Ứng dụng công nghệ 3D trong dạy học theo chương trình giáo dục phổ thông tổng thể năm 2018

Hội thảo Khoa học, Sầm Sơn 28-28/09/2019 ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ 3D TRONG DẠY HỌC THEO CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG TỔNG THỂ NĂM 2018 Bùi Anh Tuấn∗, Hồ Thị Diễm Chinh†, Lâm Minh Huy, Đặng Thị Huệ, Nguyễn Ngọc Phương Anh‡ Tóm tắt nội dung Để đào tạo nguồn nhân lực thích ứng với thời đại công nghệ 3D, thời đại công nghiệp 4.0, các trường học ở Việt Nam đã đầu tư và phát triển các chương trình liên quan đến Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học (STEM) trong thời gian qua, đặc biệt là mô hình STEMTech với yếu tố Công nghệ được đặc biệt nhấn mạnh. Cùng với đó, chương trình giáo dục phổ thông tổng thể 2018 được xây dựng theo định hướng phát triển năng lực của học sinh đáp ứng nhu cầu của cuộc cách mạng công nghiệp mới. Theo đó, nghiên cứu về ứng dụng công nghệ 3D - một đặc trưng của cách mạng công nghiệp 4.0 vào việc dạy học được bài báo thực hiện với 2 nội dung chính: (1) Thiết kế trò chơi 3D; (2) Tạo lập các mô hình sinh vật 3D từ việc quét vật thật. Kết quả nhận được phản hồi tích cực từ người học. Từ khoá: Chương trình giáo dục Phổ thông tổng thể 2018, Công nghệ 3D, Power- point, Qlone. 1 Giới thiệu Thế giới đã bước vào cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư hoặc Công nghiệp 4.0. Không nằm ngoài sự phát triển chung của thế giới, Việt Nam cũng đang dần chuyển mình để đạt đến Công nghiệp 4.0. Theo Schwab (2016), Công nghiệp 4.0 phát triển dựa trên ba trụ cột chính là Kỹ thuật số, Sinh học và Vật lý, với các tính năng được nhấn mạnh bởi trí thông minh nhân tạo, mọi thứ sẽ được kết nối với Internet, Robotics, Xe tự hành, Công nghệ in 3D, Công nghệ nano, Công nghệ sinh học, Khoa học vật liệu, Lưu trữ năng lượng và Điện toán lượng tử. Đề đào tạo nguồn nhân lực đáp ứng nhu cầu trên, một mô hình được đưa ra, đó là mô hình Giáo dục STEM. Giáo dục STEM dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức, kỹ năng khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề trong thực tế. ∗Khoa Sư phạm, Trường Đại học Cần Thơ †Trường Đại học Kinh tế Kỹ thuật Bình Dương ‡Trường Đại học Khoa học Tự nhiên 1 Hội thảo Khoa học, Sầm Sơn 28-28/09/2019 Để đảm bảo cho sự phát triển bền vững, đổi mới giáo dục là việc tất yếu nhằm nâng cao chất lượng nguồn nhân lực, trang bị cho các thế hệ tương lai nền tảng văn hóa vững chắc và năng lực thích ứng cao trước mọi biến động của thiên nhiên và xã hội. Công cuộc đổi mới căn 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 đinh hướng xã hội chủ nghĩa và hội nhập quốc tế đã và đang từng bước được triển khai.Theo đó, chương trình giáo dục phổ thông tổng thể 2018 được xây dựng theo định hướng phát triển năng lực của học sinh; tạo môi trường học tập và rèn luyện giúp học sinh phát triển hài hòa về thể chất và tinh thần, trở thành người học tích cực, tự tin, biết vận dụng các phương pháp học tập tích cực để hoàn chỉnh các tri thức và kĩ năng nền tảng đáp ứng nhu cầu của cuộc cách mạng công nghiệp mới. Để bắt kịp xu thế và hướng phát triển của thời đại, chúng ta phải tìm hiểu kỹ về công nghệ 3D - một trong những đặc điểm nổi bật của công nghiệp 4.0 và việc đưa 3D vào dạy học là một việc thật sự cần thiết. Báo các này trình bày cách thiết kế các sản phẩm công nghệ 3D ứng dụng vào việc giản dạy, giúp học sinh hứng thú và học tốt hơn. Đến đây, một câu hỏi Q đặt ra: "Làm thế nào để thiết kế các sản phẩm công nghệ 3D để phục vụ dạy học?" Để trả lời câu hỏi này, bài báo đã nghiên cứu việc thiết kế trò chơi 3D bằng phần mềm Powerpoint 365 để củng cố bài học, đồng thời bài báo nghiên cứu việc thiết lập các mô hình sinh vật 3D bằng cách sử dụng phần mềm Qlone quét các mô hình thực. 2 Cơ sở lý luận 2.1 Một số yêu cầu dạy học theo chương trình Giáo dục phổ thông tổng thể năm 2018 Theo Bộ Giáo dục và Đào tạo (2018), chương trình giáo dục phổ thông tổng thể năm 2018 (Chương trình) được xây dựng trên cơ sở quan điểm của Đảng, Nhà nước về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo; kế thừa và phát triển những ưu điểm của các chương trình giáo dục phổ thông đã có của Việt Nam, đồng thời tiếp thu thành tựu nghiên cứu về khoa học giáo dục và kinh nghiệm xây dựng chương trình theo mô hình phát triển năng lực của những nền giáo dục tiên tiến trên thế giới; gắn với nhu cầu phát triển của đất nước, những tiến bộ của thời đại về khoa học -công nghệ và xã hội; phù hợp với đặc điểm con người, văn hoá Việt Nam, các giá trị truyền thống của dân tộc và những giá trị chung của nhân loại cũng như các sáng kiến và định hướng phát triển chung của UNESCO về giáo dục. Chương trình bảo đảm phát triển phẩm chất và năng lực người học thông qua nội dung giáo dục với những kiến thức, kĩ năngcơ bản, thiết thực, hiện đại; hài hoà đức, trí, thể, mĩ; chú trọng thực hành, vận dụng kiến thức, kĩ năng đã họcđểgiải quyết vấn đềtrong học tập và đời sống; tích hợp cao ởcác lớp học dưới, phân hoádần ởcác lớp học trên; thông qua các phương pháp, hình thức tổchức giáo dục phát huy tính chủđộng và tiềm năng của mỗi học sinh, các phương pháp đánh giá phù hợp với mục tiêu giáo dục và phương pháp giáo dục đểđạt được mục tiêu đó.Chương trình bảo đảm kết nối chặt chẽ giữa các lớp học, cấp học với nhau và liên thông với chương trình giáo dục mầm non, chương trình giáo dục nghề nghiệp và chương trình giáo dục đại học. Mục tiêu của Chương trình là giúp học sinh làm chủ kiến thức phổ thông, biết vận dụng hiệu quả kiến thức, kĩ năng đã học vào đời sống và tự học suốt đời cũng như có 2 Hội thảo Khoa học, Sầm Sơn 28-28/09/2019 khả năng thích ứng với những đổi thay trong bối cảnh toàn cầu hoá và cách mạng công nghiệp mới.Chương trình đảm bảo việc hình thành và phát triển cho học sinh những năng lực chung (năng lực tự chủ và tự học, năng lực giao tiếp và hợp tác, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo) cũng như các năng lực đặc thù (năng lực ngôn ngữ, năng lực tính toán, năng lực khoa học, năng lực công nghệ, năng lực tin học, năng lực thẩm mĩ, năng lực thể chất). 2.2 Mô hình STEMTech và công nghệ 3D 2.2.1 Giáo dục STEM STEM là thuật ngữ viết tắt bằng tiếng Anh của các từ: Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật) và Mathematics (Toán học). Từ trích dẫn White, D. W. (2014), các thuật ngữ trên được định nghĩa như sau: Khoa học: nghiên cứu có hệ thống về bản chất và hành vi của vật liệu và vũ trụ vật lý, dựa trên sự quan sát, thí nghiệm và đo lường, và xây dựng các luật để mô tả các sự kiện này theo thuật ngữ chung (Science, 2012). Công nghệ: nhánh kiến thức liên quan đến việc tạo và sử dụng phương tiện kỹ thuật và mối liên hệ của chúng với cuộc sống, xã hội và môi trường, dựa trên các môn học như nghệ thuật công nghiệp, kỹ thuật, khoa học ứng dụng và khoa học thuần túy (Technol- ogy, 2012). Kỹ thuật: nghệ thuật hoặc khoa học để thực hiện ứng dụng thực tế của kiến thức của khoa học thuần túy, như vật lý hay hóa học, như trong việc chế tạo động cơ, cầu, tòa nhà, mỏ, tàu và nhà máy hóa chất (Engineering, 2012). Toán học: một nhóm các ngành khoa học liên quan, bao gồm đại số, hình học và tính toán, liên quan đến nghiên cứu về số lượng, số lượng, hình dạng và không gian và mối quan hệ bằng cách sử dụng một ký hiệu chuyên ngành (Mathematics, 2012). Trong giáo dục thời đại công nghiệp 4.0, mô hình giáo dục STEM đang ngày càng nhận được sự quan tâm và chú ý từ các nhà giáo dục trên Thế giới. Hiệp hội các giáo viên dạy khoa học quốc gia Mỹ (National Science Teachers Association - NSTA) được thành lập năm 1944, đã đề xuất ra khái niệm giáo dục STEM (STEM education) với cách định nghĩa ban đầu như sau: ”STEM education is an interdisciplinary approach to learning where rigorous aca- demic concepts are coupled with real-world lessons as students apply Science, Technol- ogy, Engineering, and Mathematics in contexts that make connections between school, community, work, and the global enterprise enabling the development of STEM literacy and with it the ability to compete in the new economy” (Tsupros et al., 2009) Từ định nghĩa trên, có ba đặc điểm quan trọng khi nói về giáo dục STEM: - Cách tiếp cận liên ngành. - Tạo ra sản phẩm ứng dụng vào thực tế. - Kết nối từ trường học, cộng đồng đến các tổ chức toàn cầu. Theo chương trình giáo dục phổ thông tổng thể 2018, Giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn, giúp học sinh áp dụng các kiến thức khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào giải quyết một số vấn đề thực tiễn trong bối cảnh cụ thể. Giáo dục STEM là một trong những xu hướng giáo dục được coi trọng ở nhiều quốc gia trên thế giới và được quan tâm thích đáng trong đổi mới giáo dục phổ thông của Việt Nam. 3 Hội thảo Khoa học, Sầm Sơn 28-28/09/2019 2.2.2. Mô hình STEMTech Một mô hình dạy học theo giáo dục STEM đã được Tuan et al. (2019) đề xuất, mô hình này liên kết bốn lĩnh vực Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học để tạo ra các sản phẩm sáng tạo, trong đó yếu tố Công nghệ được đặc biệt nhấn mạnh và là yếu tố trung tâm của mô hình. Mô hình STEMTech được minh họa trong sơ đồ 1. Sơ đồ 1. Mô hình STEMTech với công nghệ làm trung tâm. (Tuan et al. (2019)) Mô hình STEMTech có hai đặc điểm cơ bản: (1) Người học thực hành và trải nghiệm các công nghệ mới; (2) Sản phẩm STEM được thực hiện bởi người học phải sáng tạo và dựa trên các công nghệ mới này. Công nghệ mới đây được hiểu là công nghệ mà người học chưa biết đến, những công nghệ mới này không nhất thiết phải mới đối với cộng đồng khoa học. 2.2.3. Công nghệ 3D Với thời đại công nghiệp 4.0 hiện nay, theo Nguyễn Xuân Chánh (2016), công nghệ 3D hầu như đang phát triển rất nhanh ở các nước trên thế giới, ứng dụng vào mọi mặt trong đời sống. Một số ứng dụng công nghệ 3D cũng được triển khai ở nhiều mảng đào tạo khác nhau như: - Thực tế ảo phục vụ đào tạo, - Giảng dạy văn hóa và lịch sử, - Trình diễn các mô hình Y - Dược, - Ứng dụng vào Điện ảnh và Nghệ thuật. Những sản phẩm 3D trên Sketchfab với các mô hình là bộ phận cơ thể người, các công trình kiến trúc, phương trình toán học,. . . tạo điều kiện cho sinh viên có cách tiếp cận mới mẻ trong việc học sinh học, lịch sử, văn hóa, toán học. . . . Việc ứng dụng công nghệ 3D trong dạy học càng giúp cho học sinh hiểu rõ hơn về bài học. Có thể đưa các loại về công nghệ 3D khác nhau vào trong dạy học hiện nay như 3D Scanning, 3D Printing, 3D Designing, . . . để tạo ra một môi trường học tập cho học sinh cảm thấy hứng thú hơn và lượng kiến thức sẽ tiếp thu tốt hơn. 3 Kết quả và thảo luận Để trả lời câu hỏi Q, bài báo đã nghiên cứu việc thiết kế trò chơi 3D bằng phần mềm Powerpoint 365 và thiết lập các mô hình sinh vật 3D bằng cách sử dụng phầnmềmQlone quét các mô hình thực. Kết quả cụ thế như sau: 4 Hội thảo Khoa học, Sầm Sơn 28-28/09/2019 3.1 Trò chơi 3D a. Nội dung: Người chơi hoá thân vào nhân vật một chàng trai trẻ đang câu cá, với những câu hỏi đặt ra, mỗi con cá tương ứng với 1 đáp án, người chơi phải chọn đúng con cá, đồng nghĩa với việc chọn đúng đáp án cho câu hỏi để câu được cá. Nếu lựa chọn sai, con cá sẽ bơi mất, nếu lựa chọn đúng, con cá sẽ dính câu. b. Đối tượng áp dụng: Phần củng cố bài học cuối tiết dạy hoặc kiểm tra bài cũ ở đầu tiết dạy. Ở đây bài báo minh hoạ trò chơi áp dụng vào bài dạy tập giảng ”Phép tịnh tiến” của một sinh viên Sư phạm Toán khoá 41 trường đại học Cần Thơ. c. Các bước tiến hành thiết kế trò chơi 3D Bước 1: Thiết lập tình huống, ý tưởng Bước 2: Chọn, thêm nền, các đối tượng 3D và câu hỏi Bước 3: Thiết lập hiệu ứng và chuyển động cho các đối tượng Bước 4: Chạy trò chơi và kiểm tra, cải tiến. d. Sản phẩm minh hoạ Hình 1. Hình ảnh trước khi bắt đầu trò chơi Hình 2. Hình ảnh khi vào câu hỏi 5 Hội thảo Khoa học, Sầm Sơn 28-28/09/2019 Hình 3. Hình ảnh khi lựa chọn câu trả lời e. Phân tích -Thuận lợi: Trò chơi được sự hưởng ứng tích cực của người học. Trò chơi mang lại sự hứng thú cho người học, cũng như là sự tập trung tốt hơn đối với bài dạy, điều này góp phần cho việc học tốt hơn. - Hạn chế: Mất nhiều thời gian để thiết kế một trò chơi, tuỳ vào độ phức tạp của trò chơi. Sau đó có thể sửa lại các câu hỏi để sử dụng lại trò chơi. 3.2 Mô hình 3D a. Nội dung: Ứng dụng phần mềm scan 3D Qlone để scan bộ sưu tập các loài sò ốc. b. Mục đích: Làm nguồn tư liệu tham khảo phong phú, phục vụ cho việc học môn Khoa học Tự nhiên THPT c. Sản phẩm minh hoạ Hình 3. Isognomon bicolor (C. B. Adams, 1845) Hình 4. Pinctanda margaritifera (Linné, 1758) Hình 5. Lambis crocata (Link, 1807) Ốc bàn tay quéo Hình 6. Mitra mitra (Linné, 1758) Ốc bút d. Phân tích - Thuận lợi: Mẫu vật scan có sẵn, ứng dụng miễn phívà có thể đăng lên một trang web miễn phí để mọi người có thể vào xem và có thể sử dụng để phục vụ các tiết dạy liên quan. Điều này giúp người học hình dung được vật thể tốt hơn. - Hạn chế: Có một vài mẫu vật nhiều chi tiết nên việc scan không hiện rõ các chi tiết của sò ốc. Ứng dụng còn hạn chế về việc nhận biết mặt lõm của vật thể. 4 Kết luận Báo cáo này đã trình bày kết quả nghiên cứu về ứng dụng công nghệ 3D trong dạy học. Kết quả nghiên cứu cho thấycông nghệ 3D đã được đón nhận vô cùng nhiệt tình bởi người học, tạo được sụ hứng thú cho người học, dễ dàng củng cốkiến thức và hiệu quả. Bên cạnh đó, các mô hình vật thể 3D tạo sự hiểu biết cụ thể về hình dạng của các sinh vật cho người học. Tuy nhiên, việc áp dụng công nghệ 3D còn tồn tại một số khó khăn nhất định: Việc ứng dụng công nghệ 3D còn mới nên mất nhiều thời gian, điều này gây trở ngại trong quá trình nhân rộng việc ứng dụng công nghệ 3D vào dạy học. Mặc dù có rất 6 Hội thảo Khoa học, Sầm Sơn 28-28/09/2019 nhiều thách thức phải vượt qua, với những lợi thế và cơ hội từ Giáo dục STEM, Chương trình giáo dục Phổ thông tổng thể, từ cuộc cách mạng công nghiệp 4.0, việc ứng dụng công nghệ 3D có rất nhiều tiềm năng để phát triển và nhân rộng ra nhiều trường trung học ở Việt Nam. Tài liệu [1] Bộ Giáo dục và Đào tạo (2018). Chương trình Giáo dục Phổ thông tổng thể. 53 pages.Truy cập ngày 25/02/2019. Truy cập từ: https://data.moet.gov.vn/index.php/s/LETzPhj5sGGnDii# pdfviewer [2] Nguyễn Xuân Chánh (2016), Công nghệ in 3D đã đột phá vào mọi ngành nghề. Nhà xuất bản Bách khoa Hà Nội. 323 pages. [3] Engineering. (n.d.). Dictionary.com Unabridged. Accessed on: May 20, 2012. Avail- able from: [4] Klaus Schwab (2016). The Fourth Industrial Revolution. New York: World Economic Forum. 192 pages.Accessed on: 25/12/2018. Available from:https://www.cmu.edu/gelfand/documents/stem-survey-report-cmu- iu1.pdf [5] Mathematics. (n.d.). Collins English Dictionary - Complete & Unabridged 10th Edition. Accessed on: May 20, 2012. Available from: refer- ence.com/browse/mathematics [6] Science. (n.d.). Collins English Dictionary - Complete & Unabridged 10th Edition. Accessed on: May 20, 2012. Available from: refer- ence.com/browse/science [7] Technology. (n.d.). Dictionary.com Unabridged. Accessed on: May 20, 2012. Avail- able from: [8] Tuan, B.A., Pho, K.H., Huy, L.M., and Wong, W.K., 2019. STEMTech model in ASEAN universities: An empirical research at Can Tho University. Journal of Man- agement Information and Decision Sciences (JMIDS). 22(2): 107-127. [9] Tsupros, N., Kohler, R., & Hallinen, J. (2009). STEM Education: A project to identify the missing components. Intermediate Unit 1 and Carnegie Mellon. Pennsylvania. [10] White, D. W. (2014). What is STEM education and why is it important? Florida As- sociation of Teacher Educators Journal. 1(14), 1-8. 7