Luận án Công nghệ dạy học tương tác ảo trong đào tạo đại học ngành cơ điện tử

DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT . i

DANH MỤC CÁC BẢNG.ii

DANH MỤC HÌNH VẼ, SƠ ĐỒ . iv

DANH MỤC BIỂU ĐỒ . v

MỞ ĐẦU . 1

1. Lý do chọn đề tài. 1

1.1. Nhu cầu phát triển khoa học công nghệ hiện đại. 1

1.2. Thực trạng dạy học ngành cơ điện tử tại Việt Nam. 1

1.3. Tính thời đại của công nghệ dạy học tương tác ảo. 2

2. Mục đích nghiên cứu. 3

3. Khách thể, đối tượng và phạm vi nghiên cứu . 3

4. Giả thuyết khoa học . 3

5. Nhiệm vụ và nội dung nghiên cứu . 3

6. Phương pháp nghiên cứu. 4

6.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận . 4

6.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn . 4

7. Những đóng góp của Luận án . 5

7.1. Về lý luận. 5

7.2. Về thực tiễn. 5

8. Bố cục của Luận án . 5

CHưƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ CÔNG NGHỆ DẠY HỌC

TưƠNG TÁC ẢO . .7

1.1. Tổng quan nghiên cứu về công nghệ dạy học tương tác ảo. 7

1.1.1 Thế giới. 7

1.1.2 Việt Nam. 11

1.2. Các khái niệm cơ bản. 14

1.2.1 Khái niệm công nghệ dạy học . 14

1.2.1.1. Công nghệ. 14

1.2.1.2. Công nghệ dạy học. 15

1.2.2.Khái niệm dạy học tương tác ảo . 16

1.2.2.1. Dạy học. 16

1.2.2.2. Dạy học tương tác . 17

1.2.2.3. Dạy học tương tác ảo. 18

1.2.3. Khái niệm phương pháp dạy học tương tác ảo . 21

1.2.3.1. Phương Pháp dạy học. 21

1.2.3.2. Phương pháp dạy học tương tác . 22

1.2.3.3. Phương pháp dạy học tương tác ảo . 23

1.3. Lý luận về công nghệ dạy học tương tác ảo. 26

1.3.1. Khái niệm ảo. 26

1.3.2. Môi trường trong công nghệ dạy học tương tác ảo . 26

1.3.3. Phương tiện trong công nghệ dạy học tương tác ảo . 27

pdf224 trang | Chia sẻ: honganh20 | Ngày: 21/02/2022 | Lượt xem: 351 | Lượt tải: 2download
Bạn đang xem trước 20 trang tài liệu Luận án Công nghệ dạy học tương tác ảo trong đào tạo đại học ngành cơ điện tử, để xem tài liệu hoàn chỉnh bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên
g ứng với từng nội dung DH TTA đƣợc đƣa ra. ước 5- Đánh giá: Đánh giá lại toàn bộ giáo án TTA, nếu không phù hợp thì quay lại b4 để sửa chữa và soạn lại giáo án. ước 6- Th c nghiệm DH TTA: Giáo án TTA hoàn thiện và đƣa vào thực nghiệm. Kết thúc quy trình 65 2.2. Giáo án mẫu cho học phần Robot công nghiệp i s 1: i toán iều khi n Robot công nghiệp - Điều khi n tương t theo chuy n v mẫu. Với cơ chế hoạt động các khớp cánh tay Robot chuyển vị điều khiển chƣơng trình toàn bộ cánh tay robot công nghiệp. Từ việc nắm chắc kiến thức điều khiển cơ c u chuyển vị ngƣời học có thể chiếm lĩnh toàn bộ kiến thức điều khiển cánh tay robot công nghiệp một cách hợp lý và logic hiệu quả. i s : i toán iều khi n Robot công nghiệp - i toán ng học ngược với GVS và quy tắc chuy n v xoắn. Bài toán động học ngƣợc với quy tắc chuyển vị xoắn nói chung và bài toán động học với GVS thì có thế điều khiển cơ c u di chuyển trên góc lớn hơn 1500 một cách dễ dàng thông qua phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo đƣợc thiết kế trên điện thoại thông minh, sử dụng phƣơng pháp dạy học tƣơng tác ảo bán nhập vai. i s 3: i toán iều khi n Robot công nghiệp - Hệ th ng iều khi n s Robot nhiều trục Bài toán điều khiển số Robot nhiều trục có thể kiểm soát đƣợc sự đồng hóa trong hoạt động của cánh tay Robot trong đó sự phát triển điều khiển liên cơ thông sẽ tác động vào cơ chế hoạt động của cánh tay robot cũng nhƣ tính ch t sức mạnh cơ c u trong đó có sự phối hợp giữa các hệ điều khiển và sức mạnh cơ học trong điều khiển nâng hạ vật n ng. M t khác với hệ thống điều khiển nhiều trục này còn ảnh hƣởng có tính ch t quyết định đến sự liên tục trong điều khiển hệ trục đƣợc thiết kế thông qua chƣơng trình tƣơng tác ảo toàn phần sử dụng kính Oclus Go. 66 Gi n số: 1 Thời gian thực hiện: 55 phút ÀI S 1: ÀI TOÁN ĐIỀU HIỂN RO OT C NG NGHIỆP BÀI TOÁN ĐỘNG HỌC NGƢỢC VỚI GRG VÀ QUY TẮC CHUYỂN VỊ XOẮN Xác định mục tiêu của bài -Kiến thức: Cung c p các kiến thức cơ sở bài toán động lực học ngƣợc với GRG và quy tắc chuyển vị xoắn, làm cơ sở để học các môn chuyên ngành cơ điện tử. - Kỹ năng: Nâng cao năng lực hiểu rõ các khái niệm, c u trúc cơ bản và phân loại Robot công nghiệp. Bài toán động lực học ngƣợc với GRG và quy tắc chuyển vị xoắn; nâng cao kỹ năng vận động hình thành khả năng thiết kế chế tạo Robot cho ứng dụng trong công nghiệp và đời sống. Vận dụng bài tập động lực học ngƣợc và quy tắc chuyển vị xoắn. -Thái độ: Đi học đầy đủ và đúng giờ, tích cực học tập ở lớp và ở nhà. Phƣơng tiện dạy học: - Máy tính có cài phần mềm Unity. - Giáo trình điện tử Robot công nghiệp. - Mô hình đã đƣợc xây dựng. - Kính Oclus, Điện thoại thông minh Môi trƣờng dạy học: -Tổ chức hoạt động giảng dạy theo lớp bài. Dạy học giáp m t trong phòng máy tính. -Hoạt động theo cá nhân một ngƣời một máy ho c chia nhóm (mỗi nhóm 6 ngƣời). I.Ổn định lớp học: Thời gian: 03 phút - Điểm danh học sinh, sinh viên. - Ghi sổ lên lớp, sổ tay giáo viên. 67 Thứ tự Nội dung Các hoạt động Thờ i gia n Hoạt động người dạy Hoạt động người học 1 Dẫn nhập Bài toán động học ngược với GRG và quy tắc chuyển vị xoắn Hai chuyển vị xoắn này có thể xảy ra theo thứ tự bất kỳ hoặc đồng thời khi tổng phép quay và tịnh tiến quanh hai trục đó là chính xác. Sơ đồ tối ưu ở đây là khâu tác động cuối sẽ chuyển vị quanh trục khớp động từ phía gần nó nhất về phía giá. -Gợi mở vấn đề, trao đổi phương pháp học, tạo tâm thế tích cực của người học - Lắng nghe - Quan sát 2’ 2 Giới thiêu chủ đề: Quan điểm này nếu triển khai với một chuỗi động n khâu sẽ có phương trình dưới dạng: A = A1.A2An-1.An (0.1) Theo ý nghĩa của các đại lượng trong A4.4 trình bày ở (3.19, 3.20) đặt ký hiệu tổng quát của ma trận toạ độ lý thuyết dưới dạng: - Giới thiệu nội dung bài toán quy tắc chuyển vị xoắn - Lắng nghe Quan sát - hởi động 3’ 68 (0.2) Ký hiệu các phần tử của ma trận toạ độ thực khâu tác động cuối dưới dạng: (0.3) - Nêu các vấn đề lưu ý cần giải quyết. máy tính và mở phần mềm unity, kết nối máy chiếu - ắng nghe và quan sát tr n máy tính 3 Giải quyết vấn đề: Bài toán động học ngược với GRGvà quy tắc chuyển vị xoắn - do vậy bài toán hoàn toàn thích hợp để giải theo phương pháp biến thành bài toán tối ưu và sử dụng gói solver, ví dụ sau đây cho thấy điều đó. Xét Robot elbow có sơ đồ động học như hình vẽ: -Trình chiếu chương trình cánh tay Robot và giới thiệu qua về Phần mền Unity - Lắng nghe và mở chương trình tương tác ảo 35’ 69 Hinh 1: V tr quy chi u v các trục xoắn c Robot E bow Hình 2: Chấn đế và trụ xoay tổng thể Hình 3: Cánh tay và trục xoay cánh tay - Yêu cầu SV mở giáo trình điện tử Robot công nghiệp - Nêu vấn đề cho người học cần giải quyết thông qua chương trình tương tác ảo - Theo dõi người học thực và hiện và có sự giúp - Thực hiện tương tác với phần mềm theo vấn đề 1 - Vận động di chuyển hệ cảm biến - Quan sát và Thực hiện theo các thao tác mẫu của GV 70 Hình 4: Cẳng tay và trục khuỷu tay Hình 5: Ngón tay và thanh ray trượt ngón tay đỡ. - Giới thiệu về các thiết bi VR - Để sinh viên thực hiện các thao tác trên thiết bị VR Quan sát SV thực hiện các thao tác điều khiển trên VR - Phân tích và giải quyết vấn đề - Thực hiện các thao tác điều khiển các trục góc quay - Đối chiếu với kết quả tính toán trên Solver - Quan sát 71 - Theo dõi người học thực và hiện và có sự giúp đỡ. tương tác ảo 4 Kết thúc vấn đề: Hoàn thiện được 3 vấn đề đã n u. - Lắng nghe, Nhận xét kết quả rèn luyện, lưu ý các sai sót và cách khắc phục, kế hoạch hoạt động tiếp theo. - Báo cáo kết quả. - Lắng nghe ghi chép vẽ vào vở học 2’ 5 Hướng dẫn tự học: Sinh vi n đọc trước tài liệu về VR và giáo trình điện tử - Giải quyết vấn đề GV giao. Tìm hiểu thêm những vấn đề khác. - Giờ học tiếp theo báo cáo. 3’ 72 Giáo án số: 2 Thời gian thực hiện: 55 phút ÀI S 2: ÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ROBOT CÔNG NGHIỆP- ĐIỀU KHIỂN TƢƠNG TỰ THEO CHUYỂN VỊ MẪU Xác định mục tiêu của bài -Kiến thức: Cung c p các kiến thức cơ sở về Robot công nghiệp, điều khiển tƣơng tự theo chuyển vị mẫu, làm cơ sở để học các môn chuyên ngành cơ điện tử. - Kỹ năng: Hiểu rõ các khái niệm, c u trúc cơ bản điều khiển tƣơng tự Robot theo chuyển vị mẫu, từ đó hình thành khả năng thiết kế chế tạo Robot cho ứng dụng trong công nghiệp và đời sống. Vận dụng đƣợc bài tập thiết kế điều khiển Robot công nghiệp, điều khiển tƣơng tự theo chuyển vị mẫu. Hiểu đƣợc cơ c u Robot trong nội dung chuyển vi mẫu. -Thái độ: Đi học đầy đủ và đúng giờ, tích cực học tập ở lớp và ở nhà. Phƣơng tiện dạy học: -Máy tính có cài phần mềm Unity. -Giáo trình điện tử Robot công nghiệp. -Mô hình hóa đã đƣợc xây dựng. -Kính Oclus, Điện thoại thông minh Môi trƣờng dạy học: -Tổ chức hoạt động giảng dạy theo lớp bài. - Hoạt động theo cá nhân một ngƣời một máy ho c chia nhóm (mỗi nhóm 11 ngƣời). I.Ổn định lớp học: Thời gian: 03 phút -Điểm danh học sinh, sinh viên. -Ghi sổ lên lớp, sổ tay giáo viên. 73 Thứ tự Nội dung Các hoạt động Thời gian Hoạt động người dạy Hoạt động người học 1 Dẫn nhập Điều khiển tương tự theo chuyển vị mẫu Một Robot công nghiệp thường duy trì hai mạch điều khiển đồng thời là mạch lực và mạch chuyển vị, trong đó số liệu động học là thông tin đầu vào cho lập trình mạch chuyển vị, số liệu động lực học là thông tin để lập trình mạch lực Gợi mở vấn đề, trao đổi phương pháp học, tạo tâm thế tích cực của người học Lắng nghe 2’ 2 Giới thiêu chủ đề: Điều khiển Robot có thể không sử dụng hết các thông số của quỹ đạo mà chỉ sử dụng thông tin li n quan đến các điểm tựa công nghệ như đã nói tới ở mục trên. Số liệu động học biểu diễn trong hệ quy chiếu cơ sở chỉ dùng cho Bước thiết kế, khi điều khiển Robot các số liệu này cần chuyển trục để nhận dạng lại trong không gian của hệ quy chiếu cơ sở nhằm có cùng thứ nguyên với các đại lượng khác trong phương trình vòng véc tơ. ế tiếp nó cần được ánh xạ sang không gian khớp - Yêu cầu SV mở giáo trình điện tử Robot công nghiệp Quan sát hởi động máy tính và mở phần mềm unity, kết nối máy chiếu - ắng nghe và theo dõi tr n máy tính 3’ 74 hay không gian hệ tọa độ suy rộng để lập trình động cơ. 3 Giải quyết vấn đề: - Vấn đề 1: Việc điều khiển ở đây có thể ví như bạn sử dụng chuột (mouse) để điều khiển con trỏ trên màn hình máy tính. Chuyển vị mẫu được mã hóa về hướng chuyển động, lượng di chuyển cụ thể, các tín hiệu tương tự này có thể khuếch đại hoặc không khi truyền tới cơ cấu chấp hành. Tín hiệu điều khiển không thay đổi về thứ nguyên khi truyền tới cơ cấu chấp hành. Trong khi các hệ Cơ điện tử thường sử dụng cảm biến nên tín hiệu đó chuyển đổi từ dạng năng lượng này sang dạng năng lượng khác khi truyền tới cơ cấu chấp hành. Trong trường hợp tay máy, khi chuyển vị mẫu được tạo ra bởi tay máy mẫu gắn với tay người thao tác thông thường sẽ cần khuếch đại. - Nêu các vấn đề lưu ý cần giải quyết. - Nêu vấn đề cho người học cần giải quyết thông qua chương trình tương tác ảo - Theo dõi người học thực và hiện và có sự giúp đỡ. - Lắng nghe và mở chương trình Robot công nghiệp - Thực hiện tương tác vào phần mềm theo vấn đề 1 - Quan sát và Thực hiện theo các thao tác 35’ 75 H nh 1: Sơ ồ iều khi n phản hồi c ng suất v phản hồi t n hiệu - Vấn đề 2: Robot công nghiệp là một sản phẩm Cơ điện tử nên không thể thiếu các cảm biến chuyển vị, các bộ mã hóa dữ liệu, thiết bị lưu trữ dữ liệu. Tr n cơ sở các trang bị công nghệ cao này một hình thức xây dựng số liệu điều khiển động học rất thông dụng có tên gọi teach – in ra đời - Giới thiệu về các thiết bị VR - Quan sát SV thực hiện các thao tác điều khiển trên VR - Theo dõi người học thực và hiện và có sự giúp đỡ. mẫu của GV - Vận động theo chuyển động chương trình tương tác ảo - Thực hiện các thao tác điều khiển các trục góc quay - Đối chiếu với kết quả tính toán trên Solver 76 H nh : Robot v thi t b Te ch-in Hình 3: Chương trình cánh tay Robot - Điều khiển tương tác ảo 4 Kết thúc vấn đề: Hoàn thiện được 2 vấn đề đã n u. - Lắng nghe, Nhận xét kết quả rèn luyện, lưu ý các sai sót và cách khắc phục. - Báo cáo kết quả 5’ 77 Hình 4: cánh tay Robot gắp vật - Kế hoạch hoạt động tiếp theo. - Lắng nghe ghi chép vẽ vào vở học 5 Hướng dẫn tự học: Sinh vi n đọc trước tài liệu về VR và giáo trình điện tử - Giải quyết vấn đề GV giao. Tìm hiểu thêm những vấn đề khác. - Giờ học tiếp theo báo cáo. 2’ 78 Giáo án số: 3 Thời gian thực hiện: 55 phút ÀI S 3: ÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN ROBOT CÔNG NGHIỆP HỆ TH NG ĐIỀU KHIỂN S NHIỀU TRỤC Xác định mục tiêu của bài -Kiến thức: Cung c p các kiến thức cơ sở về Robot công nghiệp, điều khiển số nhiều trục, làm cơ sở để học các môn chuyên ngành cơ điện tử. -Kỹ năng: Hiểu rõ các khái niệm, tƣ duy logic và giải quyết bài toán c u trúc cơ bản về hệ thống điều khiển số nhiều trục. Phƣơng pháp xây dựng mô hình động học và động lực học của Robot di động, thiết kế và xây dựng hệ thống điều khiển cho Robot. Vận dụng thiết kế xây dựng hệ thống điều khiển Robot công nghiệp nhiều trục. -Thái độ: Đi học đầy đủ và đúng giờ, tích cực học tập ở lớp và ở nhà. Phƣơng tiện dạy học: -Máy tính có cài phần mềm Unity. -Giáo trình điện tử Robot công nghiệp. -Mô hình đã đƣợc xây dựng. -Kính Oclus. Môi trƣờng dạy học: -Tổ chức hoạt động giảng dạy theo lớp bài. -Hoạt động theo cá nhân một ngƣời một máy ho c chia nhóm. 79 I.Ổn định lớp học: Thời gian: 03 phút Th ứ tự Nội dung Các hoạt động Thờ i gia n H oạt động n gƣời dạy H oạt động n gƣời học 1 Dẫn nhập Khi Robot hoạt động,khâu khớp có chức năng truyền lực và chịu phản lực, nó cần có độ chính xác và cứng vững nh t định để đảm bảo hoàn thành đƣợc nhiệm vụ theo tính toán trên mô hình lý thuyết. Các sai số ho c các hạn chế về một m t nào đó của phần cứng sẽ đƣợc phần mềm khắc phục. Ban đầu khi xu t xƣởng, Robot có độ chính xác của phần cứng là tốt nh t, đó là độ chính xác ban đầu. Độ chính xác này giảm dần theo thời gian công tác do mòn, mỏi, biến dạng của cơ c u. Gợi mở v n đề, trao đổi phƣơn g pháp học, tạo tâm thế tích cực của ngƣời học Lắng nghe Quan sát tƣơng tác 1‟ 2 Giới thiêu chủ đề: Thực ch t của việc sử dụng Robot có thể hiểu là di chuyển khâu tác động cuối (End effector) theo một quỹ đạo cho trƣớc sao cho tại mỗi vị trí b t kỳ trên quỹ đạo đó khâu đƣợc điều khiển đảm bảo ba ý: - Đúng về vị trí; - Đúng về định hƣớng; - Hai yếu tố trên khớp với thời gian công nghệ. Trong ba yếu tố nói trên hai yếu tố đầu là cơ sở vì vận tốc thực ch t có quan hệ đạo hàm với hàm chuyển vị. Mục đích cuối cùng là kiểm soát đƣợc chính xác công sinh ra trên khâu tác động cuối theo đúng tính toán. - Giới thiệu 3 nội dung (chủ đề) sự thay đổi hình - Nêu - Quan sát hƣớng dẫn chƣơn g trình của giáo viên thao tác trên điện thoại 2‟ 80 Hình 1: Quá trình thông tin khi điều khiển Robot các v n đề lƣu ý cần giải quyết. thông minh - Lắng nghe và xem trên máy chiếu 3 Giải quyết vấn đề: - Vấn đề 1: Với một Robot có n bậc tự do tồn tại n hệ quy chiếu suy rộng gắn với n khâu động và một hệ quy chiếu cơ sở để làm chuẩn quy chiếu chung, các hệ tọa độ suy rộng đƣợc xác định theo quy tắc DH ho c quy tắc chuyển vị xoắn liên tiếp [33]. Yêu cầu của việc xác lập các hệ quy chiếu này là tính duy nh t trong lựa chọn nhằm thống nh t trong sử dụng. Các hệ quy chiếu này là cơ sở để xây dựng hàm truyền và ma trận truyền nhƣ trên hình - Vấn đề 2: Nếu quỹ đạo di chuyển dụng cụ trong không gian công tác cho trƣớc dƣới dạng một đƣờng cong, việc ánh xạ toàn bộ đƣờng cong này sang không gian khớp khi chọn mật độ điểm quá lớn đòi hỏi năng lực tính toán r t lớn của vi xử lý, việc này thƣờng đƣợc giải quyết theo hƣớng chỉ ánh xạ các điểm có ý nghĩa quan trọng của đƣờng di chuyển dụng cụ nhƣ điểm cực trị, điểm đầu-cuối, điểm uốn, điểm ghép nối trong kỹ thuật tạo hình đƣờng cong phức hợp, những điểm này khi đƣợc đo lƣờng và chuyển vào giải phƣơng trình động học ngƣợc đƣợc gọi chung là điểm tựa công nghệ. Sau khi có đƣợc ảnh của điểm tựa công nghệ trong không gian khớp thƣờng tiến hành nội suy lại quỹ đạo bằng cách sử dụng các đa thức bậc th p ghép nối trơn với nhau. Trong trƣờng hợp quỹ đạo không tồn tại các điểm đ c biệt nhƣ nói ở trên điểm tựa công nghệ đƣợc xác - Yêu cầu SV mở giáo trình điện tử Robot công nghiệ p - Nêu v n đề cho ngƣời học cần giải quyết thông qua chƣơn g trình tƣơng - Lắng nghe và mở chƣơn g trình tƣơng tác ảo trên điện thoại thông minh - Thực hiện tƣơng tác vào phần mềm theo v n đề 35‟ 81 định bằng cách chia đƣờng cong quỹ đạo thành những đoạn đều nhau, số lƣợng phần chia phụ thuộc vào độ chính xác yêu cầu của nguyên công và năng lực tính toán của vi xử lý. Hình 2: Chương trình cánh tay Robot điều khiển trên điện thoại tác ảo - Theo dõi ngƣời học thực và hiện và có sự giúp đỡ. - Giới thiệu về chƣơn g trình VR trên điện thoại - Để sinh viên thực hiện các thao - Vận động thao tác tƣơng tác chƣơn g trình trên điện thoại - Quan sát và tƣơng tác theo các thao tác mẫu của GV - Vận dụng giải các bài toán liên quan đến 82 tác trên thiết bị điện thoại androi d điều khiển Robot công nghiệ p nhiều trục. 4 Kết thúc vấn đề: Hoàn thiện đƣợc 2 v n đề đã nêu. - Báo cáo kết quả. 2‟ 5 Hướng dẫn tự học: Sinh viên đọc trƣớc tài liệu về VR và giáo trình điện tử - Giải quyết v n đề GV giao. Tìm hiểu thêm những v n đề khác. - Giờ học tiếp theo báo cáo. 3‟ 83 2.3. Thiết kế quy trình t chức dạy học tƣơng tác ảo Hình 2. 18: Quy trình tổ chức dạy học tương tác ảo Bắt đầu quy trình tổ chức dạy học TTA. Gi i oạn 1: Giai đoan chuẩn bị Giai đoạn 1 là giai đoạn tiền đề để phát triển cơ c u tổ chức lớp học tƣơng tác ảo một cách hiệu quả trong đó: Trong giai đoạn chuẩn bị cần tiến hành 3 Bƣớc, Bƣớc 1: Thiết kế bài giảng và chƣơng trình TTA, Bƣớc 2: Thiết kế hoạt động DH TTA, Bƣớc 3: Thiết kế môi trƣờng DH TTA. Đối với lớp học Robot công nghiệp đƣợc trình bày chi tiết trong mục 2.2 Gi i oạn : Giai đoạn dạy học tương tác ảo Giai đoạn dạy học tƣơng tác ảo là gia đoạn triển khai các hoạt động dạy học dựa trên cơ sở giai đoạn 1. Tuy nhiêu trong giai đoạn này lại ảnh hƣởng nhiều từ trực quan của ngƣời dạy và ngƣời học. Và bị ảnh hƣởng khách quang từ tƣơng tác thiết bị tƣơng tác ảo với đối tƣợng thực nghiệm. Vì vậy trong giai đoạn này có hai yếu tố quyết đinh đó là con ngƣời và thiết bị tƣơng tác ảo trong đó đƣợc xây dựng theo: Trong giai đoạn này cần tiến hành 3 Bƣớc, Bƣớc 1: Bài giảng lý thuyết đƣợc tiến hành thực nghiệm, Bƣớc 2: GV hƣớng dẫn cho SV chƣơng trình TTA, hƣớng dẫn về cách thức và thao tác điều khiển hệ cảm biến bằng tay cũng nhƣ các nút chế độ trong chƣơng trình TTA. Bƣớc 3: SV tƣơng tác với chƣơng trình TTA, sinh viên đƣợc sử 84 dụng kính Oclus Go cho lớp học TTA nhập vai và sử dụng điện thoại cho lớp học TTA bán nhập vai và bắt đầu sử dụng chƣơng trình TTA. Đối với lớp học Robot công nghiệp thì SV đƣợc tiến hành điều khiển chƣơng trình TTA cánh tay Robot ở các c p độ khác nhau tùy thuộc vào bài giảng đƣợc thiết kế trong giai đoạn chuẩn bị. Gi i oạn : Giai đoạn đánh giá và cải tiến Giai đoạn đánh giá và cải tiến đƣợc vận dụng vào hoạt động tổ chức dạy- học theo các bƣớc: Trong giai đoạn đánh giá và cải tiến cũng đƣợc tiến hành 3 Bƣớc. Bƣớc 1: Đánh giá hoạt động dạy và học, Bƣớc 2: Đánh giá quá trình học tập, Bƣớc 3: Đánh giá PPDH TTA. Trong giai đoạn này đƣợc sử dụng phƣơng pháp đánh giá định tính và định lƣợng dựa và kết quả học tập của SV sau thực nghiệm, l y ý kiến SV sau khi học thực nghiệm, l y ý kiến chuyên gia. Đối với lớp học Robot công nghiệp giai đoạn này sẽ đƣợc trình bày chi tiết trong chƣơng 3. Sau khi kết thúc quá trình tổ chức dạy học thực nghiệm sẽ thu được kết quả. Dựa trển đó sẽ đưa ra đánh giá về tính hiệu quả của PPDH TTA. Kết thúc quy trình tổ chức dạy học TTA. 2.4. Thiết kế, phân loại bài giảng tƣơng tác ảo Phân loại bài giảng tƣơng tác ảo: Có hai loại đƣợc tác giả đƣa ra: Hình 2. 19: Phân loại bài giảng tương tác ảo Tác giả đƣa ra quy trình bài giảng tƣơng tác ảo có 2 dạng là tƣơng tác ảo kết hợp và tƣơng tác ảo toàn phần. Thực hiện bài giảng, đối với những câu trả lời đúng phải thể hiện sự cổ vũ, khích lệ ngƣời học, đối với câu trả lời sai phải thông báo lỗi, gợi ý tìm chỗ sai và đƣa ra gợi ý để sinh viên tìm câu trả lời, cuối cùng đƣa ra câu trả lời hoàn chỉnh. 85 Hình 2. 20: Bài giảng tương tác ảo kết hợp Bài giảng điện tử có thể đƣợc xây dựng theo quy trình gồm 6 Bƣớc sau: ước 1 : lựa chọn nội dung tương tác ảo Trong chƣơng trình không phải b t cứ nội dung nào cũng cần và có thể xây dựng đƣợc các bài tƣơng tác ảo phù hợp. Vì vậy, việc lựa chọn những nội dung tƣơng tác ảo là một trong những yếu tố quan trọng. Hình 2. 21: Bài giảng tương tác ảo toàn phần Để tiến hành tƣơng tác ảo phải căn cứ vào thời gian, nội dung trong đề cƣơng chi tiết chƣơng trình thuộc chƣơng trình khung. Đ c biệt là phải phân tích đƣợc đ c điểm, tính ch t của các đối tƣợng, quy trình DH TTA sử dụng kỹ thuật trong nội dung học tập và những đối tƣợng khó ho c không thể hiện đƣợc bằng các tƣơng tác ảo thông thƣờng để quyết định có cần xây dựng tƣơng tác ảo ảo cho nội dung đó 86 không. Ví dụ nhƣ hiện tƣợng cảm ứng điện từ, sự biến thiên của dòng điện xoay chiều, hiện tƣợng cộng hƣởng điện. ước 2: xác định mục tiêu thực hiện và yêu cầu DHTTA sử dụng kỹ thuật của bài tương tác ảo Mục tiêu thực hiện là một lời phát biểu mô tả kết quả thực hiện vào cuối bài dạy. Nó mô tả sự thực hiện SV chứ không phải sự thực hiện của GV hay quy trình giảng dạy. Nhƣ vậy, xác định mục tiêu cho bài tƣơng tác ảo ảo có nghĩa là xác định xem sau khi học xong bài tƣơng tác ảo ảo đó ngƣời học có khả năng: trình bày đƣợc những khái niệm gì, giải thích đƣợc quá trình gì, hình thành và rèn luyện đƣợc những kỹ năng gì. Nhƣ vậy căn cứ để xác định mục tiêu cho bài tƣơng tác ảo ảo chính là các đối tƣợng, các quá trình đã đƣợc lựa chọn ở Bƣớc 1, đ c biệt bám sát mục tiêu của các bài tƣơng tác ảo thực (nếu có). Căn cứ vào mục tiêu đã xác định, làm thế nào để thực hiện mục tiêu đó? Xác định yêu cầu DHTTA sử dụng kỹ thuật của tƣơng tác ảo ảo là một công việc r t quan trọng để đảm bảo bài tƣơng tác ảo ảo đạt đƣợc mục tiêu đề ra. Có nghĩa là ta cần phải xây dựng một ý tƣởng tổng thể về bài tƣơng tác ảo đó, bao gồm: dự kiến về các đối tƣợng, quy trình thực hiện, hình thức thao tác với các đối tƣợng và cách thức tƣơng tác ảo kết quả, sản phẩm của Bƣớc này là một tƣơng tác ảo chi tiết phản ánh tƣơng tác ảo ước 3: xây dựng tương tác ảo toán học Tƣơng tác ảo toán học đƣợc hiểu là hệ thống các công thức, phƣơng trình, ký hiệu toán học diễn đạt các chức năng chủ yếu của đối tƣợng để nghiên cứu đối tƣợng y. Để xây dựng tƣơng tác ảo toán học, ngƣời thực hiện tƣơng tác ảo hóa cần phải hiểu biết sâu sắc về hệ thực (căn cứ vào tƣơng tác ảo DH TTA sử dụng kỹ thuật ở Bƣớc 3) và có trình độ toán học cao để có thể dùng ngôn ngữ toán học mô tả hệ thực. Các kỹ sƣ công nghệ thƣờng khó đạt đƣợc cả hai yêu cầu trên, nên trong thực tế ngƣời ta chọn những tƣơng tác ảo toán học (đã đƣợc các nhà toán học nghiên cứu và phát triển) phù hợp với hệ thực để làm tƣơng tác ảo toán học. ước 4: Xây dựng tương tác ảo số Tiến hành lập trình để xây dựng tƣơng tác ảo số, công việc cụ thể của Bƣớc này là: 87 - Xác định thuật toán: thuật toán đƣợc hiểu là một tập hợp những thao tác cần thực hiện để đạt kết quả. Trong xây dựng tƣơng tác ảo ảo thuật toán đƣợc hiểu là một tập hợp lệnh nh t định, trên cơ sở tƣơng tác ảo toán học giúp cho máy tính thực hiện các nội dung đƣợc yêu cầu trong tƣơng tác ảo DH TTA sử dụng kỹ thuật. - Thu thập và hình thành dữ liệu: để thể hiện nhƣ thật đối tƣợng cần nghiên cứu, có thể sử dụng các phần mềm đồ họa để tạo ra hình ảnh ho c có thể dùng máy quét 3 chiều để thu thập hình ảnh.của các đối tƣợng, khung cảnh tƣơng tác ảo. Tuy nhiên, công việc này thƣờng chiếm nhiều thời gian. Hiện nay, để thực hiện công việc này ngƣời ta thƣờng sử dụng phần mềm chuyên dụng và 3D max. Sơ đồ quy trình thu thập và hình thành dữ liệu cho tƣơng tác ảo ảo sử dụng 1 trong 2 phần mềm chuyên dụng: Trong đó: ngôn ngữ tƣơng tác ảo hóa tƣơng tác ảo Unity là ngôn ngữ sử dụng tƣơng tác ảo phân c p trong việc thể hiện các tƣơng tác với đối tƣợng của tƣơng tác ảo. Với phiên bản 2.0, Unity nhanh chóng trở thành chuẩn phát triển cho nhiều chƣơng trình đồ họa. Trong trƣờng hợp không cần thể hiện hình dáng thực của các đối tƣợng tham gia tƣơng tác ảo, có thể biểu diễn chúng bằng các ký hiệu thay thế. Ví dụ, điện trở đƣợc biểu diễn bằng một hình chữ nhật, tụ điện, nguồn điện, đƣợc biểu diễn nhƣ ký hiệu trong sách giáo khoa, rõ ràng, việc sử dụng các ký hiệu để thay thế đơn giản hơn r t nhiều. - Cài đ t thuật toán: là chuyển tải tƣơng tác ảo DH TTA sử dụng kỹ thuật, tƣơng tác ảo toán học, thuật toán, dữ liệu về đối tƣợng ảo thành chƣơng trình trong máy tính. Sản phẩm của giai đoạn này có thể coi là tƣơng tác ảo số. Tƣơng tác ảo này thể hiện các đối tƣợng, không gian của bài tƣơng tác ảo. Nó cho phép ngƣời dùng thao tác với các đối tƣợng và thể hiện các kết quả tƣơng ứng đúng theo quy luật ước 5: chạy thử, và chuẩn hóa tương tác ảo Sau khi viết xong chƣơng trình phải tiến hành chạy thử nhằm mục đích: - Kiểm tra các lỗi về lập trình, dữ liệu vào ra có thuận lợi hay không? Kiểm chứng và đánh giá tƣơng tác ảo xem tƣơng tác ảo có phản ánh đúng bản ch t của hệ thực hay không, kết quả tƣơng tác ảo có đáp ứng đƣợc yêu cầu nghiên cứu không? Nhƣ vậy việc chạy thử là để kiểm tra tính đúng đắn của chƣơng trình. Nếu không thì phải quay về Bƣớc 4. 88 Ý kiến của ngƣời có chuyên môn, của chuyên gia (về công nghệ tƣơng tác ảo) đóng vai trò quan trọng trong việc kiểm chứng và hợp thức hóa tƣơng tác ảo, thông qua Bảng điều tra gồm các câu hỏi về hành vi và khả năng của tƣơng tác ảo ảo trong. ước 6: hoàn thiện giao diện Giao diện của chƣơng trình đƣợc cơi là cách thức mà ngƣời dùng giao tiếp, với các đối tƣợng và các

Các file đính kèm theo tài liệu này:

  • pdfluan_an_cong_nghe_day_hoc_tuong_tac_ao_trong_dao_tao_dai_hoc.pdf
Tài liệu liên quan