Mô hình mô phỏng công trình các di tích lịch sử tại Đồng Nai trong nghiên cứu Bộ phương tiện thông minh đa chiều dạy và học môn Lịch sử - Ảnh: kienthucnet.vn

1. Kỹ thuật mô phỏng và những ứng dụng

Kỹ thuật mô phỏng (Simulation) là một phương pháp sử dụng các mô hình thực tế hoặc mô hình ảo để tái hiện một quá trình, hệ thống, hoặc sự kiện, tình huống tương tự như các hoạt động thật sự diễn ra trong môi trường thực tế, tạo cho người dùng trải nghiệm sống động và khả năng tương tác với các yếu tố mô phỏng. Mục tiêu của kỹ thuật mô phỏng là nắm bắt các khía cạnh quan trọng của quá trình/hệ thống, hoặc sự kiện/tình huống và thử nghiệm các giả định, kịch bản, hoặc thử nghiệm quyết định trong một môi trường an toàn và có thể kiểm soát được.

Đặc điểm nổi bật của kỹ thuật mô phỏng là giúp giảm thiểu rủi ro liên quan đến việc thực hiện thử nghiệm hoặc các hoạt động nguy hiểm trong môi trường thực tế. Điều này đặc biệt quan trọng trong lĩnh vực y tế, hàng không và công nghiệp. Thay vì chỉ đọc hoặc nghe về tình huống hoặc tưởng tượng ra mô hình, hệ thống, quá trình,… người dùng có thể thực hiện các hành động và quyết định trong môi trường ảo. Mô phỏng giúp tối ưu hóa quy trình và lựa chọn quyết định. Người dùng có thể thử nghiệm các tùy chọn khác nhau và xem kết quả trước khi thực hiện chúng trong thực tế. Không những thế, họ có thể thực hiện nhiều lần một mô phỏng cụ thể mà không tốn quá nhiều chi phí như khi tiến hành thử nghiệm thật.

Dựa trên các kết quả và các kinh nghiệm rút ra từ những lần mô phỏng, thông qua việc tự mình tương tác với môi trường mô phỏng và thực hiện các thao tác, người dùng hiểu biết sâu hơn về các quy trình và hiện tượng phức tạp, được rèn luyện kỹ năng một cách hiệu quả, đồng thời có thể tiến hành những điều chỉnh, thử nghiệm các ý tưởng và giải pháp trước khi triển khai chúng trong thực tế.

Kỹ thuật mô phỏng là một công cụ mạnh trong nghiên cứu, đào tạo và giải quyết các vấn đề phức tạp, giúp tiết kiệm thời gian, nguồn lực và giảm rủi ro, đồng thời tăng tính trải nghiệm, cải thiện hiệu suất và tăng tính chính xác của quyết định. Nhờ những ưu điểm nổi bật này mà các ứng dụng của kỹ thuật mô phỏng hết sức đa dạng và đem lại hiệu quả cao, như:

Mô phỏng máy tính (Computer Simulation): sử dụng các phần mềm và máy tính để mô phỏng các tình huống hoặc quá trình. Điều này có thể bao gồm mô phỏng số học, mô phỏng hình ảnh và mô phỏng thời gian thực.

Mô phỏng vật lý (Physical Simulation): sử dụng các thiết bị vật lý để tái hiện hoặc thử nghiệm các tình huống, chẳng hạn sử dụng mô hình hoặc thiết bị để mô phỏng các hiện tượng vật lý như sự đập va, sự trượt, hoặc sự biến đổi của hệ thống cơ học.

Mô phỏng y tế (Medical Simulation): sử dụng các mô hình và thiết bị để đào tạo và đánh giá kỹ năng y tế và quản lý tình huống trong lĩnh vực y học như mô phỏng phẫu thuật, quá trình điều trị bệnh, xử trí tình huống khẩn cấp,…

Mô phỏng hệ thống (System Simulation): Mô phỏng hệ thống tập trung vào mô phỏng các hệ thống phức tạp, chẳng hạn như mạng máy tính, hệ thống giao thông, và quy trình sản xuất, giúp hiểu rõ cách thức các phần tử trong hệ thống tương tác và tác động lẫn nhau.

Mô phỏng xã hội (Social Simulation): sử dụng các mô hình và dữ liệu xã hội để mô phỏng các hiện tượng xã hội và hành vi con người, chẳng hạn như mô phỏng mạng xã hội, mô phỏng hoạt động thị trường, mô phỏng tương tác xã hội,…

Mô phỏng thực tế ảo (Virtual Reality - VR): sử dụng công nghệ VR để tạo ra một môi trường ảo mô phỏng. Người dùng có thể tương tác với môi trường ảo bằng cách sử dụng thiết bị như kính VR hoặc bàn điều khiển tương tác.

Mô phỏng hỗn hợp (Mixed Reality): kết hợp các yếu tố của thực tế vật lý và thực tế ảo. Điều này cho phép người dùng tương tác với các đối tượng thực tế trong môi trường ảo hoặc ngược lại.

Mô phỏng mạng (Network Simulation): tập trung vào việc mô phỏng mạng máy tính và việc truyền thông dữ liệu trong môi trường mạng, giúp ích cho việc thiết kế, kiểm tra và quản lý mạng.

Mô phỏng dự án (Project Simulation): giúp quản lý dự án bằng cách mô phỏng các yếu tố như tiến độ, nguồn lực, và rủi ro trong quá trình dự án.

Mô phỏng phân tích và mô hình (Analytical and Modeling Simulation): Loại mô phỏng này sử dụng công cụ phân tích và mô hình hóa để nghiên cứu và dự đoán hành vi của các hệ thống phức tạp.

Các loại hình mô phỏng này có thể được kết hợp với nhau và tùy chỉnh theo mục đích và nhu cầu cụ thể của người dùng trong từng lĩnh vực, từ giáo dục đến nghiên cứu và thực tế công việc.

2. Khả năng ứng dụng kỹ thuật mô phỏng trong đào tạo lĩnh vực khoa học xã hội và nhân văn

Đặc trưng nổi bật của lĩnh vực khoa học xã hội và nhân văn là tìm hiểu và giải thích các khía cạnh trừu tượng và phức tạp của cuộc sống và xã hội. Lĩnh vực này nghiên cứu tập trung vào con người và xã hội, văn hóa, tư duy và hành vi của con người - tức là những đối tượng trừu tượng (tư duy, giá trị, tôn giáo, quan điểm… - những khía cạnh không thể đo lường một cách chính xác).

Khoa học xã hội và nhân văn thường tập trung vào việc phát triển các lý thuyết và phân tích các khía cạnh của con người và xã hội, thường liên quan đến việc đưa ra các quan điểm, giải thích, đánh giá, quan tâm đến các tình huống xã hội cụ thể và sự phát triển lịch sử, nghiên cứu tác động của các sự kiện và quá trình xã hội, từ đó cung cấp những thông tin và giải pháp có thể giúp cải thiện xã hội, tạo ra sự thay đổi tích cực, và đáp ứng các thách thức xã hội.

Khoa học xã hội và nhân văn sử dụng nhiều phương pháp nghiên cứu linh hoạt, từ nghiên cứu tài liệu, phân tích lý thuyết, nghiên cứu thực địa, nghiên cứu trường hợp, phỏng vấn và quan sát… Đây cũng chính là những cách thức người học tiếp cận kiến thức và tìm hiểu về lĩnh vực khoa học xã hội và nhân văn, và kỹ thuật mô phỏng có khả năng trợ giúp hiệu quả cho những hoạt động này để giúp người học hiểu sâu hơn về các khía cạnh xã hội và nhân văn phức tạp.

Bằng phương pháp mô phỏng, người học không chỉ tiếp thu kiến thức một cách sâu sắc mà trong quá trình học họ còn có thể tìm ra cách tiếp cận vấn đề, con đường cách thức để đạt mục tiêu bài học, có thể tạo dựng và điều khiển tại chỗ các đối tượng theo ý muốn, tìm tòi phát hiện một số quan niệm mới cũng như rèn luyện kỹ năng nghề nghiệp.

Đơn cử như với việc giảng dạy môn lịch sử, kỹ thuật mô phỏng có thể được sử dụng để tái hiện các sự kiện lịch sử quan trọng như chiến tranh thế giới, cách mạng công nghiệp, hoặc các sự kiện lịch sử của một quốc gia cụ thể. Người học có thể tương tác với các tình huống và nhân vật lịch sử để hiểu sâu hơn về bối cảnh và tác động của chúng. Kỹ thuật mô phỏng cũng có thể được sử dụng để tạo ra mô hình không gian vật lý ba chiều hoặc sử dụng phần mềm mô phỏng để tái hiện các địa điểm lịch sử quan trọng như trận chiến, di lích lịch sử… cho phép người học khám phá không gian và tương tác với nó.

Cũng có thể tạo ra các nhân vật lịch sử quan trọng và tạo mô hình của họ, cho phép người học hóa thân thành các nhân vật này để hiểu rõ hơn về cuộc sống, quyết định, và tương tác của họ trong bối cảnh lịch sử cụ thể. Hoặc sử dụng kỹ thuật mô phỏng để thử nghiệm các giả thuyết về lịch sử, đặt ra các tình huống và sự kiện khác nhau để kiểm tra và đánh giá các giả thuyết này. Hoặc tạo ra môi trường thực địa ảo của các thời kỳ lịch sử khác nhau, giúp người học khám phá và tương tác với các môi trường này để hiểu rõ về cuộc sống và bối cảnh xã hội trong quá khứ.

Kỹ thuật mô phỏng cũng có thể tạo ra một môi trường cho người học thảo luận và phân tích các sự kiện lịch sử, tác động của chúng và hậu quả lịch sử; tạo các tài liệu lịch sử quan trọng như tư liệu văn bản, hình ảnh, bản ghi âm và người học có thể truy cập và nghiên cứu các tài liệu này để hiểu sâu hơn về bối cảnh lịch sử…

Mối quan hệ giữa “lượng” (quantity) và “chất” (quality) đã được đề cập trong triết học từ thời cổ đại và tiếp tục là một chủ đề quan trọng trong triết học hiện đại. Có thể ứng dụng kỹ thuật mô phỏng để khám phá mối quan hệ này một cách thú vị. Chẳng hạn muốn nghiên cứu cách thay đổi “lượng” của một yếu tố cụ thể ảnh hưởng đến “chất” của một hệ thống hoặc hiện tượng, cần thiết lập mô hình mô phỏng với các biến số “lượng” và “chất” trong hệ thống hoặc hiện tượng mà chúng ta quan tâm, thiết lập quan hệ giữa chúng. Mô phỏng sẽ cung cấp dữ liệu về cách thay đổi “lượng” ảnh hưởng đến “chất” trong hoàn cảnh cụ thể, tái hiện các tình huống và quá trình trong nghiên cứu khi từng biến số “lượng” và “chất” có sự thay đổi theo thời gian hoặc theo các biến số khác. Các dữ liệu thu thập được qua quá trình trải nghiệm bằng mô phỏng là dữ liệu đầu vào để tiếp tục tiến hành các phương pháp phân tích thích hợp, từ đó rút ra kết luận về cách chúng tương tác và tác động lẫn nhau, giúp hiểu rõ mối quan hệ giữa “lượng” và “chất”.

Ứng dụng kỹ thuật mô phỏng trong đào tạo nói chung, đào tạo lĩnh vực khoa học xã hội và nhân văn nói riêng cho thấy một số ưu điểm nổi bật sau:

Một là, tạo cho người học cơ hội học tập qua trải nghiệm để hiểu sâu và tăng sự hứng thú với việc học tập, nhất là với những môn học, ngành học mang tính lý thuyết, trừu tượng và phức tạp.

Kỹ thuật mô phỏng giúp người học được học tập qua trải nghiệm thay vì chỉ học lý thuyết. Sự tham gia của các yếu tố hình ảnh tĩnh và động, âm thanh, cùng với khả năng tùy chỉnh và điều khiển các yếu tố này theo năng lực và sở thích, kinh nghiệm mang tính cá nhân người học có thể giúp họ tự trải nghiệm về đối tượng. Họ có thể thực hiện các thao tác, tham gia vào các tình huống thực tế, tương tác với các yếu tố trong mô phỏng, áp dụng kiến thức và kỹ năng trong môi trường an toàn và không có rủi ro và theo dõi kết quả những hoạt động của mình.

Tùy thuộc vào kỹ năng thao tác, điều khiển của người học mà họ có thể trải nghiệm những trạng thái, cảm xúc hồi hộp, vui sướng, lo âu, sợ hãi, choáng ngợp… Mô phỏng đòi hỏi người trải nghiệm phải huy động tất cả các giác quan để cảm nhận, kết hợp với hoạt động tích cực của tư duy để phân tích, xử lý, biến những dữ liệu vô nghĩa thành thông tin, phục vụ cho việc ra quyết định. Trải nghiệm này giúp người học có được những kinh nghiệm cụ thể về nhận thức, tư duy, về hành vi, về thái độ ứng xử - điều mà không một bộ phim hay một hình ảnh, âm thanh riêng lẻ nào có thể tạo nên.

Khái quát về khả năng nắm bắt và tiếp nhận thông tin, các nhà sư phạm đã khẳng định: nghe thì quên, nhìn thì nhớ, làm thì hiểu. Do đó, mô phỏng có khả năng cung cấp kiến thức tổng hợp và sâu sắc hơn so với việc giảng giải, thuyết trình lý thuyết hay quan sát hoạt động làm mẫu của giảng viên như các cách giảng dạy thông thường.

Hai là, phù hợp với cá nhân hóa việc học tập trong bối cảnh học tập thường xuyên, học suốt đời. Mô phỏng cho phép người học tự chọn nội dung học tập và phong cách học tập, tùy chỉnh môi trường trải nghiệm học tập để phù hợp với nhu cầu và mục tiêu học tập của từng cá nhân, tức là tạo ra trải nghiệm học tập cá nhân hóa. Chủ thể học tập có thể tự quản lý quá trình học và luyện tập, quản lý thời gian học tập theo lịch trình linh hoạt của mình, tự học và kiểm tra kiến thức và kỹ năng, phát huy tính chủ động, tích cực và tự giác, tham gia học tập từ bất kỳ nơi đâu có kết nối internet - điều này rất thuận lợi trong triển khai đào tạo từ xa phục vụ xã hội học tập ngày nay.

Ba là, phát triển kỹ năng quyết định của người học. Mô phỏng giúp học viên phát triển kỹ năng quyết định và giải quyết vấn đề thông qua việc đối mặt với các tình huống phức tạp và thực hành đưa ra quyết định. Người học có khả năng lặp lại các tình huống để cải thiện hiệu suất và thử nghiệm các phương pháp khác, lựa chọn khác để tăng tính trải nghiệm và phân tích, học hỏi từ kinh nghiệm, lựa chọn quyết định mang tính tối ưu.

Bốn là, bản thân giảng viên cũng có thể phát huy tối đa khả năng làm việc sáng tạo để tìm kiếm các giải pháp thay thế cho việc giảng dạy lý thuyết, thuyết trình một cách đơn điệu, chuyển tải nội dung, mục tiêu học tập theo những cách thức độc đáo, giúp cho hoạt động học tập trở nên tích cực và hấp dẫn hơn. Vai trò của giảng viên chuyển sang vai trò của người hướng dẫn, dẫn dắt người học tự khám phá, chiếm lĩnh và làm chủ nội dung học tập.

Năm là, hạn chế rủi ro và chi phí. Mô phỏng cung cấp những kinh nghiệm gián tiếp trước khi sinh viên thực hành thực tế, nhất là thao tác, những thử nghiệm có thể gây mất an toàn cho con người. Nhờ kỹ thuật mô phỏng, người học có thể lặp đi lặp lại thao tác nhiều lần để trở nên thuần thục, tự mình rút kinh nghiệm và điều chỉnh trước khi tiến hành thao tác đó trong thực tiễn, nắm vững các nguyên tắc, qui trình. Điều này giúp giảm thiểu rủi ro liên quan đến việc học tập trong các môi trường thực tế và giảm chi phí đào tạo, bao gồm cả chi phí di chuyển và nguồn nhân lực...

3. Điều kiện ứng dụng kỹ thuật mô phỏng trong đào tạo lĩnh vực khoa học xã hội và nhân văn

Để thực hiện kỹ thuật mô phỏng trong đào tạo nói chung, đào tạo lĩnh vực khoa học xã hội và nhân văn nói riêng, cần những điều kiện bảo đảm nhất định, trong đó cần quan tâm đến những vấn đề sau:

Một là, cần có cơ sở hạ tầng kỹ thuật đủ mạnh để hỗ trợ quá trình mô phỏng trong đào tạo. Đó là hệ thống máy tính và các thiết bị kỹ thuật phù hợp, bao gồm máy tính cá nhân hoặc máy tính xách tay, máy tính bảng, điện thoại thông minh, máy chiếu, màn hình cảm ứng, và bất kỳ thiết bị nào cần thiết để thực hiện các hoạt động mô phỏng.

Cùng với đó là phần mềm mô phỏng phù hợp với lĩnh vực và mục tiêu đào tạo, có thể bao gồm phần mềm đồ họa 3D, phần mềm mô phỏng hệ thống, phần mềm mô phỏng cuộc sống thực, hoặc các ứng dụng đa phương tiện phục vụ cho mục tiêu đào tạo cụ thể. Để tải về và cập nhật phần mềm mô phỏng, chia sẻ tài liệu và tương tác trực tuyến, cần phải có đường truyền hỗ trợ truy cập internet ổn định và nhanh chóng. Trong trường hợp thực hiện mô phỏng từ xa, cần phải sử dụng nền tảng học trực tuyến. Hệ thống quản lý học tập trực tuyến (LMS) giúp quản lý nội dung, quản lý người học, theo dõi tiến trình học tập, và cung cấp tài liệu đào tạo. Các thiết bị ngoại vi như máy ảnh, máy quay video, máy ghi âm, microphone, loa,… cần thiết để tạo nội dung mô phỏng, tương tác âm thanh và hình ảnh.

Để tạo ra trải nghiệm tương tác, có thể cần tới các thiết bị như bảng trắng tương tác, bút điều khiển từ xa hoặc các thiết bị tương tác khác. Để bảo đảm an toàn cho dữ liệu đào tạo và nội dung mô phỏng, cần có hệ thống sao lưu và phục hồi dữ liệu định kỳ và đội ngũ kỹ thuật, giúp giải quyết các vấn đề kỹ thuật và hỗ trợ cho người học và người hướng dẫn khi cần thiết.

Hai là, đội ngũ giảng viên - người hướng dẫn có kiến thức và kỹ năng về kỹ thuật mô phỏng và cách sử dụng nó trong lĩnh vực khoa học xã hội và nhân văn.

Giảng viên vừa phải am hiểu chuyên sâu về nội dung đào tạo, vừa phải biết cách xây dựng, điều chỉnh và thực hiện mô phỏng, sau đó sử dụng mô phỏng phục vụ mục đích sư phạm như một phương tiện nhận thức, giúp người học hiểu rõ một khái niệm, một quá trình, một hệ thống… trong nội dung học tập.

Bằng việc mô phỏng và dẫn dắt người học xử lý các tình huống mô phỏng, giảng viên giúp nội dung học tập trở nên hấp dẫn hơn, đặt người học vào quá trình tự tiếp cận, khám phá, làm chủ tri thức, kỹ năng, thay đổi thái độ và hành vi. Vì vậy, giảng viên phải có khả năng thiết kế nội dung mô phỏng liên quan trực tiếp đến mục tiêu học tập và kỹ năng mà người học cần phải phát triển để bảo đảm rằng mô phỏng đóng góp vào quá trình đào tạo.

Ba là, tài liệu học tập và nội dung mô phỏng phù hợp với lĩnh vực và mục tiêu đào tạo.

Mô phỏng cần phản ánh các tình huống thực tế hoặc các tình huống gần gũi với lĩnh vực đào tạo để có thể giúp người học áp dụng kiến thức và kỹ năng vào thực tế. Nội dung mô phỏng nên có tính thách thức với người học, đòi hỏi họ phải suy nghĩ, phân tích, liên hệ, đánh giá, vận dụng và đưa ra quyết định, thúc đẩy tư duy phản biện và khuyến khích sự đa dạng trong việc giải quyết vấn đề.

Mặt khác, nội dung mô phỏng nên có khả năng tùy chỉnh để phản ánh sự đa dạng của người học và mục tiêu đào tạo cụ thể, phù hợp với nhiều bối cảnh đào tạo, đồng thời cần có khả năng đánh giá hiệu suất của người học thông qua các nhiệm vụ trong chính tình huống mô phỏng hoặc bài kiểm tra để đo lường sự tiến triển về kiến thức và kỹ năng của họ.

Kỹ thuật mô phỏng tạo ra môi trường học tập ảo, giúp người học được học tập thông qua trải nghiệm và thực hành, tạo cơ hội tương tác và thảo luận, phát triển tư duy phản biện và khả năng giải quyết vấn đề, gia tăng sự hứng thú với người học, đồng thời tiết kiệm thời gian và các nguồn lực… Những lợi thế nổi bật của kỹ thuật mô phỏng mở ra khả năng ứng dụng kỹ thuật này không chỉ trong đào tạo các ngành khoa học tự nhiên, khoa học kỹ thuật mà cả với khoa học xã hội và nhân văn, nhất là trong phát triển hình thức đào tạo từ xa, đáp ứng nhu cầu học tập thường xuyên, học tập suốt đời của xã hội học tập trong Cách mạng công nghiệp lần thứ tư hiện nay.

_________________

Ngày nhận bài: 02-11-2023; Ngày bình duyệt: 5- 11-2-2023; Ngày duyệt đăng: 8-11-2023

1. Lê Huy Tùng, Lương Thúy Hạnh: Ứng dụng kỹ thuật mô phỏng trong dạy học, Tạp chí giáo dục, số 316, kỳ 2-8/2013.

2. Carol M.Huttar: Virtual Reality and Computer Simulation in Social Work Education: A Systematic Review, Journal of Social Work Education, Volume 56, 2020-Issue 1.

3. Asmeret Naugle, Adam Russell, Kiran Lakkaraju, Laura Swiler, Stephen Verzi: Vicente Romero1The Ground Truth program: simulations as test beds for social science research methods, Computational and Mathematical Organization Theory, 2023, 29:1–19 (https://doi.org/10.1007/s10588-021-09346-9)