TÓM TẮT:
Ngày nay, các thế hệ công nghệ 4.0, trong đó công nghệ thực tế ảo (VR) đã có nhiều ứng dụng và mở ra tiềm năng lớn cho hoạt động đào tạo. Ngành Điện là một ngành đặc thù khi hoạt động đào tạo thực hành, huấn luyện đội ngũ công nhân kỹ thuật mang tính thường xuyên, tập trung rèn luyện kỹ năng nghề, đòi hỏi thực hành hiện trường có nguy cơ mất an toàn cao và sử dụng vật tư, thiết bị đào tạo rất tốn kém. Bài viết nghiên cứu vấn đề ứng dụng công nghệ VR trong hoạt động đào tạo thực hành của ngành Điện. Kết quả cho thấy, việc xây dựng các bài giảng thực hành trên không gian ảo cho phép đa dạng hóa phương pháp đào tạo, nâng cao chất lượng đào tạo khi nó hỗ trợ một cách hữu ích cho người học trên phương diện rèn luyện kỹ năng và tiết kiệm chi phí vật tư, thiết bị, khi giảm bớt các thao tác sai trong quá trình thực hành với vật tư thiết bị.
Từ khóa: công nghệ VR, đào tạo trong ngành điện, bài giảng trên không gian ảo.
1. Đặt vấn đề
Như đã đề cập, hoạt động đào tạo trong ngành Điện, đặc biệt là cho đội ngũ công nhân kỹ thuật mang tính đặc thù rõ rệt. Trước hết về cấu trúc nguồn nhân lực, đội ngũ công nhân kỹ thuật lao động trực tiếp (CNKT) vẫn chiếm một tỷ trọng lớn nhất (khoảng 65%). Với độ ngũ này, hoạt động đào tạo, đào tạo lại, đào tạo nâng cao được thực hiện thường xuyên. Theo dữ liệu đào tạo được thống kê hàng năm bởi Trường Cao đẳng Điện lực miền Bắc (NEPC) - đơn vị trực trực thuộc Tổng công ty Điện lực miền Bắc (EVNNPC) cho thấy, với tổng số gần 27.000 cán bộ viên chức của 27 công ty điện lực và các đơn vị thành viên khác, hàng năm, hoạt động đào tạo thường xuyên của EVNNPC cũng đạt khoảng 25.000 lượt đào tạo, trong đó đội ngũ CNKT chiếm phần lớn. Đào tạo đội ngũ CNKT của ngành Điện cũng rất đặc thù, với phần lớn là rèn luyện, bồi dưỡng kỹ năng nghề, đào tạo thực hành trên thao trường, đào tạo thi công trực tiếp trên vật tư và thiết bị. Số liệu thống kê của NEPC cho giai đoạn 2021-2023, với các khóa đào tạo thi công cáp ngầm thì chi phí vật tư tiêu hao chiếm khoảng 56% tổng chi phí đào tạo. Đặt trong bối cảnh ứng dụng các thế hệ công nghệ 4.0 như công nghệ VR hay thực tế ảo tăng cường (AR) vào các hoạt động giáo dục và đào tạo đang rất mạnh mẽ, câu hỏi đặt ra là liệu có thể ứng dụng các thế hệ công nghệ này trong đào tạo thực hành của ngành Điện để hỗ trợ nâng cao chất lượng đào tạo cũng như tiết giảm chi phí vật tư tiêu hao?
Bài viết tập trung nghiên cứu khả năng ứng dụng công nghệ thực tế ảo trong hoạt động đào tạo của ngành Điện. Phạm vi nghiên cứu là hoạt động đào tạo thực hành đang được tổ chức triển khai tại NEPC cho đội ngũ công nhân kỹ thuật của EVNNPC. Với các bài giảng được lựa chọn để xây dựng trên không gian ảo, các kết quả nghiên cứu đã chỉ ra với việc thực hành không giới hạn trên không gian ảo đã cho phép người học rèn luyện kỹ năng, nhận diện các mối nguy tốt hơn, tránh các thao tác sai khi thực hành trên môi trường thực và làm việc trực tiếp với vật tư thiết bị. Qua đó góp phần nâng cao chất lượng đào tạo nói riêng và hiệu quả đào tạo nói chung.
Để đạt được các mục tiêu này, bài viết được cấu trúc thành 4 phần: sau phần đặt vấn đề với mục tiêu nghiên cứu (i), là tổng quan nghiên cứu với các nền tảng lý luận và thực tiễn về công nghệ thực tế ảo và ứng dụng của nó trong hoạt động đào tạo (ii), đặc thù đào tạo trong ngành điện, phân tích, lựa chọn và thiết kế các bài giảng thực hành ứng dụng công nghệ thực tế ảo đang được đào tạo tại NEPC (iii), đánh giá hiệu quả của việc ứng dụng công nghệ thực tế ảo và đề xuất mở rộng ứng dụng công nghệ thực tế ảo trong hoạt động đào tạo tại EVNNPC (iv).
2. Tổng quan nghiên cứu về công nghệ VR và các ứng dụng trong đào tạo
Công nghệ VR mới được đề cập ở Việt Nam nhưng không phải là một phát minh mới. Khái niệm này đã được nhắc đến từ nhiều thập niên trước, nổi bật nhất chính là vào năm 1962 khi Morton Heilig phát minh ra thiết bị mô phỏng Sensorama - một thiết bị điều khiển người sử dụng [1]. Thiết bị này đã mang lại những trải nghiệm sống động khi các vật thể có thể chuyển động trong thế giới giả lập. Như nhiều công nghệ khác, VR chỉ thực sự được phát triển và có ứng dụng rộng rãi trong những năm gần đây nhờ vào sự phát triển của lĩnh vực công nghệ thông tin. VR đã trở thành một ngành công nghiệp với thị trường và ứng dụng tăng trưởng nhanh.
Một cách tổng quan, công nghệ VR là một hệ thống mô phỏng, trong đó đồ họa máy tính được sử dụng để tạo ra một thế giới “như thật”. Như vậy, VR là công nghệ giúp con người có thể “cảm nhận” không gian mô phỏng một cách chân thực nhờ vào một loại kính nhìn 3 chiều (kính VR). Môi trường 3D ảo này được tạo ra và điều khiển bởi một hệ thống máy tính cấu hình cao. Đặc biệt, không chỉ đơn thuần hiển thị hình ảnh 3D, hệ thống VR thậm chí còn cho phép mô phỏng âm thanh khá chân thực. Về phương diện kỹ thuật, một hệ thống thực tế ảo bao gồm 5 thành phần: phần mềm (SW), phần cứng (HW), mạng liên kết, người dùng và các ứng dụng. Tổng quan các thành phần quan trọng trong một hệ thống VR như sau.
Phần mềm: là linh hồn của hệ thống VR, có thể dùng bất cứ ngôn ngữ lập trình hay phần mềm đồ họa nào để mô hình hóa và mô phỏng các đối tượng của VR. Phần mềm phải bảo đảm 2 công dụng chính: tạo hình và mô phỏng. Các đối tượng của VR được mô hình hóa và mô phỏng động học, động lực học và mô phỏng ứng xử của đối tượng.
Phần cứng: gồm máy tính với cấu hình đồ họa mạnh, các thiết bị đầu vào (Input devices - gồm những thiết bị có khả năng kích thích các giác quan để tạo nên cảm giác về sự hiện hữu trong thế giới ảo) và các thiết bị đầu ra (Output devices - gồm hiển thị đồ họa để nhìn được đối tượng 3D; thiết bị âm thanh; bộ phản hồi cảm giác (như găng tay,…) để tạo xúc giác khi sờ, nắm đối tượng. Bộ phản hồi xung lực để tạo lực tác động.
Sở dĩ công nghệ VR được ứng dụng vào nhiều lĩnh vực là do tính tương tác, tức là khả năng nhận biết thế giới thực gần trùng khít với thế giới ảo. Các đồ họa ba chiều thời gian thực và cảm giác thực được xem là các đặc tính then chốt tạo ra sự khác biệt đồng thời mở rộng phạm vi ứng dụng của công nghệ này như: khoa học kỹ thuật, kiến trúc, quân sự, giải trí, du lịch, địa ốc… và đáp ứng các nhu cầu: nghiên cứu - giáo dục - thương mại - dịch vụ… Trong lĩnh vực giáo dục và đào tạo, ứng dụng công nghệ VR đã rất phổ biến và được kỳ vọng sẽ giúp giáo viên rút ngắn thời gian giảng dạy, dành thời gian cho việc khơi gợi, nêu các tình huống, kích thích tư duy sáng tạo của người học. Người học có thể dễ dàng hình dung và có khái niệm chính xác về các hình ảnh, sự vật, hiện tượng khi tiếp xúc với chúng bằng những hình ảnh trực quan như trong môi trường thực. Theo thống kê của mạng lưới CNET (trang truyền thông của Mỹ https://www.cnet.com/), đã có hơn 300 trường đại học và hơn 4.200 nhà giáo trên thế giới, ở các cấp độ khác nhau đã có ứng dụng công nghệ VR và thực tế ảo tăng cường (AR) để mô phỏng các hoạt động học thuật như “thật”. Nhiều trường đại học lớn đã đưa chương trình dạy tích hợp VR vào nội dung thực nghiệm như Illinois, Beckery, Florida (Mỹ)…, Oxford (Anh), với sự ra đời của các phần mềm Labster, Vrlab hoặc câu lạc bộ, diễn đàn về VR/AR để mô phỏng các thí nghiệm [2]. Ứng dụng công nghệ AR/VR, các giờ học sẽ trực quan và toàn diện hơn, chất lượng học tập được chuyển từ ghi nhớ sang tư duy bậc cao, khuyến khích sinh viên học tập tích cực thay vì thụ động. Đặc biệt với các ngành khoa học thực nghiệm, việc ứng dụng VR tiết kiệm đáng kể chi phí thực hành như ngành công nghệ hóa học khi tạo ra các hệ thống thí nghiệm mô phỏng ảo giúp cho người học tương tác như đang tiến hành trong phòng thí nghiệm thực.
Các ứng dụng này không chỉ trong đào tạo các chuyên ngành khoa học tự nhiên, thậm chí cả ở các ngành khoa học xã hội. Có thể liệt kê các nghiên cứu ứng dụng của công nghệ thực tế ảo trong đào tạo, nghiên cứu khoa học và đạt hiệu quả rất cao mà CNET ghi nhận ở Mỹ như: (i) Các buổi xử án ảo dành cho sinh viên Luật, Đại học Harvard [3]; (ii) Các buổi thảo luận chuyên đề văn hóa, lịch sử ở Đại học Princeton [4], (iii) Đại học Arizona Mỹ đã ứng dụng công nghệ thực tế ảo trong nhiều hoạt động giảng dạy [5] trong các chuyên ngành sinh vật, thiên văn, du lịch, lịch sử và một số ngành khoa học xã hội khác...
Ở nước ta, lĩnh vực tiên phong ứng dụng công nghệ VR vào đào tạo cũng là y khoa. Nghiên cứu của Phan Hữu Phúc, Đỗ Năng Toàn và các đồng sự [6] về ứng công nghệ VR trong lĩnh vực y khoa ở nước ta là đề tài cấp nhà nước phát triển hệ thống hỗ trợ thực hành tiền lâm sàng nhi khoa dựa trên công nghệ thực tế ảo” với một số kết quả nội bật như: (i) Xây dựng được 02 nguyên mẫu mô hình cơ thể nhi bằng vật liệu composite có khả năng thể hiện các tham số cơ bản về chức năng sống và hỗ trợ bằng thực tế ảo và thực tế tăng cường; (ii) Phát triển phần mềm mô hình cơ thể nhi ảo 3D có khả năng tương tác, kết nối và tích hợp với nguyên mẫu mô hình cơ thể nhi. Kết quả đề tài được ứng dụng và triển khai thực tế tại Bệnh viện Nhi Trung ương đồng thời góp phần nâng cao chất lượng đào tạo, giúp học viên y khoa tiếp cận với các tình huống cấp cứu nhi khoa thường gặp trong môi trường mô phỏng an toàn và hiệu quả. Trường Đại học Duy Tân cũng đã xây dựng các hệ thống mô phỏng 3D phục vụ giảng dạy và đào tạo chuyên ngành y học, như: hệ thống xương, hệ cơ, tuần hoàn máu trong cơ thể người. Các mô phỏng ứng dụng công nghệ VR đóng vai trò rất quan trọng trong việc tiếp thu kiến thức của người học một cách hiệu quả [7].
Với khối kỹ thuật, công nghệ VR/AR cũng đã được ứng dụng. Nhóm nghiên cứu của Trường Đại học Sư phạm TP. Hồ Chí Minh cũng ứng dụng công nghệ VR trong đào tạo một số môn học kỹ thuật cho chương trình kỹ sư hay chuyên gia, kết quả bước đầu của việc ứng dụng này là khá khả quan [8]. Trường Đại học Phenikaa mức tuyển sinh là 7.000-8.000 sinh viên/năm, ứng dụng công nghệ số xây dựng các chương trình, bài giảng trực tuyến đối với các môn học giáo dục thể chất, lý luận chính trị đã đạt được 2 mục tiêu quan trọng: (i) tiết kiệm cho mỗi năm hàng chục tỉ đồng; (ii) và đặc biệt hơn là việc ứng dụng VR góp phần nâng cao chất lượng đào tạo một cách thực sự đối với môn học vốn dĩ không được coi trọng ở giai đoạn trước đấy.
Tóm lại, công nghệ VR hiện phát triển và được ứng dụng mạnh mẽ trong tất cả các lĩnh vực của đời sống xã hội. Đặc biệt trong giáo dục, đào tạo, các ứng dụng ngày càng trở thành xu thế tất yếu. Nếu biết khai thác tốt và ứng dụng hiệu quả công nghệ thực tế ảo vào việc thiết kế quá trình đào tạo thì việc giảng dạy của giảng viên và tiếp thu kiến thức của người học sẽ trở nên dễ dàng, sinh động, chất lượng đào tạo và hiệu quả đào tạo sẽ tăng lên. Để đạt hiệu quả cao, cần có sự nghiên cứu để vận dụng sáng tạo, linh hoạt, phù hợp, căn cứ trên điều kiện thực tế của từng lĩnh vực, từng trường học, năng lực tiếp thu của người học, khả năng sử dụng phương tiện dạy học hiện đại của giáo viên, đặc thù từng môn học.
3. Đào tạo của ngành Điện, ứng dụng công nghệ VR trong xây dựng các bài giảng thực hành
3.1. Đặc thù hoạt động đào tạo trong ngành Điện và khả năng ứng dụng công nghệ VR
Để cụ thể hóa các đặc thù hoạt động đào tạo trong ngành Điện, chúng tôi tiến hành thu thập và phân tích dữ liệu thứ cấp hàng năm và số liệu sơ cấp thông qua phỏng vấn trực tiếp học viên theo kế hoạch đào tạo tập trung của EVNNPC giao nhiệm vụ NEPC tổ chức thực hiện. Kết quả cho thấy hoạt động đào tạo bồi dưỡng, bồi huấn trong ngành có các đặc điểm chính sau:
(i) Hầu hết các khóa đào tạo đều có thời gian đào tạo ngắn, tỷ lệ thực hành cao, đều ở mức từ 80-100%.
(ii) Tỷ trọng về số lớp, kinh phí cho đào tạo đều dành phần lớn cho đội ngũ công nhân kỹ thuật và kỹ sư thực hành (khoảng 70%). Số lượng học viên trong 1 khóa/lớp lớn nên thời gian dành để thực hành, rèn kỹ năng không nhiều, chưa thể đáp ứng cho thực hành nhiều lần; nội dung chuyên môn giúp học viên nắm bắt kỹ năng cơ bản, cốt lõi nhưng chưa đủ để thành thạo, đặc biệt với những kỹ năng phức tạp, điều mà hầu hết học viên phản ánh trong phiếu đánh giá.
(iii) Hầu hết các khóa đào tạo đều sử dụng các trang thiết bị, vật tư hiện có tại thao trường của NEPC hoặc tại các đơn vị, nhiều khóa đào tạo có giá vật tư thiết bị lớn, chiếm tỉ trọng quan trọng trong tổng kinh phí đào tạo.
Thực trạng này đòi hỏi đơn vị tổ chức đào tạo như NEPC cần có các giải pháp phù hợp để khắc phục các hạn chế do đặc thù hoạt động đào tạo của ngành tạo ra. Mục tiêu hướng đến là cần đảm bảo: dễ dàng tổ chức luyện tập nhiều lần, học viên có thể tự luyện tập, nhanh chóng thành thạo kỹ năng mà không ảnh hưởng đến thời gian tổng thể và kinh phí của khóa học; dễ dàng mở rộng các tình huống có thể phát sinh trên thực tế mà hiện trạng thao trường không có; giảm bớt các thao tác sai để tiết kiệm chi phí vật tư… Do đó, việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ thực tế ảo như một giải pháp nhằm nâng cao chất lượng và hiệu quả hoạt động đào tạo trong ngành Điện. Việc ứng dụng công nghệ VR trong hoạt động đào tạo của ngành Điện là rất phù hợp với các kỳ vọng trong việc xử lý các tồn tại do đặc thù ngành tạo ra, như: các bài giảng xây dựng trên nền tảng ảo xử lý được vấn đề số lượng học viên đông, thực hành nhiều lần trên không gian ảo, tăng khả năng nhận diện mối nguy, giảm bớt lượt thao tác trên thao trường vật lý; thành thục và hình thành kỹ năng, giảm bớt các thao tác sai, giảm thiểu rủi ro về an toàn trong quá trình học tập cũng đồng nghĩa với giảm bớt vật tư tiêu hao, tiết kiệm chi phí.
Thực tế, việc ứng dụng công nghệ VR trong hoạt động đào tạo bồi dưỡng trong ngành Điện đã được nhiều đơn vị điện lực trên khắp thế giới thực hiện. Tại Trung Quốc, Công ty Lưới điện Phương Nam là điển hình trong ứng dụng công nghệ VR trong hoạt động đào tạo. Hầu hết các đơn vị thành viên đều có các trung tâm đào tạo với hệ thống thao trường huấn luyện hết sức đa dạng, hiện đại và nhiều moduls đào tạo ứng dụng công nghệ VR. Đội ngũ cán bộ, công nhân kỹ thuật trong quá trình đào tạo không chỉ thao tác trên hệ thống thiết bị thực mà còn được trải nghiệm thường xuyên trên mô hình và không gian ảo. (Hình 1)
Minh họa Hình 1 là một trong rất nhiều ứng dụng công nghệ VR trong hoạt động đào tạo tại Công ty Lưới điện Phương Nam: Module mô phỏng trải nghiệm sự cố VR vi phạm thao tác trèo cột (Illegal climb tower VR accident experience) và cảm nhận khi vi phạm thao tác trèo cột là một đào tạo thường được sử dụng cho các hoạt động an toàn điện [9]. Người học học cách sử dụng dây an toàn đúng cách, ý thức được tầm quan trọng của việc kiểm tra trước khi làm việc và nắm vững quy trình công việc. Thao tác trèo cột bằng công nghệ VR chia làm nhiều mô hình trải nghiệm như mô hình giảng dạy, mô hình huấn luyện, mô hình sát hạch, trải nghiệm sự cố...
Ở châu Âu, hầu hết các nước đều cũng ứng dụng công nghệ VR trong đào tạo và huấn luyện của ngành Điện. Tại Pháp, các trung tâm đào tạo của Tập đoàn Điện lực Pháp (EDF) đều có các ứng dụng VR cho hầu hết các lĩnh vực đào tạo: mô phỏng quá trình chuẩn bị thi công bảo dưỡng sửa chữa hệ thống điện đang mang điện (hotline), thiết kế lắp đặt hệ thống mới, công tác kinh doanh điện năng, chăm sóc khách hàng đều đã ứng dụng rất sâu của công nghệ VR. Với điện hạt nhân - EDF đã triển khai một dự án từ năm 2013 nhằm sử dụng công nghệ VR để chuẩn bị cho hoạt động bảo trì các lò phản ứng hạt nhân, như một phần của chương trình Grand Carénage với mục đích kéo dài thời gian vận hành của các lò phản ứng từ 40 lên 60 tuổi. Tất cả các ứng dụng này đều được giới thiệu và đào tạo cho cán bộ, công nhân viên, kỹ thuật viên của EDF.
Ở Việt Nam, việc ứng dụng các công nghệ thế hệ 4.0 trong đào tạo ngành Điện cũng đã khá rộng rãi và đa dạng về hình thức. Công ty Thủy điện Sơn La, với tổng số lao động là 280 người đã triệt để ứng dụng công nghệ trong đào tạo nội bộ nhằm nâng cao chất lượng nguồn nhân lực. Số liệu thống kê cho thấy có tới 40 lượt đào tạo/người/năm cho thấy ứng dụng công nghệ vào đào tạo là hết sức rõ ràng [7]. Các hoạt động đào tạo trực tuyến cũng đã và đang được EVN và các đơn vị thành viên ứng dụng mạnh mẽ. Mặc dù vậy, đến nay, các ứng dụng công nghệ VR là rất hạn chế trong hoạt động đào tạo huấn luyện của ngành Điện. Đó là lý do chúng tôi lựa chọn hướng nghiên cứu này.
3.2. Phân tích lựa chọn các bài giảng điển hình thiết kế trên không gian VR
Sau khi đã phân tích, đánh giá mức độ phù hợp, hiệu quả của việc ứng dụng công nghệ VR vào hoạt động đào tạo của ngành, nhóm nghiên cứu tiếp tục thực hiện khảo sát sơ bộ, lấy ý kiến giảng viên và học viên tại NEPC để lựa chọn các bài giảng điển hình xây dựng trên không gian ảo. Hai chuyên đề được lựa chọn là “Đào tạo công nhân thi công, sửa chữa lưới điện 22kV đang mang điện - Hotline 22 kV” và “QLVH, thi công cáp ngầm trung thế - cáp ngầm trung thế”. Lựa chọn này có thể xem là phù hợp nhất, vì trong rất nhiều moduls thực hành tại NEPC, chuyên đề hotline đòi hỏi cao về chuyên môn, an toàn tuyệt đối trong công việc, vấn đề thực hành đòi hỏi nhiều trang thiết bị, trong khi chuyên đề về quản lý vận hành thi công cáp ngầm trung thế lại đòi hỏi rất nhiều về vật tư. Do mỗi chuyên đề gồm nhiều bài học xuyên suốt nhiệm vụ công việc (20 bài với hotline và 5 bài với cáp ngầm trung thế), nên trong khuôn khổ của nghiên cứu điển hình, chúng tôi đã lựa chọn 2 bài để xây dựng mô phỏng trên nền tảng VR: “Tách và xử lý lèo - chuyên đề hotline 22 kV” - Đây là bài học mang tính bao quát cao, yêu cầu cao về kỹ thuật thực hiện và quy trình an toàn cũng như khả năng nhận diện mối nguy, xử lý tình huống và bài “Lắp đặt hộp đầu cáp - chuyên đề cáp ngầm trung thế” - cũng là bài giảng mang tính khái quát, điển hình chung cho cả chuyên đề.
3.3. Ứng dụng công nghệ VR thiết kế các bài giảng thực hành trên không gian ảo
Với yêu cầu đặt ra là cần mô phỏng lại một cách chân thực nhất những thao tác của người công nhân kỹ thuật khi thực hiện các công việc theo nội dung của 2 bài giảng đã lựa chọn, khi phát triển phần mềm VR mô phỏng phải đảm bảo:
Các mô hình 3D cần đảm bảo giống nhất có thể so với các công cụ dụng cụ trong thực tế.
Các hành động của người học cần mô phỏng giống nhất có thể với những hành động của công nhân trong thực tế.
Đánh giá, chấm điểm các hành động của học viên để đảm bảo việc đào tạo qua mô phỏng mang lại hiệu quả thiết thực.
Sau khi phân tích đánh giá, để triển khai, chúng tôi đã lựa chọn giải pháp công nghệ cho các bài giải gồm: Ứng dụng chạy trên máy tính cấu hình cao (có card đồ họa rời); Kính VR được kết nối với máy tính qua một dây link. Kính VR đóng vai trò hiển thị, tay cầm điều khiển đóng vai trò đầu vào, người dùng tương tác với các đối tượng 3D qua tay cầm điều khiển. Nền tảng công nghệ VR sử dụng cho xây dựng các bài giảng gồm: Nền tảng lập trình là phần mềm Unity, thiết lập mô hình với các công cụ 3dsmax, Maya; công nghệ xử lý mã nguồn và kết nối là Meta XR SDK Mirror Network, ngôn ngữ lập trình là C++.
Về nguyên lý thiết kế các bài giảng trên nền tảng công nghệ VR, các nội dung của từng bài giảng phải có mặt đầy đủ danh sách các mô hình: tên mô hình, hình ảnh, kích cỡ, công dụng, họa hình; sau đó là các bước thực hiện công việc và đánh giá, với hướng dẫn chi tiết trên không gian ảo thực hiện ở từng bước, nếu thực hiện đúng thì thế nào, nếu thực hiện sai thì thế nào… Nguyên lý chung là bắt đầu mỗi người có 100 điểm, trong quá trình thực hiện sẽ bị trừ điểm dần nếu thực hiện sai. Học viên sẽ phải thực hiện lại từ đầu khi điểm số về 0, hoặc khi vi phạm các lỗi đặc biệt. Các yêu cầu của quá trình thiết kế phải đảm bảo tính toàn diện của bài học để học viên nắm bắt được từ công cụ dụng cụ, thứ tự các bước, thực hiện công việc, các mối nguy hiểm để từ đó hình thành kỹ năng thực hiện các công việc (Bảng 1).
Trên cơ sở đó, nhóm nghiên cứu đã tập trung xử lý các phần công việc theo trình tự, gồm: (i) thiết kế mô hình với công việc đã triển khai: xây dựng danh mục các mô hình cần thiết kế, tạo mô hình khối (block out), thực hiện chiếu hình ảnh 2D lên bề mặt của đối tượng 3D (UV), xây dựng cấu trúc (texture), hoàn thiện thành phẩm của thiết kế và đưa vào phần mềm Unity; (ii) thiết kế bài giảng trên không gian ảo để các học viên tham gia vào, trong không gian ảo đó, họ có thể tương tác với nhau để cùng thực hiện các hành động theo yêu cầu của bài học. Các máy tính cần được kết nối trong cùng một mạng LAN để đảm bảo băng thông tốt giữa các máy, đồng thời không cần sử dụng internet; nội dung này các công việc cần và đã triển khai: xác định các vấn đề và giải pháp giải quyết vấn đề ở từng phần của các bài giảng, mô phỏng các tình huống thực tế trên phần mềm Unity để tạo ứng dụng và Mirror Network để kết nối mạng giữa các ứng dụng; (iii) thực hiện thiết kế hệ thống để xây dựng thành công các bài giảng đã lựa chọn trên nền tảng công nghệ VR phù hợp. Hai bài thực hành, mỗi bài sẽ được thiết kế trong 1 ứng dụng riêng. Hình dưới đây là thiết kế cấu trúc một hệ thống, gồm: 3 bộ máy tính: 1 máy tính giảng viên, 2 máy tính học viên (Gồm máy tính + màn hình + kính VR, kết nối kính VR với máy tính qua dây Link). Màn hình của giảng viên sẽ hiển thị hình ảnh tổng hợp từ cả 2 máy tính của học viên. Học viên điều khiển tương tác thông qua tay cầm điều khiển. (Hình 2)
Nguồn: Thực hiện bởi nhóm tác giả
Kết quả cuối cùng 2 bài giảng được xây dựng hoàn chỉnh và được ứng dụng thử nghiệm tại NEPC. Bài giảng “Tách và xử lý lèo” thuộc chuyên đề hotline với đầy đủ 10 nội dung (1. Chuẩn bị công cụ dụng cụ (CCDC), 2. Vệ sinh xe, 3. Làm tiếp địa xe gàu, 4. Biện pháp an toàn, 5. Kiểm tra, vệ sinh CCDC thi công, 6. Phổ biến về an toàn trước khi thực hiện công việc, 7. Bọc cách điện, 8. Tách và xử lý lèo, 9. Tháo bọc cách điện, 10. Xử lý kết thúc công việc. Hình 3 là kết quả của bài giảng trên không gian ảo được cắt thành hình ảnh minh họa.
Bài giảng “Lắp đặt hộp đầu cáp ngầm trung thế” thuộc chuyên đề QLVH, thi công cáp điện ngầm trung thế với đầy đủ 8 nội dung (1. Bóc tách vỏ cáp, 2. Bóc tách lớp giáp thép, 3. Bóc tách lớp lót, 4. Lắp đặt dây tiếp địa, 5. Lắp đặt băng mastic, 6. Lắp đặt ống chia pha, 7. Lắp đặt ống nối vỏ cáp, 8. Lắp đặt ống đầu cáp. Hình 4 dưới đây là kết quả của bài giảng trên không gian ảo được cắt thành hình ảnh minh họa.
4. Đánh giá hiệu quả của ứng dụng công nghệ VR trong hoạt động đào tạo của ngành Điện và các đề xuất khuyến nghị
Trên cơ sở kết quả 2 bài giảng điển hình ứng dụng công nghệ VR cho hoạt động đào tạo của ngành điện, đầu năm 2025, theo kế hoạch đào tạo được EVNNPC giao nhiệm vụ cho NEPC, các lớp đào tạo hotline trung thế và quản lý vận hành thi công hệ thống cáp ngầm trung thế được tổ chức theo hình phức kết hợp giữa đào tạo thực hành trên môi trường thực và thực hành không giới hạn trong phòng học không gian ảo. Trên cơ sở đó, kết thúc các khóa đào tạo này, nhóm tác giả đã tiến hành đánh giá hiệu quả của việc sử dụng kết hợp đào tạo trên không gian ảo bằng phương pháp phỏng vấn, khảo sát trực tiếp lấy ý kiến người học là đội ngũ công nhân kỹ thuật của EVNNPC và các giảng viên NEPC tham gia trực tiếp trong hai chuyên đề này. Phương pháp đánh giá được sử dụng là phương pháp so sánh (giữa có và không có hình thức đào tạo kết hợp giữa môi trường thực và đào tạo trên không gian ảo). Mặc dù số lượng các lớp đào tạo còn hạn chế (cho tới thời điểm thực hiện bài báo này), tuy vậy phản hồi của cả học viên và giảng viên về ứng dụng công nghệ VR tạo ra các bài giảng trên không gian ảo là rất tích cực. Các ý kiến là khá đồng nhất ở các phương diện sau:
- Các bài giảng trên không gian ảo tạo cảm giác hứng khởi hơn là chỉ học trên thao trường thực, học như đang chơi trên không gian ảo, chơi mà thực chất đang học.
- Việc học bài trên không gian ảo không giới hạn thời gian, số lần thao tác đã giúp hình thành tư duy và kỹ năng nhanh hơn trong quá trình thực hiện công việc.
- Dễ dàng nhận dạng các mối nguy, giảm bớt các thao tác sai.
- Tạo cảm giác tự tin khi thực hành, thực hiện các thao tác trên môi trường thực, vật tư thiết bị thực.
- Học viên đã chủ động hơn khi thực hiện bài giảng trên không gian thực sau quá trình thực hành trên không gian ảo.
- Kỳ vọng lớn về nâng cao chất lượng đào tạo, tiết kiệm được chi phí vật tư thiết bị với các ý kiến nhận xét ở trên.
Như đã đề cập, với nhiều lớp học tổ chức trong giai đoạn tới, chúng tôi sẽ tiến hành đánh giá kỹ lưỡng hơn và đo lường định lượng hơn hiệu quả của việc ứng dụng công nghệ VR trong hoạt động đào tạo thực hành của ngành điện. Tuy vậy kết quả của những đánh giá bước đầu cho thấy các ứng dụng này là phù hợp xu thế và mang lại hiệu quả ở nhiều mặt đối với hoạt động đào tạo của ngành Điện.
Việc mới chỉ giới hạn trong 2 bài giảng của các chuyên đề thực hành với nhiều bài giảng phần nào đã hạn chế việc ứng dụng một cách đầy đủ cũng như đánh giá một cách đầy đủ hiệu quả của việc ứng dụng công nghệ VR trong hoạt động đào tạo thực hành của ngành Điện, nhóm tác giả đề xuất xây dựng đầy đủ các bài giảng trên không gian VR cho 2 chuyên đề đã chọn, thực hiện việc đánh giá một cách đầy đủ và định lượng hơn hiệu quả của việc kết hợp giữa đào tạo thực và đào tạo trên không gian ảo trước khi tiếp tục mở rộng sang chuyên đề khác.
TÀI LIỆU TRÍCH DẪN:
[1] Morton L. Heilig (1962). The Sensorama: One of the First Functioning Efforts in Virtual Reality" on HistoryofInformation.com.
[2] Sarah Stauffer and all. (2018). Labster Virtual Lab Experiments: Basic Biology, Ed. Springer Spektrum.
[3] The AR/VR studio Cabot Science Library, called The Hive, Harvard University. https://library.harvard.edu/services-tools/augmented-and-virtual-reality-studio
[4] Stephanie Ramírez (2020). Virtual reality programming at PUL offers Princeton opportunities to learn in an immersive extended reality. https://library.princeton.edu/news/general/2020-02-06/virtual-reality-programming-pul-offers-princeton-opportunities-learn
[5] Jennifer Kite-Powell (2020). Exploring new worlds in virtual reality, how students wil learn biology in 2021. https://news.asu.edu/20201222-creativity-exploring-new-worlds-virtual-reality
[6] Phan Hữu Phúc, Đỗ Toàn Năng và đồng sự (2023). Nghiên cứu phát triển hệ thống hỗ trợ thực hành tiền lâm sàng Nhi khoa dựa trên công nghệ thực tế ảo”, Đề tài cấp Nhà nước mã số KC-4.0-02/19-25, Bệnh viện Nhi Trung ương là cơ quan chủ trì.
[7] Lê Văn Chung và nhóm tác giả Trường Đại học Duy Tân (2017). Ứng dụng công nghệ mô phỏng thực tại ảo 3D xây dựng cơ thể người phục vụ công tác giảng dạy, học tập và nghiên cứu trong khối ngành khoa học sức khỏe; Giải thưởng nhân tài Đất Việt năm 2017.
[8] Huynh The Thien and Le Ha My (2024). AR/VR Applications in Education and Training for Engineers and Specialists, Hapua 2024, Ho Chi Minh City, 19-20 of April 2024.
[9] NEPC (2024). Dự án xây dựng thao trường an toàn điện và nhận diện mối nguy, chương trình hợp tác giữa Công ty Lưới điện Phương Nam (Trung Quốc) và EVNNPC.
[10] Son La HPC (2024). Implements solutions to develop a learning and creative environment, Hapua 2024, Ho Chi Minh City, 19-20 of April 2024.
Applying Virtual Reality (VR) technology in practical training for the electricity industry: Enhancing quality and reducing costs
Bui Xuan Hoi 1
Nguyen Thi Tam1
1Northern College of Electricity
Abstract:
In the era of Industry 4.0, technologies such as Virtual Reality (VR) are increasingly being applied across various sectors, offering significant potential for innovation in training and education. The electricity sector, where hands-on skill development is critical, stands to benefit substantially from these advancements. Traditional training methods in this field often involve high safety risks and substantial costs due to the use of physical materials and specialized equipment. This study investigates the application of VR technology in practical training for the electricity industry. The findings indicate that integrating VR into training programs enhances learning outcomes by diversifying instructional methods and providing a safe, immersive environment for skill acquisition. Moreover, the use of VR significantly reduces training costs by limiting material waste and minimizing the risk of equipment damage due to learner error. These results suggest that VR can play a transformative role in improving both the efficiency and effectiveness of technical training in the electricity sector.
Keywords: Virtual Reality technology, training activities in electricity sector, training module in a virtual space.
[Tạp chí Công Thương - Các kết quả nghiên cứu khoa học và ứng dụng công nghệ, Số 17 năm 2025]
