Tổng quan nghiên cứu

Bài toán khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị hàm số (KSHS) là một nội dung trọng tâm trong chương trình Toán lớp 12, có vai trò quan trọng trong việc đánh giá năng lực học sinh qua các kỳ thi tốt nghiệp THPT và tuyển sinh đại học. Từ năm 2009 đến 2016, bài toán này chủ yếu được kiểm tra dưới hình thức tự luận, yêu cầu học sinh thực hiện đầy đủ các bước từ tìm tập xác định, khảo sát sự biến thiên đến vẽ đồ thị hàm số. Tuy nhiên, từ năm học 2016-2017, Bộ Giáo dục và Đào tạo (Bộ GD-ĐT) chuyển sang hình thức thi trắc nghiệm khách quan (TNKQ) cho môn Toán, dẫn đến sự thay đổi căn bản trong cách thức ra đề và đánh giá bài toán KSHS.

Nghiên cứu tập trung phân tích sự biến đổi của bài toán KSHS trong bối cảnh thi TNKQ, đặc biệt là vai trò của bảng biến thiên (BBT) và đồ thị hàm số trong việc xây dựng các kiểu nhiệm vụ (KNV) mới. Phạm vi nghiên cứu bao gồm các SGK Toán phổ thông hiện hành, các đề thi minh họa, đề thi chính thức của Bộ GD-ĐT năm 2017, cùng với khảo sát thực nghiệm tại một số trường THPT. Mục tiêu chính là xác định các khó khăn của học sinh khi tiếp cận các câu hỏi TNKQ liên quan đến KSHS, đồng thời đề xuất giải pháp nâng cao hiệu quả dạy học và đánh giá.

Theo ước tính, trong các đề thi THPT quốc gia năm 2017, khoảng 20-25% số câu hỏi thuộc chủ đề ứng dụng đạo hàm để khảo sát hàm số, cho thấy tầm quan trọng của nội dung này trong hệ thống đánh giá. Việc chuyển đổi hình thức thi từ tự luận sang TNKQ đã làm xuất hiện nhiều KNV mới, trong đó BBT và đồ thị hàm số không chỉ là đối tượng nghiên cứu mà còn trở thành công cụ hỗ trợ quan trọng trong quá trình giải quyết bài toán.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu dựa trên hai lý thuyết chính trong didactic toán học:

  • Thuyết nhân học của Chevallard (1998): Mô hình hóa praxeologie gồm bốn thành phần [T, τ, θ, Θ], trong đó T là kiểu nhiệm vụ (KNV), τ là kỹ thuật giải quyết, θ là công nghệ giải thích kỹ thuật, và Θ là lý thuyết nền tảng. Khung này giúp phân tích mối quan hệ giữa thể chế dạy học và các KNV trong bài toán KSHS, đặc biệt trong bối cảnh chuyển đổi hình thức thi.

  • Lý thuyết tình huống (Didactic variables): Khái niệm biến didactic được sử dụng để mô tả các yếu tố ảnh hưởng đến cách thức giải quyết bài toán, như hình thức biểu diễn hàm số (công thức, đồ thị, bảng biến thiên), từ đó xây dựng các chiến lược dạy học phù hợp.

Ba khái niệm chuyên ngành được tập trung nghiên cứu gồm: bảng biến thiên (BBT), cực trị (cực đại, cực tiểu), và giá trị lớn nhất, nhỏ nhất (GTLN, GTNN) của hàm số. Các khái niệm này được phân tích trong SGK hiện hành và các đề thi để xác định vai trò và cách thức vận dụng trong dạy học và đánh giá.

Phương pháp nghiên cứu

  • Nguồn dữ liệu: Bao gồm các SGK Toán lớp 10, 11, 12 chương trình chuẩn và nâng cao; các đề thi minh họa, đề thi thử nghiệm, đề thi chính thức kỳ thi THPT quốc gia năm 2017 do Bộ GD-ĐT công bố; tài liệu hướng dẫn giảng dạy và sách giáo viên; kết quả khảo sát thực nghiệm tại một trường THPT.

  • Phương pháp phân tích: Phân tích nội dung các SGK và đề thi để xác định các KNV liên quan đến bài toán KSHS, đặc biệt các KNV mới xuất hiện trong bối cảnh thi TNKQ. Phân loại các KNV theo hình thức biểu diễn hàm số và mức độ phức tạp của câu hỏi. Phân tích hậu nghiệm kết quả khảo sát thực nghiệm để đánh giá khó khăn của học sinh khi tiếp cận các KNV mới.

  • Cỡ mẫu và timeline: Khảo sát thực nghiệm được tiến hành trong năm học 2016-2017 tại một trường THPT với khoảng 50 học sinh lớp 12 tham gia. Quá trình nghiên cứu kéo dài từ tháng 9/2016 đến tháng 6/2017, bao gồm thu thập dữ liệu, phân tích và tổng hợp kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Sự đa dạng của kiểu nhiệm vụ (KNV) trong bài toán KSHS: Qua phân tích SGK và đề thi, có khoảng 55 câu hỏi TNKQ liên quan đến ứng dụng đạo hàm trong KSHS, trong đó 64% là các KNV con của kiểu nhiệm vụ khảo sát hàm số truyền thống (Txsus). Tuy nhiên, các đề thi minh họa và chính thức năm 2017 đã xuất hiện thêm khoảng 6 KNV “mới” liên quan đến việc đọc bảng biến thiên (BBT) và đồ thị hàm số, như: tìm công thức hàm số từ đồ thị, xác định cực trị từ BBT, tìm số tiệm cận dựa trên BBT, tìm tham số m dựa vào số nghiệm của phương trình từ BBT.

  2. Vai trò thay đổi của bảng biến thiên (BBT): Trong SGK hiện hành, BBT chủ yếu được sử dụng để tổng kết chiều biến thiên và hỗ trợ vẽ đồ thị, với 2 kiểu BBT phổ biến: kiểu 1 (hai dòng x và y) và kiểu 2 (ba dòng x, y', y). Tuy nhiên, trong các đề thi TNKQ mới, BBT trở thành công cụ để trực tiếp đọc các tính chất như cực trị, GTLN, GTNN, số tiệm cận, số nghiệm phương trình, thể hiện sự chuyển đổi từ đối tượng nghiên cứu sang công cụ hỗ trợ giải quyết bài toán.

  3. Khó khăn của học sinh khi đọc BBT và đồ thị trong hình thức TNKQ: Khảo sát thực nghiệm cho thấy học sinh gặp khó khăn trong việc đọc và giải thích các thông tin trên BBT, đặc biệt là khi BBT được cho trước mà không kèm theo công thức hàm số. Khoảng 40% học sinh không thể xác định chính xác cực trị và giá trị lớn nhất, nhỏ nhất từ BBT cho trước. Điều này phản ánh sự thiếu chuẩn bị về kỹ năng đọc BBT trong dạy học hiện hành.

  4. Sự thiếu hụt hướng dẫn lý thuyết và kỹ thuật đọc BBT trong SGK: SGK hiện hành chưa có phần hướng dẫn cụ thể về cách đọc và giải thích các thông tin trên BBT, đặc biệt là các giá trị tại các điểm cực trị, ý nghĩa của mũi tên chiều biến thiên, và cách xác định tiệm cận từ BBT. Điều này tạo ra khoảng cách giữa yêu cầu của đề thi TNKQ và nội dung dạy học.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính dẫn đến khó khăn của học sinh là do sự chuyển đổi hình thức thi từ tự luận sang TNKQ diễn ra nhanh chóng, trong khi chương trình và SGK chưa kịp điều chỉnh để phù hợp với yêu cầu mới. Việc BBT trở thành công cụ đọc hiểu trực tiếp trong các câu hỏi TNKQ đòi hỏi học sinh phải có kỹ năng phân tích và tổng hợp thông tin từ bảng biến thiên, điều mà SGK hiện hành chưa chú trọng phát triển.

So sánh với nghiên cứu trước đây, các KNV mới liên quan đến BBT và đồ thị hàm số chưa được đề cập nhiều trong các tài liệu dạy học truyền thống. Nghiên cứu này bổ sung bằng chứng thực nghiệm và phân tích thể chế, cho thấy cần thiết phải đổi mới phương pháp dạy học để nâng cao kỹ năng đọc hiểu BBT cho học sinh.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ thể hiện tỷ lệ học sinh trả lời đúng các câu hỏi liên quan đến BBT trong khảo sát thực nghiệm, hoặc bảng so sánh các KNV xuất hiện trong SGK và đề thi minh họa, đề thi chính thức.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Xây dựng tài liệu hướng dẫn kỹ năng đọc bảng biến thiên (BBT): Thiết kế các bài giảng, bài tập và tài liệu tham khảo tập trung vào kỹ thuật đọc và giải thích các thông tin trên BBT, bao gồm cách xác định cực trị, GTLN, GTNN, tiệm cận và số nghiệm phương trình từ BBT. Thời gian thực hiện: 6 tháng; Chủ thể: Bộ GD-ĐT phối hợp với các trường đại học sư phạm.

  2. Đào tạo giáo viên nâng cao năng lực dạy học bài toán KSHS theo hình thức TNKQ: Tổ chức các khóa tập huấn chuyên sâu về phương pháp dạy học kỹ năng đọc BBT và đồ thị hàm số, giúp giáo viên thích ứng với yêu cầu đổi mới hình thức thi. Thời gian: 3 tháng; Chủ thể: Sở GD-ĐT và các trung tâm bồi dưỡng giáo viên.

  3. Cập nhật chương trình và SGK Toán lớp 12: Bổ sung nội dung hướng dẫn kỹ thuật đọc BBT và các KNV mới liên quan đến bài toán KSHS trong SGK, đảm bảo đồng bộ với hình thức thi TNKQ. Thời gian: 1 năm; Chủ thể: Bộ GD-ĐT và các nhà xuất bản giáo dục.

  4. Tăng cường thực hành và đánh giá kỹ năng đọc BBT trong quá trình học: Thiết kế các bài kiểm tra định kỳ và bài tập thực hành nhằm đánh giá và củng cố kỹ năng đọc BBT cho học sinh, giúp các em làm quen với dạng câu hỏi TNKQ. Thời gian: liên tục trong năm học; Chủ thể: Giáo viên các trường THPT.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên Toán THPT: Nghiên cứu giúp hiểu rõ sự thay đổi trong hình thức thi và cách thức dạy học bài toán KSHS phù hợp với TNKQ, từ đó nâng cao hiệu quả giảng dạy và hỗ trợ học sinh phát triển kỹ năng đọc BBT.

  2. Nhà quản lý giáo dục và chuyên viên xây dựng chương trình: Cung cấp cơ sở khoa học để điều chỉnh chương trình, SGK và chính sách đào tạo giáo viên nhằm đáp ứng yêu cầu đổi mới hình thức thi và đánh giá.

  3. Sinh viên, nghiên cứu sinh ngành Sư phạm Toán: Tài liệu tham khảo quý giá về lý thuyết didactic toán, phương pháp nghiên cứu và thực tiễn dạy học bài toán KSHS trong bối cảnh đổi mới giáo dục.

  4. Các nhà nghiên cứu giáo dục toán học: Cung cấp dữ liệu thực nghiệm và phân tích sâu sắc về mối quan hệ giữa thể chế dạy học, hình thức thi và phát triển kỹ năng toán học của học sinh, mở ra hướng nghiên cứu tiếp theo về đổi mới phương pháp dạy học.

Câu hỏi thường gặp

  1. Bảng biến thiên (BBT) là gì và tại sao nó quan trọng trong bài toán khảo sát hàm số?
    BBT là bảng tổng hợp các thông tin về biến số, dấu đạo hàm, chiều biến thiên, cực trị, giá trị lớn nhất, nhỏ nhất và tiệm cận của hàm số. Nó giúp học sinh hệ thống hóa các tính chất của hàm số để vẽ đồ thị chính xác và giải quyết các bài toán liên quan. Ví dụ, từ BBT, học sinh có thể xác định khoảng đồng biến, nghịch biến và các điểm cực trị.

  2. Sự khác biệt chính giữa hình thức thi tự luận và trắc nghiệm khách quan trong bài toán KSHS là gì?
    Hình thức tự luận yêu cầu học sinh thực hiện đầy đủ các bước khảo sát hàm số và trình bày lời giải chi tiết, trong khi hình thức TNKQ chia nhỏ bài toán thành các câu hỏi thành phần, tập trung vào việc nhận biết và phân tích các tính chất hàm số dựa trên công thức, đồ thị hoặc BBT. TNKQ đòi hỏi kỹ năng đọc hiểu nhanh và chính xác các biểu diễn của hàm số.

  3. Học sinh thường gặp khó khăn gì khi đọc bảng biến thiên trong hình thức thi TNKQ?
    Khó khăn phổ biến là không hiểu ý nghĩa của các giá trị tại các điểm đặc biệt trên BBT, như cực trị, giá trị tại các mũi tên biểu thị giới hạn hàm số, và cách xác định số tiệm cận hay số nghiệm phương trình từ BBT. Khoảng 40% học sinh khảo sát không thể xác định chính xác các đặc điểm này khi BBT được cho trước mà không có công thức hàm số kèm theo.

  4. Làm thế nào để giáo viên giúp học sinh cải thiện kỹ năng đọc BBT?
    Giáo viên cần xây dựng các bài tập thực hành đa dạng, hướng dẫn chi tiết cách đọc và giải thích các thành phần trên BBT, kết hợp với việc minh họa bằng đồ thị và công thức hàm số. Đồng thời, tổ chức các buổi ôn tập và kiểm tra định kỳ để củng cố kỹ năng này, giúp học sinh làm quen với dạng câu hỏi TNKQ.

  5. Vai trò của đồ thị hàm số trong bài toán KSHS hiện nay như thế nào?
    Đồ thị hàm số không chỉ là công cụ minh họa mà còn là đối tượng để xây dựng các câu hỏi TNKQ mới, giúp học sinh nhận biết các tính chất hàm số như cực trị, biến thiên, tiệm cận. Việc đọc và phân tích đồ thị trở thành kỹ năng quan trọng, hỗ trợ học sinh giải quyết các câu hỏi trắc nghiệm nhanh chóng và chính xác.

Kết luận

  • Bài toán khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị hàm số là nội dung trọng tâm trong chương trình Toán THPT, có vai trò quan trọng trong đánh giá học sinh qua các kỳ thi quốc gia.
  • Việc chuyển đổi hình thức thi từ tự luận sang trắc nghiệm khách quan đã làm xuất hiện nhiều kiểu nhiệm vụ mới, đặc biệt là các nhiệm vụ liên quan đến đọc hiểu bảng biến thiên và đồ thị hàm số.
  • Bảng biến thiên đã chuyển từ đối tượng nghiên cứu sang công cụ hỗ trợ giải quyết bài toán, đòi hỏi học sinh phải có kỹ năng đọc và phân tích thông tin trên bảng này.
  • Học sinh gặp khó khăn trong việc đọc BBT do thiếu hướng dẫn lý thuyết và kỹ thuật trong SGK hiện hành, gây ảnh hưởng đến kết quả học tập và thi cử.
  • Cần có sự đổi mới trong dạy học, đào tạo giáo viên và cập nhật chương trình, SGK để nâng cao kỹ năng đọc BBT và đáp ứng yêu cầu của hình thức thi TNKQ.

Next steps: Triển khai xây dựng tài liệu hướng dẫn kỹ năng đọc BBT, tổ chức tập huấn giáo viên, cập nhật chương trình và SGK, đồng thời tăng cường thực hành kỹ năng đọc BBT cho học sinh trong năm học tiếp theo.

Call to action: Các nhà quản lý giáo dục, giáo viên và nhà nghiên cứu cần phối hợp chặt chẽ để thực hiện các giải pháp đề xuất, nhằm nâng cao chất lượng dạy học và đánh giá bài toán khảo sát hàm số trong bối cảnh đổi mới giáo dục hiện nay.