Bài viết phân tích cơ sở lý luận và thực tiễn của việc ứng dụng mô phỏng trong giảng dạy môn Kết cấu BTCT tại Học viện Hậu cần; đánh giá thực trạng triển khai; đồng thời đề xuất một số giải pháp nhằm nâng cao hiệu quả ứng dụng trong thời gian tới. Kết quả nghiên cứu cho thấy, mô phỏng không chỉ tăng tính trực quan, hỗ trợ hiểu sâu bản chất cơ học kết cấu mà còn góp phần hình thành năng lực số, đáp ứng yêu cầu đào tạo cán bộ kỹ thuật xây dựng quân sự trong điều kiện hiện đại hóa Quân đội.
1. Đặt vấn đề
Chuyển đổi số trong giáo dục đại học đang trở thành xu thế tất yếu, đặc biệt trong các cơ sở đào tạo kỹ thuật, nơi yêu cầu gắn chặt giữa lý thuyết và thực hành, giữa mô hình tính toán và thực tiễn công trình. Đối với các học viện, nhà trường trong Quân đội, yêu cầu này càng mang tính cấp thiết nhằm đáp ứng mục tiêu xây dựng Quân đội cách mạng, chính quy, tinh nhuệ, từng bước hiện đại.
Môn Kết cấu bê tông cốt thép giữ vai trò rất quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ sư xây dựng. Học phần không chỉ cung cấp cơ sở lý thuyết tính toán, thiết kế cấu kiện và hệ kết cấu BTCT mà còn rèn luyện tư duy phân tích, năng lực xử lý tình huống kỹ thuật. Tuy nhiên, đặc điểm của môn học là khối lượng kiến thức lớn, nhiều nội dung mang tính trừu tượng, khó hình dung bằng phương pháp giảng dạy truyền thống.
Trong bối cảnh đó, ứng dụng công nghệ mô phỏng vào giảng dạy được xem là một giải pháp khả thi, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo, phát triển năng lực thực hành nghề nghiệp cho học viên.
2. Cơ sở lý luận của việc ứng dụng mô phỏng trong giảng dạy kết cấu BTCT
Mô phỏng (simulation) trong giáo dục kỹ thuật là quá trình tái hiện các hiện tượng, quá trình kỹ thuật thông qua mô hình số trên nền tảng phần mềm chuyên dụng. Đối với lĩnh vực kết cấu xây dựng, mô phỏng cho phép biểu diễn cấu kiện hoặc hệ kết cấu dưới dạng mô hình phần tử hữu hạn; từ đó phân tích nội lực, ứng suất, biến dạng và trạng thái phá hoại dưới các điều kiện tải trọng khác nhau.
Đặc điểm nổi bật của mô phỏng trong giảng dạy gồm: Tính trực quan cao, có thể biểu diễn dưới dạng hình ảnh 3D hoặc hoạt hình động; Khả năng thay đổi tham số linh hoạt; Tái hiện được nhiều kịch bản mà thực nghiệm truyền thống khó thực hiện; Tích hợp dữ liệu tính toán và đồ họa, hỗ trợ phân tích sâu bản chất vấn đề.
Đặc thù của môn Kết cấu bê tông cốt thép: Kết cấu BTCT là môn học kết hợp giữa cơ học vật liệu, lý thuyết đàn hồi - dẻo, cơ học kết cấu và công nghệ vật liệu xây dựng. Quá trình làm việc của cấu kiện BTCT chịu uốn, nén, cắt có tính phi tuyến rõ rệt, phụ thuộc vào tương tác giữa bê tông và cốt thép.
Trong phương pháp giảng dạy truyền thống, giảng viên chủ yếu sử dụng sơ đồ tính, biểu đồ nội lực và công thức tính toán. Học viên thường gặp khó khăn trong việc hình dung: Sự chuyển dịch trục trung hòa khi tăng tải trọng; Quá trình hình thành và phát triển vết nứt; Sự phân bố ứng suất trong tiết diện; Cơ chế phá hoại dẻo hoặc giòn của cấu kiện. Những nội dung trên nếu chỉ trình bày bằng bản vẽ 2D hoặc lời giảng sẽ hạn chế khả năng tiếp thu sâu bản chất cơ học.
Theo lý thuyết học tập kiến tạo, người học tiếp thu kiến thức hiệu quả hơn khi được tham gia vào quá trình khám phá, thử nghiệm và điều chỉnh giả thuyết. Mô phỏng cho phép học viên chủ động thay đổi thông số mô hình, quan sát kết quả và rút ra nhận xét, qua đó hình thành tri thức một cách tích cực.Ngoài ra, việc kết hợp mô phỏng với bài tập tình huống kỹ thuật còn giúp phát triển tư duy phản biện, kỹ năng giải quyết vấn đề và năng lực làm việc với công cụ số - những yêu cầu quan trọng đối với cán bộ kỹ thuật quân sự hiện đại.
3. Thực trạng ứng dụng mô phỏng trong giảng dạy môn Kết cấu BTCT tại Học viện Hậu cần
Trong những năm gần đây, Học viện Hậu cần đã từng bước triển khai ứng dụng công nghệ thông tin trong giảng dạy các môn kỹ thuật. Hệ thống phòng học chuyên dùng được trang bị máy chiếu, máy tính, phần mềm phân tích kết cấu cơ bản. Một số giảng viên đã chủ động xây dựng mô hình số minh họa cho bài giảng.
Kết quả đạt được: Tăng tính trực quan của bài giảng, đặc biệt đối với nội dung phân tích nội lực và biến dạng. Học viên bước đầu tiếp cận với công cụ phân tích hiện đại, nâng cao hứng thú học tập. Một số đồ án môn học đã sử dụng phần mềm mô phỏng để kiểm chứng kết quả tính toán thủ công.
Hạn chế, tồn tại: Bên cạnh kết quả đạt được, việc ứng dụng mô phỏng còn một số hạn chế: Chưa có hệ thống mô hình mô phỏng chuẩn hóa cho toàn bộ học phần. Mức độ tích hợp giữa mô phỏng và nội dung kiểm tra, đánh giá còn thấp. Năng lực sử dụng phần mềm của một bộ phận học viên chưa đồng đều. Cơ sở hạ tầng công nghệ thông tin chưa đáp ứng yêu cầu triển khai đồng loạt ở quy mô lớn.
Những hạn chế trên đặt ra yêu cầu phải xây dựng chiến lược triển khai bài bản, đồng bộ hơn trong thời gian tới.
4. Giải pháp nâng cao hiệu quả ứng dụng mô phỏng
Một là, xây dựng hệ thống học liệu mô phỏng chuẩn hóa.Cần xây dựng ngân hàng mô hình số tương ứng với từng chương: dầm chịu uốn, cột chịu nén lệch tâm, cấu kiện chịu cắt, sàn phẳng, móng… Mỗi mô hình phải kèm theo hướng dẫn khai thác, bộ câu hỏi gợi mở và bài tập ứng dụng.
Hai là, nâng cao năng lực công nghệ cho giảng viên và học viên.Tổ chức các lớp bồi dưỡng chuyên sâu về phần mềm phân tích kết cấu; khuyến khích giảng viên nghiên cứu khoa học gắn với ứng dụng mô phỏng. Đồng thời, đưa nội dung sử dụng phần mềm vào chương trình đào tạo chính khóa.
Ba là, tích hợp mô phỏng vào kiểm tra, đánh giá. Đổi mới phương pháp đánh giá theo hướng yêu cầu học viên sử dụng mô phỏng để phân tích, so sánh và đánh giá phương án thiết kế. Điều này giúp chuyển trọng tâm từ ghi nhớ công thức sang phát triển năng lực thực hành.
Bốn là, đầu tư hạ tầng công nghệ thông tin. Nâng cấp hệ thống máy tính, mạng nội bộ; xây dựng phòng học thông minh; phát triển kho học liệu số dùng chung cho các khoa chuyên ngành kỹ thuật.
5. Thảo luận
Việc ứng dụng mô phỏng trong giảng dạy môn Kết cấu BTCT không chỉ mang ý nghĩa cải tiến phương pháp giảng dạy mà còn góp phần đổi mới mô hình đào tạo cán bộ kỹ thuật xây dựng quân sự theo hướng tiếp cận chuẩn nghề nghiệp hiện đại. Khi học viên được tiếp cận sớm với công cụ phân tích số, họ sẽ hình thành tư duy hệ thống, khả năng xử lý dữ liệu và phân tích đa phương án – những yếu tố quan trọng trong thiết kế và quản lý công trình quốc phòng.
Tuy nhiên, cần nhận thức rõ rằng mô phỏng không thay thế hoàn toàn tư duy tính toán lý thuyết. Việc lạm dụng phần mềm mà không hiểu bản chất cơ học có thể dẫn đến sai lệch trong thiết kế. Do đó, mô phỏng phải được sử dụng như một công cụ hỗ trợ, kết hợp chặt chẽ với giảng dạy lý thuyết nền tảng.
6. Kết luận
Ứng dụng mô phỏng trong giảng dạy môn Kết cấu bê tông cốt thép tại Học viện Hậu cần là xu thế tất yếu trong tiến trình chuyển đổi số giáo dục quân sự. Thực tiễn triển khai bước đầu cho thấy nhiều tín hiệu tích cực trong nâng cao tính trực quan, hiệu quả tiếp thu và năng lực thực hành của học viên.
Để phát huy hiệu quả bền vững, cần triển khai đồng bộ các giải pháp về xây dựng học liệu, bồi dưỡng đội ngũ, đầu tư hạ tầng và đổi mới phương pháp đánh giá. Thực hiện tốt những nội dung này sẽ góp phần nâng cao chất lượng đào tạo cán bộ kỹ thuật xây dựng quân sự, đáp ứng yêu cầu xây dựng và bảo vệ Tổ quốc trong tình hình mới.
Thượng úy Hà Tuấn Sơn
Khoa Doanh trại - Học viện Hậu cần
Tài liệu tham khảo
1. Nguyễn Đình Cống (2019), Kết cấu bê tông cốt thép – Phần cấu kiện cơ bản (Tái bản lần thứ 5),Nxb Xây dựng.
2. Phan Quang Minh (2020), Ứng dụng mô phỏng số trong giảng dạy kỹ thuật xây dựng ở các trường đại học kỹ thuật, Tạp chí Khoa học Công nghệ Xây dựng, 14(3), 45–52.
3. Trần Chủng, & Lê Văn Kiểm (2018), Cơ sở thiết kế kết cấu bê tông cốt thép theo trạng thái giới hạn, Nxb Xây dựng.