Tổng quan nghiên cứu

Chương trình Đánh giá Học sinh Quốc tế (PISA) do Tổ chức Hợp tác và Phát triển Kinh tế (OECD) khởi xướng từ năm 1997 đã mở rộng quy mô từ 43 quốc gia tham gia năm 2000 lên 67 quốc gia vào năm 2009 và vượt mốc 70 quốc gia đăng ký trong kỳ khảo sát năm 2012. Tại Việt Nam, ngày 31 tháng 3 năm 2010, Viện Khoa học Giáo dục Việt Nam chính thức thành lập Văn phòng PISA Việt Nam nhằm chuẩn bị hội nhập giáo dục toàn cầu. Thực tiễn giáo dục phổ thông lúc bấy giờ bộc lộ rõ mâu thuẫn lớn giữa yêu cầu nguồn nhân lực thế kỷ XXI với thực trạng giảng dạy mang nặng tính hàn lâm, kinh viện và ứng thí. Học sinh có thể giải quyết các bài toán trừu tượng phức tạp trong các kỳ thi nhưng lại lúng túng khi xử lý các tình huống thực tiễn đơn giản trong đời sống.

Luận văn thạc sĩ chuyên ngành Lý luận và Phương pháp dạy học bộ môn Toán của tác giả Nguyễn Quốc Trịnh, dưới sự hướng dẫn khoa học của Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Hữu Châu tại Trường Đại học Giáo dục thuộc Đại học Quốc gia Hà Nội (bảo vệ năm 2011), được thực hiện nhằm giải quyết trực tiếp mâu thuẫn này. Mục tiêu cốt lõi của đề tài là xây dựng hệ thống bài giảng và thiết kế quy trình dạy học cho các chủ đề thuộc môn Đại số, Giải tích và Hình học cấp trung học phổ thông thông qua các bài toán tiếp cận PISA. Phạm vi nghiên cứu tập trung khảo sát và thực nghiệm sư phạm trên học sinh khối lớp 10 và giáo viên môn Toán tại Trường Trung học phổ thông chuyên Hùng Vương, tỉnh Gia Lai. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của công trình được đo lường qua sự chuyển biến rõ rệt về 8 thành phần năng lực toán học phổ thông, nâng cao tỷ lệ học sinh đạt cấp độ toán học hóa tình huống thực tế và cung cấp cơ sở phương pháp luận thiết thực phục vụ công cuộc đổi mới giáo dục phổ thông Việt Nam.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn vận dụng lý thuyết dạy học lấy người học làm trung tâm của John Dewey với 5 nguyên lý cốt lõi, nhấn mạnh việc đưa học sinh thâm nhập trực tiếp vào đời sống thật để chủ động kiến tạo tri thức. Tác giả kết hợp mô hình cấu trúc năng lực hoạt động của Nguyễn Văn Cường gồm 4 thành phần thiết yếu: năng lực chuyên môn, năng lực phương pháp, năng lực xã hội và năng lực cá thể; đồng thời tiếp thu quan điểm của Krutetxki về 4 năng lực toán học chuyên biệt gồm thu nhận, chế biến, lưu trữ thông tin và khuynh hướng chung về toán.

Đặc biệt, nghiên cứu chuẩn hóa theo khung đánh giá năng lực toán học phổ thông của OECD/PISA với 8 thành phần năng lực nền tảng: tư duy và suy luận, lập luận, biểu đạt, mô hình hóa, đặt và giải quyết vấn đề, biểu thị, sử dụng ký hiệu, ngôn ngữ, phép toán, cùng việc sử dụng các phương tiện hỗ trợ. Thang đo năng lực được phân cấp thành 3 mức độ nhận thức: Mức 1 là ghi nhớ và tái hiện; Mức 2 là kết nối và tích hợp; Mức 3 là phản ánh, khái quát hóa và toán học hóa. Cơ sở thao tác hóa bài toán dựa trên quy trình giải quyết vấn đề của George Polya và phương pháp quy nạp của René Descartes, từ đó định hình cấu trúc bài toán thực tiễn đích thực gồm 2 thế giới: thế giới thực tế và thế giới toán học, vận hành qua quy trình toán học hóa 3 giai đoạn và 5 bước liên hoàn.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng kết hợp phương pháp nghiên cứu tài liệu lý luận và phương pháp thực nghiệm sư phạm định lượng kết hợp định tính. Nguồn dữ liệu sơ cấp được thu thập từ khảo sát thực trạng phong cách dạy học của giáo viên Toán và phong cách học tập của học sinh khối 10 tại Trường Trung học phổ thông chuyên Hùng Vương, tỉnh Gia Lai.

Cỡ mẫu nghiên cứu thực nghiệm được thực hiện trên 4 lớp 10 với tổng số 160 học sinh, chia thành nhóm thực nghiệm (80 học sinh thuộc 2 lớp) và nhóm đối chứng (80 học sinh thuộc 2 lớp có trình độ đầu vào tương đương). Phương pháp chọn mẫu là chọn mẫu cụm ngẫu nhiên phân tầng nhằm đảm bảo tính đại diện và kiểm soát độ lệch chuẩn về năng lực ban đầu giữa các nhóm. Lý do lựa chọn phương pháp phân tích thống kê định lượng kết hợp đối sánh chéo là nhằm kiểm định chuẩn xác giả thuyết khoa học, đo lường sự khác biệt có ý nghĩa thống kê về điểm số và cấp độ năng lực toán học theo tiêu chuẩn PISA giữa nhóm tiếp cận phương pháp mới và nhóm dạy học truyền thống. Toàn bộ lộ trình nghiên cứu và thu thập dữ liệu thực địa được triển khai chặt chẽ trong giai đoạn từ tháng 9 năm 2010 đến tháng 5 năm 2011.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Khảo sát thực trạng ban đầu cho thấy hơn 85% giáo viên tại địa bàn nghiên cứu thừa nhận phong cách dạy học chủ đạo là luyện thi theo dạng bài quen thuộc, trong đó việc liên hệ thực tiễn chỉ chiếm dưới 10% thời lượng bài giảng. Đa số học sinh làm chủ tốt lý thuyết hàn lâm nhưng hơn 75% học sinh gặp khó khăn nghiêm trọng khi phải đọc hiểu thông tin từ bảng biểu, đồ thị thực tế hoặc chuyển đổi ngôn ngữ đời sống sang mô hình toán học.

Khi triển khai các bài học thực nghiệm tiếp cận bài toán PISA (như bài toán Trang trại, Những cây táo, Đo diện tích lục địa, Vận tốc xe ô tô đua, Xếp hình khối), kết quả kiểm tra đánh giá cho thấy nhóm thực nghiệm có sự bứt phá vượt trội so với nhóm đối chứng. Tỷ lệ học sinh nhóm thực nghiệm đạt Mức 2 (kết nối, tích hợp) và Mức 3 (phản ánh, khái quát hóa, toán học hóa) đạt 78,5%, cao hơn 28,5% so với nhóm đối chứng (chỉ đạt 50,0%). Tỷ lệ bài làm đạt điểm tối đa ở các câu hỏi yêu cầu giải thích đại số và đánh giá tính hợp lý của lời giải thực tế ở nhóm thực nghiệm đạt 65,0%, trong khi nhóm đối chứng chỉ đạt 32,5%. Học sinh nhóm thực nghiệm thể hiện sự tiến bộ rõ nét ở kỹ năng chuyển đổi qua lại giữa ngôn ngữ tự nhiên và ký hiệu toán học.

Thảo luận kết quả

Sự vượt trội của nhóm thực nghiệm bắt nguồn từ việc áp dụng nhất quán quy trình toán học hóa 3 giai đoạn và 5 bước. Dạy học truyền thống chỉ chú trọng giai đoạn 2 (thực hiện biến đổi thuần túy toán học trong thế giới toán học), bỏ qua hoàn toàn giai đoạn 1 (chuyển đổi từ vấn đề thực tế sang mô hình toán) và giai đoạn 3 (phê phán, đánh giá lời giải trong bối cảnh thực tế). Việc tiếp cận bài toán PISA đã tạo ra giàn giáo nhận thức giúp học sinh hiểu sâu sắc bản chất ứng dụng của công thức, đồ thị và phương trình.

Dữ liệu nghiên cứu thực nghiệm có thể được mô tả trực quan và sinh động thông qua biểu đồ cột kép so sánh phân bố tỷ lệ học sinh đạt 3 cấp độ năng lực giữa nhóm thực nghiệm và nhóm đối chứng, kết hợp biểu đồ mạng nhện biểu diễn sự tăng trưởng đồng đều trên 8 thành phần năng lực toán học PISA. Kết quả này tương đồng với các báo cáo đánh giá của OECD trong các kỳ PISA 2003 và 2006 tại các quốc gia phát triển, khẳng định học sinh chỉ thực sự phát triển tư duy bậc cao khi kiến thức toán học được đặt trong các bối cảnh thế giới thực giàu ý nghĩa.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu lý luận và thực nghiệm, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp chiến lược nhằm thúc đẩy đổi mới dạy học môn Toán:

  1. Tái cấu trúc hệ thống bài tập trong chương trình và sách giáo khoa: Tăng tỷ trọng các bài toán thực tiễn đích thực lên mức 20-30% tổng số bài tập trong mỗi chuyên đề môn Toán THPT. Viện Khoa học Giáo dục Việt Nam và các ban biên soạn chương trình cần hoàn thành việc biên soạn thử nghiệm hệ thống tài liệu bổ trợ theo định hướng PISA trong giai đoạn 2012-2015.
  2. Chuẩn hóa quy trình bồi dưỡng nghiệp vụ sư phạm cho giáo viên: Tổ chức các đợt tập huấn định kỳ nhằm mục tiêu 100% giáo viên Toán THPT làm chủ kỹ năng thiết kế bài toán thực tiễn và nắm vững quy trình toán học hóa 3 giai đoạn 5 bước. Sở Giáo dục và Đào tạo các tỉnh chủ trì phối hợp cùng các trường Đại học Sư phạm triển khai thường niên từ năm học 2011-2012.
  3. Cải tiến phương thức kiểm tra, đánh giá học tập: Tích hợp tối thiểu 25-35% câu hỏi đánh giá năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn, phân tích biểu đồ và đọc hiểu mô hình toán trong các đề kiểm tra định kỳ, đề thi học sinh giỏi và thi tốt nghiệp. Các tổ chuyên môn tại các trường THPT chịu trách nhiệm thực thi ngay trong kế hoạch giảng dạy từng học kỳ.
  4. Xây dựng ngân hàng dữ liệu bài toán tiếp cận PISA dùng chung: Phát triển cơ sở dữ liệu mở với quy mô trên 300 bài toán tình huống thực tế gắn liền với Đại số, Giải tích và Hình học không gian. Nhóm giáo viên cốt cán tại các trường trung học phổ thông phối hợp cùng các chuyên gia khảo thí xây dựng và số hóa trong giai đoạn 2011-2013.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả nghiên cứu của luận văn mang lại giá trị học thuật và thực tiễn sâu sắc cho 4 nhóm đối tượng sau:

  1. Giáo viên dạy Toán tại các trường Trung học phổ thông: Cung cấp cẩm nang phương pháp giảng dạy, ma trận thiết kế bài học 2 chiều và hệ thống giáo án mẫu tiếp cận PISA giúp bài giảng sinh động, thu hút học sinh và nâng cao hiệu quả sư phạm.
  2. Cán bộ quản lý giáo dục và chuyên viên khảo thí: Sử dụng khung đánh giá 3 cấp độ và 8 thành phần năng lực toán học của OECD/PISA làm căn cứ xây dựng ma trận đề kiểm tra, định hình chính sách đổi mới đánh giá chất lượng dạy và học môn Toán.
  3. Học viên cao học và nghiên cứu sinh chuyên ngành Giáo dục học, Lý luận và Phương pháp dạy học Toán: Tài liệu tham khảo chuẩn mực về phương pháp nghiên cứu thực nghiệm sư phạm định lượng, kỹ thuật thiết kế công cụ đo lường năng lực và hệ thống hóa lý thuyết toán học hóa.
  4. Tác giả biên soạn sách giáo khoa và tài liệu tham khảo: Nắm vững các tiêu chí phân biệt bài toán thực tiễn đích thực với bài toán ngụy thực tiễn, từ đó biên soạn hệ thống bài tập thực tế chuẩn xác, giàu tính sư phạm và bám sát đời sống.

Câu hỏi thường gặp

Bài toán tiếp cận PISA khác biệt như thế nào so với các bài toán thực tế truyền thống trong sách giáo khoa?
Bài toán PISA bắt nguồn từ các tình huống thực tiễn đích thực như lập kế hoạch trồng trọt, tính toán tiêu hao nhiên liệu hay phân tích tốc độ đua xe qua đồ thị. Trong khi đó, bài toán truyền thống thường là bài toán ngụy thực tiễn hoặc toán đố bằng lời mang tính áp đặt, thiếu tính logic tự nhiên của đời sống.

Quy trình toán học hóa trong dạy học theo định hướng PISA gồm những giai đoạn nào?
Quy trình toán học hóa bao gồm 3 giai đoạn và 5 bước tuần tự: Giai đoạn 1 chuyển đổi vấn đề thực tế sang thế giới toán học thông qua tổ chức dữ kiện và mô hình hóa; Giai đoạn 2 giải quyết bài toán thuần túy toán học trong thế giới toán học; Giai đoạn 3 chuyển lời giải toán học về thế giới thực để phản ánh, phê phán và kiểm tra giới hạn của kết quả.

Năng lực toán học phổ thông theo chuẩn PISA được phân loại thành những cấp độ nào?
Năng lực toán học PISA được phân thành 3 cấp độ nhận thức: Mức 1 là ghi nhớ và tái hiện các định nghĩa, công thức quen thuộc; Mức 2 là kết nối và tích hợp thông tin từ nhiều nguồn để giải quyết tình huống đơn giản; Mức 3 là phản ánh, khái quát hóa, lập luận và toán học hóa các vấn đề phức tạp.

Làm thế nào để giáo viên thiết kế một bài toán tiếp cận PISA phù hợp với chương trình hiện hành?
Giáo viên sử dụng ma trận hai chiều để đối chiếu nội dung chuẩn kiến thức cần dạy với các thành phần năng lực cần phát triển. Sau đó, giáo viên lựa chọn bối cảnh thực tế gần gũi, xây dựng hệ thống câu hỏi phân tầng từ Mức 1 đến Mức 3 kèm theo hình ảnh, biểu đồ minh họa thực tế.

Việc áp dụng các bài toán tiếp cận PISA có làm suy giảm tính chính xác và tính hàn lâm của môn Toán không?
Hoàn toàn không, vì quy trình toán học hóa vẫn yêu cầu học sinh sử dụng đầy đủ các công cụ đại số, giải tích và hình học chặt chẽ ở giai đoạn giải quyết mô hình toán. Phương pháp PISA không làm giảm tính chính xác mà ngược lại giúp học sinh hiểu sâu hơn ý nghĩa và giá trị ứng dụng của các công thức toán học trừu tượng.

Kết luận

  • Luận văn đã hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý luận về dạy học định hướng phát triển năng lực và khung đánh giá năng lực toán học phổ thông của OECD/PISA.
  • Xây dựng thành công quy trình thiết kế và tổ chức dạy học với các bài toán tiếp cận PISA dựa trên tiến trình toán học hóa 3 giai đoạn và 5 bước khoa học.
  • Phân định rõ ràng bản chất giữa bài toán thực tiễn đích thực và bài toán ngụy thực tiễn, cung cấp hệ thống tiêu chí thiết kế bài giảng gắn liền đời sống.
  • Thực nghiệm sư phạm tại 4 lớp 10 Trường THPT chuyên Hùng Vương (Gia Lai) chứng minh tính khả thi cao và hiệu quả vượt trội trong việc nâng cao năng lực toán học của học sinh.
  • Đóng góp luận cứ khoa học và tài liệu thực tiễn quan trọng phục vụ công tác chuẩn bị cho kỳ đánh giá PISA 2012 của Việt Nam và lộ trình đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục phổ thông.

Các nhà trường và giáo viên bộ môn Toán nên chủ động nghiên cứu, áp dụng quy trình toán học hóa của luận văn vào các tiết dạy học chuyên đề ngay trong năm học này nhằm trang bị cho học sinh thế hệ mới tư duy nhạy bén và năng lực giải quyết vấn đề toàn diện.