phần mở đầu, phần kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục thì nội dung của luận văn được cấu trúc thành 3 chương: Chƣơng 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc phát triển năng lực tự học cho học sinh thông qua dạy học sử dụng AR. Chƣơng 2: Xây dựng kế hoạch dạy học Hóa học sử dụng AR nhằm phát triển năng lực tự học cho học sinh. Chƣơng 3: Thực nghiệm sư phạm. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC CHO HỌC SINH THÔNG QUA DẠY HỌC SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ THỰC TẾ ẢO TĂNG CƢỜNG 1.
Lịch sử nghiên cứu của đề tài 1. Công nghệ thực tế ảo tăng cƣờng trên thế giới và tại Việt Nam Thực tế ảo tăng cƣờng (Augmented Reality, viết tắt là AR) là những hình ảnh thực tế mà chính người xem nhìn bằng mắt thật và được bổ sung thêm thông tin ảo cho nó. Người dùng có thể dễ dàng tương tác với thế giới ảo ngay trong thực tế như chạm và phủ lên nó một hình ảnh trên ảnh thật. AR tạo cho người dùng những cảm giác y như thật, không tách riêng thế giới ảo và thật.
[17] Công nghệ thực tế ảo tăng cường là một trong những công nghệ chủ chốt cho cách mạng công nghiệp lần thứ tư. AR rất được quan tâm do có khả năng ứng dụng rất đa dạng trong nhiều lĩnh vực như giải trí, y tế, du lịch, bất động sản và cả giáo dục. Những ứng dụng của AR đang ngày càng được quan tâm, số lượng nghiên cứu về ứng dụng của AR trong giáo dục đã tăng đáng kể từ năm 2013 [25]. Trên thế giới, AR thường được sử dụng trong quá trình dạy học nhằm giúp HS khám phá kiến thức, tăng cường trí tưởng tượng không gian, gia tăng sự tập trung và nâng cao HTHT của HS đối với môn học [24].
Ở một số quốc gia trên thế giới, các buổi học về lĩnh vực kỹ thuật và sức khỏe [27] sẽ giúp người hướng dẫn chia sẻ kiến thức giữa các sinh viên bằng cách sử dụng các hình ảnh chồng lên các tình huống thực trong một lớp học. Cơ thể người được mô hình hóa theo kiểu kỹ thuật số cũng có thể được hiển thị trong một khu vực ba chiều, nơi giáo viên có thể truy cập bất kỳ loại thông tin nào của nó, mỗi bộ phận được tách ra để trưng bày các chi tiết cũng như có sự tương tác giữa mô hình và học sinh để giúp phát triển bất kỳ loại hoạt động nào. Trong lĩnh vực kỹ thuật, một mô hình động cơ được tạo ra bằng kỹ thuật số với một bộ giáo trình tạo cấu trúc mang tính kiến trúc (Hình 1. Bằng tất cả các mô hình này, sinh viên được phép tương tác, yếu tố xã hội cũng sẽ được tính đến khi sinh viên có sự tương tác và chia sẻ kinh nghiệm với những cá nhân trong thời gian thực.
AR được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, nổi bật là các trò chơi, quảng cáo, bảo trì - sửa chữa sản phẩm, y học và giáo dục. Công nghệ “biến ảo ảnh thành hiện thực” này đang được ứng dụng trong các lớp học tại các quốc gia phát triển trên thế giới. Những ứng 5 dụng được áp dụng AR nhằm minh họa các kiến thức phổ thông cho học sinh, sinh viên như ITCraft: Pop Up Sách; Aurasma; Arloon… AR sẽ đem đến những trải nghiệm người dùng mới mẻ, mang lại bước tiến mới trong lĩnh vực khoa học công nghệ. Khác với thực tế ảo (Virtual Reality - VR), vốn được thiết kế cho người sử dụng tương tác hoàn toàn trong không gian mô phỏng, AR giúp người dùng tương tác với nội dung ảo trong môi trường thật.
Sự tương tác của đồ họa, âm thanh và các cảm giác cải tiến khác trong môi trường thực tế - tất cả đều được hiển thị trong thời gian và không gian thực. Ứng dụng của AR Nhiều lĩnh vực như khoa học kỹ thuật, kiến trúc, giải trí. đã triển khai AR với các nội dung từ đơn giản đến phức tạp (tương tác ảo, tương tác ảo có phản hồi lực, thực tế hỗn hợp) để đào tạo trong các ngành nghề như hàng không, y khoa, kỹ thuật cơ khí, tự động hóa….Trong lĩnh vực giáo dục đại học và sau đại học, nhiều trường đại học lớn trên thế giới đã đưa chương trình dạy tích hợp AR vào nội dung thực nghiệm, ví dụ như Illinois, Beckery, Florida (Mỹ)…, Oxford (Anh), …với sự ra đời ồ ạt của các phần mềm Labster, Vrlab hoặc câu lạc bộ, diễn đàn về AR để mô phỏng các thí nghiệm [26]. Trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 có thể nói công nghệ AR là một trong những công nghệ được đánh giá là có tiềm năng, sáng tạo nổi bật.
Khi ứng dụng công nghệ AR trong giáo dục đào tạo, chất lượng học tập được cải thiện chuyển từ ghi nhớ sang tư duy bậc cao, khuyến khích người học học tập tích cực thay vì thụ động, mang đến cái nhìn trực quan và toàn diện nhất. Trong lĩnh vực Hóa học, AR giúp cho người học tương tác như đang tiến hành trong phòng thí nghiệm bằng cách tạo ra các hệ thống thí nghiệm mô phỏng. AR không quá cầu kỳ, phức tạp sử dụng đơn giản hơn so với VR phải dùng kính chuyên 6 dụng [30]. Trong quá trình học, HS có thể tải ngay ứng dụng của AR trên điện thoại thông minh và tương tác giữa không gian thật và ảo.
Trong lớp học, hay ở nhà HS có thể “tiến hành” các thao tác thí nghiệm mà không tốn hóa chất và các thiết bị thí nghiệm, không phải di chuyển đến tận phòng thí nghiệm [35]. Do vậy, VR/AR đã có những đóng góp to lớn làm thay đổi hình ảnh của nền giáo dục trong cuộc cách mạng 4. Trong học tập Hóa học, việc hình dung, hiểu, giải thích các cấu trúc phân tử đôi khi khá khó khăn với một số học sinh, từ đó chúng ta thấy rằng khả năng cảm nhận và tư duy không gian 3 chiều đóng một vai trò quan trọng [33]. Trong nghiên cứu của mình, Chen [25] dùng AR trong giảng dạy hóa lý để mô phỏng cấu trúc các amino acid trong không gian 3 chiều (3D).
Sau khi tiến hành thực nghiệm, Chen cũng chỉ ra rằng sinh viên rất thích xoay các makers để tương tác các vật thể ảo. Chúng ta nhận thấy rằng AR là công cụ có hiệu quả trong truyền tải kiến thức nếu sử dụng AR trong giảng dạy Hóa học cho học sinh THCS. Tuy nhiên, các thí nghiệm ảo hiện nay khá đơn giản, chủ yếu mới ở lĩnh vực hóa lý. Ngay cả công ty Labster chuyên về thí nghiệm Hóa học thì lĩnh vực hóa phân tích cũng mới chỉ xây dựng các thí nghiệm đơn giản về chuẩn độ acid - base mà chưa có nhiều thí nghiệm khác phức tạp hơn [28].
Như vậy, từ những tính năng vượt trội, riêng biệt, AR có thể là tương lai của giáo dục 4. Với những tính năng thiết thực, AR sẽ góp phần hỗ trợ các mục tiêu học tập cá nhân của học sinh bằng cách đưa nội dung học thuyết vào thực hành, trải nghiệm trực tiếp thông qua tương tác một cách sinh động và tiết kiệm chi phí. AR không chỉ góp phần đưa nội dung học tập tới học sinh một cách hấp dẫn, mà thông qua đó, học sinh còn đạt được hiểu biết tốt hơn về các khái niệm mà giáo viên đã giải thích trong bài giảng trên lớp hoặc đọc trong sách giáo khoa truyền thống, đoạn âm thanh, video, đồ họa… Từ năm 2018 trở lại đây, ứng dụng của AR trong giáo dục đào tạo tại Việt Nam đã được quan tâm hơn rất nhiều, từ những trường mầm non, tiểu học, THCS, THPT cho đến các cơ quan tập đoàn, như hệ thống trường liên cấp Olympia, Wellspring, trường mầm non Vinschool; trường Đại học Đà Nẵng, Đại học Quốc tế Sài Gòn, các trường đào tạo nghề, các tập đoàn như ngân hàng MB, Lọc hóa dầu Bình Sơn, .Trong khuôn khổ dự án: “Học tập cho trẻ em” giai đoạn 2017-2021 giữa 7 Bộ Giáo dục và Đào tạo cùng UNICEF, 6 trường thuộc 4 địa phương gồm: Lào Cai, Kon Tum, Đồng Tháp, Hà Nội đã được chọn thí điểm ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường ở hai cấp giáo dục: Mầm non và Trung học cơ sở. Vừa qua, UNICEF cùng đối tác là Trung tâm Sức khỏe gia đình và Phát triển cộng đồng, gọi tắt là CFC đã tổ chức tập huấn: “Áp dụng thực tế ảo tăng cường trong giáo dục” cho giáo viên, chuyên viên, lãnh đạo giáo dục đến từ các trường, phòng giáo dục trên địa bàn tỉnh Lào Cai.
Từ đầu năm học 2019- 2020, Trường THCS và THPT FPT đã đưa AR vào bài giảng ở tiết học chính khóa, trong đó giáo viên sử dụng các công cụ được chuẩn bị sẵn để ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường. Nhờ đó học sinh có thể tương tác với các đối tượng trong môi trường ảo để khám phá sâu hơn về chúng, có thể hiểu bài và ghi nhớ sâu hơn. Nói về công nghệ này học sinh cho biết đây là một trải nghiệm mới và tuyệt vời, không chỉ cảm thấy dễ dàng mà còn vui vẻ hơn trong lúc học, bởi những gì đọc và được nghe xong đều xuất hiện ngay lập tức trước mắt mình và tương tác trực tiếp với môi trường thật. Giáo viên trực tiếp dạy cho biết việc sử dụng AR cũng không quá khó bởi đã được trải qua một lớp đào tạo nội bộ trước đó nên chỉ mất một ngày để nghiên cứu và áp dụng vào tiết dạy.
Tuy nhiên, vì là giáo dục phổ thông, nên nhà trường có thể mua bản quyền từ các trang web có các kho dữ liệu về Khoa học, Vật lý, Sinh học hoặc các môn xã hội… sau đó sử dụng “app” trên điện thoại để kết nối lên máy chiếu cho học sinh cùng xem. [17] Những lợi ích AR có thể đem lại rất to lớn không ai có thể phủ nhận được, tuy nhiên hiện nay tại Việt Nam để AR thực sự được ứng dụng trong đời sống có thể nói vẫn là một bài toán khó. Việc xây dựng nội dung AR trong giáo dục chuyên ngành, đặc biệt là chuyên ngành Hóa học đòi hỏi đội ngũ phát triển phải là những người có kiến thức chuyên ngành, có kỹ năng lập trình tốt để xây dựng phần mềm. Mặt khác, công nghệ quá hiện đại cũng dẫn tới khó khăn trong phổ cập ứng dụng.
Không chỉ cần những thiết bị hỗ trợ đắt tiền, mà để có thể sử dụng được chúng còn cần bỏ thời gian để “khám phá” cách sử dụng.