Luận Án Về Dạy Học Hình Học Không Gian Tại Trường Trung Học Phổ Thông Sử Dụng Công Nghệ Thông Tin

Tài liệu nghiên cứu Luận án dạy học hình học không gian ở trường trung học phổ thông với sự hỗ trợ của công nghệ thông, tổng hợp lý thuyết và thực hành, cung cấp kiến thức chuyên

• Trường học: trường trung học phổ thông
• Chuyên ngành: toán
• Đề tài: dạy học hình học không gian ở trung học phổ thông với công nghệ thông tin
• Loại tài liệu: luận án
• Năm xuất bản: 2023
• Địa điểm: hà nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC DẠY HỌC HÌNH HỌC KHÔNG GIAN Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
• 1.1. Tổng quan về những công trình nghiên cứu liên quan đến luận án
• 1.1.1. Những công trình nghiên cứu về tác động của công nghệ thông tin đối với dạy học nói chung, đối với dạy học môn Toán nói riêng
• 1.1.1.1. Trên thế giới
• 1.1.2. Những công trình nghiên cứu về sử dụng phần mềm trong dạy học môn Toán nói chung, dạy học Hình học nói riêng
• 1.1.3. Chương trình Hình học không gian ở trường phổ thông Việt Nam và một số vấn đề liên quan đến dạy và học Hình học không gian
• 1.1.3.1. Chương trình Hình học không gian ở trường phổ thông và những khó khăn của HS khi học Hình học không gian
• 1.1.3.2. Vai trò của trí tưởng tượng không gian, tư duy trực quan và tư duy thị giác trong học tập Hình học không gian
• 1.1.3.3. Vai trò của việc học qua hành động trong học tập Hình học không gian
• 1.1.3.4. Phần mềm GeoGebra
• 1.1.4. Khảo sát thực trạng về sử dụng công nghệ thông tin trong dạy và học Hình học không gian ở trường Trung học phổ thông
• 1.1.4.1. Tổ chức khảo sát thực trạng
• 1.1.4.2. Kết quả khảo sát thực trạng
• 1.1.4.3. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: BIỆN PHÁP SỬ DỤNG PHẦN MỀM HÌNH HỌC ĐỘNG TRONG DẠY HỌC HÌNH HỌC KHÔNG GIAN
• 2.1. Định hướng xây dựng các biện pháp
• 2.2. Sử dụng phần mềm hình học động để vẽ hình, hoặc tạo ra mô hình trực quan, mô hình phỏng thực tiễn giúp học sinh hiểu bài giảng
• 2.3. Sử dụng phần mềm hình học động hỗ trợ giải toán quỹ tích hoặc hỗ trợ phát hiện yếu tố bất biến, yếu tố cần tìm trong bài toán Hình học không gian
• 2.4. Sử dụng phần mềm hình học động hỗ trợ kiểm nghiệm các phán đoán và tìm kiếm trong dạy học giải toán Hình học không gian
• 2.5. Sử dụng phần mềm hình học động hỗ trợ dạy học giải bài toán Hình học không gian bằng thủ pháp “trải hình”
• 2.6. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• 3.1. Mục đích và tổ chức thực nghiệm sư phạm
• 3.2. Giáo án thực nghiệm sư phạm
• 3.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm
• 3.4. Kết luận chương 3
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CÔNG BỐ CỦA TÁC GIẢ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO
• PHỤ LỤC

Tóm tắt

I. CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC DẠY HỌC HÌNH HỌC KHÔNG GIAN

Việc dạy học hình học không gian ở trường trung học phổ thông (THPT) đang trở thành một thách thức lớn đối với giáo viên và học sinh. Sự hỗ trợ của công nghệ thông tin (CNTT) trong quá trình dạy học không chỉ giúp nâng cao hiệu quả giảng dạy mà còn tạo ra môi trường học tập tích cực hơn. Nghiên cứu cho thấy rằng việc áp dụng công nghệ thông tin trong giáo dục có thể cải thiện khả năng tiếp thu kiến thức của học sinh, đồng thời phát triển các kỹ năng tư duy không gian cần thiết cho môn học này. Các phần mềm như GeoGebra đã được chứng minh là công cụ hữu ích trong việc hỗ trợ học sinh hình dung và tương tác với các khái niệm hình học 3D phức tạp.

1.1 Tổng quan về những công trình nghiên cứu liên quan đến luận án

Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng công nghệ thông tin có tác động tích cực đến việc dạy học môn Toán, đặc biệt là trong việc dạy học hình học không gian. Các công trình nghiên cứu trên thế giới đã khẳng định rằng CNTT không chỉ giúp học sinh dễ dàng tiếp cận thông tin mà còn tạo ra các tình huống học tập phong phú hơn. Việc sử dụng phần mềm hỗ trợ như GeoGebra giúp học sinh hình dung rõ hơn về các khái niệm hình học phức tạp, từ đó nâng cao khả năng tư duy không gian và giải quyết vấn đề. Điều này cho thấy rằng việc tích hợp CNTT vào dạy học không chỉ là xu hướng mà còn là yêu cầu cần thiết trong giáo dục hiện đại.

1.2 Những công trình nghiên cứu về tác động của công nghệ thông tin đối với dạy học môn Toán

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng việc sử dụng công nghệ thông tin trong dạy học môn Toán, đặc biệt là hình học không gian, có thể tạo ra những thay đổi tích cực trong phương pháp dạy học. CNTT giúp giáo viên dễ dàng tạo ra các bài giảng sinh động, thu hút sự chú ý của học sinh. Học sinh có thể tương tác với các mô hình hình học 3D, từ đó phát triển khả năng tư duy trừu tượng và trực quan. Việc áp dụng các phần mềm như GeoGebra không chỉ giúp học sinh hiểu rõ hơn về các khái niệm mà còn khuyến khích sự sáng tạo và khám phá trong học tập.

1.3 Chương trình Hình học không gian ở trường phổ thông Việt Nam

Chương trình hình học không gian ở trường phổ thông Việt Nam hiện nay gặp nhiều khó khăn trong việc truyền đạt kiến thức cho học sinh. Việc học sinh phải chuyển từ tư duy trực quan sang tư duy trừu tượng là một thách thức lớn. Sự hỗ trợ của công nghệ thông tin có thể giúp khắc phục những khó khăn này. Các phần mềm hình học động cho phép học sinh trực tiếp tương tác với các mô hình hình học, từ đó giúp họ hình dung rõ hơn về các khái niệm và mối quan hệ trong không gian. Điều này không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn phát triển kỹ năng tư duy không gian cần thiết cho môn học.

II. BIỆN PHÁP SỬ DỤNG PHẦN MỀM HÌNH HỌC ĐỘNG TRONG DẠY HỌC HÌNH HỌC KHÔNG GIAN

Việc sử dụng phần mềm hình học động trong dạy học hình học không gian là một biện pháp hiệu quả để nâng cao chất lượng giảng dạy. Các phần mềm này cho phép giáo viên tạo ra các mô hình hình học 3D, giúp học sinh dễ dàng hình dung và tương tác với các khái niệm phức tạp. Việc áp dụng phần mềm như GeoGebra không chỉ giúp học sinh hiểu rõ hơn về các khái niệm mà còn khuyến khích sự sáng tạo và khám phá trong học tập. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng phần mềm hình học động có thể cải thiện đáng kể khả năng tư duy không gian của học sinh.

2.1 Định hướng xây dựng các biện pháp

Để xây dựng các biện pháp sử dụng phần mềm hình học động trong dạy học hình học không gian, cần xác định rõ mục tiêu và nội dung giảng dạy. Việc lựa chọn phần mềm phù hợp, như GeoGebra, là rất quan trọng. Phần mềm này không chỉ dễ sử dụng mà còn có nhiều tính năng hỗ trợ học sinh trong việc hình dung và tương tác với các khái niệm hình học. Giáo viên cần được đào tạo để sử dụng hiệu quả phần mềm, từ đó tạo ra các bài giảng sinh động và hấp dẫn hơn cho học sinh.

2.2 Sử dụng phần mềm hình học động để vẽ hình

Sử dụng phần mềm hình học động để vẽ hình là một trong những biện pháp quan trọng trong dạy học hình học không gian. Phần mềm cho phép giáo viên và học sinh dễ dàng tạo ra các mô hình hình học 3D, từ đó giúp học sinh hình dung rõ hơn về các khái niệm phức tạp. Việc vẽ hình bằng phần mềm không chỉ tiết kiệm thời gian mà còn giúp học sinh dễ dàng điều chỉnh và quan sát các khía cạnh khác nhau của hình học. Điều này tạo ra một môi trường học tập tích cực và khuyến khích sự sáng tạo của học sinh.

2.3 Sử dụng phần mềm hình học động hỗ trợ giải toán quỹ tích

Việc sử dụng phần mềm hình học động để hỗ trợ giải toán quỹ tích là một ứng dụng thực tiễn quan trọng trong dạy học hình học không gian. Phần mềm cho phép học sinh trực tiếp tương tác với các mô hình hình học, từ đó giúp họ hiểu rõ hơn về các khái niệm và mối quan hệ trong không gian. Việc áp dụng phần mềm trong giải toán không chỉ giúp học sinh nắm vững kiến thức mà còn phát triển kỹ năng tư duy không gian cần thiết cho môn học.

Trích đoạn nội dung tài liệu

phần Mở đầu. Có thể thấy, mỗi năm ở Việt Nam đều có ít nhất một hội thảo quốc gia về ứng dụng CNTT trong giáo dục; các địa phương thay nhau tổ chức các hội nghị, hội thảo về ứng dụng CNTT trong DH ở các cấp học, bậc học, theo bốn mô hình DH với sự hỗ trợ của CNTT. Đó là: DH có hướng dẫn, DH phát hiện, DH kiểm nghiệm, DH trợ giúp. Nguyễn Bá Kim (2004, 1988) [19], [18] và các học trò của ông về đưa một số yếu tố của Tin học vào nhà trường phổ thông từ những năm 80 của thế kỉ XX, thể hiện qua các luận án của Ouk Chieng (1989) [28]: “Xác định con đường đưa một số yếu tố tin học vào nhà trường Campuchia”, Lê Khắc Thành (1993) [41]: “Tiếp cận hoạt động nhiều mặt trong DH lập trình ở nhà trường THPT”, Đỗ Thị Hồng Anh (1993) [1]: “Xây dựng và sử dụng một phần mềm DH tiếp cận các phương pháp của trí tuệ nhân tạo để trợ giúp DH giải Toán về 16 hệ thức lượng trong tam giác”; Nguyễn Sĩ Đức (2002) [4]: “Xây dựng và sử dụng phần mềm DH hỗ trợ luyện tập môn Toán ở trường Tiểu học”….

Về những công trình nghiên cứu ứng dụng CNTT trong DH môn Toán ở Đại học, Cao Đẳng, có thể kể đến các luận án: “Ứng dụng máy tính vào DH Đại số tuyến tính nhằm tích cực hóa hoạt động nhận thức cho sinh viên Cao đẳng Sư phạm (Hoàng Thị Quỳnh Anh, 2006) [3], “Sử dụng đa phương tiện trong DH PPDH Toán ở trường ĐHSP (Hoàng Ngọc Anh, 2010) [2]; Luận án của Trần Trung năm 2009 “Ứng dụng CNTT và truyền thông hỗ trợ DH Hình học theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của HS dự bị Đại học dân tộc”. Trong những năm gần đây có một số nghiên cứu về những ứng dụng khác nhau của CNTT. Chẳng hạn như: Luận án của Nguyễn Đăng Minh Phúc năm 2008 về “Tích hợp các mô hình thao tác động với môi trường DH Toán điện tử nhằm nâng cao khả năng khám phá kiến thức mới của HS”; Luận án của Trịnh Thị Phương Thảo năm 2014 về “Khai thác một số ứng dụng trên điện thoại di động hỗ trợ HS lớp 12 THPT tự học”; Luận án của Nguyễn Chí Trung năm 2015 về “Phát triển tư duy thuật toán cho HS thông qua DH thuật toán ở trường THPT”; Có một số sách về ứng dụng CNTT trong DH môn Toán đã xuất bản. Trong đó có thể kể đến sách: “DH Hình học với sự hỗ trợ của phần mềm Cabri Geometry” của Nguyễn Bá Kim, Đào Thái Lai, Trịnh Thanh Hải (2008) [21], “Ứng dụng CNTT vào DH môn Toán ở trường phổ thông” của Trần Trung, Đặng Xuân Cương, Nguyễn Văn Hồng, Nguyễn Danh Nam (2011) [46].… Về các đề tài nghiên cứu ứng dụng CNTT trong DH ở các trường phổ thông Việt Nam, có thể kể đến các đề tài: Đề tài trọng điểm cấp Bộ năm 2006 “Ứng dụng CNTT trong DH ở các trường phổ thông Việt Nam” do Đào Thái Lai làm chủ nhiệm; Đề tài trọng điểm cấp Bộ năm 2008 - 2010 “Tích hợp các 17 mô hình động với nghiên cứu bài học có trọng tâm tư duy toán để nâng cao nghiệp vụ sư phạm của GV” do Trần Vui là chủ nhiệm; Đề tài cấp ngành năm 2008 – 2010 “Dạy và học Toán qua mạng Internet với sự hỗ trợ của các mô hình động” do Nguyễn Đăng Minh Phúc làm chủ nhiệm; Đề tài cấp Bộ năm 2016 “Nghiên cứu vận dụng mô hình hóa trong DH môn Toán ở trường phổ thông” do Nguyên Danh Nam làm chủ nhiệm.

Đào Thái Lai (2006) [27] đã đi đến kết luận: CNTT đã có tác động mạnh mẽ tới mọi thành tố của quá trình DH; bao gồm mục tiêu DH, nội dung DH, PPDH, hình thức DH, phương tiện DH và kiểm tra đánh giá. Nguyễn Bá Kim (2004) [18] đã đưa ra các hình thức sử dụng MTĐT như một công cụ DH như sau: Sử dụng MTĐT để GV trình bày bài giảng, để tra cứu, tìm kiếm thông tin và tài nguyên phục vụ học tập; để trao đổi, giao lưu về nội dung học tập thông qua dịch vụ chat hoặc Email…. Theo Đào Thái Lai (2006): Dù cố gắng đến đâu chăng nữa thì trong điều kiện các đồ dùng, phương tiện DH truyền thống thì việc đảm bảo các nguyên tắc phân hoá trong DH toán vẫn bị hạn chế. Với MTĐT và PMDH, mỗi HS như có được một trợ giảng riêng luôn sẵn sàng giúp đỡ HS vượt qua các trở ngại tại mọi thời điểm cần thiết.

Việc khai thác PMDH và Internet cũng đã nối dài cánh tay của người Thầy dạy toán đến từng gia đình, tới từng HS cụ thể và ngoài việc hướng dẫn HS học tập, công tác kiểm tra, đánh giá cũng được thực hiện ngay tại chỗ. MTĐT với các phần mềm cho phép GV, HS tạo ra các mô hình, mô tả quá trình diễn biến của các đại lượng toán học hoặc tổ chức các thực nghiệm toán học. Bằng quan sát các quá trình được máy tính đưa ra, HS đưa ra giả thuyết và sử dụng suy luận có lý để khẳng định hoặc bác bỏ giả thuyết của mình. Các hình thức DH truyền thống như DH đồng loạt, DH theo nhóm, DH cá thể sẽ có điều kiện kết hợp một cách hiệu quả, linh hoạt hơn nếu sử dụng, khai thác CNTT, các hình thức DH cũng “mở” 18 hơn.

Với sự trợ giúp của các phần mềm kiểm tra, đánh giá, GV có điều kiện kiểm soát chặt chẽ toàn bộ quá trình học tập của HS. [27] Trịnh Thanh Hải và các cộng sự (2005) đã triển khai nghiên cứu ứng dụng CNTT trong DH và đã chỉ ra rằng ứng dụng CNTT trong DH môn Toán thể hiện ở những khía cạnh sau: - Điều chỉnh quá trình DH toán dựa trên thông tin phản hồi: Trong quá trình dạy và học toán, GV, HS có thể đưa ra các dự đoán, giả thuyết của riêng mình và nhờ MTĐT thử nghiệm những dự đoán đó. Trên cơ sở thông tin phản hồi do MTĐT đưa ra ta có thể tiếp tục phát triển hoặc điều chỉnh, thay đổi những giả thuyết chưa chính xác. - Sử dụng MTĐT xây dựng các mô hình trực quan để sử dụng trong quá trình dạy và học Toán.

- Sử dụng MTĐT và phần mềm toán học để hỗ trợ tính toán, vẽ hình, phát hiện các, tính chất, các mối quan hệ trong toán học. Chẳng hạn phát hiện yếu tố không đổi trong một tình huống biến đổi (điểm cố định), phát hiện quy luật di động (quỹ tích)…. - Hỗ trợ học từ xa, học ở mọi nơi, mọi lúc, học với mọi người. Nhờ CNTT ta có một kho thông tin tích luỹ tri thức toán học của loài người giúp con người có thể khai thác và sử dụng nguồn tài nguyên vô cùng quý giá đó, đồng thời có thể chia sẻ, trao đổi thông tin với nhau trong quá trình dạy và học môn Toán.

- CNTT đã trở thành một phương tiện dạy và học môn Toán. Đào Thái Lai (2000) [25] đã có những nghiên cứu, bàn về thiết kế phần mềm DH Multimedia; Trần Trung (2008) [43] đã nghiên cứu ứng dụng E-learning trong DH ở các trường dự bị ĐH dân tộc và thiết kế bài giảng điện tử theo 19 quan điểm DH chương trình hóa. Nguyễn Lan Phương (2001) [31] đã nghiên cứu, xây dựng phần mềm hỗ trợ HS học tập trên trang web. Một số kết luận rút ra từ những công trình nghiên cứu trên thế giới và tại Việt Nam về sử dụng CNTT trong DH nói chung, DH môn Toán nói riêng (1) Trong xã hội ngày này, chúng ta có thể dễ dàng nhận ra vai trò của CNTT trong dạy và học, bởi sự phát triển của máy tính và mạng Internet.

CNTT đã tạo ra nhiều cơ hội học tập cho HS ở mọi nơi, mọi lúc và tạo ra nhiều hình thức DH mới. (2) Những công trình nghiên cứu về sử dụng CNTT DH đã chỉ ra và minh chứng rõ ràng về những ưu điểm mà CNTT đem lại. Những nghiên cứu này tập trung chủ yếu vào tiềm năng về nguồn dữ liệu, sự đa dạng và phong phú của những hình thức tổ chức DH, không giới hạn bó hẹp trong nhà trường mà mang tính xã hội hơn, toàn cầu hơn. (3) Những công trình trên tập trung chủ yếu vào tổng lược về lí luận và hệ thống hóa, ít thấy những ví dụ minh họa để có thể học hỏi, vận dụng vào thực tiễn DH trong nhà trường Việt Nam.

Thiết nghĩ, nếu đi cùng với những lí luận đó, có cả những ví dụ minh họa kèm theo, sẽ nâng cao hiệu quả của những công trình nghiên cứu hơn, đối với chuyên ngành Lí luận và PPDH bộ môn. Những công trình nghiên cứu về sử dụng phần mềm trong dạy học môn Toán nói chung, dạy học Hình học nói riêng 1. Trên thế giới Ngay từ những năm cuối của thế kỉ XX, đã có không ít những công trình nghiên cứu về sử dụng phần mềm trong DH môn Toán. Chẳng hạn như công trình của Jackiw N.

(1995) [79] về sử dụng tính năng thay đổi hình và tạo vết của phần mềm The Geometer’s Sketchpad trong dạy và học Hình học ở trường phổ thông; Công trình của Barnes J. (1997) [55] về lập mô hình hệ thống động với phần mềm bảng tính; Công trình của Terri L. (1999) - nghiên 20 cứu tiềm năng sử dụng phần mềm Toán học để tăng cường phát triển tư duy của HS. Tác giả đã phân ra năm loại phần mềm toán học có thể được sử dụng hiệu quả trong một chương trình học Toán: (a) các phần mềm rà soát và thực hành, (b) các phần mềm tổng quát, (c) các phần mềm cụ thể, (d) các phần mềm môi trường, và (e) các phần mềm truyền thông.

Tác giả đã mô tả về khả năng và hạn chế của năm loại phần mềm và cách thức tạo điều kiện theo các khía cạnh khác nhau trong học tập của HS để có thể giải quyết các mục tiêu giảng dạy Toán học, từ xây dựng các kỹ năng cơ bản đến khám phá các ứng dụng toán học trong thế giới thực tại. (2001) [72] đã nghiên cứu về việc học với phần mềm hình học động; Healy L. (2001) [73] có công trình về sử dụng các phần mềm hỗ trợ giải các bài toán Hình học. (2009) [85], qua kết quả nghiên cứu đã cho rằng việc sử dụng Sketchpad đã giúp HS xác định tốt hơn mối quan hệ hình học so với lớp học thông thường.

(2008) [86] đã giới thiệu gói phần mềm HOM4PS-2.0 trong DH Toán. Nghiên cứu về sử dụng phần mềm GeoGebra trong DH môn Toán có rất nhiều, có thể kể ra một cố công trình sau: Công trình của Hohenwarter M. (2008) [77] về dạy và học tính toán với phần mềm GeoGebra; công trình của Herceg Dj.