Đồ án Ứng dụng thí nghiệm - Thực hành ảo trong dạy thực hành kỹ thuật số

nhận thức đối tượng, nắm bắt hành động một cách dễ dàng. Xây dựng, sử dụng phương tiện dạy học phù hợp với nội dung và cường độ dạy học. Sử dụng kết hợp các phương tiện dạy học để đạt được mục tiêu truyền đạt tri thức, kỹ năng tốt nhất đến người học. Nâng cao trình độ đội ngũ giáo viên và cơ sở vật chất dạy học thực hành Trong giáo dục, vấn đề đào tạo giáo viên là một trong các vấn đề quan trọng được đặt lên hàng đầu. Nhất là trong thời đại tri thức, vai trò của giáo viên lại càng quan trọng, là người định hướng, truyền đạt kiến thức và góp phần hình thành, phát triển nhân cách cho người học. Trong khi đó, về chất lượng, đội ngũ giáo viên nước ta hiện nay vẫn còn nhiều thiếu sót. Trong dạy thực hành, với đa số các trường phổ thông hiện nay, phần lớn nội dung dạy thực hành đều là do giáo viên dạy lý thuyết hướng dẫn đồng thời. Do đó, bên cạnh việc giảng dạy lý thuyết, giáo viên không có nhiều thời gian để đầu tư xây dựng nội dung, phương pháp một cách tốt nhất cho dạy học thực hành. Bên cạnh đó, do điều kiện cơ sở vật chất, trang thiết bị đầu tư cho dạy thực hành phổ thông còn nhiều thiếu sót nên các nội dung thực hành cũng theo đó mà bị bó hẹp hơn, dẫn đến thời gian, môi trường và khả năng vận dụng lý thuyết vào thực tiễn của học sinh đều bị hạn chế. Do đó, đòi hỏi các cơ quan quản lý giáo dục nước ta phải: Có chính sách đầu tư, hỗ trợ hợp lý để nâng cấp điều kiện cơ sở vật chất cho dạy và học thực hành, nhất là ở các trường vùng sâu, vùng xa. Tổ chức các khóa đào tạo, nâng cao trình độ dạy thực hành cho giáo viên, có chính sách bồi dưỡng nâng cao tay nghề chuyên môn cho giáo viên. Bên cạnh đó tăng cường bồi dưỡng, nâng cao trình độ tiếng anh cho giáo viên để tạo điều kiện cho giáo viên có khả năng tìm kiếm, nghiên cứu các tài liệu nước ngoài phục vụ cho quá trình giảng dạy. Khả năng ứng dụng TN – TH ảo trong dạy học thực hành Thí nghiệm – thực hành ảo, trong phạm vi nghiên cứu của đề tài được thể hiện dưới hình thức các phần mềm mô phỏng. Việc sử dụng Thí nghiệm – thực hành ảo thể hiện được tính trực quan, khả năng truyền thụ kiến thức tự nhiên, lôi quấn trong cả nội dung lý thuyết và thực hành. Trong thực hành, thí nghiệm – thực hành ảo cung cấp cho người học điều kiện làm quen với nội dung thực hành, nắm bắt được nguyên lý hoạt động cơ bản của các phần tử, các mạch… trong nội dung bài học bằng cách thao tác với các phần mềm mô phỏng được thiết kế và ứng dụng cho giáo dục. Môi trường thí nghiệm – thực hành ảo là môi trường công nghệ, bao gồm các thiết bị công nghệ thông tin hiện đại tạo không gian làm việc, thực hành – thí nghiệm ảo mà như thật, giúp con người thao tác với cảm nhận chân thực. Thí nghiệm – thực hành ảo là cơ sở luyện tập, hình thành kỹ năng cần thiết, nắm bắt các vấn đề có thể tác động đến nội dung nghiên cứu trước khi tiến hành trên thực tế. Bên cạnh đó, trên cơ sở thực trạng và những đòi hởi hiện nay trong dạy học thực hành thì lựa chọn sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo là một phương pháp hiệu quả vừa tiết kiệm về mặt thời gian, cơ sở vật chất vừa đạt được mục tiêu dạy học. 2.3.1. Uu điểm của TN – TH ảo so với TN – TH thực Có thể nói, thí nghiệm – thực hành ảo hay thí nghiệm – thực hành thật thì cũng đều được xếp vào dòng các phương pháp trực quan, dùng làm sáng tỏ và ứng dụng được lý thuyết vào thực tiễn, gây hứng thú học tập cho học sinh, giáo dục tính tò mò khoa học, làm cho học sinh nhận thức và thao tác dễ dàng hơn, người học sẽ tiếp thu được kiến thức một cách rõ ràng và sâu sắc, đồng thời đem lại không khí sôi nổi, hào hứng cho lớp học, … Tuy nhiên mỗi hình thức đều có ưu, nhược điểm của nó. Ngày nay, trong thời kỳ phát triển công nghệ hiện đại, với sự hỗ trợ đắc lực của máy vi tính thì cuộc sống ảo vô cùng phong phú, đôi khi nó còn lấn át cả cuộc sống thực tại của chúng ta, tuy nhiên không thể nói thí nghiệm – thực hành ảo là hoàn toàn tốt hơn thí nghiệm – thực hành thật nhưng nó lại có rất nhiều ưu điểm so với thí nghiệm – thực hành thật. Có thể đưa ra dưới đây một số điểm cơ bản mà thí nghiệm – thực hành ảo khắc phục được nhược điểm của thí nghiệm – thực hành thật: + Với công việc thí nghiệm, trong trường hợp giáo viên làm thí nghiệm thật trên lớp cho học sinh quan sát thì hầu như các dụng cụ thí nghiệm đều nhỏ, lớp học đông, phòng học rộng. Như vậy khi làm thí nghiệm thì không phải tất cả các học sinh trong lớp đều có thể quan sát dễ dàng được, các em ở cuối lớp chỉ có thể nghe giáo viên nói mà không thể nhìn được thí nghiệm giáo viên làm như thế nào và chỉ có một số học sinh ở bàn trên mới có thể quan sát rõ thí nghiệm. Trong khi đó thí nghiệm ảo được thực hiện trên một màn chiếu, mà thông thường màn chiếu được đặt sao cho tất cả học sinh trong lớp học có thể nhìn rõ tất cả những gì thực hiện trên đó, đồng thời giáo viên hoàn toàn có thể chỉnh kích cỡ của dụng cụ thí nghiệm cho đủ lớn để cho cả lớp đều có thể quan sát rõ ràng kể cả các em ngồi ở cuối lớp học. + Tiếp theo nói tới vấn đề an toàn của thí nghiệm, với một số thí nghiệm hoá học nếu làm với các hoá chất thật, đôi khi do sơ xuất để xảy ra cháy nổ không mong muốn, nhưng với thí nghiệm ảo thì các thí nghiệm hoàn toàn an toàn, không lo cháy nổ ngoài dự định của giáo viên và học sinh, nếu có hiện tượng nhầm hoá chất diễn ra trên máy vi tính thì hiện tượng xảy ra chỉ là mô hình cháy nổ trong máy chứ không phải là thật nên rất an toàn. Hơn nữa thí nghiệm thực tế không phải thí nghiệm nào cũng thành công mỹ mãn, nhưng với thí nghiệm ảo do đã được lập trình sẵn nên có thể nói gần như tất cả các thí nghiệm đều chuẩn xác, thực hiện thí nghiệm đem lại hiệu quả như mong đợi. + Một vấn đề nữa là công tác chuẩn bị công cụ thí nghiệm, với chương trình đổi mới giáo dục như hiện nay thì trong chương trình phổ thông cơ sở, hầu như tiết học nào cũng có thí nghiệm. Với một thí nghiệm đơn giản, ít dụng cụ thì giáo viên có thể dễ dàng chuẩn bị dụng cụ, dễ dàng chuyển từ lớp học này sáng lớp học khác. Tuy nhiên với một thí nghiệm mà các dụng cụ kồng kềnh thì đây lại không phải là một điều đơn giản. Còn với thí nghiệm ảo thì giáo viên hoàn toàn không phải lo lắng gì về vấn đề này, các dụng cụ có sẵn trong máy vi tính giáo viên chỉ cần một lần thực hiện đưa phần mềm thiết kế thí nghiệm vào trong máy và cài đặt chương trình, như thế lần sau sẽ hoàn toàn yên tâm về dụng cụ thí nghiệm… + Trong dạy học thực hành và dạy nghề, quá trình thực hành thông thường phải tiến hành trên các cơ sở, xưởng thực hành với sự chỉ dẫn của người hướng dẫn. Trong khi đó, với việc sử dụng các phần mềm mô phỏng tương ứng với các nội dung thực hành cụ thể, được cài đặt trong máy tính giúp người học có điều kiện làm quen, thực hiện các giai đoạn thực hành trước khi thao tác trên thực tế. Như vậy chúng ta có thể thấy khá nhiều ưu điểm của thí nghiệm – thực hành ảo, hơn nữa hiện nay, khi tin học được ứng dụng nhiều vào trong trường học thì việc sử dụng các thí nghiệm – thực hành ảo hỗ trợ cho giảng dạy các môn học, đặc biệt là dạy học thực hành là hoàn toàn hợp lý. 2.3.2. Hiệu quả ứng dụng công nghệ thông tin Trong những năm gần đây, công nghệ thông tin được coi là một trong các ngành khoa học phát triển với tốc độ nhanh nhất, bới phạm vi ứng dụng rộng rãi của nó trong hầu hết các lĩnh vực. Trong giáo dục, công nghệ thông tin đã cho ra đời hàng loạt những phần mềm, tiện ích, ứng dụng hiệu quả cho cả người học và người dạy. Nắm được những công cụ này, đối với người dạy, chính là con đường rộng mở mang tri thức khoa học đến với học sinh, sinh viên một cách dễ dàng hơn. Đối với người học, các sản phẩm công nghệ này như là một người bạn, người giáo viên thứ hai luôn luôn sẵn sàng hỗ trợ, giúp đỡ trên hành trình trinh phục kiến thức. Với người học, công nghệ thông tin được biết đến bằng việc ứng dụng các phần mềm tiêu biểu trong học tiếng Anh hiện nay như English Study, phần mềm từ điển Oxford, từ điển Lạc Việt, phần mềm công cụ nâng cao kĩ năng viết (whitesmoke.com), phần mềm nâng cao kĩ năng nghe tiếng Anh thông qua giọng đọc văn bản (text to speech) tự nhiên (natural voice) (nextup.com)...được phát triển do sự đòi hỏi cấp thiết về trình độ ngoại ngữ hiện nay. Các phần mềm này góp phần hỗ trợ hiệu quả cho việc tự học và ôn tập kiến thức của người học. Với người dạy, công nghệ thông tin giúp cho giáo viên trong các vấn đề: Xây dựng và sử dụng các bài giảng điện tử Trong thời đại công nghệ và phát triển khoa học, người giáo viên không còn đơn thuần xây dựng và soạn thảo giáo án trên các công cụ truyền thống mà để nâng cao hiệu quả và chất lượng giảng dạy, thành quả kỹ thuật đã được ứng dụng hiệu quả. Bài giảng điện tử là một hình thức tổ chức giảng bài trên lớp mà ở đó toàn bộ kế hoạch hoạt động dạy học đều được thực hiện thông qua môi trường đa phương tiện (Multimedia) do máy tính tạo ra Khái quát về bài giảng điện tử - Trung tâm tin học- Ngoại ngũ Mỹ Á . Multimedia bao gồm các hình thức thể hiện dưới dạng: Văn bản (text), đồ họa (Graphics), ảnh động (animation), ảnh tĩnh (image), âm thanh (audio) và phim video (video clip). Bằng việc thiết kế và sử dụng bài giảng điện tử, cùng với kiến thức chuyên môn, người giáo viên đã đem đến cho người học một không khí học tập mới, tạo môi trường tiếp thu kiến thức hiệu quả với những âm thanh, hình ảnh, mầu sắc được kết hợp hài hòa trong nội dung bài học. Việc sử dụng bài giảng điện tử được đánh giá là một trong những phương pháp gây tiếp thu nhanh, hào hứng và hiệu quả nhất đối với học sinh đã được Bộ giáo dục Đào tạo chủ trương nhân rộng và tăng cường đầu tư, phát triển mạnh. Thiết kế các phần mềm dạy học, kiểm tra, đánh giá Phần mềm dạy học là các phần mềm được thiết kế chuyên dùng cho dạy học. Phần mềm dạy học là phương tiện chứa chương trình để ra lệnh cho máy tính thực hiện các yêu cầu về nội dung và phương pháp dạy học theo mục tiêu đã định. Tùy thuộc từng nội dung dạy học cụ thể mà có thể xây dựng các phần mềm tương ứng. Các phần mềm dạy học có thể được sử dụng với các chức năng: Trình diễn các nội dung mới Ôn tập các nội dung đã học Rèn luyện và củng cố kỹ năng, kỹ xảo Kiểm tra kiến thức học sinh Với các phần mềm dạy học, kiểm tra, đánh giá, không chỉ hỗ trợ cho người dạy trong quá trình truyền đạt kiến thức mà còn phát huy được tinh thần học tập của người học. Sử dụng Internet trong việc tìm kiếm thông tin trực tuyến Internet chính là một thư viện không lồ, là nơi lưu chứa tri thức của toàn nhân loại với hàng tỷ tư liệu và các bài viết của mọi lĩnh vực và luôn được cập nhật từng ngày, từng giờ. Vấn đề quan trọng là giáo viên là phải biết khai thác nguồn tài nguyên phong phú trên Internet để đạt hiệu quả ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học . Hiện nay, có 2 phương pháp phổ biến được dùng để khai thác các thông tin phục vụ cho việc giảng dạy: + Truy cập các thư viện tài nguyên trực tuyến Wikipedia.org (trang tiếng Việt là vi.wikipedia.org) là hệ thống bách khoa toàn thư khổng lồ, do hàng chục triệu tình nguyện viên trên thế giới đóng góp xây dựng. Có thể tìm ở đây từ các kiến thức khoa học phổ thông đến các nghiên cứu khoa học chuyên ngành, tìm hiểu về tiểu sử những người nổi tiếng cho đến những vấn đề thời sự được cập nhật hàng ngày v.v... Youtube.com, là trang web chia sẻ video lớn nhất thế giới, ở đây chúng ta có thể dễ dàng tìm được những tư liệu phim phù hợp với mục đích dạy học. Ở Việt Nam cũng có trang chia sẻ video riêng ở địa chỉ Clip.vn Thư viện tư liệu giáo dục ( ) là trang web chia sẻ các tư liệu phim, ảnh, flash phục vụ cho giáo dục và đào tạo của người Việt Nam. Thư viện bài giảng điện tử ( ): Đây là trang web cho phép giáo viên chia sẻ các bài giảng và giáo án của mình, đồng thời tham khảo các bài giảng và giáo án của rất nhiều giáo viên khác trên cả nước. Thư viện giáo trình điện tử ( là trang web tập hợp các giáo trình bậc đại học và chuyên ngành từ các dự án của Bộ GD&ĐT với các trường Đại học lớn trên cả nước như Đại học Bách Khoa HN, ĐH Sư phạm HN, Đại học Cần Thơ ... Thư viện tư liệu giáo dục và Thư viện bài giảng điện tử là các hệ thống mở, không những giúp giáo viên có thể download các tư liệu dạy học và các bài giảng mẫu mà còn cho phép giáo viên có thể đưa các tư liệu và bài giảng của mình lên để chia sẻ với mọi người. Việc sử dụng các hệ thống mở như trên hiện nay đang là xu hướng tất yếu của ngành công nghệ thông tin, với những ưu điểm vượt trội là: hoàn toàn miễn phí, có hệ thống dữ liệu khổng lồ vì là do cộng đồng cùng xây dựng, luôn được cập nhật thường xuyên, từng ngày, từng giờ, các tư liệu cũng như bài giảng có chất lượng cao vì được chọn lọc và tổng hợp từ nhiều nguồn khác nhau. + Sử dụng các dịch vụ tìm kiếm như Google, Yahoo, Baamboo, Monava...( Trao đổi chuyên môn, chia sẻ tài nguyên trên các mạng xã hội Khi kết nối mạng Internet, giáo viên không chỉ có thể tìm thấy ngay những kiến thức, nhưng tài nguyên mình cần mà còn có thể chia sẻ, trao đổi thông tin với nhau. Hình thức trao đổi, chia sẻ thông tin với nhau đơn giản nhất là phổ biến nhất hiện nay là thông qua các diễn đàn (forum) trên mạng. Bên cạnh đó còn có một hình thức trao đổi, chia sẻ thông tin khác nữa trên Internet là tham gia các mạng xã hội. Ở các mạng này, mỗi người có thể xây dựng các blog (có thể coi đó là những trang web cá nhân) cho mình. Với các blog được tạo, giáo viên có thể: lưu trữ các tư liệu, bài giảng, tài liệu tham khảo môn học; chia sẻ các kinh nghiệm trong dạy học và trong cuộc sống, bạn bè đồng nghiệp có thể vào xem các blog của nhau và gửi lên ý kiến của mình; tổ chức việc dạy học thông qua blog; tổ chức các diễn đàn về một số chủ đề giáo dục; ngoài ra blog cũng là nơi giáo viên khắp nơi trong cả nước có thể giao lưu, kết nghĩa với nhau... Trong dạy học thực hành Với sức mạnh công nghệ thông tin đã cho ra đời: + Các phần mềm thực hành chuyên dụng Là phần mềm phục vụ cho việc dạy và học các nội dung thực hành cụ thể: Phần mềm vẽ cơ khí AutoCard Phần mềm vẽ và thiết kế mạch điện tử Orcard, Proteus Phần mềm dạy học thực hành tin học, ngoại ngữ NetOp School… Bên cạnh đó, sự ra đời của các phần mềm thực hành cũng đã và đang có những đóng góp đáng kể trong các lĩnh vực mang tính xã hội, như: Phần mềm mô phỏng thực hành sát hạch lái xe mô tô hai bánh, xe ô tô Phần mềm nhận dạng thông tin chứng minh thư, hộ chiếu, biển số xe,... Trên cơ sở sử dụng các sản phẩm công nghệ thông tin vào quá trình dạy và học, đặc biệt là dạy thực hành, làm cho máy tính và các thiết bị liên quan khác ngày càng có tần suất sử dụng cao và giữ vai trò quan trọng. Máy tính, kết hợp với nội dung giảng dạy cụ thể, đóng vai trò: Là công cụ mô phỏng Là công cụ trình diễn (Trong bài giảng điện tử) Là công cụ truyền thông (Trao đổi thông tin giữa giáo viên và học sinh) Là công cụ điều khiển học tập (Sử dụng phổ biến trong đào tạo từ xa, tự học có sự hướng dẫn của giáo viên…) Hiện nay, các ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học đã khẳng định được tác dụng to lớn của nó. Về mặt sư phạm, đã khuyến khích được tinh thần học tập, làm việc độc lập của học sinh, sinh viên, đảm bảo mối liên hệ giữa chủ thể và đối tượng học tập. Trong nhiều nội dung học tập hiện nay, máy tính đã được sử dụng như một công cụ giảng dạy hiệu quả. Với khả năng mô hình hóa đối tượng bằng cách sử dụng các phần mềm mô phỏng (Phần mềm đồ họa 3D max, Photoshop, …hay các phần mềm thiết kế) đem đến cho người học sự quan sát trực quan, dễ hiểu nhất về các đối tượng nghiên cứu. Dựa vào một số vấn đề đưa ra ở trên, chúng ta thấy hiệu quả tác động của công nghệ thông tin đối với giáo dục là rất lớn. Các sản phẩm công nghệ thông tin và sự nắm bắt khoa học kỹ thuật của đội ngũ giáo viên đang từng bước phát triển, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục và đào tạo. Bên cạnh đó, để nâng cao chất lượng đào tạo (đại học, cao đẳng, trung học chuyên nghiệp), đặc biệt là đào tạo đội ngũ lao động có trình độ tay nghề cao, Đảng và nhà nước ta đã có những chính sách cụ thể đầu tư cho giáo dục thực hành. Chú trọng đầu tư cơ sở vật chất, tranh thủ tối đa nguồn vốn chương trình mục tiêu quốc gia, các nguồn vốn tài trợ quốc tế, các khoản đóng góp của người học, để tăng cường cơ sở vật chất, đổi mới trang thiết bị dạy học, tạo điều kiện tốt nhất cho người học thao tác thực hành, rèn luyện kỹ năng, kỹ xảo. Cũng như các quốc gia khác, nước ta coi công nghệ thông tin là một trong những ngành mũi nhọn trong thế kỷ 21. Hiện nay, trong các cơ sở đào tạo thực hành, cơ sở dạy nghề đã được trang bị tương đối đầy đủ phòng máy tính, phòng học đa phương tiện và các phòng máy hiện đại. Các trang thiết bị cung cấp cho dạy học thực hành từ bậc tiểu học, trung học cơ sở đến các cơ sở đào tạo cao hơn ngày càng đầy đủ. KẾT LUẬN: Mặc dù thực trạng giáo dục nước ta hiện này vẫn còn tồn tại nhiều vấn đề cần giải quyết, và cũng còn không ít các khó khăn, hạn chế về cơ sở vật chất, trình độ ngoại ngữ, kỹ năng tin học của đội ngũ giáo viên. Song cùng với các chính sách đầu tư phát triển của Đảng và Nhà nước, các điều kiện dành cho giáo dục, giáo dục thực hành ngày càng được hoàn thiện hơn. Việc áp dụng công nghệ thông tin và các thiết bị hiện đại đã đem đến bước phát triển mới cho dạy và học. Trong đó, sự ứng dụng Thí nghiệm – thực hành ảo, mà cụ thể trong nội dung nghiên cứu là các phần mềm mô phỏng đã đánh dấu một bước tiến quan trọng trong công tác giảng dạy thực hành. Góp phần hình thành những kiến thức, kỹ năng cơ bản cho học sinh, tiến tới trình độ cao hơn là đào tạo nghề, cung cấp cho người học sự hiểu biết nghề nghiệp vững chắc và hoàn thành mục tiêu giáo dục. CHƯƠNG III ỨNG DỤNG THÍ NGHIỆM – THỰC HÀNH ẢO TRONG DẠY THỰC HÀNH KỸ THUẬT SỐ Ứng dụng TN – TH ảo trong dạy học thực hành Trên cơ sở sự trình bày về các điều kiện lý luận và thực tiễn về Thí nghiệm – thực hành ảo, trong phần này chúng ta sẽ đi vào nội dung ứng dụng Thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy học thực hành. Thí nghiệm – thực hành ảo có thể sử dụng vào các mục đích lý luận khác nhau. Các thí nghiệm – thực hành ảo này có thể dùng để: Dẫn dắt vấn đề cho một bài dạy Làm thí nghiệm minh họa cho nội dung bài dạy Củng cố kiến thức cho người học dưới dạng các bài thí nghiệm – thực hành ảo thực hiện tại nhà với sự trợ giúp của máy tính. Là tài liệu hướng dẫn cho người học trước khi tiến hành thí nghiệm, thực hành trên môi trường thực tế. Thí nghiệm – thực hành ảo được cung cấp cho người học trước khi diễn ra các bài thí nghiệm, thực hành thật, nhằm giúp người học tự nghiên cứu dụng cụ, trang thiết bị thí nghiệm, thực hành, cách bố trí và các bước tiến hành thí nghiệm, làm quen với các thao tác thực hành. Sự có mặt của thí nghiệm – thực hành ảo giúp nâng cao chất lượng quá trình chuẩn bị của người học, góp phần đem lại hiệu quả tốt hơn cho thí nghiệm, thực hành thực. Về mặt không gian, các bài thí nghiệm – thực hành ảo có thể được tiến hành trong các phòng thí nghiệm, thực hành chuyên dụng. Trong nội dung đề tài nghiên cứu sẽ đề cập chủ yếu đến việc sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong môi trường lớp học. Và để thí nghiệm – thực hành ảo có thể phát huy được tối đa hiệu quả trong quá trình dạy học nói chung, dạy học thực hành nói riêng thì phải tuân theo những nguyên tắc nhất định. Phần nội dung dưới đây sẽ trình bày một số nguyên tắc cơ bản cần lưu ý. Nguyên tắc sử dụng TN – TH ảo trong dạy thực hành Phù hợp với mục tiêu và nội dung bài học Mục tiêu bài học là hệ thống các tri thức bao gồm cả lý thuyết và thực hành mà người học có thể trình bày, biểu diễn lại được sau khi học xong bài học. Do đó, mỗi thí nghiệm – thực hành ảo đều gắn liền với mục tiêu cụ thể và việc sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong cả giờ dạy lý thuyết cũng như thực hành đều phải dựa trên cơ sở mục tiêu và nội dung bài học. Chính vì vậy, để lựa chọn sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo phù hợp với nội dung giảng dạy đòi hỏi giáo viên phải tìm hiểu, nghiên cứu kỹ mục tiêu cần đạt được cũng như hình thức thể hiện của nó để có thể truyền đạt nội dung bài dạy một cách tốt nhất. Thí nghiệm – thực hành ảo được biểu diễn, sử dụng phù hợp với mục tiêu và nội dung bài học sẽ góp phần tạo thành công cho giờ dạy, phát huy được hứng thú học tập của học sinh, trên cơ sở đó việc truyền đạt kiến thức sẽ được trình bày một cách tự nhiên và hiệu quả. b. Phù hợp với thời lượng bài dạy Với mỗi bài dạy cụ thể, tùy thuộc vào nội dung và phạm vi tác động của bài dạy mà thời gian phân bố sẽ khác nhau. Trên lớp học, phần lớn thời gian được dành cho việc truyền đạt nội dung kiến thức mang tính lý thuyết cơ bản, sự tham gia của các bài thí nghiệm, thực hành phải được bố trí phù hợp để không ảnh hưởng đến tiến trình bày dạy. Trên thực tế, để thực hiện một bài thí nghiệm, thực hành, người hướng dẫn phải tốn một khoảng thời gian tương đối để sắp xếp, thao tác với các đối tượng thí nghiệm, thực hành. Với thí nghiệm – thực hành ảo, công việc thao tác với các đối tượng thí nghiệm – thực hành trở nên đơn giản hơn bằng cách thể hiện các thành phần thí nghiệm, thực hành trên máy tính. Do đó, người dạy có thể chủ động điều chỉnh về mặt thời gian tiến hành thí nghiệm, thực hành. Mặc dù vậy, để tiến hành thí nghiệm – thực hành ảo một cách hiệu quả, người dạy kiểm tra, thao tác thử với nội dung thí nghiệm, thực hành để đảm bảo về mặt kỹ thuật trước khi tiến hành dạy trên lớp. c. Phù hợp với tiến trình bài dạy Tiến trình dạy học là hệ thống các bước, quá trình tiến hành, thực hiện mục tiêu bài dạy. Với các bài dạy thí nghiệm, thực hành, việc xây dựng và thực hiện theo tiến trình là yếu tố quan trọng, có đóng góp to lớn đến thành công bài dạy. Thí nghiệm, là hoạt động khoa học nhằm kiểm nghiệm kiến thức còn thực hành là làm để vận dụng lý thuyết vào thực tiễn. Do vậy, việc tiến hành thí nghiệm, thực hành phải tuân theo các bước nhất định, đảm bảo tính trình tự vè hệ thống, thể hiện ở sự phân phối và sắp xếp hợp lý trình tự bài dạy phù hợp với nội dung vấn đề giảng dạy, tạo điều kiện thuận lợi để người học củng cố, tiếp thu và phát triển kiến thức. Bên cạnh đó, tốc độ tiến hành, phân tích và thao tác thí nghiệm, thực hành phải phù hợp với trình độ nhận thức của người học, được xây dựng và áp dụng dựa trên trình độ nhận thức và tư duy của người học. Với các nội dung phức tạp, khó hiểu có thể lập lại thí nghiệm, thực hành để người học dễ quan sát, nắm bắt. Với thí nghiệm – thực hành ảo, thao tác lập lại các bước tiến hành này được thực hiện đơn giản hơn với sự trợ giúp của máy tính. Ngoài ra, việc sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo phù hợp với tiến trình bài dạy còn thể hiện bởi sự chuẩn bị tâm lý cho người học trước khi tham gia thí nghiệm – thực hành. Người học có điều kiện thực hiện lần lượt đúng theo các bước thí nghiệm, thực hành như trên thực tế, tạo sự quen thuộc khi thí nghiệm, thực hành thực. Và đó cũng là một trong số các yếu tố đem đến sự hứng thú và tích cực học tập cho người học. Phù hợp với nguyên tắc sử dụng trực quan trong bài dạy Tính trực quan trong dạy học được thể hiện ở chỗ người dạy sử dụng những vật dụng cụ thể hay ngôn ngữ cử chỉ để giúp cho học sinh hình dung, quan sát được những hình ảnh, khái niệm chân thực nhất về vấn đề nghiên cứu trong nội dung bài học. Trong thí nghiệm, thực hành, thao tác với đối tượng là yếu tố quan trọng. Do đó, các đối tượng cũng như trình tự diễn biến chính của thí nghiệm, hệ thống các thao tác thực hành phải đảm bảo hiển thị đủ lớn cho việc quan sát của cả lớp. Các thao tác thực hiện thí nghiệm, thực hành của giáo viên cần phải sử dụng máy chiếu để phóng to hình ảnh, trình tự thao tác giúp người học quan sát, theo dõi, nhận thức một cách trung thực nhất. Bên cạnh đó, việc sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo với các hệ thống các hình ảnh, màu sắc hiển thị trân thực còn đem lại cho người học khả năng tập trung quan sát quá trình diễn biến bài học. Trong khi đó, không chỉ với việc học tập, nghiên cứu mà trong hầu hết các công việc, sự tập trung là một trong những yếu tố quan trọng, là điều kiện tiên quyết đem đến thành công cho con người. Đối với quá trình dạy học, dù sử dụng phương tiện dạy học nào thì người giáo viên cũng phải thực hiện kết hợp giữa thao tác trên các đối tượng và việc giải thích, làm rõ cho đối tượng. Với thí nghiệm – thực hành ảo, cùng với việc thao tác, giáo viên cần phải hướng dẫn cho học sinh quan sát và giải thích rõ cho họ về trình tự, mối tương quan về hình dáng, sự liên hệ của các đối tượng tham gia thí nghiệm – thực hành ảo với các đối tượng trên thực tế. Dựa trên mối liện hệ này, người học sẽ hiểu và hứng thú hơn với nội dung các bài thí nghiệm, thực hành, giúp cho thí nghiệm, thực hành dần dần không chỉ là hoạt động mang tính bắt buộc phải thực hiện mà sẽ phát huy được sự chủ động, tích cực tham gia tìm hiểu của người học. 3.1.2. Quy trình sử dụng TN – TH ảo trong dạy thực hành Để đảm bảo cho quá trình ứng dụng Thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy học đạt hiệu quả cao thì bên cạnh việc tuân thủ các nguyên tắc cơ bản được đưa ra ở trên thì quá trình áp dụng thí nghiệm – thực hành ảo cũng phải dựa trên một quy trình nhất định. Xây dựng kế hoạch bài dạy Giới thiệu mục tiêu và mô tả TNTH Chuẩn bị TNTH Tiến hành TNTH Thao tác với mẫu thí nghiệm Thao tác với mẫu thực hành Học sinh thao tác Học sinh rèn luyện Tổng kết, thảo luận Hình 3.1. Sơ đồ thể hiện quy trình sử dụng Thí nghiệm – thực hành ảo Trong đó Bước 1: Xây dựng kế hoạch bài dạy Trong cuộc sống, khoa học và học tập, để hoàn thành tốt bất kỳ một công việc nào, đặc biệt là các vấn đề có độ phức tạp cao thì đều đòi hỏi người thực hiện phải thiết lập cho mình một hệ thống chi tiết hoặc sơ lược về cách thức, trình tự, thời hạn cũng như mục tiêu nhất định cần đạt được. Trong dạy học, người giáo viên cũng phải tiến hành công đoạn này. Thực tế cho thấy, hiệu quả sử dụng các bài thí nghiệm – thực hành ảo phụ thuộc rất lớn vào việc xây dựng kế hoạch bài dạy. Một thí nghiệm – thực hành ảo có thể được sử dụng cho các mục đích dạy học khác nhau: đặt vấn đề, minh họa, ôn tập, củng cố kiến thức…Do đó, trong nội dung xây dựng kế hoạch bài dạy cần chỉ rõ bài thí nghiệm – thực hành ảo được sử dụng nhằm mục đích cụ thể gì, xác định chính xác về mặt thời gian, địa điểm tiến hành thí nghiệm, thực hành, đồng thời dự kiến các thao tác thực hiện và các tình huống sư phạm diễn ra trong quá trình dạy học, và phải thỏa mãn được các nguyên tắc sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo. Đặc biệt phải hướng dẫn cụ thể các thao tác thực hiện mẫu, nhấn mạnh, dự kiến các tình huống có thể xảy ra sự cố… cũng như các khó khăn xảy ra trong quá trình thực hành. Bước 2: Chuẩn bị bài thí nghệm - thực hành ảo Cũng giống như việc tiến hành thí nghiệm, thực hành trên thực tế, cần phải chuẩn bị về cơ sở vật chất, trang thiết bị, dụng cụ thí nghiệm, thực hành thì công đoạn chuẩn bị cho thí nghiệm – thực hành ảo cũng cần phải được thực hiện một cách kỹ lưỡng. Quá trình chuẩn bị bao gồm công việc lựa chọn, cài đặt các phần mềm máy tính, chủ yếu là các phần mềm mô phỏng phục vụ cho dạy và học, nằm trong hệ thống các phần mềm giáo dục. Tiếp theo là thực hiện chạy thử chương trình và tiến hành thao tác thử với các bài thí nghiệm, thực hành để đảm bảo chất lượng kỹ thuật trước khi áp dụng giảng dạy trên lớp. Cuối cùng, hoàn tất cho giai đoạn hậu trường thí nghiệm – thực hành ảo là công việc lựa chọn, chuẩn bị các thiết bị phục vụ cho trình chiếu. Bước 3: Giới thiệu mục tiêu và mô tả thí nghiệm – thực hành ảo Mục tiêu là cái cần đạt được sau khi kết thúc một vấn đề nào đó. Trong dạy học, mục tiêu cần được đưa ra trước khi giáo viên đi vào trình bày nội dung chính của bài học, vì mục tiêu là điểm đích hướng tới trong bài học. Sự giới thiệu mục tiêu trong thời điểm đầu của bài dạy có tác dụng tạo động lực học tập, kích thích hứng thú và định hướng quan sát, tìm hiểu kiến thức của người học. Do đó, cùng với công tác chuẩn bị, xây dựng kế hoạch thì giới thiệu mục cũng là một khâu quan trọng làm nâng cao hiệu quả sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo. Trên cở sở mục tiêu bài học được giới thiệu trước, người học có điều kiện tìm hiểu, thực hiện làm quen trước với nội dung bài học. Nhưng để làm được điều này, ngoài điều kiện về mặt thiết bị thì một yếu tố quan trọng quyết định đến quá trình chuẩn bị của người học là sự tích cực, chủ động của người học. Để có thể phát huy yếu tố tích cực học tập này và cùng với điều kiện cho phép tiến tới nâng cao chất lượng dạy học, trước khi tiến hành thực hiện thí nghiệm, thao tác thực hành thật thì giáo viên cần mô tả thí nghiệm – thực hành ảo cho người học. Một cách cụ thể, trong việc mô tả này, người giáo viên cần phải làm rõ một số yếu tố như sau: Mô tả các đối tượng có mặt trong thí nghiệm, thực hành. Nói rõ sự khác biệt giữa các đối tượng thực so với các đối tượng trong thí nghiệm – thực hành ảo. Đưa ra trình tự thí nghiệm hoặc các thao tác thực hành Trình bày các thao tác làm việc với các đối tượng trong thí nghiệm ảo và các thao tác tương tự khi thực hiện với môi trường thí nghiệm, thực hành thực. Bước 4: Tiến hành Thí nghiệm – thực hành Bước kế tiếp trong quá trình sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo là công đoạn tiến hành thí nghiệm, thực hiện các thao tác thực hành. Quá trình tiến hành là quá trình thực hiện nội dung bài dạy trên nền tảng các điều kiện, yếu tố cơ bản đã được chuẩn bị ở trên. Để nâng cao hiệu quả của thí nghiệm, trong quá trình thực hiện hướng dẫn mẫu, giáo viên cần nhấn mạnh những thao tác, hiện tượng chính diễn ra trong bài học. Hơn nữa, để giúp người học dễ nhớ, dễ nắm bắt nội dung kiến thức thì ngoài môi trường lớp học, giáo viên có thể sử dụng phương pháp đàm thoại, liện hệ giữa các hiện tượng trong thí nghiệm với các hiện tượng diễn ra trên thực tế, bằng cách này, người học vừa có thể củng cố được kiến thức lý thuyết, vừa hiểu được các hiện tượng thực tế. Với nội dung thực hành, với mục đích chủ yếu là vận dụng lý thuyêt vào thực tiễn, giáo viên sẽ thực hiễn các thao tác làm mẫu, người học quan sát, bắt chước và thực hiện, từng bước luyện tập kỹ năng, hình thành lỹ xảo. Trong giai đoạn này, giáo viên đóng vai trò là người hướng dẫn, phân tích, làm rõ trình tự tiến hành các thao tác, đặc biệt nhần mạnh thực hiện các thao tác có độ khó cao. Bên cạnh đó, ngoài các nội dung cơ bản, người dạy có thể giới thiệu cho học sinh những thông tin liên quan đến việc sử dụng, ứng dụng phần mềm cũng như các chức năng trợ giúp khác nhằm giúp người học không chỉ nắm bắt được các thao tác thực hành cần thiết mà còn có được những hiểu biết liên quan. Bước 5: Tổng kết và thảo luận Cũng như thí nghiệm, thực hành thực, phương pháp thực hiện thí nghiệm, thao tác thực hành ảo cũng thu được kết quả là các số liệu có được sau quá trình tiến hành. Kết quả sẽ được ghi chép, tổng hợp và xử lý lưu lại trong báo cáo. Kết quả các bài thí nghiệm này sẽ được kiểm tra, đánh giá về độ chính xác và thảo luận đi đến khái quát chung. Trong khi đó, để đánh giá chất lượng giờ học thực hành, người ta đánh giá dựa trên khả năng thao tác thực hiện một vấn đề cụ thể nào đó. Nói tóm lại, tổng kết và thảo luận là khâu cuối cùng đóng vai trò đưa ra sự đánh giá, nhận xét chung sau khi kết thúc bài học, đưa ra những kết luận trong nội dung thí nghiệm và những kinh nghiệm liên quan đến việc hình thành và vận dụng các kỹ năng thực hành. Thông qua đó, người dạy nhận xét, đánh giá về kết quả và chất lượng thực hiện thí nghiệm, thực hành cho từng cá nhân, từng nhóm cụ thể. Sự đánh giá này giúp người học nhận thức được năng lực của mình, đã nắm bắt và vận dụng được những nội dung kiến thức nào và thấy được những thiếu sót, vấn đề cần rèn luyện và chỉnh sửa…để rút kinh nghiệm cho những lần sau thu được kết quả tốt hơn. . Ứng dụng TN – TH ảo trong dạy thực hành Kỹ thuật số 3.2.1.Đặc điểm và phạm vi ứng dụng của Kỹ thuật số 3.2.1.1.Đặc điểm Kỹ thuật số là môn học cung cấp những kiến thức cơ sở cho các ngành kỹ thuật điện tử, kỹ thuật máy tính, tin học, điều khiển tự động, đo lường điện tử… Dựa trên những các trạng thái rời rạc (không liên tục) với hai giá trị logic cơ bản 0 và 1, một hệ thống kỹ thuật số sẽ sử dụng các giá trị rời rạc này để đại diện cho các thông tin đầu vào, xử lý, truyền đi, lưu trữ…dữ liệu. Ngày nay, trong thời kỳ các thiết bị số, tự động đang được sử dụng và phát triển, việc đào tạo và phổ biến các kiến thức cơ bản về kỹ thuật số ngày càng được quan tâm. Trong dạy học đại học, kỹ thuật số là một nội dung giảng dạy đóng vai trò nền tảng trong hệ thống các môn chuyên ngành điện tử. Với đặc điểm là đem đến cho mọi người những hiểu biết về các hệ thống số, các mạch giải mã, mã hóa…và các hình thức thể hiện của công nghệ kỹ thuật số trong cuộc sống, môn học kỹ thuật số sẽ cung cấp cho người học những nội dung cơ bản về các họ vi mạch số, các mạch tổ hợp, mạch tuần tự, mạch khuếch đại thuật toán, các bộ chuyển đổi ADC/DAC (chuyển đổi tương tự sang số và ngược lại)...Các nội dung này sẽ giúp người học có được những kiến thức nền tảng để tìm hiểu, nghiên cứu sâu hơn các vấn đề về liên quan đến lĩnh vực điện tử. 3.2.1.2. Phạm vi ứng dụng Trong thời đại hiện nay, cùng với sự phát triển mạnh của khoa học – kỹ thuật và xu hướng hiện đại hóa ngày càng cao đã và đang đem lại sự thay đổi to lớn cho cuộc sống, công việc và giải trí của con người. Trong đó, kỹ thuật số và các sản phẩm ứng dụng công nghệ kỹ thuật số ngày càng được phát triển với phạm vi ứng dụng rộng lớn, bao hàm từ các vấn đề nghiên cứu, giáo dục, giải trí…đến các ứng dụng trong cuộc sống hàng ngày. Trong dạy học + Trong thời đại bùng nổ của các thiết bị kỹ thuật số như máy tính, máy ảnh, máy quay phim... và dịch vụ truy cập Internet tốc độ cao không chỉ góp phần tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển kinh tế, du lịch…mà còn đem lại xu hướng phát triển hiệu quả trong dạy và học. Cùng với các tác dụng của các thiết bị kỹ thuật số đã và đang được sử dụng như máy tính, máy chiếu… sự phát triển internet còn mở ra cho người học một môi trường tìm kiếm tài liệu rộng lớn và hiệu quả. Trong kho tài liệu này có đủ các tư liệu bằng nhiều thứ tiếng, ngoài ra còn có từ điển mở Wikipedia sẵn sàng giải đáp tường tận mọi thắc mắc về bất cứ vấn đề gì. Từ điển trực tuyến cũng không thiếu, tiếng Việt, Anh, Pháp, Hán, Phạn... đều có. Mặt khác, chúng ta có thể lưu trữ tư liệu riêng của mình trên mạng tại các web site miễn phí của Yahoo, Google với dung lượng không giới hạn, tiện lợi khi chúng ta rời khỏi nhà mà vẫn có thể lấy tư liệu của mình ở bất cứ nơi đâu. + Hơn nữa, dựa trên nền tảng khoa học, công nghệ, kỹ thuật số còn được ứng dụng để thiết kế và sử dụng một công cụ giảng dạy mới với Bảng kỹ thuật số tương tác. Bảng kỹ thuật số tương tác là một bề mặt phẳng (có thể là một tấm bảng được chế tạo đặc biệt, một tấm bảng bình thường, một bức tường, sàn nhà, ...) có thể tương tác được nhờ nối kết với một máy tính và một máy chiếu. Máy chiếu sẽ có nhiệm vụ chiếu màn hình của máy tính lên trên bề mặt đó, và người dùng sẽ tương tác trực tiếp trên bề mặt được chiếu thông qua các công cụ như bút chấm, ngón tay, thiết bị điện tử khác... Hình 3.2. Một học sinh đang tương tác với một tấm bảng kỹ thuật số[59]. + Bên cạnh đó, với sự phát triển không ngừng của khoa họa và công nghệ, tổ chức Giáo dục - khoa học và văn hóa của liên hợp quốc UNESCO còn chuẩn bị khai trương thư viện kỹ thuật số thế giới, một trang web cung cấp miễn phí những quyển sách hiếm, bản đồ, tác phẩm viết tay, phim và hình ảnh trên khắp thế giới . Thư viện sẽ mang đến cho người đọc những tư liệu vô giá từ chữ viết cổ của Trung Quốc hoặc Ba Tư đến nghệ thuật chụp ảnh thời kỳ đầu của Mỹ Latin. Hình 3.3. Library of Congress - Thư viện lớn nhất thế giới[60]. Đây là thư viện kỹ thuật số thứ ba thế giới sau Google Book Search và dự án mới của EU Europeana. Thư viện được thành lập nhằm mục đích giảm khoảng cách số giữa các nước giàu và các nước nghèo, cung cấp thêm nhiều thông tin bên ngoài thế giới phương Tây, thúc đẩy sự hiểu biết giữa các nền văn hóa và cung cấp nguồn tư liệu cho công tác giảng dạy. Trong các lĩnh vực đời sống Sự phát triển kỹ thuật số đã đem đến cho con người một môi trường sống, làm việc chất lượng và hiện đại. Trong đó, con người tiến hành công việc và tham gia các hình thức liên lạc, giải trí…dựa trên các thiết bị kỹ thuật số và công nghệ thông tin. + Hiện nay, cùng với sự làm việc trên máy tính tại nơi làm việc, không ít nhân viên của các công ty lớn trên thế giới còn có thể làm việc tại nhà không cần đặt chân tới văn phòng, chỉ cần có máy tính (để bàn hoặc xách tay), nối mạng Internet tốc độ cao. Trao đổi thông tin, nói chuyện, gửi tài liệu, xử lý công việc... đều qua Internet. Sự ra đời và phát triển của các thiết bị kỹ thuật số đã từng bước đưa không gian gia đình không chỉ là nơi nuôi dưỡng, chia sẻ giứ các thành viên mà còn là môi trường làm việc hiệu quả của phần lớn những người lao động tri thức trên thế giới. Chỉ cần một máy tính nối mạng, chúng ta có thể sử dụng vào rất nhiều việc: đọc báo điện tử, xem truyền hình, nhất là truyền hình cáp, với chất lượng hình ảnh không kém gì tivi, chất lượng âm thanh thì hơn hẳn nếu sử dụng hệ thống loa surround chung cho truyền hình và Internet. Ngoài ra, chúng ta còn để nghe các chương trình phát thanh của các đài phát thanh trong và ngoài nước qua Internet, thời gian không phụ thuộc vào giờ phát thanh, chất lượng âm thanh không bị nhiễu. + Và cùng với môi trường làm việc thuận lợi với các sản phẩm kỹ thuật số, cuộc sống của con người cũng ngày càng được chăm sóc hoàn thiện hơn với các thiết bị gia dụng hiện đại. Trong đó, các thiết bị điện tử: ti vi, máy giặt, điều hòa, tủ lạnh…cũng dần dần trở thành những vật dụng quen thông thường có mặt trong hầu hết các gia đình. Song song với sự phát triển kinh tế, khoa học, các thiết bị số hóa này cũng không ngừng được nghiên cứu, nâng cấp để phục vụ tốt nhất nhu cầu của người dùng. Trong đó phải kể đến các sản phẩm kỹ thuật số phục vụ nhu cầu nghe nhìn từng “gây sốt” trên thị trường những năm gần đây với sự tham gia của hàng loạt thương hiệu nổi tiếng và chủng loại ngày càng đa dạng. Các sản phẩm này không chỉ được tích hợp thêm nhiều tính năng hiện đại mà còn gây ấn tượng mạnh với thiết kế sáng tạo và tinh tế : Hệ thống rạp hát gia đình, đầu đĩa DVD-1080P7 HypervisionTM, máy nghe nhạc MP3 YP-K3, ti vi màn hình tinh thể lỏng LCD S8, … Hình 3.4. Hệ thống rạp hát gia đình của Samsung[61] 3.2.2. Giới thiệu một số phần mềm để xây dựng và sử dụng TN – TH ảo Hiện nay, để hỗ trợ cho sự phát triển giáo dục, bên cạnh việc đổi mới nội dung, đổi mới về phương pháp giảng dạy thì việc hỗ trợ của công nghệ giáo dục đặc biệt là công nghệ thông tin là rất quan trọng. Với việc ứng dụng công nghệ thông tin, người dạy có thể làm cho bài giảng của mình hay hơn, trực quan, sinh động hơn, giúp cho học sinh học tập một cách hiệu quả, sáng tạo và chủ động hơn bằng cách sử dụng các ứng dụng tin học vào giảng dạy như các phần mềm trình diễn (PowerPoint, Flash, Violet,…), các phần mềm hỗ trợ (Maple, Mathematica, Corel, Photoshop,…) và đặc biệt là sự đóng góp của các phòng thí nghiệm – thực hành ảo (Crocodile, Seasoft Optics, Interactive Physics,…) Dưới đây là một số phần mềm hỗ trợ thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy học: 3.2.2.1. Phần mềm mô phỏng thí nghiệm vật lý Crocodile Physics + Phần mềm Crocodile Physics là phần mềm được dùng để thiết kế các thí nghiệm ảo môn vật lý trong nhà trường phổ thông, có rất nhiều phiên bản của phần mềm đã được đưa ra và phiên bản mới nhất hiện nay là phiên bản Crocodile Physics 6.05, ra đời vào năm 2006 với rất nhiều tính năng mới so với các phiên bản trước đó . Hình 3.5. Màn hình chính của phần mềm Crocodile Physics 6.05[62] + Chức năng: Crocodile Physics là phần mềm thí nghiệm ảo bao gồm các nội dung vật lý về cơ học, quang hoc, điện và sóng, sử dụng chủ yếu trong các trường phổ thông. Với giao diện đẹp mắt, tiện dụng, khoa học và trực quan, Crocodile Physics giúp người học thực hiện và tiếp thu kiến thức qua các bài thí nghiệm một cách hứng thú và hiệu quả. 3.2.2.2. Phần mềm mô phỏng thí nghiệm hóa học Crocodile Chemistry 6.05 + Crocodile chemistry là phần mềm mô phỏng thí nghiệm hóa học trên máy tính, nơi bạn có thể thực hiện các thí nghiệm hóa học một cách an toàn và dễ dàng. + Với Crocodile chemistry, người học chỉ cần sử dụng chuột di chuyển vị trí hóa chất, thiết bị, lọ thí nghiệm…từ bến trái màn hình và kết hợp chúng theo ý muốn. Bạn có thể chọn số lượng chất, loại hình phản ứng và phản ứng sẽ diễn ran gay khi bạn chộn lẫn chúng. Những đồ thị sẽ phân tích dữ liệu từ cuộc thí nghiệm của bạn và những phân tích này sẽ được diễn ra trong không gian ba chiều. Hình 3.6. Thí nghiệm hóa học với Crocodile chemistry 3.2.2.3. Phần mềm dạy thực hành tin học, ngoại ngữ Netop School + NetOp School là phần mềm do hãng Danware, Đan Mạch sản xuất. + NetOp School là giải pháp phần mềm số một thế giới dành cho các phòng học đa chức năng dùng cho đào tạo Tin học và Ngoại ngữ. Với một hệ thống máy tính có nối mạng LAN/WAN cộng thêm phần mềm NetOp School (đặc biệt không cần thêm thiết bị phần cứng), giảng viên có thể quản lý toàn bộ lớp học từ máy tính của mình, truyền hình ảnh, âm thanh, đoạn phim tới các máy học viên. Giảng viên và học viên có thể hội thoại với nhau bằng cách sử dụng text chat/ voice chat. Hơn thế nữa, giải pháp này còn cho phép giảng viên phát đề bài và thu bài làm tự động, điều khiển từ xa trạng thái máy tính của học viên, bật, tắt, khởi động lại. + NetOp School còn hỗ trợ đào tạo trực tuyến, cho phép xây dựng các lớp học trực tuyến ảo. Trong quá trình giảng dạy, hướng dẫn thực tập, giáo viên có thể sửu dụng máy tính của mình để giảng bài, trả lời thắc mắc và trao đổi với một hoặc nhiều học viên. + NetOp School giúp giảm bớt nhân sự giảng dạy. Thông thường, một lớp dạy tin học có sử dụng máy tính cần 1 giảng viên và ít nhất 1 giáo viên trợ giảng/hướng dẫn thực tập. Với NetOp School, người giáo viên cũng chính là người trợ giảng và hướng dẫn thực tập . 3.2.2.4. Phần mềm ảo hóa thực hành mổ động vật The Digital Frog + The Digital Frog là phần mềm tương tác mô phỏng hình ảnh giải phẫu ếch do trường cao học Wheeling Park bang Virginia (Mỹ) nghiên cứu và sửu dụng. Phương pháp này giúp cho người học không phải trực tiếp thực hành trong điều kiện các động vật bị ngâm trong formandehyde bốc mùi độc hại . Hình 3.7. Hình ảnh phần mềm The Digital Frog[65] + Phần mềm The Digital Frog không chỉ cung cấp cho học sinh sinh viên những giờ thực hành giải phẫu thay thế cho phương pháp mổ động vật thông thường mà còn có thể giúp nhà trường tiết kiệm được khoản kinh phí đáng kể cho các tiết học này. Hệ thống phần mềm cũng hoàn toàn có khả năng ảo hóa các loài động vật khác như thỏ hoặc lợn để giáo viên hướng dẫn cho học sinh thực hành về cơ quan nội tạng sinh vật. Việc sử dụng phần mềm này vừa giúp người học được thực hành các thao tác giải phẫu vừa đảm bảo được yếu tố bảo tồn sinh vật. 3.2.2.5. Một số phần mềm khác Bên cạnh các phần mềm hỗ trợ xây dựng và sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo được giới thiệu ở trên, bảng dưới đây sẽ cung cấp một số các phần mềm thí nghiệm – thực hành ảo đã và đang được sử dụng trong dạy học. Stt Tên phần mềm Hãng sản xuất/Địa chỉ tìm kiếm Chức năng 1 Phần mềm Proteus Labcenter Electronics - Anh Thiết kế mạch nguyên lí/ mạch in, mô phỏng mạch điện tử. 2 AutoCAD Hãng AutoDesk Thiết kế các bản vẽ kĩ thuật từ đơn giản đến phức tạp. 3 Phần mềm vẽ mạch điện tử Orcad Công ty Cadence Design Systems Là phần mềm thiết kế mạch điện - Là một bộ phần mềm bao gồm nhiều phần mềm trợ giúp cho chúng ta trong quá trình thiết kế mạch: Orcad Capture, Layout…  4 Science SOFTWARE 2.1 www.scienceshareware.com Mô phỏng các hiện tượng vật lý, toán học: Máy phát điện xoay chiều, Động cơ điện 3 pha, động lực học, Quang học, đại số, lượng giác học.... 5 3DproS 1.0 Tác giả: Phạm Hữu Ngôn - khoa Công nghệ thông tin Đại học Bách Khoa TP Hồ Chí Minh ( Phần mềm mô phỏng 3D các hiện tượng Toán,Vật Lý, Hóa học: Mô phỏng sự chuyển động của các phân tử hóa học Mô phỏng các hiện tượng vật lý Bảng 3.1. Một số phần mềm thí nghiệm – thực hành ảo hỗ trợ cho dạy học 3.2.3. Ứng dụng xây dựng mẫu một bài thực hành cụ thể môn Kỹ thuật số - có sử dụng TN – TH ảo Trên cơ sở điều kiện lý luận và thực tiễn việc ứng dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy học thực hành, nội dung dưới đây trình bày một bài dạy thực hành môn kỹ thuật số. + Đồ dùng thiết bị hướng dẫn: Phòng học trang bị 21 máy tính (bao gồm cả máy giành cho giáo viên) có cài sẵn phần mềm mô phỏng Proteus Một máy chiếu (Hỗ trợ cho quá trình truyền tải thông tin bài học từ giáo viên đến người học) + Hình thức tổ chức hướng dẫn: Hướng dẫn cho theo nhóm. + Kết quả dự kiến: Thiết kế mạch hiển thị quang báo. Thời gian thực hiện: 120 phút Lớp SPKT Điện Tử - 20 học sinh Thực hiện ngày tháng năm 2009 TT Nội dung Phương pháp thực hiện Thời gian 1. Hướng dẫn mở đầu + Ổn định lớp + Phổ biến nội quy và kiểm tra an toàn trong phòng thực hành: Không sử dụng các thiết bị khi chưa được sự cho phép của giáo viên. Không tự ý cài thêm các phần mềm khác lên máy tính. Không sử dụng máy tính và các thiết bị khác vào các mục đích cá nhân trong giờ thực hành. Sử dụng, thu dọn thiết bị theo đúng qui định. Giáo viên hướng dẫn học sinh vào lớp và ổn định vị trí thực hành của từng em hoặc theo từng nhóm đã chia sẵn. Để đảm bảo an toàn trong phòng thực hành, giáo viên nêu một số qui tắc mà người học cần thực hiện. 3 phút 2 phút 2. B1. B2. B3. Hướng dẫn bài thực hành + Định hướng mục đích hành động: Giới thiệu vai trò và phạm vi ứng dụng của các mạch quang báo. + Giới thiệu Tên bài thực hành: Thiết kế mạch quang báo + Mục tiêu bài dạy: Sau khi học xong bài thực hành Thiết kế mạch quang báo, sinh viên chuyên ngành điện tử năm thứ 3 trở lên sẽ có khả năng tự thiết kế một số mạch quang báo với nội dung hiển thị tùy theo yêu cầu, mục đích sử dụng. + Kỹ năng cần có: Để đạt được mục tiêu thực hành, người học cần có các kỹ năng về: Lý thuyết: - Thực hành: Phân tích mạch: + Giới thiệu mạch nguyên lý: + Các linh kiện sử dụng: Tùy thuộc vào yêu cầu hiển thị và mạch nguyên lý mà các linh kiện sử dụng có thể khác nhau. Ví dụ trong nội dung hiển thị “SPKT ĐT” thì dựa vào nguyên lý được cung cấp trong tài liệu hướng dẫn thực hành, các linh kiện được sử dụng bao gồm: - IC74ls138: Giải mã Demux - IC7404: Lấy giá trị đảo của tín hiệu vào. - at89c52: Là một họ của VXL 8051: chip có khả năng lập trình được. - Matrix: ma trận đèn để hiển thị. Thiết kế mạch: + Thiết kế bằng phần mềm mô phỏng trên máy tính: + Thiết kế trên mạch thật: Giáo viên cho học sinh đưa ra ý kiến của mình về phạm vi sử dụng và chức năng các mạch quang báo trong cuộc sống. Giáo viên tổng kết lại các ý kiến và dùng máy chiếu giới thiệu với người học một số mạch quang báo trên thực tế → tạo hứng thú cho người học với nội dung thực hành. Giáo viên nhắc lại cho người học một số kiến thức liên quan đến nội dung thực hành. Người học phải nắm được cách sử dụng một số phần mềm mô phỏng cơ bản (Proteus, Orcad…) Các lý thuyết cơ sở về mạch điện tử. Có các kỹ năng cần thiết để lắp ghép, thao tác trên các bản mạch thực tế. - Giáo viên dùng máy chiếu hiển thị mạch nguyên lý. - Giáo viên liệt kê lại các linh kiện điện tử được sử dụng trong mạch nguyên lý bằng các hình ảnh đại diện cụ thể trên màn hình máy chiếu (giúp học sinh nhận thức trực quan, dễ nhớ). Sau khi đưa ra mạch nguyên lý và giới thiệu các linh kiện sử dụng, giáo viên cho học sinh thực hành thiết kế mạch. Sử dụng phần mềm Proteus Học sinh dùng phần mềm vẽ mạch nguyên lý và thực hiện theo các bước như trong tài liệu hướng dẫn đã được phát. Giáo viên quan sát, theo dõi tiến trình thực hiện mô phỏng của từng nhóm, giải đáp các thắc mắc của học sinh nếu có. Sau khi chạy hiển thị mạch trên phần mềm mô phỏng, học sinh tiến hành đi dây trên bản mạch thật. 5 phút 2 phút 3 phút 10 phút 10 phút 15 phút 45 phút B4. Chạy thử mạch Sau khi hoàn thành mạch thật, giáo viên kiểm tra lại cách đi dây và hướng dẫn học sinh chạy mạch. 5 phút 3. Hướng dẫn kết thúc + Thảo luận: + Kết luận + Thu dọn, kết thúc buổi thực hành Sau khi chạy mạch, học sinh đưa ra nhận xét về kết quả đạt được trên mạch thật, phân tích và tìm hiểu nguyên nhân sai hỏng nếu có. Trên cơ sở đó, giáo viên hướng dẫn học sinh cách xác định và sửa lỗi. Giáo viên đánh giá khả năng thực hành thiết kế mạch của học sinh dựa trên sản phẩm thực. → Qua đó khẳng định vai trò của việc thiết kế trên phần mềm mô phỏng trước khi làm mạch thật. - Giáo viên nhắc nhở học sinh thu dọn, sắp xếp các linh kiện, đồ dùng thiết bị đúng nơi qui định. 10 phút 5 phút 5 phút Ví dụ cụ thể thiết kế bảng hiển thị chữ “SPKT ĐT” Hình 3.8. Kết quả hiển thị mô phỏng mạch chạy chữ SPKT ĐT KẾT LUẬN *** Qua quá trình thực hiện đề tài “Ứng dụng Thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy thực hành Kỹ thuật số”, đồ án đã giải quyết được những nhiệm vụ cơ bản như sau: Nghiên cứu cơ sở lý luận, cơ sở thực tiễn của việc sử dụng thí nghiệm - thực hành ảo trong dạy học, dạy học thực hành. Một cách cụ thể: Phân tích rõ các khái niệm liên quan đến: Thí nghiệm, thực hành Thí nghiệm – thực hành ảo Dạy học thực hành Làm rõ các vai trò, thuận lợi, khả năng ứng dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy học, đặc biệt là dạy học thực hành. Phân tích thực trạng, hoàn cảnh và lý giải sự cần thiết của việc sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy học, dạy học thực hành. Đưa ra được qui trình sử dụng Thí nghiệm – thực hành ảo trong dạy học thực hành, điều kiện, hoàn cảnh, thời gian cần sử dụng thí nghiệm – thực hành ảo. Xây dựng được một bài dạy thực hành cụ thể trong dạy thực hành Kỹ thuật số. Hy vọng, trong tương lai, đề tài sẽ được nghiên cứu và ứng dụng hiệu quả trong quá trình dạy và học, nhất là trong dạy học thực hành - giai đoạn nền tảng để hình thành những kỹ năng, kỹ xảo cho lĩnh vực đào tạo nghề trong tương lai. TÀI LIỆU THAM KHẢO *** Tiếng Việt TS. Lê Thanh Nhu – Bài giảng lý luận dạy học chuyên ngành kỹ thuật ThS. Tiêu Kim Cương – Bài giảng lý luận dạy học chuyên ngành kỹ thuật. GS. TS. Nguyễn Xuân Lạc – Phương pháp luận và nghiên cứu Khoa học – Công nghệ, ĐHBKHN, 2006. Tiếng Anh Simulation – Wikipedia, the free engyclopedia