30 25 20 15 10 5 0

9 10 Điểm

TN ĐC

Điểm 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

TN 0 0 0 2 13 22 31 18 8 2

ĐC 1 6 19 19 20 17 12 4 0 0

Hình 3.1. Biểu đồ phân bố điểm kiểm tra

vận dụng sáng tạo để giải quyết bài toán TKKT).

Với cả hai lớp TN và ĐC, điểm số các bài kiểm tra nằm trong phổ điểm

từ 1 đến 10 điểm nhưng số bài đạt điểm 7 trở lên lại phân bổ nhiều hơn ở lớp

TN. Điều này chứng tỏ bài toán TKKT đã bước đầu có tác động tích cực tới

quá trình nhận thức, sự hình thành và phát triển NLKT, TDKT của SV.

- Phân tích, tổng hợp các biểu hiện của người học qua dự án cuối khóa

(dưới hình thức một cuộc thi sáng tạo robot) có nhận định sau: Trong quá

trình giải bài toán và tham gia cuộc thi, SV thường phải phối hợp nhiều hoạt

động thiết kế, vẽ sơ đồ nguyên lý, lắp đặt, thử nghiệm mạch điện, v.v. lại

được triển khai dưới dạng bài toán TKKT nên đa phần SV cảm thấy rất hứng

thú, vui vẻ; lớp học rất sôi nổi, không cón sự lo âu khi GV yêu cầu giải

quyết một vấn đề kĩ thuật. Không gian lớp học được mở rộng ra ngoài thực

tiễn khiến SV thấy rõ được tiềm năng của KTĐT. Tổng hợp đánh giá biểu

hiện phát triển TDKT theo các mức (Phụ lục 3 – Bài toán 26) được thể hiện

trong Hình 3.2.

125

Biểu đồ so sánh biểu hiện

60 40 20 0

Mức 1 Mức 2 Mức 3 Mức 4

TN ĐC

Hình 3.2. biểu đồ so sánh biểu hiện phát triển TDKT qua dự án cuối khóa

So với lớp ĐC, ở lớp TN do đã được làm quen với bài toán TKKT

nên trong quá trình thiết kế, SV có khả năng phát hiện vấn đề tốt hơn, đưa

ra được nhiều hơn các phương án thiết kế. Có thể sử dụng một cách rất linh

hoạt các công cụ phân tích, mô phỏng và hỗ trợ thiết kế. Đặc biệt, SV ở lớp

TN có khả năng phát hiện và tận dụng rất tốt cơ hội sáng tạo trong cả qui

trình thiết kế và chế tạo sản phẩm. Đây là những biểu hiện rõ về sự phát

triển NLKT, TDKT ở SV.

Tổng kết: Đánh giá một cách định tính giữa lớp ĐC và TN, giữa triển

khai các vấn đề kĩ thuật theo cách hiện hành và dưới góc độ bài toán TKKT.

SV ở lớp TN đã có một số sự thay đổi sau:

- Người học có thái độ tích cực khi tiếp nhận và giải quyết vấn đề.

- Dần hình thành thói quen giải quyết vấn đề một cách khoa học, hiệu

quả dựa trên khả năng đánh giá, lập luận chặt chẽ và TDKT sáng tạo.

- Đã phát triển được một số kĩ năng thiết kế điện tử.

- Về mặt dạy học, các giáo án sau khi được bổ sung các bài toán TKKT

có tác động tích cực, tạo sự hứng thú với SV trong các giờ học. 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, công

việc này giúp tăng tính sáng tạo sau mỗi bài giảng của giáo viên. Cũng là

phương pháp hiệu quả phát triển các kĩ năng giải quyết vấn đề của GV.

126

Nhìn chung, bài toán TKKT khi được sử dụng đã tạo cơ hội cho SV

vận dụng những kiến thức cơ bản về KTĐT vào thực tiễn. Người học phát

triển được năng lực giải quyết vấn đề; NLKT nói chung, TDKT nói riêng.

Tăng mức độ thành thạo của các thao tác tư duy và thao tác vật chất. Ban đầu

đã phát triển được các kĩ năng cơ bản về TKKT.

3.2.3.2. Kết quả đánh giá định lượng

Sau mỗi vòng lấy mẫu kiểm nghiệm qua bài kiểm tra, tiến hành chấm

bài, lên điểm và xử lý sơ bộ dữ liệu điểm. Thao tác với dữ liệu điểm bằng

phương pháp thống kê toán học và biểu diễn, trực quan hóa dữ liệu bằng công

cụ Excel. Kết quả đánh giá dựa trên số liệu mỗi vòng như sau.

a) Đánh giá định lượng thực nghiệm sư phạm vòng 1

 Kết quả xử lý

- Lập bảng nhân phối Fi:

Lớp

TN1

ĐC1

Bảng 3.3. Số người học đạt điểm xi

Căn cứ vào các giá trị trong Bảng 3.3, giá trị trung bình cộng của lớp

ĐC1 và TN1 được xác định như sau:

𝑋Đ(cid:3004)(cid:2869) = 4,7; 𝑋(cid:3021)(cid:3015)(cid:2869) = 6,5

- Lập bảng phân phối fi:

Lớp

TN1

0% 0% 0%

15% 33%

29%

13%

6% 0%

ĐC1

0% 4% 24%

20% 22% 12%

14%

0% 0%

Bảng 3.4. Số % người học đạt điểm xi

- Lập bảng tần suất hội tụ fa:

127

Lớp N

TN1 48 100% 100% 100% 100% 96%

81%

48%

19% 6% 0%

ĐC1 49 100% 100% 96%

71%

51%

29%

16%

0% 0%

Bảng 3.5. Số % người học đạt điểm xi trở lên

Từ các số liệu trên có thể vẽ được đường tần suất và tần suất hội tụ tiến

35%

30%

25%

20%

15%

10%

TN1

ĐC1

của hai lớp ĐC1 và TN1 như trên Hình 3.3 và 3.4.

120%

100%

80%

60%

40%

20%

TN1

ĐC1

Hình 3.3. Đồ thị tần suất vòng 1

Hình 3.4. Đồ thị tần suất hội tụ tiến vòng 1

128

Tính phương sai và kiểm định T-Test độc lập với 2 lớp TN1 và ĐC1

sau tác động của Vòng 1. Các thông số và giá trị kiểm định được xử lí bằng

Exel và được thống kê tại Bảng 3.6.

Nhóm TNSP

Thông số/Giá trị

TN1

ĐC1

Số lượng SV

Giá trị điểm trung bình (mean)

6,5

4,7

Trung vị (median)

Yếu vị (mode)

Phương sai (Variance)

1,45

2,36

Giá trị p (T-Test)

0,000

Bảng 3.6. Bảng mô tả các thông số và giá trị trong kiểm định T-Test qua TNSP vòng 1

Từ Bảng 3.6 cho thấy giá trị p trong kiểm định T – Test nhỏ hơn 0,05,

do đó có sự khác biệt mang ý nghĩa thống kê về giá trị điểm trung bình của

hai lớp TN1 và ĐC1, lớp TN có kết quả tốt hơn.

 Đánh giá kết quả của tác động sư phạm sau vòng 1

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

cho thấy kết quả học tập của lớp TN1 cao hơn lớp ĐC1, cụ thể như sau.

- 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.

- Qua đường tần suất có thể nhận thấy tỉ lệ người học đạt điểm kiểm tra

khá, giỏi của lớp TN1 cao hơn lớp ĐC1. Điều này chứng tỏ bài toán TKKT đã

có sự tác động đối với khả năng nắm vững và vận dụng sáng tạo kiến thức của

người học. Người học không chỉ ghi nhớ kiến thức để giải bài toán đặt ra mà

129

bước đầu đã biết vận dụng kiến thức một cách linh hoạt, hiệu quả; có thể đưa

ra nhiều phương án để giải quyết vấn đề, đã có sự thay đổi tích cực theo

hướng phát triển TDKT hơn là giải quyết một vấn đề, bài tập cụ thể.

b) Đánh giá định lượng thực nghiệm sư phạm vòng 2

 Kết quả xử lý

- Lập bảng phân phối Fi:

Lớp

TN2

ĐC2

Bảng 3.7. Số người học đạt điểm xi

Căn cứ vào các giá trị trong Bảng 3.7, giá trị trung bình cộng của lớp

ĐC2 và TN2 được xác định như sau:

𝑋Đ(cid:3004)(cid:2870) = 4,8; 𝑋(cid:3021)(cid:3015)(cid:2870) = 7,2

Lập bảng phân phối fi:

Lớp

TN2

0% 0%

13% 13% 35% 25% 10% 4%

ĐC2

8% 14% 18% 18% 22% 10% 6%

Bảng 3.8. Số % người học đạt điểm xi

Lập bảng tần suất hội tụ fa:

Lớp N

100

ĐC

100

98%

90%

76%

57%

Bảng 3.9. Số % người học đạt điểm xi trở lên

130

Từ các số liệu trên có thể vẽ được đường tần suất và tần suất hội tụ tiến

40%

35%

30%

25%

20%

15%

10%

TN2

ĐC2

của hai lớp ĐC2 và TN2 như trên Hình 3.5 và 3.6.

120%

100%

80%

60%

40%

20%

TN2

ĐC2

Hình 3.5. Đồ thị tần suất vòng 2

Hình 3.6. Đồ thị tần suất hội tụ tiến vòng 2

Tính phương sai và kiểm định T-Test độc lập với 2 lớp TN2 và ĐC2

sau tác động của Vòng 2. Các thông số và giá trị kiểm định được xử lí bằng

Excel và được thống kê tại Bảng 3.10.

131

Thông số/Giá trị

TN2 48 7,2 7 7 1,66

Nhóm TNSP ĐC2 49 4,8 5 6 3,03

Số lượng SV Giá trị điểm trung bình (mean) Trung vị (median) Yếu vị (mode) Phương sai (Variance) Giá trị p (T-Test)

0,000

Bảng 3.10. Bảng mô tả các thông số và giá trị trong kiểm định T-Test qua TNSP vòng 2

Từ Bảng 3.10 cho thấy giá trị p trong kiểm định T – Test nhỏ hơn 0,05,

do đó có sự khác biệt mang ý nghĩa thống kê về giá trị điểm trung bình của

hai nhóm TN2 và ĐC2, lớp thực nghiệm có kết quả tốt hơn; đặc biệt, tốt hơn

so với thực nghiệm vòng 1.

Đánh giá kết quả của tác động sư phạm sau vòng 2

Căn cứ vào kết quả xử lý số liệu theo phương pháp thống kê toán học

cho thấy kết quả học tập của lớp TN2 cao hơn lớp ĐC2, cụ thể như sau:

- 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.

- Qua đường tần suất có thể nhận thấy tỉ lệ người học đạt điểm kiểm tra

khá, giỏi của lớp TN2 cao hơn lớp ĐC2 và đồng thời có xu hướng cao hơn kết

quả Vòng 1. Điều này chứng tỏ, thông qua bài toán TKKT SV đã có thái độ

tích cực và chủ động hơn trong học tập. Bước đầu người học đã nắm được

bản chất và trình tự các bước của qui trình TKKT, vận dụng nó trong giải các

bài toán TKKT. Việc thường xuyên phải giải quyết các vấn đề về KTĐT dưới

132

dạng bài toán TKKT đã hình thành và phát triển ở người học các năng lực

thiết kế cơ bản. SV đã có khả năng phát hiện vấn đề tốt hơn, biết cách vận

dụng và tìm kiếm các nguồn thông tin hữu ích cho giải bài toán. Các thao tác

vật chất và kĩ năng thiết kế điện tử đã được cải thiện. Trong mỗi tình huống,

người học đã đưa ra được nhiều các phương án giải quyết vấn đề. Hình thành

được thói quen cân nhắc thận trọng, phương pháp khoa học trong ra quyết

định lựa chọn phương án phù hợp để giải quyết vấn đề. Đặc biệt, bước đầu đã

hình thành ở SV nhu cầu cần phải: “làm mới, làm khác”, “làm nhanh và hiệu

quả hơn”. Đây cũng chính là biểu hiện của sự sáng tạo ở người học.

Thông qua kết quả các vòng TN đánh giá định lượng và định tính. Một

lần nữa có thể nhận định, việc xây dựng và sử dụng bài toán TKKT là hoàn

toàn đảm bảo tính khả thi. Bài toán TKKT đã giúp người học không chỉ nắm

vững kiến thức môn học mà còn vận dụng kiến thức một cách linh hoạt, sáng

tạo vào giải quết một vấn đề kĩ thuật từ thực tiễn. Điều này cũng cho thấy, bài

toán TKKT đã có tác động tích cực tới sự hình thành và phát triển NLKT và

TDKT của người học.

Một số SV nổi trội, đam mê và yêu thích về KTĐT đã mạnh dạn trao đổi

với GV về sự quan sát và trải nghiệm trong cuộc sống, cách mà họ phát hiện vấn

đề trong đó và dự định dùng KTĐT để giải quyết. Đây là biểu hiện cho thấy,

năng lực TKKT, khả năng sáng tạo đã được hình thành và phát triển ở người

học. SV không những có thể giải được bài toán mà bước đầu biết cách tự xây

dựng bài toán. Điều này là rất cần thiết trong hoạt động nghề nghiệp tương lai.

3.3. KIỆM NGHIỆM ĐÁNH GIÁ BẰNG PHƯƠNG PHÁP CHUYÊN GIA

3.3.1. Nội dung và tiến trình thực hiện

a) Nội dung

Đây là phương pháp nghiên cứu định tính có thể thu thập được nhiều

thông tin trong một thời gian ngắn, thông qua việc huy động sự tham gia góp

133

ý của các chuyên gia có nhiều kinh nghiệm giảng dạy và nghiên cứu trong

lĩnh vực KTĐT và giáo dục kĩ thuật, công nghệ.

Tiến hành tổ chức sinh hoạt chuyên môn tại bộ môn Công nghệ Điện –

Điện tử. Sau đó tiến hành phỏng vấn, sử dụng phiếu hỏi; tổng hợp các ý kiến

chuyên gia để xử lý số liệu, thông tin thu được phục vụ đánh giá về mặt định

tính và định lượng kết quả.

Tương tự như với phương pháp TN 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.

b) Tiến trình thực hiện phương pháp sử dụng phiếu hỏi

1) Biên soạn nội dung xin ý kiến chuyên gia. Bao gồm hai nội dung chính

- Biên soạn nội dung xin ý kiến chuyên gia.

- Biên soạn nội dung tóm tắt về bài toán TKKT, qui trình xây dựng và

sử dụng bài toán trong dạy học, bao gồm:

+ Khái quát về bài toán TKKT

+ Khái quát về qui trình xây dựng và sử dụng bài toán TKKT.

+ Một số bài toán TKKT cơ bản đã xây dựng.

+ Minh họa xây dựng và sử dụng bài toán trong dạy học KTĐT.

- Lập danh sách chuyên gia: Chuyên gia được xin ý kiến ở đây là

những GV, nhà nghiên cứu, giảng dạy về giáo dục kĩ thuật, KTĐT ở các

trường đại học, cao đẳng, viện nghiên cứu như: ĐH sư phạm Hà Nội, Đại học

– Cao đẳng FPT, Cao đảng nghề Cơ điện Hà Nội.

- Gửi phiếu xin ý kiến chuyên gia, gặp trực tiếp phỏng vấn một số

chuyên gia.

- Xin phiếu, xử lý kết quả (phân tích, tổng hợp ý kiến chuyên gia)

- Chỉnh sửa, hoàn thiện các qui trình xây dựng, sử dụng bài toán

TKKT, qui trình giải bài toán; chỉnh sửa, hoàn thiện các bài toán đã xây dựng

theo góp ý cụ thể của chuyên gia.

134

3.3.2. Kết quả kiểm nghiệm đánh giá

3.3.2.1. Đánh giá định tính

Sau khi tổng hợp thông tin từ nhiều nguồn: trao đổi, thảo luận, phỏng

vấn trực tiếp với nhiều chuyên gia; qua kết quả khảo sát trên các phiếu khảo

sát xin ý kiến chuyên gia, có thể rút ra một số nhận định sau:

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

phần KTĐT trong chương trình đào tạo SPCN.

- 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. Các

GV cho rằng, người học đã có những biểu hiện phát triển TDKT.

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

dụng đối với nhiều đối tượng kĩ thuật.

- Quá trình xây dựng bài toán rất công phu đòi hỏi GV 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.

3.3.2.2. Đánh giá định lượng

Kết quả đánh giá định lượng được tổng hợp từ các phiếu xin ý kiến

chuyên gia được trình bày trong Bảng 3.11.

Ý kiến đánh giá

Ghi

Nội dung xin ý kiến

chú

Tốt Khá TB Kém

1 Về qui trình xây dựng bài toán

1. Đánh giá chung về cấu trúc bài toán

2. Đánh giá chung về qui trình xây dựng

bài toán

Bảng 3.11. Tổng hợp kết quả phiếu điều tra

135

Ý kiến đánh giá

Ghi

Nội dung xin ý kiến

chú

Tốt Khá TB Kém

3. Đánh giá tính logic các bước trong qui

trình xây dựng bài toán.

4. Đánh giá về khả năng ứng dụng qui

trình trong xây dựng bài toán TKKT nói

chung.

2 Về qui trình sử dụng bài toán

1. Đánh giá chung về qui trình sử dụng

bài toán.

2. Đánh giá chung về tính logic các bước

trong qui trình sử dụng bài toán.

3. Đánh giá về sự phù hợp của việc sử

dụng qui trình TKKT trong hướng dẫn

giải bài toán.

4. Đánh giá về khả năng ứng dụng qui

trình sử dụng bài toán trong TKKT nói

chung.

3 Về chất lượng, tính khả thi của một số bài toán đã xây dựng

1. Đảm bảo tính chính xác về khoa học,

kĩ thuật.

2. Có độ phủ về kiến thức giải quyết vấn

đề bài toán với nội dung dạy học.

3. Tính hấp dẫn của bải toán khi gắn với

yêu cầu giải quyết vấn đề thực tiễn.

4. Tác dụng của bài toán với việc nâng

cao chất lượng dạy học.

4 Về mục đích sử dụng bài toán

136

Ý kiến đánh giá

Ghi

Nội dung xin ý kiến

chú

Tốt Khá TB Kém

1. Bài toán TKKT phù hợp sử dụng

trong khâu luyện tập, vận dụng.

2. Bài toán phù hợp sử dụng trong khâu

kiểm tra đánh giá.

3. Bài toán phù hợp sử dụng trong các

hoạt động trải nghiệm thiết kế kĩ thuật.

5 Về vai trò, hiệu quả của bài toán thiết kế kĩ thuật

1. Sử dụng bài toán TKKT sẽ góp phần

phát triển TDKT người học.

2. Sử dụng bài toán TKKT sẽ tạo sự

hứng thú học tập cho người học.

3. Sử dụng bài toán TKKT trong dạy học

sẽ góp phần phát triển năng lực giải

quyết vấn đề và TDST ở người học Từ bảng tổng hợp kết quả trên, có thể rút ra một số kết luận như sau:

- Các qui trình xây dựng, 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, khả thi và hiệu quả.

- Việc sử dụng bài toán TKKT đem lại hiệu quả tích cực trong dạy học,

góp phần nâng cao chất lượng đào tạo.

- Việc sử dụng bài toán TKKT trong dạy học đã mang lại hứng thú cho

người học, giúp người học phát triển NLKT nói chung, TDKT nói riêng; phát

triển ở SV năng lực giải quyết vấn đề, vận dụng sáng tạo kiến thức môn học

vào thực tiễn cuộc sống.

137

- 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.

- Nhìn chung, các chuyên gia đều cho rằng các bài toán TKKT đảm bảo

tính khoa học, có vai trò phát triển NLKT nói chung, TDKT nói riêng. Góp

phần đổi mới hình thức, phương pháp dạy học: dạy học dựa trên các vấn đề

thực tiễn, gắn kết chương trình đào tạo giáo viên Công nghệ với giáo dục phổ

thông, và rất có ý nghĩa đối với những GV trẻ.

- Cùng với kết quả thu được từ TN sư phạm, những ý kiến góp ý của

các chuyên gia đã giúp tác giả hoàn thiện các qui trình xây dựng, qui trình sử

dụng, qui trình giải bài toán; chỉnh sửa, hoàn thiện các bài toán đã đề xuất; bổ

sung làm phong phú hệ thống các bài toán TKKT trong dạy học KTĐT.

138

Kết luận Chương 3

Dựa trên các kết quả nghiên cứu lí luận, khảo sát thực trạng và từ thực tiễn

dạy học KTĐT trong đào tạo giáo viên ngành SPCN. Đề tài đã tiến hành nghiên

cứu và đề xuất một số nội dung dạy học về KTĐT phù hợp để triển khai xây

dựng và sử dụng bài toán TKKT. Tổ chức kiểm nghiệm tính đúng đắn của giả

thuyết khoa học; tính khoa học và hiệu quả dạy học của các qui trình và bài toán

đã đề xuất. Quá trình kiểm nghiệm sử dụng phương pháp thực nghiệm sư phạm

và phương pháp chuyên gia. Qua kiểm nghiệm có thể rút ra một số nhận định

sau về bài toán TKKT:

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.

139

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 với số lượng chuyên gia được tham khảo ý kiến chưa nhiều, lượng

mẫu kiểm nghiệm trong TN sư phạm còn hạn chế. Nhưng dựa trên kết quả

tích cực từ quá trình kiểm nghiệm 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 qui trình, các bài toán đề xuất của đề tài được đa số các chuyên gia

và GV tham gia TN đồng tình và đánh giá cao.

140

KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ

1. Kết luận chung

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.

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.

141

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 NLKT nói

chung, năng lực TKKT và TDKT nói riêng 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

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:

142

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.

143

DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ

CÓ LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN ÁN

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.

144

TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tài liệu tiếng Việt

[1]. M. Alêcxêep, V. Onhisuc, M. Crugliăc, V. Zabôtin, X. Vecxcle, (Hoàng

Yến dịch), (1976), Phát triển tư duy học sinh, NXB Giáo dục, Hà Nội.

[2]. Ban Chấp hành Trung ương Đảng (2013), Nghị quyết 29-NQ/TW về

"đổi mới cơ bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, đáp ứng yêu cầu công

nghiệp hóa, hiện đại hóa trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng

xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế.

[3]. Batưsep X.Ia (1982), Cơ sở giáo dục học nghề nghiệp, NXB Công

nhân kỹ thuật, Hà Nội.

[4]. Nguyễn Lăng Bình, Cao Thị Thặng, Đỗ Hương Trà, Nguyễn Phương

Hồng (2010), Dạy học tích cực – Các phương pháp kỹ thuật dạy học,

Dự án Việt - Bỉ, NXB Đại học Sư phạm Hà Nội.

[5]. Nguyễn Văn Bính, Trần Sinh Thành, Nguyễn Văn Khôi (1999),

Phương pháp dạy học Kĩ thuật công nghiệp, tập 1 – phần đại cương,

NXB Giáo dục , Hà Nội.

[6]. Nguyễn Văn Bính Nguyễn Văn Khôi (2008), Phương pháp luận nghiên

cứu sư phạm kĩ thuật, NXB Đại học sư phạm, Hà Nội.

[7]. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2018), Chương trình giáo dục phổ thông

2018- Chương trình tổng thể.

[8]. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2018), Chương trình giáo dục phổ thông

2018- Chương trình môn Công nghệ.

[9]. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2019), Tìm hiểu chương trình môn Công

nghệ, Chương trình giáo dục phổ thông mới.

[10]. Bộ Giáo dục và Đào tạo (2020), Triển khai thực hiện giáo dục STEM

trong giáo dục trung học, Công văn 3089/BGDĐT-GDTrH, ngày

14/8/2020.

145

[11]. Chính phủ (2012), Chiến lược phát triển giáo dục 2011-2020, Quyết

định 771/QĐ-TTg.

[12]. Nguyễn Văn Cường Bernd Meier (2014), Lí luận dạy học hiện đại. Cơ

sở đổi mới mục tiêu, nội dung và phương pháp dạy học", NXB Đại học

sư phạm, Hà Nội.

[13]. Nguyễn Văn Cường Bernd Meier (2005), Phát triển năng lực thông

qua phương pháp và phương tiện dạy học mới, Tài liệu tập huấn dự án

phát triển giáo dục THPT.

[14]. Trần Quốc Cường (2017), Bài toán chẩn đoán kĩ thuật và vận dụng

trong dạy học nghề Điện tử dân dụng, Luận án tiến sĩ, Đại học Sư

phạm Hà Nội.

[15]. Hồ Thị Dung (2013), Thiết kế và sử dụng hệ thống bài tập trong dạy

học học phần giáo dục học ở trường đại học, Luận án tiến sĩ, Viện

Khoa học Giáo dục Việt Nam.

[16]. Đại học Sư phạm Hà Nội (2019), Chuẩn đầu ra của chương trình đào

tạo SP Công nghệ, Đại học Sư phạm Hà Nội, Hà Nội.

[17]. Đại học Sư phạm kĩ thuật Vinh (2018), Chương trình đào tạo giáo viên

Sư phạm Công nghệ trình độ Đại học, Nghệ An.

[18]. Đại học Sư phạm kĩ thuật Vĩnh Long (2018), Chương trình đào tạo

ngành Sư phạm Công nghệ, Vĩnh Long.

[19]. Vũ Cao Đàm (1999), Phương pháp luận nghiên cứu khoa học, NXB

Khoa học Kĩ thuật, Hà Nội.

[20]. Trần Khánh Đức cùng cộng sự (2022), Khoa học tư duy và phát triển

năng lực tư duy khoa học trong giáo dục và đào tạo, NXB Đại học

Quốc Gia Hà Nội.

[21]. Encyclopædia Britannica (2014), Từ điển Bách khoa Britannica, NXB

Giáo dục Việt Nam

146

[22]. Trần Tuấn Hải (2012), Xây dựng và sử dụng bài toán chẩn đoán kĩ

thuật trong dạy học môn “Động cơ ô tô” tại trường Trung cấp nghề

Giao thông vận tải Hải Phòng, Luận văn thạc sĩ, Đại học Sư phạm Hà

Nội, Hà Nội.

[23]. Đỗ Thị Thúy Hằng (2006), Xây dựng và sử dụng bài toán nhận thức

nhằm phát huy tính tích cực trong dạy học những nội dung liên quan

đến phản ứng ôxi hóa - khử ở trường phổ thông, Luận án tiến sĩ, Viện

Chiến lược và Chương trình giáo dục, Hà Nội.

[24]. Ngô Văn Hoan (2013), Phát triển năng lực kĩ thuật cho học sinh phổ

thông trong dạy học công nghệ 12, Luận án tiến sĩ, Trường Đại học Sư

phạm, Hà Nội.

[25]. Lê Huy Hoàng (Chủ biên), Đồng Huy Giới, Nhữ Thị Việt Hoa, Nguyễn

Thị Thanh Huyền, Nguyễn Trọng Khanh, Nguyễn Văn Khôi, Nguyễn

Thị Mai Lan, Đặng Văn Nghĩa, Vũ Thị Ngọc Thúy (2018), Dạy học

phát triển năng lực môn Công nghệ trung học phổ thông, NXB Đại học

Sư phạm, Hà Nội.

[26]. Nguyễn Thị Thanh Huyền (2018), Thiết kế và sử dụng bài toán phân

tích kĩ thuật trong dạy học động cơ đốt trong, ô tô cho sinh viên Sư

phạm kĩ thuật, Luận án tiến sĩ, Đại học Sư phạm, Hà Nội.

[27]. Đặng Thành Hưng (2012), Năng lực và giáo dục theo tiếp cận năng lực,

Tạp chí Quản lí giáo dục, Số 43 tháng 12/2012.

[28]. Nguyễn Trọng Khanh (2001), Xây dựng và sử dụng bài toán kĩ thuật

nhằm nâng cao chất lượng dạy học môn kĩ thuật công nghiệp lớp 11

trung học phổ thông, Luận án tiến sĩ, Đại học Sư phạm Hà Nội, Hà Nội.

[29]. Nguyễn Trọng Khanh (2011), Phát triển năng lực và tư duy kĩ thuật,

NXB Đại học Sư phạm, Hà Nội.

147

[30]. Nguyễn Văn Khôi (1996), Phương pháp tiếp cận công nghệ và vận

dụng vào giảng dạy chương trình kĩ thuật công nghiệp phổ thông, Luận

án Phó tiến sĩ khoa học Sư phạm - Tâm lí, Đại học Sư phạm Hà Nội,

Hà Nội.

[31]. Nguyễn Văn Khôi (2001), Một số vấn đề cơ bản về lí luận dạy học thực

hành kĩ thuật, NXB Giáo dục, Hà Nội.

[32]. Nguyễn Văn Khôi (2005), Lí luận dạy học công nghệ, NXB Đại học sư

phạm, Hà Nội.

[33]. Nguyễn Văn Khôi (2013), Lí luận dạy học thực hành kĩ thuật, NXB Đại

học sư phạm, Hà Nội.

[34]. Nguyễn Văn Khôi (2016), Tập bài giảng Thiết kế và Công nghệ, Bài

giảng cho sinh viên khoa Sư phạm Kĩ thuật, Trường Đại học Sư phạm,

Hà Nội.

[35]. Phạm Văn Khôi – Chủ biên (2009), Từ điển kĩ thuật công nghệ - dùng

cho học sinh, sinh viên, NXB Giáo dục Việt Nam, Hà Nội.

[36]. Nguyễn Thị Mai Lan (2019), Dạy học định hướng phát triển năng lực

sáng tạo kĩ thuật cho sinh viên sư phạm kĩ thuật, Luận án tiến sĩ, Đại

học Sư phạm Hà Nội, Hà Nội.

[37]. Trần Thị Quỳnh Loan (2018), "Vận dụng tiếp cận CIPO vào quản lý

dạy học ở trung tâm giáo dục nghề nghiệp, giáo dục thường xuyên theo

hướng xây dựng xã hội học tập", Tạp chí Giáo dục, Số 422 (Kì 2 -

1/2018).

[38]. Vũ Đức Lưu (1994), Dạy học các quy luật di truyền ở phổ thông trung

học bằng hệ thống bài toán nhận thức, Luận án Phó tiến sĩ khoa học Sư

phạm - Tâm lí, Đại học Sư phạm Hà Nội, Hà Nội.

[39]. Đỗ Ngọc Miên (2014), Phát triển một số yếu tố của tư duy sáng tạo cho

học sinh tiểu học, Luận án tiến sĩ, Viện Khoa học Giáo dục Việt Nam.

148

[40]. Nguyễn Thanh Nam (2010), Phương pháp thiết kế kỹ thuật, NXB Đại

học Quốc gia, TP Hồ Chí Minh.

[41]. Đặng Văn Nghĩa (2004), Kĩ thuật số, NXB Đại học Sư phạm, Hà Nội.

[42]. Đặng Văn Nghĩa (2011), "Vận dụng phương pháp sáng tạo khoa học kĩ

thuật nhằm phát triển năng lực kĩ thuật cho sinh viên thông qua dạy học

thực hành kĩ thuật điện tử", Tạp chí Giáo dục 259, tr. 61-62.

[43]. Hoàng Phê – Chủ biên (2003), Từ điển tiếng Việt, NXB Đà Nẵng, Đà Nẵng.

[44]. Đàm Thị Lan Phương (2017), Sử dụng bài toán kĩ thuật trong dạy học

nghề điện dân dụng 11 tại trung tâm giáo dục nghề nghiệp - Giáo dục

thường xuyên, Luận văn thạc sĩ, Đại học Sư phạm Hà Nội, Hà Nội.

[45]. Quốc hội nước CHXHCN Việt Nam, Luật Giáo dục, Luật số:

43/2019/QH14, ngày 14/6/2019, Hà Nội.

[46]. Nguyễn Đức Thành (2017), Phát triển tư duy thuật giải và tư duy kĩ

thuật cho sinh viên Cao đẳng kỹ thuật trong dạy học môn Toán cao

cấp, Luận án tiến sĩ, Viện Khoa học Giáo dục Việt Nam.

[47]. Trần Sinh Thành – Chủ biên (2001), Phương pháp dạy học Kĩ thuật

công nghiệp, tập II, NXB Giáo dục, Hà Nội.

[48]. Đỗ Xuân Thụ (2004), Kĩ thuật điện tử, NXB Giáo dục, Hà Nội.

[49]. Lê Đình Trung (1994), Xây dựng và sử dụng bài toán nhận thức để

nâng cao hiệu quả dạy học phần cơ sở vật chất và cơ chế di truyền

trong chương trình sinh học bậc phổ thông trung học, Luận án Phó tiến

sĩ khoa học Sư phạm - Tâm lí, Đại học Sư phạm Hà Nội, Hà Nội.

[50]. Nguyễn Văn Tuấn (2011), Phương pháp dạy học chuyên ngành kĩ

thuật, Trường Đại học sư phạm, Thành phố Hồ Chí Minh.

[51]. Trần Anh Tuấn (2014), Thiết kế và phát triển sản phẩm, Công ty

TNHH Thương mại và Dịch vụ MESLAB, phiên bản free (và Quyển 1,

Seuul, Korea, 8/2013).

149

[52]. Thái Duy Tuyên (1999), Những vấn đề cơ bản giáo dục học hiện đại,

NXB Giáo dục, Hà Nội.

[53]. Từ điển Bách khoa Việt Nam (1995), quyển 1, NXB Từ điển Bách

khoa, Hà Nội.

[54]. Từ điển Bách khoa Việt Nam (2002), quyển 2, NXB Từ điển Bách

khoa, Hà Nội.

[55]. Từ điển Bách khoa Việt Nam (2003), quyển 3, NXB Từ điển Bách

khoa, Hà Nội.

[56]. Từ điển Bách khoa Việt Nam (2005), quyển 4, NXB Từ điển Bách

khoa, Hà Nội.

[57]. Phạm Ngọc Uyển (1988), Hình thành tư duy kĩ thuật (như là một thành tố

của sự sẵn sàng tâm lí đi vào lao động) cho học sinh phổ thông, Luận án

Phó tiến sĩ tâm lí học, Viện Khoa học Giáo dục Việt Nam, Hà Nội.

[58]. Nguyễn Thuý Vân (2008), Kỹ thuật số, NXB Khoa học và Kĩ thuật, Hà Nội.

[59]. Vũ Thị Thùy Vân (2012), Xây dựng và sử dụng bài toán thiết kế kỹ

thuật trong dạy học môn Kỹ thuật chế tạo máy ở trường Cao đẳng nghề

Công nghiệp Hải Phòng, Luận văn thạc sĩ, Đại học Sư phạm Hà Nội.

[60]. Hoàng Ngọc Vinh (2010), Công nghệ giáo dục kĩ thuật và dạy nghề,

NXB Giáo dục Việt Nam.

[61]. V.A. Xcacun (1977), Hướng dẫn dạy nghề nguội, NXB Công nhân kĩ thuật.

[62]. Nguyễn Như Ý (Chủ biên) - Nguyễn Văn Khang - Phan Xuân Thành

(2008), Đại từ điển tiếng Việt, NXB Đại học Quốc gia, TP. Hồ Chí Minh.

Tài liệu tiếng Anh

[63]. D. T. Allen, Crawford, R. H., & Farmer, C, (2012), "A unique approach

to characterizing the engineering design process", Paper presented at

ASEE Annual Conference & Exposition, San Antonio, Texas. Retrieved

from https://peer.asee.org/20878.

150

[64]. Tamer Shahin Yousef Haik (2011), Engineering Design Process Second

Edition, Global Engineering: Christopher M. Shortt.

[65]. G. S. Altshuller (1985), Creativity as an Exact Science, Gordon and

Breach, New York.

[66]. J. Cagan, Agogino, A. M., (1987), " Innovative Design of Mechanical

Structures from First Principles", AIEDAM 1(3), tr. 169-189.

[67]. Dixon JR (1996), Design Engineering: Inventiveness, Analysis, and

Decision Making, Hardcover-Import.

[68]. Linda C. Schmidt George E. Dieter (2013), Engineering Design,

McGraw-Hill.

[69]. MCGill (2022), Types of Engineering Design, truy cập ngày-2022, tại

trang.

[70]. National Academy of Sciences (1991), Improving Engineering Design:

Designing for Competitive Advantage, The National Academies Press,

Washington, DC.

[71]. National Research Council (1996), National science education

standards, Washington, DC: National Academies Press.

[72]. L. M Nicolai (1998), "Viewpoint: An industry view of engineering

design education", International Journal of Engineering Education.

14(1), tr. 7–13.

[73]. Nikos J Mourtos (2011), "Teaching engineering design skills",

Proceedings, IETEC’11 Conference, Kuala Lumpur, Malaysia,.

[74]. Nikos J. Mourtos (2012), "Defining, Teaching, and Assessing

Engineering Design Skills", International Journal for Quality

Assurance in Engineering and Technology Education.

[75]. Nikos J. Mourtos (2014), "Defining, Teaching, and Assessing

Engineering Design Skills", International Journal for Quality

Assurance in Engineering and Technology Education.

151

[76]. NGSS Lead States (2013), Next generation science standards: for states,

by states, Washington DC: National Academies Press.

[77]. A.F. Osborn (1979), Applied imagination: Principles and procedures of

creative problem-solving.

[78]. G. Pahl, & Beitz, W, (1996), Engineering design: a systematic approach

(2nd ed.), (K. Wallace, L. Blessing & F. Bauert, Trans.). London:

Springer-Verlag (Original work published 1984).

[79]. R.K Penny (1996), Principle of Engineering Design, McGraw-Hill.

[80]. S. H Roh (2014), Creative ideas learning using the engineering design

process, Seoul: Hanbit Academy.

[81]. Shaofeng Liu & Iain M. Boyle (2009), "Engineering design:

perspectives, challenges, andrecent advances", Journal of Engineering

Design, 20:1, 7-19.

[82]. W. A Wulf (2002), "The urgency of engineering education reform",

Journal of SMET Education, 3(3&4), tr. 3–9.

Tài liệu tiếng Nga

[83]. Общадко Б.И Кудрявцев T.B (1975), Особенности технического

мыщления и некоторые пути его развития, M.

PHỤ LỤC

PHỤ LỤC 1: Danh sách chuyên gia tham gia kiểm nghiệm bài toán và

khảo sát thực trạng sử dụng bài toán.

PHỤ LỤC 2A: Phiếu xin ý kiên chuyên gia về thực trạng sử dụng bài

toán TKKT trong dạy học.

PHỤ LỤC 2B: Phiếu xin ý kiên chuyên gia về xây dựng và sử dụng bài

toán thiết kế kĩ thuật trong dạy học.

PHỤ LỤC 03: Biên soạn một số bài toán TKKT dùng trong dạy học kĩ

thuật điện tử.

PHỤ LỤC 04: Giáo án dạy học dùng trong thực nghiệm sư phạm

PHỤ LỤC 05: Xây dựng đề kiểm tra, đánh giá dùng trong thực nghiệm

sư phạm.

PHỤ LỤC 06: Chuẩn đầu ra chương trình đào tạo SPCN.

PHỤ LỤC 07: Chương trình chi tiết một số học phần kĩ thuật điện tử.

1PL

KHẢO SÁT THỰC TRẠNG VÀ KIỂM NGHIỆM BÀI TOÁN

STT

Họ và Tên

Đơn vị

Chuyên ngành

Học hàm, học vị TS

Nguyễn Thế Công

KT điện

ĐHBK Hà Nội

Nguyễn Quốc Cường

PGS.TS KT điện

ĐHBK Hà Nội

ThS

Nguyễn Văn Duy

KT Điện

ĐH Công nghiệp HN

Trịnh Văn Đích

GDH

Bộ GD&ĐT

Trần Khánh Đức

PGS.TS GDH

Viện SPKT-ĐHBK Hà Nội

Nguyễn Thị Hương Giang

GDH

Viện SPKT-ĐHBK Hà Nội

ThS

Nguyễn Thúy Hằng

Điện tử

ĐH Thủy Lợi

Nhữ Thị Việt Hoa

GDH

Khoa SPKT-ĐHSP Hà Nội

Bùi Văn Hồng

PGS.TS GDH

ĐHSPKT TP.HCM

GDH

Vũ Xuân Hùng

Tổng cục GDNN

GDH

Nguyễn Thị Thanh Huyền

Bộ GD&ĐT

Phùng Công Phi Khanh

Điện tử

Khoa SPKT-ĐHSP Hà Nội

Nguyễn Văn Khôi

PGS.TS GDH

Khoa SPKT-ĐHSP Hà Nội

GDH

Nguyễn Thị Mai Lan

Khoa SPKT-ĐHSP Hà Nội

GDH

Vũ Thị Lan

Viện SPKT-ĐHBK Hà Nội

Nguyễn Ngọc Minh

KT Điện

ĐH SPKT Hưng Yên

Nguyễn Hoài Nam

PGS.TS GDH

Khoa SPKT-ĐHSP Hà Nội

Đặng Văn Nghĩa

PGS.TS GDH

Khoa SPKT-ĐHSP Hà Nội

ThS

Trần Minh Nhật

Điện tử

ĐH Sài Gòn

Lê Thanh Nhu

GDH

Viện SPKT-ĐHBK Hà Nội

Cao Hùng Phi

PGS.TS GDH

ĐH SPKT Vĩnh Long

Đặng Việt Phúc

KT Điện

ĐH GT Vận Tải HN

ThS

Nguyễn Hữu Phúc

Điện tử

ĐH Sài Gòn

Bùi Trung Thành

PGS.TS Cơ điện tử

ĐHSP KT Hưng Yên

PHỤ LỤC 1 DANH SÁCH CHUYÊN GIA THAM GIA

2PL

Đặng Văn Thành

GDH

ĐHSPKT TP.HCM

Phạm Ngọc Thắng

PGS.TS Điện tử

ĐHSPKT Hưng Yên

Trương Tấn

ThS

Điện tử

ĐH Sài Gòn

28 Mạc Văn Tiến

PGS.TS GDH

Viện NCKH Dạy nghề

Vũ Thị Ngọc Thúy

ThS

Điện tử

Khoa SPKT-ĐHSP Hà Nội

Lê Thị Quỳnh Trang

GHD

ĐHKTCN-ĐH Thái Nguyên

Nguyễn Tiến Trung

Điện tử

ĐH Điện lực HN

Vũ Cẩm Tú

GDH

Trường ĐHGD, ĐHQG HN

Đỗ Anh Tuấn

PGS.TS KT điện

Viện ƯDCN-Bộ KHCN

Trương Ngọc Tuấn

PGS.TS Cơ-điện

ĐHSP KT Hưng Yên

Nguyễn Thanh Tùng

GDH

ĐH SPKT Vĩnh Long

Phạm Khánh Tùng

KT Điện

Khoa SPKT-ĐHSP Hà Nội

ThS

Võ Thị Như Uyên

GDH

ĐH Công nghiệp Hà Nội

Nguyễn Thị Cẩm Vân

GDH

Đại học Sài Gòn

Nguyễn Đình Việt

Điện tử

ĐH Đông Á

ThS

Nguyễn Quang Việt

GDH

Viện Khoa học GDNN

Nguyễn Thị HoàngYến

ThS

Điện tử

Khoa SPKT-ĐHSP Hà Nội

Ghi chú: Những Thầy/Cô có chữ họ, tên và các thông tin in nghiêng không tham gia

trả lời phiếu khảo sát thực trạng.

3PL

TRONG ĐÀO TẠO GIÁO VIÊN CÔNG NGHỆ

Kính gửi: Đơn vị công tác: Lĩnh vực nghiên cứu, giảng dạy:

……………………… ……………………… ………………………

Thiết kế kĩ thuật là một lĩnh vực rộng và còn nhiều vấn đề cần nghiên cứu. Trong nghiên cứu này, chúng tôi đặt trọng tâm vào cơ sở khoa học của việc triển khai các vấn đề, yêu cầu thiết kế kĩ thuật dưới dạng bài toán thiết kế kĩ thuật và phân loại nó. Qua đó; nghiên cứu, đề xuất việc 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.

Để có những thông tin cần thiết phục vụ nghiên cứu này, chúng tôi rất mong nhận được sự cộng tác, chia sẻ và giúp đỡ của Qúi Cô/Thầy. Các ý kiến của Cô/Thầy rất bổ ích đối với nghiên cứu của chúng tôi và không ảnh hưởng tới tới cá nhân của Cô/Thầy. Xin Quí Cô/Thầy cho biết ý kiến của mình về những nội dung sau: Cô/Thầy vui lòng chia sẻ ý kiến của mình bằng cách khoanh tròn vào các phương

án cho trong mỗi câu hỏi dưới đây. 1. Trong quá trình dạy học, Thầy/Cô đã có những hiểu biết gì về bài toán kĩ thuật?

A. Chưa biết B. Có nghe thấy nói đến C. Đã sử dụng trong dạy học nhưng rất ít D. Đã sử dụng trong dạy học trong trường hợp phù hợp.

2. Trong quá trình dạy học, Thầy/Cô đã có những hiểu biết gì về bài toán thiết kế kĩ thuật?

A. Chưa biết B. Có nghe thấy nói đến C. Đã sử dụng trong dạy học nhưng rất ít D. Đã sử dụng trong dạy học trong trường hợp phù hợp.

3. Trong quá trình dạy học về kĩ thuật điện tử, Thầy/Cô có thường tổ chức cho người học thực hiện hoạt động thiết kế kĩ thuật hay không? A. Ít khi tổ chức vì không đủ thời gian. B. Chỉ tổ chức khi có nội dung dạy học đặc sắc hoặc người học có nhu cầu. C. Chỉ tổ chức với những nội dung dạy học có thực hành. D. Thường xuyên tổ chức khi đáp ứng đủ các điều kiện dạy học.

4. Khi tổ chức cho SV thực hiện hoạt động thiết kế kĩ thuật, Thầy/Cô thường giao nhiệm vụ học tập cho SV dưới hình thức nào?

A. Một bài tập kĩ thuật thông thường. B. Tạo ra một bản vẽ kĩ thuật mạch điện. C. Chế tạo ra một sản phẩm cụ thể. D. Dưới dạng một bài toán (vấn đề) thiết kế kĩ thuật.

5. Nếu có sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật, việc lựa chọn nội dung dạy học xây dựng bài toán Thầy/Cô thường căn cứ vào:

PHỤ LỤC 2A PHIẾU XIN Ý KIẾN VỀ THỰC TRẠNG DẠY HỌC KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ

4PL

A. Kinh nghiệm của bản thân. B. Bài toán thiết kế có sẵn do người khác xây dựng. C. Những nội dung dạy học chứa đựng vấn đề thực tiễn có thể gải quyết bằng thiết kế

kĩ thuật.

D. Bài tập kĩ thuật có tính vận dụng thực tiễn.

6. Khi xây dựng bài toán thiết kế kĩ thuật, Thầy/Cô thường gặp khó khăn với:

A. Lựa chọn nội dung dạy học, phát biểu bài toán. B. Xây dựng kế hoạch dạy học có sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật. C. Chuẩn bị cơ sở vật chất và điều kiện dạy học. D. Mất nhiều thời gian, chuẩn bị công phu.

7. Khi tổ chức cho người học giải quyết vấn đề kĩ thuật (giải bài toán thiết kế kĩ thuật), Thầy/Cô thường hướng dẫn người học:

A. Áp dụng qui trình giải bài tập kĩ thuật thông thường B. Áp dụng qui trình thiết kế kĩ thuật. C. Áp dụng qui trình chế tạo sản phẩm kĩ thuật. D. Áp dụng qui trình giải bài toán nhận thức thông thường

8. Theo Thầy/Cô, qui trình thiết kế kĩ thuật nên được hiểu như thế nào? A. Là qui trình các bước để giải quyết bài toán thiết kế kĩ thuật. B. Là qui trình xây dựng giáo án dạy học về bài toán thiết kế kĩ thuật. C. Là qui trình tạo ra sản phẩm kĩ thuật cụ thể. D. Là qui trình sáng tạo kĩ thuật.

9. Trong quá trình giải bài toán thiết kế kĩ thuật, nếu người học đưa ra phương án giải quyết vấn đề nằm ngoài sự hiểu biết hoặc sự chuẩn bị của Thầy/Cô thì tình huống này nên giải quyết thế nào?

A. Chấp nhận và yêu cầu người học chứng minh. B. Kết luận ngay biện pháp đó không khả thi, yêu cầu tìm phương án khác. C. Khuyến khích, biểu dương nhưng vẫn yêu cầu tìm một phương án khác để giải

quyết.

D. Khuyến khích vì đó là biểu hiện của sự sáng tạo, cùng tìm hiểu, thảo luận để đi đến

thống nhất. 10. Theo Thầy/Cô, bài toán thiết kế kĩ thuật nên áp dụng trong các hình thức dạy học nào?

A. Chỉ áp dụng khi dạy học thực hành B. Dạy lý thuyết và áp dụng trong hoạt động giải bài tập, vận dụng. C. Dạy học tích hợp lý thuyết và thực hành. D. Bài tập lớn hoặc đồ án môn học.

11. Theo Thầy/Cô, để sử dụng bài toán thiết kế kĩ thuật đạt hiệu quả cao trong dạy học Kĩ thuật điện tử thì cần đáp ứng những điều kiện gì? A. Có cơ sở vật chất phục vụ dạy học tốt. B. Có đội ngũ GV tốt. C. Có hệ thống bài toán thiết kế kĩ thuật hấp dẫn và phù hợp với mục tiêu, nội dung

dạy học.

D. Cả ba yêu cầu trên.

5PL

12. Theo Thầy/Cô, ích lợi lớn nhất của bài toán thiết kế kĩ thuật trong dạy học kĩ thuật là gì?

A. Phát triển tư duy kĩ thuật cho người học. B. Phát triển kĩ năng thực hành cho SV C. Tăng cường vận dụng kiến thức vào giải quyết các vấn đề thực tiễn D. Tạo hứng thú và động lực học tập ở người học

Ngoài ý kiến nêu trên, Thầy/Cô cho biết thêm ý kiến của mình về dạy học giải quyết

vấn đề thực tiễn bằng thiết kế kĩ thuật: ............................................................................................................................................. ............................................................................................................................................. .............................................................................................................................................

6PL

THIẾT KẾ KĨ THUẬT TRONG DẠY HỌC KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ

Kính gửi: ………………………......................................................... Theo các nhà nghiên cứu về tư duy kĩ thuật và lý luận dạy học kĩ thuật. Bài toán kĩ thuật có vai trò quan trọng trong việc phát triển năng lực kĩ thuật nói chung, tư duy kĩ thuật nói riêng. Hiện nay, chúng tôi đang nghiên cứu một dạng của bài toán kĩ thuật đó là bài toán thiết kế kĩ thuật. Kết quả nghiên cứu về bài toán sẽ được vận dụng trong dạy học kĩ thuật điện tử cho sinh viện thuộc chương trình đào tạo giáo viên Công nghệ. Để có những thông tin cần thiết phục vụ nghiên cứu này, chúng tôi rất mong nhận được sự nhận xét, chia sẻ và giúp đỡ của Qúi Cô/Thầy. Xin Cô/Thầy vui lòng đọc tư liệu và cho ý kiến bằng cách trả lời câu hỏi dưới đây. Các ý kiến của Cô/Thầy rất bổ ích đối với nghiên cứu của chúng tôi và không ảnh hưởng tới tới cá nhân của Cô/Thầy. 1. Về qui trình xây dựng bài toán, Cô/Thầy vui lòng cho ý kiến của mình về nội dung này bằng cách đánh dấu vào ô tương ứng. Nội dung đánh giá

Mức đánh giá

Tốt Khá

TB K.Đạt

1. Đánh giá chung về cấu trúc bài toán 2. Đánh giá chung về qui trình xây dựng bài toán 3. Đánh giá tính logic các bước trong qui trình xây dựng bài toán. 4. Đánh giá về khả năng ứng dụng qui trình trong xây dựng bài toán thiết kế kĩ thuật nói chung

Ý kiến khác về 4 nội dung trên: .................................................................................. 2. Về qui trình sử dụng bài toán, Cô/Thầy vui lòng cho ý kiến của mình về nội dung này bằng cách đánh dấu  vào ô tương ứng. Nội dung đánh giá

Mức đánh giá

Tốt Khá

TB K.Đạt

1. Đánh giá chung về qui trình sử dụng bài toán 2. Đánh giá chung về tính logic các bước trong qui trình sử dụng bài toán 3. Đánh giá về sự phù hợp của việc sử dụng qui trình thiết kế kĩ thuật trong hướng dẫn giải bài toán 4. Đánh giá về khả năng ứng dụng qui trình sử dụng bài toán trong thiết kế kĩ thuật nói chung

Ý kiến khác về 4 nội dung trên: ....................................................................................

PHỤ LỤC 2B PHIẾU XIN Ý KIẾN CHUYÊN GIA VỀ XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TOÁN

7PL

3. Về chất lượng, tính khả thi của một số bài toán đã xây dựng, Cô/Thầy vui lòng cho ý kiến của mình về nội dung này bằng cách đánh dấu  vào ô tương ứng.

Nội dung đánh giá

Mức đánh giá

Tốt Khá

TB K.Đạt

1. Đảm bảo tính chính xác về khoa học, kĩ thuật 2. Có độ phủ về kiến thức giải quyết vấn đề bài toán với nội dung dạy học 3. Tính hấp dẫn của bải toán khi gắn với yêu cầu giải quyết vấn đề thực tiễn. 4. Tác dụng của bài toán với việc nâng cao chất lượng dạy học.

Ý kiến khác về 4 nội dung trên: ....................................................................................

4. Về khả năng sử dụng một số bài toán thiết kế đã đề xuất, Cô/Thầy vui lòng cho ý kiến của mình về nội dung này bằng cách chọn bài toán tương ứng

Nội dung đánh giá

Bài toán số

1. Một số bài toán có thể sử dụng được

2. Một số bài toán cần thêm sự gia công về mặt sư

phạm

3. Những bài toán chưa đạt yêu cầu.

Ý kiến khác về 4 nội dung trên: ....................................................................................

5. Về mục đích sử dụng bài toán, Cô/Thầy vui lòng cho ý kiến của mình về nội dung này bằng cách đánh dấu  vào ô tương ứng.

Nội dung đánh giá

Mức đánh giá

PH K.PH

Rất PH

Khá PH

1. Bài toán TKKT phù hợp sử dụng trong khâu luyện

tập, vận dụng

2. Bài toán phù hợp sử dụng trong khâu kiểm tra đánh giá

3. Bài toán phù hợp sử dụng trong các hoạt động trải

nghiệm thiết kế kĩ thuật

Ý kiến khác về 4 nội dung trên: ....................................................................................

8PL

6. Về vai trò, hiệu quả của bài toán thiết kế kĩ thuật, Cô/Thầy vui lòng cho ý kiến của mình về nội dung này bằng cách đánh dấu  vào ô tương ứng.

Nội dung đánh giá

Mức đánh giá Tốt Khá TB Kém

1. Sử dụng bài toán TKKT sẽ góp phần phát triển TDKT người học 2. Sử dụng bài toán TKKT sẽ tạo sự hứng thú học tập cho người học 3. Sử dụng bài toán TKKT trong dạy học sẽ góp phần phát triển năng lực giải quyết vấn đề và tư duy sáng tạo ở người học

Ý kiến khác về 4 nội dung trên: .................................................................................... 7. Bài toán kĩ thuật thường bao gồm 7 loại bài toán, Cô/Thầy vui lòng cho biết đã sử dụng loại bài toán nào trong quá trình dạy học  1. Bài toán thiết kế kĩ thuật (thiết kế sản phẩm, thiết bị, chi tiết kĩ thuật, ..)  2. Bài toán công nghệ (lập quy trình chế tạo sản phẩm, chi tiết, thiết bị)  3. Bài toán nhận dạng kỹ thuật (nhận dạng, so sánh chi tiết, thiết bị)  4. Bài toán chẩn đoán kỹ thuật (xác định hỏng hóc và tìm nguyên nhân)  5. Bài toán xử lí sự cố kỹ thuật (xử lí các sự cố kĩ thuật)  6. Bài toán phân tích kỹ thuật (giải thích cấu tạo, diễn biến, hiện tượng)  7. Bài toán điều khiển (điều khiển và thiết kế hệ thống điều khiển thiết bị) Các ý kiến khác:................................................................................................................ Thông tin cá nhân Xin Cô /Thầy vui lòng cho biết một số thông tin 1. Họ và Tên: .................................................................. 2. Năm sinh: ................; Dân tộc: ......................; Giới tính: Nam: ; Nữ :  3. Đơn vị công tác: Bộ môn:……...............................………; Thâm niên: ............ 4. Trình độ học vấn: Đại học:  ; Thạc sĩ :  ; Tiến sĩ:  ; TSKH:  5. Chức danh: Giảng viên:  ; Giảng viên chính:  ; Giảng viên cao cấp :  Phó Giáo sư:  ; Giáo sư :  6. Công việc đảm nhiệm: Quản lí: ⬜; Dạy lý thuyết: ⬜; Dạy thực hành: ⬜; Khoa:……………………………; Trường: ………………………………......... Xin trân trọng cám ơn sự hợp tác của các Thầy/Cô

9PL

PHỤ LỤC 3 MỘT SỐ BÀI TOÁN THIẾT KẾ KĨ THUẬT ĐƯỢC XÂY DỰNG, DÙNG TRONG DẠY HỌC KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ

I. Bài toán thiết kế đáp ứng Bài toán 11: Thiết kế điều khiển từ xa cho quạt điện

Bài toán: Quạt điện thường được điều khiển bằng công tắc cơ nên gây bất tiện khi sử dụng. Hãy thiết kế mạch điện để biến quạt điện thông thường thành quạt điện điều khiển từ xa đảm bảo.

- Vẫn giữ được chức năng điều khiển bằng công tắc cơ. - Có thể dùng điều khiển từ xa loại hồng ngoại của bất kỳ một thiết bị điện nào để

bật – tắt quạt điện.

Phương án: Mạch điện bao gồm: mắt thu hồng ngoại, bộ tạo trễ dùng 555, bộ điều

khiển chuyển mạch dùng 4017, phần tử công suất sử dụng rơ le.

Bài toán 12: Thiết kế mạch điện tưới cây tự động

Bài toán: Thiết kế mạch điện tưới nước tự động theo độ ẩm đất đảm bảo yêu cầu: - Thiết kế cảm biến kiểm tra độ ẩm đất đơn giản - Tự động điều khiển bơm tưới khi đất khô và tắt bơm tưới khi độ ẩm đất đạt yêu

cầu.

- Có thể điều chỉnh ngưỡng tưới phù hợp. Phương án: Mạch điện bao gồm: hai điện cực làm cảm biến độ ẩm đất, biến trở chỉnh ngưỡng độ ẩm VR, mạch so sánh dùng khuếch đại thuật toán LM358, mạch công suất điều khiển máy bơm dùng transistor tip41.

10PL

Bài toán 13: Thiết kế mạch điện cảm biến nhịp tim

Bài toán: Thiết kế mạch điện đo nhịp tim sử dụng cảm biến quang học. Mô tả: Đo nhịp tim có thể được thực hiện bằng thiết bị đo sử dụng cảm biến quang

học. Hãy thiết kế một mạch điện đo nhịp tim đảm bảo các yêu cầu:

- Cảm biến quang cảm nhận nhịp tim được đặt ở đầu ngón tay, vành tai - Mạch điện có đèn nháy đồng pha với nhịp tim. Phương án: Cảm biến sử dụng cặp LED thu phát hồng ngoại, tín hiệu sau cảm biến

được đưa tới hai tầng khuếch đại sử dụng OA LM358.

Bài toán 14: Thiết kế mạch điện chiếu sáng tự động

Bài toán: Trong gia đình thường sử dụng một số loại đèn chiếu sáng như đèn ngủ, đèn sân vườn, đèn hành lang, ban công v.v. Tuy nhiên, trong khi sử dụng người dùng thường hay quên tắt đèn gây lãng phí điện năng. Hãy thiết kế mạch điện điều khiển đèn chiếu sáng tự động đảm bảo:

- Mạch điện đơn giản, có khả năng bật đèn tự động khi trời tối và tắt đèn khi sáng - Có thể điều chỉnh được ngưỡng bật – tắt đèn. Phương án: Mạch điện bao gồm: Quang điện trở LDR, biến trở chỉnh ngưỡng bật – tắt đèn, mạch so sánh dùng khuếch đại thuật toán LM358, mạch công suất điều khiển LED dùng transistor loại D468.

Bài toán 15: Thiết kế robot bám vạch dẫn đường

Bài toán: Robot bám vạch dẫn đường có nhiều ứng dụng trong cuộc sống và sản xuất. Robot sử dụng các cảm biến quang theo nguyên lý phản xạ ánh sáng. Hãy thiết kế một robot bám vạch đơn giản đảm bảo các yêu cầu sau:

- Robot bám theo vạch dẫn đường trên nền đen – vạch trắng

11PL

- Nguồn điện cho robot là nguồn một chiều sử dụng pin Phương án: Sử dụng hai mạch điều khiển hai động cơ độc lập, trong đó mỗi mạch điện bao gồm: Cảm biến hồng ngoại, mạch so sánh LM358, mạch công suất mắc transistor kiểu darlington.

Bài toán 16: Thiết kế mạch điện cảm ứng âm thanh

Bài toán: Một sinh viên có nhu cầu thiết kế mạch điện bật tắt đèn điện bằng tiếng

vỗ tay. Hãy thiết kế mạch điện giải quyết vấn đề này đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật sau:

- Vỗ tay đèn sáng, tiếp tục vỗ tay đèn tắt. - Mạch điện đơn giản, nhỏ gọn. Phương án: Mạch điện bao gồm: Micro, bộ khuếch đại âm thanh Q1, Q2, bộ tạo trễ dùng 555, bộ điều khiển chuyển mạch dùng 4017, phần tử công suất sử dụng transistor mắc kiểu darlington.

Bài toán 17: Thiết kế mạch điện khóa số

Bài toán: Một gia đình có nhu cầu thiết kế một khóa cửa điện tử đảm bảo an toàn

cho ngôi nhà. Thiết kế một mạch điện khóa số cho gia đình trên đảm bảo các yêu cầu sau:

- Khóa số sử dụng nút nhấn để nhập mã, khi các nút nhấn được nhấn lần lượt theo quy luật đặt trước, mạch điện sẽ đóng điện cho cuộn dây nam châm điện hút chốt mở khóa.

- Khi nhấn sai thứ tự, mạch điện sẽ đặt lại trạng thái và không tác động mở cửa. - Có một nút nhấn đặt lại trạng thái mạch điện. Phương án 1: Mạch điện sử dụng vi mạch 4017 và các diode để mã hóa. Thông qua các nút nhấn, người dùng phải nhấn đúng thứ tự thì đầu ra sẽ thay đổi trạng thái (VD: 280858).

12PL

Phương án 2: Dùng các nút nhấn giữ kết hợp transistor ở chế độ khóa điện tử

Bài toán 18: thiết kế mạch điện dimmer

Bài toán: Quạt điện thường được điều chỉnh tốc độ bằng công tắc cơ khí (hộp số) hoặc chuyển mạch điện tử có cấp. Do nhu cầu sửu dụng, người dùng có nhu cầu điều chỉnh tốc độ gió ở dải rộng, dạng vô cấp. Hãy thiết kế mạch điện điều khiển quạt điện vô cấp đảm bảo yêu cầu sau:

- Ở mỗi cấp của hộp số có thể điều khiển tốc độ gió theo mong muốn thông qua

chiết áp.

- Mạch điện nhỏ gọn, đảm bảo an toàn cho người dùng. Phương án:

Bài toán 19: Thiết kế mạch điện phát hiện vật cản

Bài toán: Thiết kế mạch điện cho bẫy chuột kiểu cửa sập, khi chuột tiến qua cửa,

cửa lồng sẽ sập, nhốt chuột lại.

13PL

Phương án:

Bài toán 20: thiết kế mạch đếm

Bài toán: một hãng hàng không đang có nhu cầu làm một thiết bị hỗ trợ nhân viên đếm số ghế trống. Hãy thiết kế mạch điện giải quyết vấn đề này đảm bảo các yêu cầu kĩ thuật sau:

- Thiết bị tăng số đếm khi có tác động vật lý từ người dùng vào nút nhấn - Hiển thị bằng LED 7 thanh 3 con số, có nút xóa về không. Giải pháp:

II. Bài toán thiết cải tiến Bài toán 21: Thiết kế mạch điện đèn ngủ

Bài toán: Một đèn ngủ được thiết kế theo sơ đồ mạch điện sau

14PL

Khi sử dụng, đèn ngủ gặp hiện tượng nhấp nháy nhiều lần khi chuyển trạng thái tối – sáng của môi trường xung quanh. Hãy tìm hiểu nguyên nhân và giải pháp thiết kế để khắc phục hiện tượng trên. Phương án:

III. Bài toán lựa chọn thiết kế Bài toán 22: Thiết kế mạch điện cảnh báo

Bài toán: Cho các mô đun gồm: Mô đun cảm biến khí gas, mô đun rơ le, bộ đổi điện 12V AC/DC, còi báo. Thiết kế hệ thống cảnh báo rò rỉ khí gas đảm bảo yêu cầu: Khi phát hiện khí gas rò rỉ trong không khí, hệ thống sẽ phát còi cảnh báo.

Phương án thiết kế:

Bài toán 23: Thiết kế mạch điện cảnh báo

Bài toán: Cho các mô đun bao gồm: Mô đun cảm biến chuyển động tích hợp đầu ra

rơ le, đèn LED chiếu sáng.

Thiết kế mạch điện chiếu sáng tự động hoạt động theo nguyên lý: khi có người đi vào vùng hoạt động của cảm biến, đèn sáng; sau một khoảng thời gian, nếu vẫn có người trong vùng hoạt động thì đèn vẫn sáng, còn lại đèn tắt.

Phương án thiết kế:

Bài toán 24: Thiết kế mạch điện cảnh báo

15PL

Bài toán: Thiết kế mạch điện cảnh báo người đi vào vùng giám sát theo yêu cầu:

khi có người đi vào vùng phát hiện cảm biến, còi báo sẽ kêu.

Phương án thiết kế:

Bài toán 25: Thiết kế bộ đếm sự kiện Thiết kế bộ đếm người cho một phòng tổ chức sự kiện, Kđ = 99. Phương án: sử dụng vi mạch đếm 74ls90 kết hợp với vi mạch giải mã 7Seg 74ls47.

Bài toán 26: DỰ ÁN CUỐI KHÓA (Capstone Project)

THIẾT KẾ ROBOT SUMO

1. Mục đích: đánh giá biểu hiện sự phát triển NLKT nói chung, TDKT và năng lực TKKT nói riêng qua thông tin hữu ích thu được từ quá trình SV thực hiện bài toán thiết kế robot. 2. Đặc điểm xây dựng và sử dụng bài toán

- Bài toán được sử dụng tại thời điểm khi SV kết thúc các môn học Kĩ thuật Điện tử (Kĩ thuật Điện tử - Số, thực hành Kĩ thuật Điện tử) theo chương trình đào tạo ngành SPCN. - Bài toán được xây dựng dưới dạng dự án học tập cuối khóa và sử dụng thông qua

hình thức một cuộc thi thiết kế để giải quyết các vấn đề kĩ thuật gắn với đời sồng thực.

- Bài toán thiết kế được sử dụng thuộc loại bài toán thiết kế lựa chọn. Khi các nhóm SV thực hiện bài toán, mỗi nhóm sẽ được phát một bộ kit gồm các mô đun điện tử thông

16PL

dụng. Để giải quyết vấn đề bài toán đặt ra, các nhóm sẽ lựa chọn trong danh mục các mô đun được cấp để hoàn thành sản phẩm thiết kế. 3. Xây dựng bài toán 3.1. Nội dung bài toán

SUMO ROBOT Cuộc thi thiết kế robot đấu vật

Sân thi đấu là một mặt phẳng dạng hình tròn đường kính 1.8m. Đường bao có độ

rộng 1cm sơn màu khác biệt để định ranh giới.

Tại mỗi trận đấu gồm hai robot đại điện cho hai đội chơi; nhiệm vụ của các đội là điều khiển robot của mình đẩy robot của đối phương ra khỏi sân thi đấu để giành chiến thắng.

Hãy thiết kế robot của nhóm, tham gia cuộc thi và giành chiến thắng. Yêu cầu:

 Robot có khối lượng không vượt quá 2kg, chuyển động của robot không

gây nguy hiểm cho người xung quanh.

 Tài nguyên: có thể sử dụng các mô đun mạch điện tử theo bộ kit được

phát hoặc tự thiết kế, mua sắm.

3.2. Danh mục các mô đun điện tử, dụng cụ và thiết bị có trong bộ kit

Bộ kit bao gồm một số mô đun điện tử cơ bản như: bo mạch lập trình Arduino, mô đun điều khiển động cơ, mô đun cảm biến khoảng cách siêu âm SRF – 05; mô đun Bluetooth HC-05, NRF 24L01; tay điều khiển không dây, ... Và một số linh kiện thiết bị, dụng cụ và vật liệu khác đi kèm theo danh mục.

17PL

4. Tổ chức thực hiện 4.1. Xây dựng phiếu đánh giá biểu hiện

Dựa trên bảng mô tả biểu hiện sự phát triển TDKT được xây dựng trong tiểu mục 1.3.4.2 phần nghiên cứu lí luận. Luận án xây dựng phiếu đánh giá biểu hiện người học qua bài toán cụ thể này như sau. Qui trình TKKT

Biểu hiện đánh giá

TB (3)

Điểm tối đa 100

Điểm đánh giá GV đánh giá (2)

SV tự đánh giá (1)

Xác định vấn đề 20

Sáng tạo kĩ thuật

Giải quết vấn đề

Nghiên cứu vấn đề, xuất đề phương án 25

tạo

kĩ

Sáng thuật

chọn

Lựa phương án

Xác định được các yêu cầu thiết kế robot. Giải thích các yếu tố ảnh hưởng tới thiết kế robot. Khái quát hóa yêu cầu chế tạo robot bằng các yêu cầu kĩ thuật cụ thể. Vận dụng nhiều các phương thức khác nhau để xác định vấn đề, yêu cầu thiết kế: điều thực tra, khảo sát, nghiệm, mô phỏng, v.v. Xác định được các kiến thức liên quan để thiết kế robot: Mạch điện điều khiển động cơ, truyền dữ liệu không dây - có dây, truyền và biến đổi chuyển động, v.v. Giải thích được nguyên lý điều khiển động cơ, hoạt động của các mô đun truyền dữ liệu. Lập luận, lý giải để xây dựng các phương án thiết kế robot Đưa ra được ít nhất hai phương án để giải quyết vấn đề. Có sự lý giải khi ra quyết định lựa chọn phương án thiết kế robot. Lập luận, chứng minh được

18PL

phương án lựa chọn để thiết kế robot là phù hợp nhất.

hiện

Thực phương án 20

kĩ

tạo

Sáng thuật

Đánh giá, điều chỉnh thiết kế 10

Sáng tạo kĩ thuật

Sáng tạo kĩ thuật Đưa ra được phương án thiết kế robot có tính độc đáo, mới lạ, đơn giản và hiệu quả. Lập được các tài liệu thiết kế cần thiết: biểu diễn cấu trúc cơ khí, sơ đồ mạch điện. Xây dựng được qui trình thiết kế kèm theo danh mục các mô đun, công cụ nguyên vật liệu cần thiết. Chế tạo được robot theo yêu cầu Đề xuất và sử dụng các phương pháp, kĩ thuật sáng tạo nhằm: tăng tốc độ, giảm công đoạn thực hiện, hiệu quả cao, tiết kiệm chi phí, nguyên vật liệu sẵn có hoặc tái chế, … Tính toán lý thuyết hoặc thực nghiệm để xác định các thông số: trọng tâm, lực kéo, tải trọng, độ linh hoạt khi di chuyển, v.v. Phát hiện được các vấn đề cần khắc phục như: đặt lại trọng tâm, tăng ma sát và độ bám đường, v.v. Đề xuất được phương pháp, kĩ thuật đơn giản để kiểm tra, thử nghiệm robot.

Tổng điểm (TĐ):

100

Cách chấm điểm: điểm cuối cùng của nhóm được tổng hợp từ hai phiếu đánh giá, một phiếu nhóm tự đánh giá và phiếu GV đánh giá. Điểm trung bình cho mỗi biểu hiện được xác định như sau:

 Nếu điểm ở hai cột (1) và (2) lệch nhau không quá 1.5 điểm thì điểm cột (3) là

trung bình cộng cột (1) và (2).

 Nếu điểm ở hai cột (1) và (2) lệch nhau quá 1.5 điểm thì điểm ở cột (3) sẽ là điểm

thấp hơn ở một trong hai cột (1) và (2).

19PL

Qui đổi điểm tổng: sử dụng 4 mức đánh giá biểu hiện phát triển của TDKT

Mức độ Khoảng điểm Mức 1

TĐ < 50

Mức 2

50 ≤ TĐ ≤ 70

Cơ sở đánh giá Chưa giải quyết được vấn đề (không có sản phẩm cuối cùng) dù GV đã gợi ý, hỗ trợ. Xác định và giải quyết được vấn đề (có sản phẩm) dưới sự hỗ trợ, gợ ý của GV

Mức 3

70 < TĐ ≤ 85 Tự xác định và giải quyết được vấn đề trên cơ sở vận dụng

Mức 4

TĐ > 85

tốt kiến thức, kĩ năng. Sản phẩm hoạt động được. Giải quyết vấn đề một cách sáng tạo trên cơ sở vận dụng linh hoạt kiến thức, kĩ năng. Sản phẩm hoạt động tốt, thiết kế độc đáo, mới lạ.

4.2. Qui trình tổ chức

Qui trình tổ chức được thực hiện qua các bước sau:

Bước 1: Sinh hoạt chuyên môn, thống nhất nội dung và cách thức tổ chức cuộc thi. Cách thức thu thập thông tin hữu ích để đánh giá. Xây dựng các biểu mẫu, phiếu hỏi để thu thập thông tin đánh giá biểu hiện người học. Bước 2: Nghiên cứu, thiết kế các mô đun điện tử đảm bảo cung cấp một bộ kit cho mỗi nhóm ở cả hai lớp TN và ĐC. Bước 3: Truyền đạt bài toán: truyền đạt thông tin, yêu cầu của bài toán tới các lớp. Hướng dẫn chia nhóm và giải đáp vướng mắc của SV. Bước 4: Thực hiện bài toán:

- Tổ chức cho các nhóm thiết kế, chế tạo robot theo qui trình TKKT. - Quan sát, thu thập thông tin đánh giá từ quá trình thiết kế, chế tạo robot của SV.

Bước 5: Đánh giá. - Thực hiện đánh giá trên lớp:

 Các nhóm báo cáo kết quả thực hiện quá trình thiết kế và chế tạo sản phẩm.  Thu thập thông tin đánh giá trong quá trình các nhóm SV báo cáo.

- Đánh giá qua cuộc thi: thực hiện ngoài giờ lên lớp

 Tổ chức các nhóm bốc thăm ngẫu nhiên chọn cặp thi đấu, không phân biệt lớp TN

và ĐC. Đội chiến thắng cuối cùng là đội giải nhất.

 Quan sát hoạt động các nhóm, thu thập thông tin đánh giá. Tập trung vào quan sát

biểu hiện hứng thú của SV.

 Hoàn thiện các phiếu đánh giá biểu hiện.

5. Tổng hợp số liệu

Bảng tổng hợp kết quả đánh giá biểu hiện phát triển TDKT của các lớp TN và ĐC

khi thực nghiệm.

Lớp

Số SV theo mức đánh giá Mức 1 Mức 2 Mức 3 Mức 4

TN ĐC

Tổng SV 48 49

Số nhóm 12 12

0 0

8 29

16 12

24 8

6. Một số hình ảnh sản phẩm thiết kế robot trong dự án cuối khóa

20PL

21PL

GIÁO ÁN DẠY HỌC DÙNG TRONG THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM

Giáo án số 01: NGUỒN MỘT CHIỀU (3 tiết trên lớp: dạy học tích hợp tại phòng thực hành)

1. MỤC TIÊU a) Kiến thức, kĩ năng - Kiến thức:

+ Trình bày được nhiệm vụ, cấu trúc, thành phần của bộ nguồn một chiều sử dụng biến áp cách ly. + Phân tích được các tham số ảnh hưởng tới mạch chỉnh lưu, mạch lọc, mạch ổn áp. + Thiết kế bộ nguồn một chiều đáp ứng thông số kĩ thuật cho các ứng dụng thực tiễn.

- Kĩ năng:

+ Phân tích, thiết kế và lắp đặt mạch điện tử. + Sử dụng dụng cụ đo và khảo sát các đại lượng điện; lựa chọn và sử dụng các công cụ hỗ trợ thiết kế và mô phỏng mạch điện hữu dụng. b) Phát triển tư duy kĩ thuật thông qua bài toán TKKT Góp phần hình thành và phát triển NLKT và TDKT qua các biểu hiện cụ thể:

- Lập kế hoạch thu thập, đánh giá và xử lý thông tin để có dữ liệu hữu ích khi ra quyết định trong việc thiết kế, thử nghiệm, điều chỉnh các thông số của mạch điện tử đáp ứng một yêu cầu cụ thể từ thực tiễn.

- Có khả năng phát hiện vấn đề, lập được kế hoạch vận dụng kiến thức, kĩ năng và các điều kiện cần thiết để giải quyết vấn đề. Cụ thể, từ yêu cầu thiết kế một mạch điện sạc điện thoại với tối thiểu các thông tin và chỉ dẫn. SV cần xác định vấn đề chính phải giải quết đó là: mạch điện đã cho không đáp ứng đủ cường độ dòng điện cho tải. Qua thông tin này, SV cần hiểu về nguyên lý mạch điện để lập kế hoạch thiết kế mạch điện tử giải quết vấn đề đặt ra. Quá trình này bao gồm các hoạt động: tìm các phương án khả dĩ; lựa chọn trong số đó một phương án phù hợp nhất; cụ thể hóa phương án thiết kế bằng các sơ đồ mạch điện và lắp đặt mạch điện; tiến hành thử nghiệm, điều chỉnh để đạt kết quả mong muốn.

- Thúc đẩy TDST ở SV, giúp SV bước đầu có những kĩ thuật để sáng tạo cơ bản, vận dụng các kĩ thuật đó để phát hiện và nắm bắt được cơ hội sáng tạo. Sự sáng tạo của người học thông qua bài toán được thể hiện ở cách mà SV xác định vấn đề, tìm ra và lựa chọn phương án tốt nhất để giải quyết vấn đề. Sự sáng tạo còn được thể hiện qua mỗi khâu, mỗi bước mà SV thực hiện trong quá trình thiết kế mạch điện, như: biết cách lựa chọn và sử dụng các công cụ hỗ trợ thiết kế, phân tích mô phỏng hữu dụng, có thông tin và dữ liệu cần thiết để lựa chọn linh kiện, vật liệu và các điều kiện cần khác để hoàn thành bài toán. 2. TRỌNG TÂM BÀI HỌC

Nguyên lý, đặc điểm và yêu cầu kĩ thuật của mạch chỉnh lưu, bộ nguồn một chiều, mạch lọc và mạch ổn áp. Thiết kế mạch chỉnh lưu và bộ nguồn một chiều theo yêu cầu cụ thể. 3. CHUẨN BỊ a) Chuẩn bị của GV

PHỤ LỤC 4

22PL

- Nghiên cứu các nội dung về bộ nguồn một chiều, đề xuất nội dung dạy học hấp dẫn,

thú vị gắn với thực tiễn có thể biên soạn bài toán TKKT. Xây dựng giáo án bài dạy.

- Xây dựng bài toán thiết kế bộ nguồn một chiều (bài toán thiết kế cải tiến): điều chỉnh giải pháp thiết kế mạch ổn áp bằng IC 78XX để được dòng điện một chiều có cường độ lớn hơn. Bài toán thiết kế cải tiến Người dùng có nhu cầu thiết kế mạch điện sạc cho điện thoại di động đã hỏng có thông số kĩ thuật như hình sau.

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.

- Lập danh mục linh kiện, thiết bị phục vụ lắp đặt, khảo sát mạch nguồn một chiều. - Dự kiến tiến trình dạy học sử dụng bài toán TKKT: Bài toán được sử dụng trong

khâu luyện tập, thực hành và vận dụng, mở rộng.

b) Chuẩn bị của sinh viên

- Tổng hợp lại các kiến thức về linh kiện điện tử. - Làm quen, sử dụng phần mềm thiết kế và mô phỏng mạch điện Proteus hoặc

TinkerCAD. 4. PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

- Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề - Dạy học dựa trên qui trình thiết kế kĩ thuật. - Dạy học tích hợp: tích hợp lý thuyết và thực hành trong phòng học bộ môn.

5. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC

 Hoạt động 1: Đặt vấn đề bài dạy

a) Mục đích: Xác định các căn cứ triển khai nội dung dạy học về mạch chỉnh lưu, bộ nguồn một chiều. b) Sản phẩm: Vốn kiến thức và sự hiểu biết của SV về mạch nguồn một chiều thể hiện qua phần tương tác với GV.

23PL

c) Nội dung, tiến trình thực hiện - GV đặt câu hỏi:

 Kể tên một số sản phẩm, mạch điện tử có sử dụng hoặc ứng dụng mạch điện chỉnh lưu, nguồn một chiều.  Nêu nguyên lý cơ bản để tạo ra dòng điện một chiều. - SV thực hiện: làm việc cá nhân, vận dụng vốn kiến thức và hiểu biết của mình:

 Liệt kê những thiết bị, mạch điện có liên quan đến nguồn một chiều.  Dự đoán cách thức, nguyên tắc chung để tạo ra nguồn điện một chiều.

- Thảo luận:

 GV khuyến khích một số SV trả lời câu hỏi, SV khác lắng nghe và bổ sung khi được yêu cầu.  GV đưa ra nhận định, bình luận về phần trình bày của SV.

- Đặt vấn đề: Nguồn một chiều được sử dụng trong hầu hết các mạch điện, thiết bị điện tử. Từ lưới điện xoay chiều hoặc dòng điện một chiều, làm thế nào để biến đổi nguồn điện xoay chiều thành nguồn điện một chiều, nguồn điện một chiều ổn áp?  Hoạt động 2: Hình thành kiến thức về bộ nguồn một chiều  Nội dung 1: Tìm hiểu nhiệm vụ của bộ nguồn một chiều

a) Mục đích: Giúp SV xác định được cấu trúc, nhiệm vụ, yêu cầu kĩ thuật, sơ đồ khối tổng quát về bộ nguồn một chiều. b) Nội dung, tiến trình thực hiện - GV giao nhiệm vụ: quan sát sơ đồ dưới đây, dựa vào đặc điểm của dòng điện vào và ra sau mỗi khối, hãy cho biết tên của các khối trong hình.

- Hoạt động của SV

 SV làm việc cá nhân, phân tích đặc điểm tín hiệu vào ra để đưa ra nhận định về chức năng từng khối trong sơ đồ.  GV quan sát quá trình học tập, trợ giúp SV khi cần thiết.

- Thảo luận:

 GV yêu cầu một số SV trả lời câu hỏi; SV khác lắng nghe, phản biện, góp ý bổ sung nếu được yêu cầu.  GV nhận xét, bình luận phần trình bày của SV; tổng hợp lại kiến thức nội dung này.

- Tổng kết: Chức năng nhiệm vụ của từng khối trong sơ đồ bộ nguồn một chiều: 1) Mạch hạ áp xoay chiều: hạ điện đáp xoay chiều 220V xuống điện áp xoay chiều phù hợp; 2) Mạch chỉnh lưu: biến đổi dòng điện xoay chiều thành dòng điện một chiều; 3) Mạch điện ổn áp: Ổn định điện áp dòng điện một chiều; 4) Tải một chiều.

 Nội dung 2: Mạch điện chỉnh lưu

24PL

a) Mục đích: Giúp SV xác định đặc điểm, thành phần linh kiện, thông số kĩ thuật và thiết kế được sơ đồ nguyên lý của một số mạch điện chỉnh lưu thông dụng. Phân tích đặc điểm của dạng tín hiệu dòng điện sau chỉnh lưu. b) Nội dung, tiến trình thực hiện

Mạch chỉnh lưu nửa chu kì

- GV giao nhiệm vụ: GV thực hiện thiết kế mô phỏng mạch điện trên công cụ Proteus và yêu cầu SV thực hiện các nhiệm vụ sau. 1) Trình bày chiều của dòng điện qua diode trong mạch chỉnh lưu. 2) Nhận xét dạng tín hiệu của dòng điện sau chỉnh lưu. 3) Xác định dòng điện và điện áp sau chỉnh lưu. 4) Đánh giá ưu, nhược điểm của mạch chỉnh lưu nửa chu kì.

a) Mô phỏng mạch điện trên proteus

b) Dạng tín hiệu trước và sau chỉnh lưu Hình 1. Mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ

- Hoạt động của SV:

 SV quan sát mô phỏng trên máy tính và hình biểu diễn dạng tín hiệu trước và sau

chỉnh lưu; trả lời câu hỏi do GV đặt ra.

 GV quan sát, hỗ trợ và khuyến khích SV phát hiện vấn đề, trả lời câu hỏi. Yêu cầu

một số SV phát biểu.

- Thảo luận:

 GV yêu cầu một số SV trình bày câu hỏi, gọi SV bổ sung, góp ý.  GV nhận xét, đánh giá phần trình bày của SV, tổng hợp kiến thức nội dung này.

- Tổng kết:

GV chốt kiến thức:

25PL

Mạch chỉnh lưu hai nửa chu kì

- GV giao nhiệm vụ: GV thực hiện mô phỏng mạch điện trên proteus và yêu cầu SV trả lời một số vấn đề sau.

1) Nêu nhận xét dạng tín hiệu sau chỉnh lưu, so sánh với dạng tín hiệu trên mạch chỉnh lưu nửa chu kỳ. 2) Trình bày nguyên lý làm việc của mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ: chỉnh lưu cầu và chỉnh lưu hình tia. 3) Phân tích, đánh giá ưu nhược điểm của mạch điện chỉnh lưu hai nửa chu kì: chỉnh lưu cầu và chỉnh lưu hình tia.

- Hoạt động của SV.

 SV quan sát mô phỏng hoạt động của mạch điện và hình biểu diễn dạng tín hiệu trước và sau chỉnh lưu, trả lời câu hỏi do GV đặt ra.  GV quan sát, hỗ trợ, khuyến khích SV phát hiện vấn đề và trả lời câu hỏi.

- Thảo luận, tổng kết: GV tổ chức cho SV trình bày, thảo luận. Nhận xét, đánh giá phần thảo luận và đi đến tổng kết nội dung này.



GV chốt kiến thức về mạch chỉnh lưu hai nửa chu kỳ

- Chỉnh lưu cả hai nửa chu kỳ của dòng điện xoay chiều; dạng tín hiệu không phẳng (tần số 2f) nên cần làm phẳng bằng mạch lọc. - Dòng và áp sau chỉnh lưu: + Chỉnh lưu cầu:

+ Chỉnh lưu hình tia:

Mạch lọc

- GV trình bày:

26PL

Dạng tín hiệu điện áp của dòng điện sau chỉnh lưu không phẳng

 (mấp mô) nên cần phải làm phẳng bằng các mạch lọc. 

GV giới thiệu một số phương pháp lọc sau chỉnh lưu cơ bản.

Lọc RC

Lọc cuộn cảm

Lọc LC

Lọc hình 

 Tiến hành mô phỏng mạch lọc dùng tụ điện với mạch chỉnh lưu cầu để SV quan sát dạng tín hiệu điện áp trước và sau chỉnh lưu.

- GV giao nhiệm vụ: Yêu cầu SV giải quyết các vấn đề sau.

 Để đảm bảo lọc phẳng, nên chọn trị số các linh kiện R, L, C như thế nào?  Điện áp danh định của tụ điện khi sử dụng phương pháp lọc RC, LC,  nên chọn như thế nào?

- Thảo luận, tổng kết: GV tổ chức cho SV trình bày, góp ý và tổng hợp lại kiến thức nội dung này. Tùy theo yêu cầu về độ ổn định, độ lớn dòng tải để chọn thông số linh kiện cho mạch lọc. Thông thường, chọn dòng và áp danh định cao hơn 1.2 – 1.5 lần thực tế. Giá trị điện dung và điện cảm càng lớn thì hiệu quả mạch lọc sẽ càng cao.

Mạch ổn định điện áp (ổn áp)

a) Mục đích: Tìm hiểu vai trò của ổn áp, một số mạch ổn áp thông dụng. Phân tích đặc điểm và phạm vi áp dụng của một số mạch ổn áp trong thực tế. b) Nội dung, tiến trình thực hiện - GV giao nhiệm vụ:

 GV giới thiệu một số mạch điện ổn áp thông dụng.

a) Mạch ổn áp dùng diode Zener

b) Mạch ổn áp dùng diode Zener kết hợp transistor công suất

Hình 2. Sơ đồ mạch ổn áp dùng diode Zener

 Yêu cầu SV quan sát Hình 2 và trả lời một số câu hỏi sau:

 Mạch điện trong Hình 2 ổn định điện áp đầu ra bằng cách nào?  Ưu và nhược điểm của mạch ổn áp Hình 2a.  Tính dòng điện cực đại chạy qua DZ trong hình 2a, giá trị này nên chọn là bao

nhiêu?

 Vẽ sơ đồ nguyên lý của mạch điện bộ nguồn 1 chiều sử dụng IC ổn áp họ 78XX.

- SV thực hiện:

27PL

 Làm việc cá nhân, thảo luận nhóm ghi ra giấy nháp câu trả lời của mình.  GV quan sát, hỗ trợ và khuyến khích SV phát hiện vấn đề, trả lời câu hỏi. - Thảo luận, tổng kết lại vấn đề: GV tổ chức để SV phát biểu, thảo luận và góp ý lẫn

nhau. Nhận xét, đánh giá chung và tổng kết lại nội dung kiến thức phần này.

GV chốt kiến thức về mạch ổn áp

Mạch điện ổn áp bằng diode mắc ghim áp giữa hai đầu đoạn mạch. Giá trị Vout bằng với áp đánh thủng của DZ (3V, 3.3V, 3.6V, 4.7V, 5.1V, 9.1V, 11V, 12V, 13V, ...). Dòng điện Rt cần nhỏ hơn dòng đánh thủng định mức, hầu hết các diode Zener có dòng định mức nhỏ hơn 25mA.

Mạch điện ổn áp bằng phối hợp diode Zener và transistor công suất. Thông qua điện trở R và diode DZ sẽ cố định điện áp cực B của transistor Q1, Q2. Giả sử khi điện áp chân E của Q1, Q2 giảm => điện áp UBE tăng => dòng qua Q1, Q2 tăng => điện áp chân E của transistor tăng, và ngược lại.

Mạch điện ổn áp kết hợp diode zener DZ và transistor như hình 2b chính là thiết

kế của IC ổn áp họ 78XX trong đó, XX giá trị điện áp ổn áp.

Bộ nguồn 5V dùng LA7805

 Hoạt động 3, 4 (sử dụng bài toán TKKT): Luyện tập, thực hành và vận dụng mở rộng

a) Mục đích: Củng cố, vận dụng kiến thức về bộ nguồn một chiều ổn áp, điều chỉnh phương án thiết kế bộ nguồn một chiều sử dụng IC LA7805 để có điện áp ổn áp 5V với dòng điện lớn hơn, có thể sạc điện cho điện thoại di động. b) Dự kiến sản phẩm của người học Bộ nguồn một chiều 5V DC/2A lắp đặt trên bo test cùng phân tích, lập luận cho sản phẩm. c) Một số chú ý khi thực hiện Hoạt động này được thực hiện tại phòng thực hành, sử dụng phương pháp dạy học tích hợp và vận dụng qui trình TKKT để giải quyết vấn đề. Trước khi thực hiện bài toán, GV nêu các yêu cầu, công việc cần chuẩn bị cho thực hiện giải bài toán, nhấn mạnh các yêu cầu về an toàn trong phòng thực hành. Hướng dẫn chia nhóm, phát phiếu học tập cho các nhóm. d) Nội dung, tiến trình thực hiện

 GV nêu bài toán: GV nêu bài toán TKKT đã chuẩn bị, phát tài liệu học tập cho các nhóm. Giải thích rõ một số thuật ngữ kĩ thuật cho bởi bài toán.  Qui trình hướng dẫn SV giải bài toán:

28PL

 Bước 1: Xác định vấn đề, yêu cầu thiết kế

- GV giao nhiệm vụ: + Yêu cầu các nhóm đọc kĩ bài toán để xác định vấn đề chính cần giải quyết. + GV sử dụng một số câu hỏi định hướng:

 Mạch điện được thiết kế làm gì, cần điều chỉnh khâu nào ở giải pháp thiết kế mạch điện bộ nguồn hiện tại?  Yêu cầu với thông số điện áp và dòng điện tải là bao nhiêu?  Với giải pháp thiết kế mạch điện sử dụng IC ổn áp 78XX có đáp ứng được yêu cầu kĩ thuật hay không?  Cần điều chỉnh khâu nào để mạch điện đáp ứng được yêu cầu đó.

- SV thực hiện:

 SV trên cơ sở vận dụng kiến thức về bộ nguồn một chiều đã học trả lời câu hỏi do GV đặt ra. SV nên suy nghĩ, phân tích và lập luận cá nhân; chia sẻ kết quả của mình với nhóm.  Giáo viên quan sát hoạt động của các nhóm, hướng dẫn, gợi ý hoặc diễn giải lại các yêu cầu của bài toán khi cần.

- Thảo luận:

 GV yêu cầu các nhóm báo cáo ngắn gọn tổng hợp kết quả về điều chỉnh thiết kế bộ nguồn.  Các nhóm khác lắng nghe, góp ý, phản biện khi được yêu cầu.  GV đưa ra nhận xét, bình luận về phần trình bày của các nhóm.

- Vấn đề cần giải quyết: Xác định và điều chỉnh phương án thiết kế bộ nguồn một chiều ổn áp 5V dùng IC ổn áp 7805 đã có để được dòng điện tải lớn hơn 1.2A phục vụ cho nhu cầu sạc điện thoại di động.

 Bước 2: Nghiên cứu vấn đề, đề xuất giải pháp thiết kế bộ nguồn

- GV trình bày: Hướng dẫn SV cách thức tìm kiếm, đọc thông tin về IC ổn áp 7805. Xây dựng sơ đồ nguyên lí mạch điện nguồn một chiều ổn áp sử dụng IC7805 + Thông số kĩ thuật cơ bản của IC ổn áp LA7805

Điện áp ngõ vào Điện áp ngõ ra Dòng tải Dải nhiệt hoạt động Công suất

7V -18V 4.75V – 5.25 V 1A max 0°C – 125°C 5W max

+ Sơ đồ mạch điện.

29PL

- GV giao nhiệm vụ: Đối chiếu với yêu cầu bài toán để làm rõ các vấn đề sau.

 Dòng điện ra của 7805 có đáp ứng được cho tải không?  Mô tả một số phương pháp ổn áp và khuếch đại dòng tải?  Đề xuất các phương án tăng dòng tải của bộ nguồn ổn áp dùng IC 7805.

- Hoạt động của SV: làm việc cá nhân, thảo luận nhóm để làm rõ.

 Vai trò của IC 7805 trong mạch điện, đòng điện định mức đầu ra tải có đáp ứng được yêu cầu bài toán hay không?  Đề xuất phương án tăng dòng tải bằng mạch khuếch đại dòng dùng transistor (NPN - PNP).  GV quan sát hoạt động của SV để có thể trợ giúp, định hướng, thể hiện quan điểm hoặc bình luận trực tiếp với nhóm nếu có nhu cầu.

- Thảo luận: GV tổ chức thảo luận theo tiến trình

 SV các nhóm lần lượt trao đổi kết quả tìm hiểu trước lớp, nhóm khác lắng nghe và phản biện.  GV bình luận, góp ý, hỗ trợ các nhóm hoàn thiện phương án tăng dòng tải cho bộ nguồn.

- Tổng kết: giả sử biến áp hạ áp và mạch chỉnh lưu của mạch điện có công suất đủ lớn theo yêu cầu. Có nhiều phương án ổn áp và tăng dòng tải như: Thay loại IC ổn áp có dòng tải lớn hơn, thêm phần tử công suất chịu dòng cho 7805, thêm mạch ổn áp dùng IC 7805 mắc song song để tăng dòng, … Trong mỗi phương án, độ lớn dòng tải được tăng lại phụ thuộc vào cách tính toán và chọn linh kiện, cách lắp đặt linh kiện để đạt yêu cầu kĩ thuật.

 Bước 3: Lựa chọn phương án

- GV giao nhiệm vụ: các nhóm nhóm thảo luận và lựa chọn một phương án tốt nhất của nhóm. Nội dung thảo luận và lựa chọn tập trung vào các vấn đề sau.

 Mô tả phương án tốt nhất mà nhóm lựa chọn.  Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch nguồn một chiều ổn áp 5V dùng IC 7805.  Dòng điện và điện áp dự kiến đạt được là bao nhiêu?  Phân tích yêu cầu bài toán để xác định thông số kĩ thuật của các linh kiện trong mạch điện.

- Hoạt động của SV: SV thống nhất ý kiến thảo luận trong nhóm để ra quyết định.

 Phương án sử dụng để tăng dòng tải cho bộ nguồn. Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện để cụ thể hóa phương án.  Cơ sở, căn cứ, thông số kĩ thuật của linh kiện điện tử trong mạch điện để đạt cường độ dòng điện như dự kiến.

- Thảo luận: GV tổ chức thảo luận toàn lớp, nhận xét bình luận về phương án lựa chọn của mỗi nhóm, hỗ trợ các nhóm hoàn thiện phương án thiết kế đã lựa chọn.

 Lần lượt nhóm báo cáo đồng thời hoàn thiện phương án thiết kế dựa trên sự góp ý, phản biện của GV và nhóm khác. SV khác lắng nghe và phản biện khi được yêu cầu.  GV điều khiển hoạt động thảo luận của lớp, đặt câu hỏi hoặc trợ giúp nếu thấy cần thiết.

- Tổng kết: Dựa trên yêu cầu, các điều kiện ràng buộc của bài toán thiết kế có thể lựa chọn hai phương án như sau:

30PL

+ Phương án 1: thêm transistor loại PNP khuếch đại dòng.

+ Phương án 2: thêm transistor loại NPN khuếch đại dòng.

+ Chọn linh kiện:

 Biến áp và mạch chỉnh lưu có thông số phù hợp để điện áp một chiều sau chỉnh lưu từ 8 – 12V (khuyến cáo 9V).

(cid:3023)(cid:3003)(cid:3006)

 Điện trở R1 =

𝑰(cid:2875)(cid:2876)(cid:2868)(cid:2873)(cid:2879)(cid:3010)(cid:3018)(cid:2869).(cid:3003)(cid:3018)(cid:2869)

 Các tụ hóa lọc nguồn có điện áp danh định lớn hơn tối thiểu 1.5 lần điện áp thực tế, ví dụ đầu ra 5 V nên chọn loại 10V – 16V. Giá trị điện dung càng lớn càng tốt, kết hợp tụ gốm không phân cực điện dung nhỏ (thường là 0.1uF) để lọc cao tần.  Các transistor chọn loại có dòng IC lớn hơn dòng tải (1.2A), thường càng cao càng tốt.

 Bước 4: Thực hiện phương án

- GV giao nhiệm vụ: SV hoàn thiện sơ đồ nguyên lý (được sự phê duyệt của GV) và sơ đồ lắp đặt mạch điện.

 Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện trên công cụ thiết kế, phân tích và mô phỏng mạch điện tử (TinkerCAD, Proteus, ...). Thực hiện mô phỏng, quan sát thông số mạch điện.  Thiết kế sơ đồ lắp đặt mạch điện trên công cụ TinkerCAD.  Thực hiện lắp đặt mạch điện theo danh mục linh kiện đã được phê duyệt trên bo mạch thử.

- SV Thực hiện:

 Tiến hành lắp đặt mạch điện trên bo mạch thử, tuân thủ các quy định về an toàn điện.

31PL

 Được sự phê duyệt và kiểm tra của GV trước khi cấp nguồn xoay chiều hạ áp cho mạch điện.  GV quan sát, hỗ trợ, nhắc nhở các nhóm khi phát hiện các thao tác sai hoặc tình huống gây mất an toàn.

 Bước 5: Đánh giá, điều chỉnh thiết kế

- GV tổ chức các nhóm báo cáo kết quả thiết kế mạch điện:

 GV yêu cầu SV sử dụng đồng hồ vạn năng, đo dòng tải hoàn thành bảng khảo sát

Rt 10Ω 5.6Ω 2.2Ω 1.2Ω

Ura

Ira

 SV báo cáo kết quả thiết kế, nội dung chủ yếu bao gồm

Tồn tại, hạn chế của bộ nguồn sau điều chỉnh.

 Bảng thông số linh kiện lựa chọn  Giải pháp ổn áp và khuếch đại dòng  Kết quả khảo sát áp ra và dòng điện tải 

- GV nhận xét, đánh giá kết quả thiết kế của các nhóm, tổng kết bài học.

32PL

Giáo án số 02: THIẾT KẾ BỘ ĐẾM NHỊ PHÂN (2 tiết trên lớp lý thuyết)

1. MỤC TIÊU a) Kiến thức, kĩ năng - Kiến thức

 Trình bày được khái niệm, đặc điểm, phân loại và nguyên tắc thiết kế bộ đếm

nhị phân sử dụng các loại (flip – flop) FF – RS, JK, D, T.

 Phân tích được sơ đồ thiết kế các bộ đếm với hệ số đếm (Kđ = 2n) khác nhau.

 Vận dụng thiết kế bộ đếm cho các yêu cầu thực tiễn.

- Kĩ năng

 Phân tích, thiết kế mạch điện tử số.

 Sử dụng dụng cụ đo, phân tích mô phỏng mạch điện.

b) Phát triển tư duy kĩ thuật

Góp phần hình thành và phát triển TDKT qua các biểu hiện cụ thể:

- Thu thập được các thông tin cơ bản về thiết kế bộ đếm.

- Mô tả được các yêu cầu thiết kế bộ đếm: loại bộ đếm, xung đếm, tín hiệu đếm, hệ

số đếm, lựa chọn FF.

- Đề xuất được các phương án thiết kế bộ đếm theo yêu cầu cụ thể.

- Thực hiện tính toán, thiết kế và mô phỏng mạch điện dùng phần mềm mô phỏng,

trên cơ sở đó lựa chọn được phương án thiết kế bộ đếm phù hợp.

- Xây dựng được các tài liệu thiết kế bộ đếm: yêu cầu kĩ thuật, sơ đồ nguyên lý mạch

điện; các thông tin và kết quả về phân tích, hiệu chỉnh mạch đếm.

2. TRỌNG TÂM BÀI HỌC

Khái niệm, đặc điểm, qui trình thiết kế bộ đếm nhị phân đồng bộ. Thiết kế bộ đếm

nhị phân đồng bộ thuận và nghịch Kđ = 2n

3. CHUẨN BỊ

a) Chuẩn bị của GV

- Nghiên cứu các nội dung về bộ đếm, bộ đếm nhị phân đồng bộ thuận và nghịch; đề

xuất nội dung dạy học hấp dẫn, thú vị gắn với thực tiễn có thể biên soạn bài toán TKKT;

xây dựng giáo án dạy học.

- Xây dựng bài toán thiết kế (bài toán thiết kế đáp ứng): điều chỉnh giải pháp thiết kế

bộ đếm nhị phân đáp ứng nhu cầu cụ thể trong thực tiễn.

33PL

Bài toán thiết kế

Một dây chuyền đóng chai trong nhà máy có sơ đồ mô tả như hình sau.

Lưu lượng chất lỏng được kiểm soát bởi cảm biến lưu lượng, đầu ra xung điện. Thể tích chất lỏng rót vào chai được quyết định bởi mạch điều khiển bơm thông qua tín hiệu từ bộ đếm và hiển thị. Giả sử, cứ sau khoảng thời gian T như trên hình thì một chai được đóng đầy dung dịch, bộ đếm và hiển thị gửi tín hiệu tới mạch điều khiển dừng bơm dung dịch và chuẩn bị cho đóng chai tiếp theo.

Hãy thiết kế mạch điện cho bộ đếm và hiển thị phục vụ trong dây chuyền đóng

chai này.

- Thiết kế mạch điện, tiến hành thử nghiệm để đánh giá mức độ phức tạp của bài

toán.

- Dự kiến tiến trình dạy học sử dụng bài toán TKKT: Bài toán được sử dụng trong

khâu luyện tập và vận dụng, mở rộng.

b) Chuẩn bị của sinh viên

- Củng cố lại các kiến thức về bộ đếm: khái niệm, phân loại, mã của bộ đếm và qui

trình thiết kế bộ đếm.

- Làm quen, sử dụng phần mềm thiết kế và mô phỏng mạch điện Proteus hoặc

TinkerCAD. 4. PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

- Dạy học phát hiện và giải quyết vấn đề. - Dạy học dựa trên qui trình TKKT.

5. TIẾN TRÌNH DẠY HỌC

34PL

 Hoạt động 1: Đặt vấn đề a) Mục đích: Xác định các căn cứ triển khai nội dung dạy học về bộ đếm nhị phân. b) Sản phẩm: Thông tin phản hồi từ SV về kiến thức và nội dung dạy học trước đó về khái quát bộ đếm; tìm hiểu sử dụng phần mềm thiết kế mô phỏng mạch điện Proteus, TinkerCAD. c) Nội dung, tiến trình thực hiện

- GV tương tác với SV:

 Trình bày khái niệm bộ đếm, đặc điểm phân loại, qui trình thiết kế bộ đếm?  GV yêu cầu sinh viên suy nghĩ, trả lời câu hỏi bằng hình thứ vấn đáp.  GV tổng hợp, nhận xét, trao đổi trước toàn lớp về các câu trả lời của SV.

- GV nêu vấn đề, cách thức học tập nội dung bài học về bộ đếm nhị phân. - Đặt vấn đề: Bộ đếm là một loại mạch dãy được dùng nhiều trong các ứng dụng thực tế như: đếm sự kiện, biến cố, chia tần số, .v.v. Vậy cụ thể bộ đếm gồm những loại nào, qui trình và linh kiện cần thiết để thiết kế các loại bộ đếm cho một yêu cầu cụ thể ra sao?  Hoạt động 2: Hình thành kiến thức về bộ đếm nhị phân. a) Mục đích: hình thành ở SV kiến thức về bộ đếm nhị phân, bao gồm: khái niệm, đặc điểm, linh kiện và sơ đồ thiết kế bộ đếm nhị phân đồng bộ. b) Dự kiến sản phẩm: sơ đồ thiết kế bộ đếm nhị phân Kđ = 2, 4, …, 2n, # 2n và các thông số kĩ thuật kèm theo. c) Nội dung, tiến trình thực hiện Nội dung 1: Đặc điểm của bộ đếm nhị phân đồng bộ.

- GV giao nhiệm vụ: căn cứ vào kiến thức của SV sau nội dung dạy học khái quát về

bộ đếm, yêu cầu SV làm rõ các vấn đề.

Nêu đặc điểm cơ bản của bộ đếm nhị phân đồng bộ thuận theo các thông tin sau: tín

hiệu xung nhịp đưa vào bộ đếm, mã của bộ đếm và hướng đếm.

- Hoạt động cảu SV: SV làm việc cá nhân, ghi lại nội dung trả lời câu hỏi

 Huy động kiến thức đã có về bộ đếm, chỉ ra các đặc điểm cụ thể của bộ đếm

nhị phân đồng bộ thuận.

 GV quan sát quá trình học tập, trợ giúp người học khi có nhu cầu.

- Thảo luận:

 GV khuyến khích một vài SV trao đổi kết quả tìm hiểu với cả lớp, các SV

khác góp ý, phản biện khi được yêu cầu.

 GV nhận xét chung về phần trả lời và phản biện của SV. Chốt lại kiến thức

nội dung dạy học này:

- Tổng kết:

 Bộ đếm nhị phân đồng bộ thuận có các FF thay đổi trạng thái cùng lúc với sự

thay đổi trạng thái của xung đếm.

 Xung đếm được đưa tới tất cả lối vào Cp của các FF.  Giá trị đếm tăng một đơn vị sau mỗi xung đếm và được biểu diễn bằng n bít

nhị phân tương ứng với n FF.

35PL

Nội dung 2: Thiết kế bộ đếm nhị phân đồng bộ thuận Kđ = 2.

Nội dung này có 3 đơn vị kiến thức cần hình thành ở SV: Đặc điểm của bộ đếm; trạng thái các đầu điều khiển của FF khi kích thích; sơ đồ thiết kế bộ đếm 1-bit. Tiến trình dạy học các đơn vị kiến thức này được thực hiện như sau.

Đặc điểm của bộ đếm 1-bit. - GV đàm thoại cùng SV củng cố lại kiến thức về hoạt động của 4 loại FF đã được học trong các nội dung trước: FF – RS, JK, D, T. Nắm bắt các vấn đề của người học, nhắc lại bảng trạng thái của mỗi loại FF nếu cần.

- GV giao nhiệm vụ: hướng dẫn SV phân tích các đặc điểm của bộ đếm nhị phân 1- bit Kđ = 2. Nội dung này, GV yêu cầu SV làm rõ vấn đề thông qua câu hỏi định hướng sau.  Với Kđ = 2, cần bao nhiêu bit nhị phân để biểu diễn trạng thái này?  Số lượng FF cần thiết cho một bộ đếm với Kđ = 2.  Lập bảng trạng thái cho các FF khi được kích thích.

- Hoạt động của SV: làm việc cá nhân, trao đổi với GV hoặc SV khác khi có nhu

cầu.

 SV thực hiện nhiệm vụ, ghi chép lại các kết quả, chuẩn bị các thông tin để

báo cáo, thảo luận khi được yêu cầu.

 GV quan sát hoạt động của người học, hướng dẫn SV khi cần trợ giúp.

- Thảo luận: GV tổ chức hoạt động thảo luận về nội dung này

 GV yêu cầu một số SV trao đổi kết quả tìm hiểu, SV khác lắng nghe góp ý bổ

sung nếu được yêu cầu.

 GV nhận xét chung, thống nhất chốt lại kiến thức nội dung này.

- Tổng kết:

 Bộ đếm nhị phân Kđ = 2 cần 1-bit biểu diễn trạng thái và cần 1FF để biểu

diễn hai trạng thái này.

 Quy ước: FF là A, nếu trạng thái hiện tại là An

thì trạng thái tiếp theo sẽ là An+1; các trạng thái: S0, S1. Bảng trạng thái khi kích thích cho các FF sẽ như sau.

S S0 S1

An 0 1

An + 1 RA SA KA JA DA 1 0

0 1 1 0

x 1 1 x

TA 1 1

1 0 Trạng thái các đầu điều khiển của FF khi kích thích - GV giao nhiệm vụ: yêu cầu SV quan sát bảng trạng thái khi kích thích cho các FF

để xác định biểu thức biểu diễn cho các đầu điều khiển.

- SV thực hiện: làm việc cá nhân, quan sát bảng trạng thái rút ra biểu thức liên hệ

của các đầu điều khiển: RA SA, KA JA, DA, TA với trạng thái An của FF.

- GV tổ chức thảo luận: Yêu cầu một số SV trình bày kết quả tìm hiểu, nhận xét,

góp ý để thống nhất nội dung này.

- Tổng kết: FF - RS: SA = 𝐴̅, RA = A; JK: KA = JA = 1; D: DA = 𝐴̅; T: TA = 1. Thiết kế bộ đếm 1-bit - GV giao nhiệm vụ: Yêu cầu SV làm việc cá nhân, thiết kế mạch đếm 1-bit với Kđ =

2 cho từng loại FF theo trạng thái kích thích các đầu điều khiển.

- SV thực hiện: phác thảo thiết kế mạch điện bộ đếm cho từng FF.

36PL

- Thảo luận: GV yêu cầu SV phát biểu trình bày kết quả thiết kế mạch điện. - Tổng kết lại: sơ đồ thiết kế mạch điện 1-bit Kđ = 2 như sau.

Nội dung 3: Thiết kế bộ đếm nhị phân đồng bộ thuận Kđ = 4

- GV giao nhiệm vụ:

 Với Kđ = 4 tương ứng bộ đếm 2-bit cần tương ứng cần 2 FF. Gọi FF – A biểu

diễn bit trọng số 20, FF – B cho bit trọng số 21.

 Dựa vào bảng trạng thái khi kích thích cho các FF, xác định biểu thức của các

đầu điều khiển.

 Từ biểu thức các đầu điều khiển, vẽ sơ đồ mạch điện bộ đếm nhị phân đồng

bộ thuận Kđ = 2. n

FF - B

FF – A RA SA KA JA

n+1 B A B A 1 0 0 0 1 1 0 1

0 1 1 0

0 1 0 1

0 1 1 0 0 1 1 0

x 1 1 x x 1 1 x

TA RB SB KB JB TB 1 1 1 1

x 0 x 1 0 x 1 x

x 0 0 1 0 x 1 0

0 1 0 1

- SV thực hiện nhiệm vụ:

 SV căn cứ vào bảng trạng thái, xác định biểu thức biểu diễn các đầu điều

khiển bằng tối thiểu hóa hàm logic.

 GV quan sát, nắm bắt tình hình SV và có hướng dẫn kịp thời.

- Thảo luận: Dựa trên kết quả quan sát và nắm bắt tình hình, GV yêu cầu hai SV (có

kết quả đúng và chưa đúng) trình bày kết quả. SV khác lắng nghe, góp ý và phản biện.

- Tổng kết:

FF – A: RA = A, SA = 𝐴̅; KA = JA = 1, TA = 1 FF – B: RB = AB, SB = A𝐵(cid:3364), KB = JB = A, TB = A Với bộ đếm nhị phân đồng bộ thuận Kđ = 2n cần nFF, cách thiết kế tương tự.

 Bộ đếm nhị phân 2-bit dùng FF – JK.

37PL

 Bộ đếm nhị phân 2-bit dùng FF - RS

Nội dung 4: Bộ đếm nhị phân đồng bộ nghịch với KĐ = 2n

- GV giao nhiệm vụ:

 Việc thiết kế bộ đếm nhị phân đồng bộ nghịch cách thực hiện tương tự chỉ có điểm khác ở chỗ, sau mỗi xung đếm thì số trạng thái giảm đi 1.  GV lấy một ví dụ minh họa xây dựng bảng trạng thái bộ đếm có Kđ = 4.

TT S1 S2 S3 S4

Bn 0 1 1 0

An Bn+1 An+1 1 0 1 1 0 0 0 1

1 0 1 0

 GV yêu cầu SV đọc giáo trình, tài liệu để lấy một ví dự minh họa.

- SV thực hiện: thiết kế một bộ đếm đồng bộ thuận Kđ = 2, 4 để minh họa.  Hoạt động 3, 4 (Luyện tập, bài tập; vận dụng mở rộng): Sử dụng bài toán TKKT

a) Mục đích hoạt động: giúp SV củng cố, vận dụng kiến thức về bộ đếm nhị phân

đồng bộ thuận vào giải quyết một bài toán thực tiễn.

b) Dự kiến sản phẩm người học: Sơ đồ thiết kế mạch điện về bộ đếm đồng bộ thuận,

hệ số đếm bằng 5 cùng phân tích và lập luận cho sản phẩm thiết kế.

c) Nội dung và tiến trình thực hiện  GV nêu bài toán: GV nêu bài toán TKKT đã chuẩn bị, phát tài liệu học tập cho các nhóm. Giải thích rõ một số thông số kĩ thuật cho bởi bài toán. Cũng cần làm rõ để SV thấy tính ứng dụng thực tiễn của bài toán.

 Qui trình hướng dẫn SV giải bài toán

Bước 1: Xác định vấn đề, yêu cầu thiết kế.

- GV giao nhiệm vụ:

 Yêu cầu các nhóm đọc kĩ bài toán để xác định vấn đề chính cần giải quyết.  GV sử dụng một số câu hỏi định hướng:

1) Bài toán yêu cầu thiết kế mạch điện gì? 2) Bộ đếm có Kđ bằng bao nhiêu? Căn cứ vào đâu đưa ra nhận định đó?

38PL

3) Với bộ đếm có Kđ = 8 = 23 có đáp ứng được yêu cầu này hay không?

- SV thực hiện:

 SV thảo luận nhóm sau khi làm việc cá nhân về đọc hiểu bài toán. Thống nhất ý kiến để xác định vấn đề chính cần giải quyết do bài toán đặt ra.  GV quan sát, hỗ trợ các nhóm khi cần. Đặc biệt nhấn mạnh, giải thích nguyên tắc tạo xung từ bộ cảm biến lưu lượng.

- Thảo luận:

 GV yêu cầu các nhóm trao đổi ngắn gọn kết quả nghiên cứu bài toán, các nhóm góp ý và phản biện để đi đến thống nhất vấn đề chung cần giải quyết.  GV góp ý, đưa quan đểm của mình về yêu cầu bài toán.

- Tổng kết: Bài toán đặt ra vấn đề thiết kế bộ đếm có hệ số đếm bằng 5 dựa trên bộ

đếm Kđ = 8. Bước 2: Nghiên cứu vấn đề, đề xuất phương án thiết kế bộ đếm.

- GV trao đổi: Với 3 FF, có thể thiết kế bộ đếm nhị phân đồng bộ thuận với Kđ = 8, yêu cầu bài toán đặt ra là bộ đếm với hệ số đếm 5 thì bộ đếm cần đặt lại trạng thái tại 100. Để thiết kế bộ đếm và hiển thị theo yêu cầu bài toán, cần nghiên cứu xây dựng bảng trạng thái của 3 FF khi các đầu điều khiển được kích thích và quan tâm đến trạng thái đặt lại của bộ đếm khi đếm tới 100.

- GV giao nhiệm vụ: Yêu cầu các nhóm hoàn thành các công việc sau.

 Yêu cầu các nhóm xây dựng bảng trạng thái của 3 FF – A, B, C khi được kích thích, quan tâm đến trạng thái đặt lại (100).  Lựa chọn tối thiểu 2 trong số 4 loại FF: RS, JK, D, T để xây dựng bảng trạng thái. Có thể lựa chọn hai loại FF phổ biến là JK và T.  Rút ra biểu thức của các đầu điều khiển dựa trên bạng trạng thái đã xây dựng.  Thảo luận nhóm để đưa ra quyết định chọn một trong hai phương án để xây dựng bảng trạng thái sẽ dùng thiết kế mạch điện.

- SV Thực hiện:

 Làm việc cá nhân, lựa chọn phương án sử dụng loại FF. Thảo luận nhóm để thống nhất lựa chọn 2 loại FF thiết kế mạch điện theo yêu cầu.  Phân công nhiệm vụ trong nhóm để đồng thời xây dựng hai bảng trạng thái và biểu thức các đầu điều khiển cho FF.  Thảo luận nhóm về kết quả thực hiện, thống nhất kết quả chung.

- Thảo luận:

 GV Yêu cầu các nhóm trình bày các phương án xây dựng bảng trạng thái; nhóm khác lắng nghe để góp ý, phản biện.  GV góp ý, hỗ trợ các nhóm hoàn thiện các bảng trạng thái kích thích cho FF.

- Tổng kết chung:

 Với phương án sử dụng FF – JK. n + 1

N B 0 0 1

C 0 0 0

A 0 1 0

C 0 0 0

B A 1 0 0 1 1 1

FF – A, B, C JB KB x 0 x 1 0 x

JA KA x 1 1 x x 1

JC KC x 0 x 0 x 0

39PL

1 0 0 1 1

0 1 1 1 1

1 0 x x x

0 0 x x x

1 0 1 0 1

x 0 x x x

1 x x x x

x 0 x x x

1 x x x x

x 1 x x x

0 0 x x x  Với phương án sử dụng FF - T.

n + 1

N B 0 0 1 1 0 0 1 1

B A 1 0 0 1 1 1 0 0 0 0 x x x x x x

C 0 0 0 1 0 x x x

FF – A, B, C TB 0 1 0 1 0 x x x

TA 0 0 0 1 1 x x x

TC 1 1 1 1 0 x x x

A 0 1 0 1 0 1 0 1

C 0 0 0 0 1 1 1 1

Bước 3: Lựa chọn phương án

- GV giao nhiệm vụ: GV yêu cầu các nhóm thực hiện:

 Căn cứ vào bảng trạng thái của các FF, xác định biểu thức của các đầu điều

khiển.

 Thảo luận để đưa ra phương án lựa chọn của nhóm. Lập luận, lý giải để

chứng minh phương án lựa chọn là phù hợp nhất.

- SV thực hiện:

 Sử dụng K-map tối thiểu hóa và xác định biểu thức của các đầu điều khiển

tương ứng với bảng trạng thái.

 Căn cứ vào các biểu thức các đầu điều khiển, thảo luận nhóm để ra quyết định lựa chọn phương án thiết kế mạch điện. Có thể căn cứ vào các tiêu chí: độ phức tạp, số lượng linh kiện, độ phổ biến của các loại linh kiện sử dụng, v.v.

- Thảo luận:

 GV yêu cầu các nhóm lần lượt báo cáo về phương án lựa chọn của các nhóm.  Các nhóm khác lắng nghe, góp ý, phản biện  GV góp ý, phản biện và hoàn thiện phương án thiết kế cho từng nhóm

- Tổng kết: Dựa vào mức độ phức tạp, số lượng linh kiện và nhiều các yếu tố kinh tế kĩ thuật khác. Hai phương án sử dụng FF – JK và T có thể được sử dụng khi thiết kế mạch đếm 5. Quá trình xác định biểu thức các đầu điều khiển như sau:

 Với FF JK, sử dụng K – map tối thiểu hóa xác định biểu thức cho các đầu vào điều khiển FF – A, B, C như sau: FF – C: JC = AB; KC = 1; FF – B: JB = KB = A; FF – C: JA = 𝑪(cid:3365), KA = 1.

40PL

 Với FF T, sử dụng K – map tối thiểu hóa xác định biểu thức cho các đầu vào điều khiển FF – A, B, C như sau: FF – C: TC = 𝑨(cid:3365); FF – B: TB = C; FF – A: TA = 𝑨 + BC

Bước 4: Thực hiện phương án.

- GV giao nhiệm vụ: Yêu cầu các nhóm thực hiện công việc sau.

 Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện bộ đếm.  Mô phỏng sự hoạt động của mạch điện trên máy tính.

- SV thực hiện:

 Thiết kế sơ đồ nguyên lý mạch điện theo biểu thức các đầu điều khiển ở

phương án lựa chọn.

 Thực hiện mô phỏng trên máy tính sử dụng công cụ Proteus hoặc một công

cụ mô phỏng trực tuyến thông dụng.

 Quan sát mô phỏng, ghi chép lại các vấn đề cần giải quyết với mạch điện.  GV quan sát, hỗ trợ các nhóm khi có yêu cầu.

- Tổng kết: Việc thiết kế và mô phỏng mạch điện có thể được thực hện như sau.

 Với FF – JK:

 Với FF – T:

41PL

Bước 5: Đánh giá, điều chỉnh thiết kế - GV giao nhiệm vụ: Yêu cầu các nhóm tổng hợp thông tin sau quá trình mô phỏng thử nghiệm, báo cáo kết quả thiết kế: Sơ đồ thiết kế mạch điện, kết quả thực hiện chạy mô phỏng, vấn đề cần điều chỉnh và khắc phục.

- SV thực hiện nhiệm vụ: chạy mô phỏng, đánh giá hoạt động của mạch điện. Tổng

hợp các kết quả thiết kế cần truyền đạt.

- Tổ chức báo cáo, thảo luận.

 GV Yêu cầu các nhóm báo cáo kết quả thiết kế, tự đánh giá kết quả thực hiện.  SV báo cáo, truyền đạt thông tin thiết kế tới toàn lớp, SV khác lắng nghe và

đặt câu hỏi góp ý, phản biện.

- Tổng kết:

 Thống nhất phương án và sơ đồ thiết kế bộ đếm theo yêu cầu bài toán

 GV nhận xét chung kết quả thực hiện bài toán thiết kế của các nhóm. Đánh

giá kết quả quá trình thiết kế bộ đếm mà SV đã thực hiện.

42PL

PHỤ LỤC 5 ĐỀ KIỂM TRA, ĐÁNH GIÁ DÙNG TRONG THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM

1. Mục đích: Sử dụng để kiểm tra mức độ tiếp thu kiến thức, sự phát triển TDKT và TDST của SV ở hai lớp TN và ĐC. 2. Đặc điểm

Các bài kiểm tra được cấu trúc gồm hai câu hỏi, trong đó. - Câu 1: có thang điểm 4/10, dạng câu hỏi tái hiện kiến thức. Để đạt điểm tối đa, SV cần nắm vững kiến thức được học. Câu hỏi dùng để kiểm tra đảm bảo trình độ đầu vào của SV ở cả hai lớp TN và ĐC là tương đương nhau thông qua tỉ lệ số SV có điểm bài kiểm tra lớn hơn 4 ở mỗi lớp.

- Câu 2: có thang điểm 6/10, mức vận dụng, được xây dựng dưới dạng một bài toán TKKT (bài toán thiết kế đáp ứng). Để đạt điểm tối đa, SV không chỉ cần nắm vững kiến thức, kĩ năng mà cần vận dụng nó một cách linh hoạt, sáng tạo vào giải quyết một vấn đề thực tiễn. Câu hỏi dùng để kiểm tra đánh giá sự phát triển NLKT, TDKT và TDST ở người học. 3. Nội dung đáp án các đề kiểm tra  Đề kiểm tra số 1 (giáo án thực nghiệm số 1: Bộ nguồn một chiều)

Đề 1. Bộ nguồn một chiều (Thời gian 30 phút) Câu 1 (4 điểm): Cho các phần tử của mạch điện chỉnh lưu cầu như hình

dưới đây.

Chị/Anh hãy đi dây (vẽ trực tiếp) thiết kế mạch điện hoàn chỉnh. Câu 2 (6 điểm): Một SV dự định thiết kế một bộ nguồn ổn áp 5V/2.5A dùng IC 7805. Sau khi lắp đặt và tiến hành kiểm tra mạch điện thì thông số điện áp và dòng điện tải không đạt yêu cầu, IC 7805 phát nhiệt rất nóng.

43PL

Anh/Chị hãy giúp SV trên xác định nguyên nhân và đưa ra phương án khắc phục để thiết kế bộ nguồn đạt yêu cầu mong muốn (viết, vẽ trực tiếp vào đề bài).  Đáp án đề kiểm tra số 1

Câu trả lời thành phần

- Thang điểm Câu hỏi Câu 1

Điểm tối đa 4 điểm

Câu 2

6 điểm

- Nối dây chính xác mạch chỉnh lưu cầu - Nối dây chính xác mạch ổn áp và lọc - Nối dây chính xác led báo nguồn - Nêu được nguyên nhân dòng/áp không đủ - Nêu được nguyên nhân IC phát nhiệt cao - Chỉ được phương án tăng dòng - Chọn được linh kiện phù hợp - Nối được dây dây dẫn mạch điện

Điểm 1 điểm 2 điểm 1 điểm 1 điểm 1 điểm 2 điểm 1 điểm 2 điểm

- Đáp án chi tiết  Câu 1:

 Câu 2:

44PL

 Đề kiểm tra số 2 (giáo án thực nghiệm số 2: Bộ đếm nhị phân đồng bộ)

Đề 2. Thiết kế bộ đếm sự kiện Kết hợp kiến thức về Điện tử tương tự và Điện tử số (thời gian 60 phút) Câu 1 (4 điểm): Thiết kế bộ đếm bộ đếm nhị phân đồng bộ thuận, Kđ = 8 sử

dụng FF – JK.

Câu 2 (6 điểm): Một dây chuyền đóng gói sản phẩm cần thiết kế mạch điện đếm các sản phẩm liên tục chạy trên băng chuyền đến khi đủ 6 sản phẩm, một đèn led sẽ sáng và gửi tín hiệu đến bộ phận đóng gói (sơ bộ ý tưởng như hình dưới).

Hãy thiết kế các mạch điện trên theo các yêu cầu sau:

a) Thiết kế mạch điện cảm biến phát hiện sản phẩm chạy qua băng chuyền và

gửi tín hiệu đến bộ đếm.

b) Thiết kế bộ đếm nhị phân với Kđ phù hợp. Khi kết thúc một lần đóng gói, một đèn led báo sẽ tắt sau khi sản phẩm đầu tiên của lần đóng gói tiếp theo tác động tới cảm biến.  Đáp án đề kiểm tra số 2

Câu trả lời thành phần

- Thang điểm Câu hỏi

Điểm tối

Điểm thành

45PL

Câu 1

phần 2 điểm

đa 4

Lập được bảng trạng thái kích thích cho các FF, tối thiểu hóa và xác định biểu thức các đầu điều khiển của bộ đếm nhị phân Kđ = 8. Xây dựng được sơ đồ nguyên lý bộ đếm Kđ = 8

2 điểm 2 điểm 3 điểm

Câu 2

Vẽ được sơ đồ nguyên lý mạch cảm biến sản phẩm; xác định đúng mức logic để nối mạch đếm. Xác định và chuyển đổi được bộ đếm Kđ = 8 sang Kđ = 6, vẽ được mạch đếm; sử dụng thêm 1 FF chốt trạng thái cho led báo trạng thái. Vẽ được sơ đồ tổng quát mạch điện.

1 điểm

- Đáp án chi tiết

 Đáp án chi tiết câu 1  Bảng trạng thái kích thích cho các FF

n + 1

N B 0 0 1 1 0 0 1 1

B A 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 0 0

JC KC x 0 x 0 x 0 x 1 0 x 0 x 0 x 1 x

FF – A, B, C JB KB x 0 x 1 0 x 1 x x 0 x 1 0 x 1 x

A 0 1 0 1 0 1 0 1

C 0 0 0 1 1 1 1 0

C 0 0 0 0 1 1 1 1

JA KA x 1 1 x x 1 1 x x 1 1 x x 1 x 1  Sơ đồ nguyên lý bộ đếm Kđ = 8 (JA = KA = 1; JB = KB =A, JC = KC =

AB)

 Đáp án chi tiết câu 2: a) Thiết kế mạch cảm biến phát hiện sản phẩm.

46PL

b) Thiết kế mạch điện cho bộ đếm sản phẩm.  Thiết kế bộ đếm Kđ = 6 và có led báo trạng thái

 Thiết kế mạch điện tổng quát

4. Triển khai

- Trao đổi với giáo viên giảng dạy về sự phù hợp, độ khó của bài kiểm tra. Tiến hành rà soát các câu hỏi, đáp án, thang điểm và các điều kiện cần thiết khác trước khi tiến hành kiểm tra.

47PL

- Chuẩn bị các biểu mẫu phục vụ đánh giá bằng quan sát trực tiếp, in đề kiểm

tra cho mỗi SV ở cả hai lớp TN và ĐC.

- Tổ chức cho SV các lớp kiểm tra, chấm điểm và thu thập thông tin đánh giá

bằng quan sát để kiểm nghiệm. 5. Bảng điểm tổng hợp kết quả chấm các bài kiểm tra

Vòng 2

Vòng 1

TN1

ĐC1

TN2

ĐC2

STT 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31

6 6 6 7 6 8 5 7 7 6 5 6 6 7 7 7 9 5 7 8 8 6 6 9 5 6 6 6 7 8 5

3 3 2 6 4 5 5 4 3 3 7 3 7 5 7 5 6 8 4 5 7 6 4 5 4 4 5 3 3 4 3

6 7 10 5 8 9 7 7 8 8 8 9 6 7 7 6 7 7 8 8 7 5 7 8 6 7 10 6 7 8 7

4 5 7 7 6 5 5 5 6 8 8 6 1 2 4 4 6 7 6 3 3 5 6 4 4 6 5 5 2 4 4

Bảng điểm tổng hợp kết quả chấm các bài kiểm tra (48 bài TN và 49 bài ĐC)

48PL

32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49

4 4 5 6 5 7 7 8 8 7 6 9 7 6 6 7 7

7 2 7 5 5 6 6 4 5 3 4 5 3 4 3 3 6 7

5 7 8 6 8 7 5 5 8 9 7 7 5 8 9 9 7

6 7 2 3 3 4 6 7 2 3 5 5 3 3 4 6 6 8

49PL

CHUẨN ĐẦU RA CỦA CHƯƠNG TRÌNH ĐÀO TẠO SP CÔNG NGHỆ

(4 tiêu chuẩn, 23 tiêu chí, 96 chỉ báo)

Tiêu chuẩn Tiêu chuẩn 1: Phẩm chất

Phẩm chất

Tiêu chí Tiêu chí 1: Yêu thiên nhiên, quê hương, đất nước

Tiêu chí 2: Yêu thương học sinh và có niềm tin vào học sinh

Tiêu chí 3: Yêu nghề và tự hào về dạy nghề học

Tiêu chí 4: Trung thực và đáng tin cậy

và

Tiêu chí 5: Trách nhiệm tận tâm

Chỉ báo 1. Yêu thiên nhiên; tích cực, chủ động vận động người khác tham gia các hoạt động bảo vệ thiên nhiên, bảo vệ môi trường. 2. Hiểu và chấp hành nghiêm túc đường lối, chủ trương của Đảng; chính sách, pháp luật của Nhà nước, góp phần bảo vệ và xây dựng đất nước. 3. Yêu quê hương, yêu đất nước; sẵn sàng thực hiện nghĩa vụ bảo vệ Tổ quốc. 1. Tôn trọng, thừa nhận và tin tưởng vào khả năng học tập và sự thay đổi tích cực của học sinh. 2. Yêu thương học sinh; chia sẻ kinh nghiệm, hỗ trợ học sinh trong học tập, rèn luyện và trong cuộc sống. 3. Cam kết nuôi dưỡng và phát huy tiềm năng của từng học sinh; tư vấn, hỗ trợ học sinh quyết định hướng đi của cuộc đời mình. 1. Nhận thức được ba giá trị cốt lõi làm nền tảng cho hệ giá trị nghề dạy học trong thời đại hiện nay là: Giá trị liên quan đến người học; Ý nghĩa tác động sư phạm của giáo dục; Trách nhiệm giáo dục mà xã hội giao phó. 2. Yêu nghề, tận tâm với nghề. 3. Tạo dựng được niềm tin và tự hào về nghề dạy học. 1. Nhận thức và hành động theo lẽ phải; sẵn sàng đấu tranh bảo vệ lẽ phải. 2. Trung thực trong học tập và trong cuộc sống; đấu tranh với các hành vi gian lận, vi phạm chuẩn mực đạo đức và qui định của pháp luật. 3. Chia sẻ kinh nghiệm, hỗ trợ bạn bè trong học tập, rèn luyện; tích cực tham gia các hoạt động vì cộng đồng. 1. Có trách nhiệm với bản thân, gia đình, nhà trường và xã hội. 2. Có ý thức tự đánh giá để xây dựng kế hoạch cá nhân. 3. Tích cực tìm tòi và sáng tạo trong học tập; có ý chí vượt khó trong học tập. 4. Tôn trọng, thừa nhận sự khác biệt giữa mọi người

PHỤ LỤC 6

50PL

Tiêu chuẩn

Tiêu chí

Tiêu chí 6: tự Ý thức học, tự nghiên cứu suốt đời

Năng lực

Tiêu chuẩn 2: Năng lực chung

Tiêu chí 1: Năng lực tự chủ và thích ứng với những thay đổi

Tiêu chí 2: Năng lực giao tiếp và hợp tác

Chỉ báo về lựa chọn nghề nghiệp, hoàn cảnh sống, sự đa dạng văn hoá cá nhân. 5. Tôn trọng quiền và lợi ích hợp pháp của mọi người; đấu tranh với những hành vi xâm phạm quiền và lợi ích hợp pháp của tổ chức, cá nhân. 1. Ý thức được vai trò và ý nghĩa của tự học, tự nghiên cứu suốt đời đối với người giáo viên. Qua đó, có ý thức trở thành người biết suy nghĩ, phải suy nghĩ và được quiền suy nghĩ. 2. Coi trọng việc tìm kiếm, lựa chọn những tri thức cần thiết để tự học, tự nghiên cứu suốt đời để phục vụ cho cuộc sống hiện tại và tương lai của chính người học. 3. Nỗ lực tìm kiếm các phương pháp tự học, tự nghiên cứu phù hợp để đạt được mục đích. 1. Tạo dựng được lối sống tự lực; khẳng định và bảo vệ được quiền, nhu cầu cá nhân phù hợp với đạo đức và pháp luật. 2. Tự điều chỉnh được xúc cảm, thái độ, hành vi của bản thân; luôn bình tĩnh và có cách cư xử đúng. 3. Điều chỉnh được hiểu biết, thái độ, kĩ năng, kinh nghiệm của cá nhân để thích ứng với các yếu tố mới, hoạt động mới, môi trường sống mới. 4. Thay đổi được cách tư duy, cách biểu hiện thái độ, cảm xúc của bản thân để đáp ứng với yêu cầu mới, hoàn cảnh mới cũng như thích ứng được với các mối quan hệ xã hội. 5. Hình thành và sử dụng được hệ thống kĩ năng (cơ bản và kĩ năng mềm) trong ứng xử với sự đa dạng và thay đổi. 1. Sử dụng được tiếng Việt chuẩn mực, hiệu quả trong giao tiếp hằng ngày và trong hoạt động chuyên môn. 2. Xác định được mục đích, nội dung, phương pháp, phương tiện và thái độ giao tiếp trong các mối quan hệ xã hội. 3. Thực hiện được các yêu cầu của giao tiếp sư phạm với học sinh, đồng nghiệp, phụ huynh, cán bộ quản lý các cấp và cộng đồng. 4. Thực hiện được các yêu cầu, nhiệm vụ hợp tác trong học tập, hoạt động nghề nghiệp và trong cuộc sống. 5. Đánh giá được hiệu quả hợp tác trong học tập và hoạt động nghề nghiệp.

51PL

Tiêu chuẩn

Tiêu chí

Chỉ báo

Tiêu chí 3: lực Năng lãnh đạo

Tiêu chí 4: lực Năng giải quyết vấn đề và sáng tạo

Tiêu chí 5: lực Năng nhận thức về văn hóa – xã hội

Tiêu chí 6: Năng lực phản biện

6. Thực hiện được hoạt động nhóm hiệu quả. 7. Thể hiện được sự tôn trọng những khác biệt, đa dạng của cá nhân và nhóm trong giao tiếp. 8. Có những hiểu biết cơ bản về hội nhập quốc tế. 1. Ý thức được sự lãnh đạo là phục vụ xã hội một cách chính đáng và chuyên nghiệp. 2. Nhận biết và thấu cảm được suy nghĩ, tình cảm, thái độ của người khác. 3. Xác định được nhu cầu và khả năng của người khác để thu hút, thuyết phục, dẫn dắt và tổ chức trong công việc. 1. Đưa ra được ý tưởng mới. 2. Xác định được tình huống có vấn đề; phát hiện và làm rõ vấn đề; thu thập, sắp xếp, giải thích và đánh giá được độ tin cậy của thông tin; chia sẻ sự am hiểu vấn đề với người khác. 3. Hình thành và triển khai được ý tưởng mới. 4. Đề xuất, lựa chọn được giải pháp; thiết lập được cách thức, qui trình giải quyết vấn đề. 5. Thiết kế và tổ chức được hoạt động; thực hiện và trình bày được giải pháp giải quyết vấn đề. 6. Đánh giá được giải pháp đã thực hiện; phản ánh được giá trị của giải pháp; khái quát hoá được cho vấn đề tương tự. 1. Có hiểu biết cơ bản về nền văn hóa dân tộc và những vấn đề kinh tế - xã hội quan trọng của đất nước. 2. Phát triển được văn hóa cá nhân để tạo dựng đời sống tinh thần phong phú và lối sống có văn hóa phù hợp với chuẩn mực xã hội, phù hợp với môi trường nhà trường. 3. Thiết kế và tổ chức được các hoạt động xây dựng môi trường văn hóa nhà trường để hỗ trợ, thúc đẩy học tập. 1. Có tư duy độc lập. 2. Phân tích và đánh giá được thông tin đã có theo cách nhìn khác nhau nhằm làm sáng tỏ và khẳng định được tính chính xác của thông tin. 3. Lập luận phản bác có cơ sở khoa học đối với kết quả của một quá trình tư duy để xác định lại tính chính xác của kết luận. 1. Hiểu và vận dụng được những kiến thức cơ bản về phát triển chương trình và tài liệu giáo khoa. 2. Lựa chọn được những phương pháp, phương tiện

Tiêu chuẩn 3: lực Năng

Tiêu chí 1: Năng lực dạy học

52PL

Tiêu chuẩn

Tiêu chí

sư phạm

Tiêu chí 2: lực Năng giáo dục

Chỉ báo và hình thức tổ chức dạy học bộ môn phù hợp, hiệu quả. 3. Xây dựng và thực hiện được các chủ đề (hay bài soạn) dạy học tích hợp, dạy học phân hoá. 4. Xây dựng được kế hoạch dạy học, kế hoạch bài học theo hướng tích hợp dạy học với giáo dục phù hợp với đặc thù môn học, đặc điểm học sinh và môi trường giáo dục. 5. Tổ chức được các hoạt động học tập của học sinh; vận dụng được các phương pháp dạy học theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo của học sinh, phát triển năng lực tự học của học sinh. 6. Tổ chức và quản lí được lớp học, tạo dựng được môi trường học tập hiệu quả trong giờ học. 7. Hỗ trợ được những học sinh có nhu cầu đặc biệt trong học tập. 8. Đánh giá được sự tiến bộ và kết quả học tập của học sinh; góp phần hoàn thiện những công dân có trình độ văn hóa và khả năng sáng tạo cao. 9. Xây dựng, quản lí và khai thác được hồ sơ dạy học. 1. Thực hiện được nhiệm vụ giáo dục đạo đức, trí tuệ, thẩm mỹ, thể chất thông qua việc giảng dạy môn học và tích hợp được các nội dung giáo dục trong các hoạt động chính khoá và ngoại khoá theo kế hoạch đã xây dựng. 2. Xây dựng và tổ chức được những hoạt động giáo dục thể hiện rõ mục tiêu, nội dung, phương pháp giáo dục bảo đảm tính khả thi, phù hợp với đặc điểm học sinh, phù hợp với hoàn cảnh và điều kiện thực tế, thể hiện khả năng hợp tác, cộng tác với các lực lượng giáo dục trong và ngoài nhà trường. 3. Vận dụng được các nguyên tắc, phương pháp, phương tiện và hình thức tổ chức giáo dục học sinh vào tình huống sư phạm cụ thể, phù hợp đối tượng và môi trường giáo dục, đáp ứng mục tiêu giáo dục đề ra. 4. Xử lí được các tình huống giáo dục, đặc biệt là những hành vi không mong đợi của học sinh, đáp ứng mục tiêu giáo dục. 5. Có khả năng phối hợp với các lực lượng giáo dục trong và ngoài nhà trường. 6. Có khả năng tư vấn, tham vấn cho học sinh.

53PL

Tiêu chuẩn

Tiêu chí

Tiêu chí 3: Năng lực định hướng sự phát triển học sinh

Chỉ báo 7. Thực hiện được nhiệm vụ giáo dục qua các hoạt động trong cộng đồng như: lao động công ích, hoạt động xã hội... theo kế hoạch đã xây dựng. 8. Đánh giá được kết quả rèn luyện của học sinh một cách chính xác, khách quan, công bằng và có tác dụng thúc đẩy sự phấn đấu vươn lên của học sinh. 9. Thực hiện được công tác chủ nhiệm lớp. 1. Nhận diện được đặc điểm cá nhân và điều kiện, hoàn cảnh sống (về văn hoá, xã hội) của học sinh; dự báo được xu hướng phát triển của học sinh. 2. Hỗ trợ được học sinh xây dựng kế hoạch phát triển cá nhân; theo dõi và có giải pháp giúp học sinh thực hiện những kế hoạch đó. 3. Hỗ trợ được học sinh tự đánh giá và điều chỉnh.

Tiêu chí 4: lực Năng hoạt động xã hội

1. Tham gia, tổ chức và thực hiện được các hoạt động phát triển mối quan hệ giữa nhà trường, gia đình, xã hội trong dạy học và giáo dục học sinh. 2. Thực hiện được những hoạt động phát triển văn hóa- xã hội nói chung và ở địa phương nơi nhà trường cư trú nói riêng. 3. Vận động được người khác tham gia các hoạt động của cộng đồng; của các tổ chức chính trị xã hội trong nhà trường và ở địa phương (Công đoàn, Đoàn thanh niên, Hội phụ nữ, các hiệp hội khoa học, nghề nghiệp v.v…).

Tiêu chí 5: lực Năng phát triển nghề nghiệp

1. Lập và triển khai được mục tiêu, kế hoạch chi tiết, cụ thể của cá nhân trong hoạt động học tập, bồi dưỡng và phát triển nghề nghiệp. 2. Lựa chọn và sử dụng được các phương pháp, kĩ thuật phù hợp trong hoạt động học tập, bồi dưỡng và phát triển nghề nghiệp. 3. Tìm kiếm, tổng hợp và khai thác được các nguồn tài nguyên đa dạng (sách, báo, các phương tiện thông tin) phục vụ cho hoạt động học tập, bồi dưỡng và phát triển nghề nghiệp. 4. Tự đánh giá và điều chỉnh được bản thân trong hoạt động học tập, bồi dưỡng và phát triển nghề nghiệp. 1. Hiểu được bản chất của công nghệ; mối quan hệ giữa công nghệ - tự nhiên – xã hội; các quá trình sản xuất chủ yếu cùng nghề nghiệp đặc trưng gắn với mỗi quá trình sản xuất; một số công nghệ phổ

Tiêu chuẩn 4: Năng lực ngành

Tiêu chí 1: lực Năng đặc thù của học khoa

54PL

Tiêu chuẩn

Tiêu chí

ngành lực (Năng Công nghệ)

Chỉ báo biến, hiện đại; phát triển và đổi mới công nghệ; an toàn lao động. 2. Trao đổi, trình bày được ý tưởng, sản phẩm, dịch vụ công nghệ và kĩ thuật bằng ngôn ngữ kĩ thuật. 3. Sử dụng được một số máy móc, thiết bị gia dụng và công nghiệp 4. Thiết kế, chế tạo được một số sản phẩm kĩ thuật, công nghệ giải quyết các vấn đề trong thực tiễn trên cơ sở vận dụng toán, khoa học, kĩ thuật và công nghệ. 5. Đánh giá được sản phẩm, hệ thống kĩ thuật, công nghệ phổ biến trong đời sống và sản xuất. 1. Hiểu được tư tưởng cốt lõi của Chương trình Giáo dục phổ thông môn Công nghệ. 2. Phân tích được khung năng lực công nghệ, các mạch nội dung chính trong Chương trình Giáo dục phổ thông môn Công nghệ. 3. Xác định được mối liên hệ giữa nội dung kĩ thuật, công nghệ ở đại học với các nội dung trong chương trình môn Công nghệ phổ thông. 4. Lựa chọn được nội dung kĩ thuật, công nghệ phù hợp với yêu cầu cần đạt cho từng chủ đề, mạch nội dung trong Chương trình Công nghệ phổ thông.

Tiêu chí 2: Năng lực sử học dụng vấn giáo tổng dục quát và học vấn công nghệ để giải thích Chương trình môn Công nghệ phổ thông Tiêu chí 3: Năng lực sử học dụng giáo vấn dục tổng quát và học công vấn nghệ vào thực tiễn

1. Tìm hiểu thực tiễn và phát hiện nhu cầu, vấn đề cần giải quyết trong thực tiễn. 2. Vận dụng được toán học, khoa học, kĩ thuật và công nghệ để giải quyết vấn đề, đáp ứng nhu cầu thực tiễn. 3. Tiếp cận được những công nghệ hiện đại trong bối cảnh cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư; sự dịch chuyển nghề nghiệp và định hướng nghề STEM dưới tác động của cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư. 4. Thiết kế được các chủ đề kĩ thuật, công nghệ theo định hướng giáo dục STEM phù hợp với giáo dục phổ thông. 1. Thiết kế nghiên cứu đề tài thuộc lĩnh vực kĩ thuật, công nghệ và giáo dục công nghệ. 2. Triển khai nghiên cứu đề tài lĩnh vực kĩ thuật, công nghệ và giáo dục công nghệ. 3. Công bố kết quả nghiên cứu đề tài kĩ thuật, công nghệ và giáo dục công nghệ.

Tiêu chí 4: Năng lực nghiên cứu Công nghệ và khoa học dục giáo

55PL

Tiêu chuẩn

Chỉ báo

1. Có chứng chỉ đạt chuẩn về trình độ ngoại ngữ theo qui định chung của trường. 2. Sử dụng được tiếng anh chuyên ngành để học tập, nghiên cứu về kĩ thuật, công nghệ.

1. Có chứng chỉ đạt chuẩn về trình độ công nghệ thông tin theo qui định của trường. 2. Sử dụng được phần mềm chuyên ngành hỗ trợ học tập và nghiên cứu kĩ thuật, công nghệ.

Tiêu chí công nghệ Tiêu chí 5: Năng lực sử dụng ngoại ngữ trong động hoạt chuyên môn Tiêu chí 6: Năng lực sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong hoạt động chuyên môn

Hà Nội, ngày … tháng 7 năm 2019

1PL

MỤC TIÊU HỌC PHẦN

MT 1: (Phẩm chất) - Trung thực trong học tập, chia sẻ kinh nghiệm và hỗ trợ bạn bè trong hoc tập

trong lĩnh vực kĩ thuật thuật điện tử.

- Tích cực tìm tòi và vận dụng sáng tạo các kiến thức về kĩ thuật điện tử vào giải

quyết vấn đề trong thực tiễn.

- Nỗ lực tìm kiếm phương pháp học tự học, tự nghiên cứu phù hợp để chiếm lĩnh tri

thức cơ bản về lĩnh vực kĩ thuật điện tử.

MT 2: (Năng lực) - Giải thích được những nguyên tắc làm việc của các linh kiện điện tử như: diode, transistor lưỡng cực (bipolar), transistor trường (FET), linh kiện nhiều mặt ghép, linh kiện quang điện tử... 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 điện tử tương tự 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).

- Thiết kế và mô phỏng được hoạt động một số mạch điện tử đơn giản.

CHUẨN ĐẦU RA CỦA HỌC PHẦN

CĐR 1: Đáp ứng 4 CĐR của chương trình đào tạo liên quan đến phẩm chất là: • Yêu thiên nhiên, quê hương, đất nước; • Trung thực và đáng tin cậy. • Trách nhiệm và tận tâm. • Ý thức tự học, tự nghiên cứu suốt đời. CĐR 2: (10) Thực hiện và trình bày được giải pháp kĩ thuật thiết kế mạch điện tử

cơ bản vào giải quyết vấn đề.

CĐR 3: (17) Tìm kiếm, tổng hợp và khai thác được các nguồn tài nguyên đa dạng phục vụ hoạt động học tập, bồi dưỡng và phát triển nghề nghiệp trong lĩnh vực kĩ thuật điện tử.

CĐR 4: (4.1.1) Nhận thức được bản chất của linh kiện điện tử, các mạch điện tử tương tự, cơ sở kĩ thuật số và thiết kế mạch điện tử số. (4.1.4) Thiết kế được mạch điện tử đơn giản ứng dụng vào thực tiễn. (4.6.2) Sử dụng phần mềm mô phỏng, điều chỉnh được thông số của một số mạch điện tử đơn giản. NỘI DUNG CHI TIẾT Chương 1: Linh kiện điện tử 1.1. Linh kiện thụ động 1.2. Linh kiện tích cực Chương 2: Mạch điện tử tương tự 2.1. Mạch khuếch đại 2.2. Mạch tạo dao động 2.3. Bộ nguồn 1 chiều

Chương 3: Kĩ thuật xung

PHỤ LỤC 7 CHƯƠNG TRÌNH CHI TIẾT MỘT SỐ HỌC PHẦN KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ 1. KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ

2PL

3.1. Mạch không đồng bộ hai trang thái ổn định 3.2. Mạch không đồng bộ hai trạng thái không ổn định

Chương 4: Cở sở kĩ thuật số 4.1. Đại số logic 4.2. Tối thiểu hóa hàm logic

Chương 5: Mạch tổ hợp

5.1. Thiết kế và phân tích mạch tổ hợp 5.2. Một số mạch tổ hợp chuyên dụng

Chương 6: Mạch dãy

6.1. Bộ đếm 6.2. Bộ ghi dịch

2. THỰC HÀNH KĨ THUẬT ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

MỤC TIÊU HỌC PHẦN MT 1: Nêu được cấu tạo nguyên lí hoạt động của một số mạch điện – điện tử cơ

bản, thông dụng.

MT 2: Lắp đặt, đo lường, khảo sát, điều chỉnh thông số kĩ thuật của một số mạch

điện – điện tử cơ bản. CHUẨN ĐẦU RA CỦA HỌC PHẦN

CĐR 1: • Yêu thiên nhiên, quê hương, đất nước; • Yêu thương học sinh và có niềm tin vào học sinh; • Yêu nghề và tự hào về nghề dạy học; • Trung thực và đáng tin cậy. • Trách nhiệm và tận tâm. • Ý thức tự học, tự nghiên cứu suốt đời. CĐR 2: Nêu được cấu tạo, nguyên lí hoạt động của một số mạch điện – điện tử cơ

bản.

CĐR 3: Lắp đặt, đo lường, kiểm nghiệm tham số kĩ thuật của một số mạch điện,

điện tử cơ bản.

CĐR 4: Thiết kế, ứng dụng mạch điện – điện tử vào thực tiễn.

NỘI DUNG CHI TIẾT

Nội dung thực hành Kĩ thuật Điện

Nội dung thực hành Kĩ thuật Điện tử

Bài 1: An toàn điện Bài 2: Đo lường điện Bài 3: Mạch điện xoay chiều 1 pha Bài 4: Mạch điện xoay chiều 3 pha Bài 5: Máy điện 1 pha Bài 6: Máy điện 3 pha Bài 7: Truyền động điện

Bài 8: Khảo sát linh kiện điện tử Bài 9: Mạch chỉnh lưu Bài 10: Mạch điện dao động, tạo xung Bài 11: Khuếch đại thuật toán Bài 12: Mạch logic cơ bản Bài 13: Bộ đếm, ghi dịch, giải mã Bài 14: Dự án thiết kế mạch điện tử