Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp đại học "Phát huy tính tích cực học tập qua giải toán nguyên hàm và tích phân cho học sinh THPT" được thực hiện bởi sinh viên Quàng Mai Anh (lớp K56 ĐHSP Toán, Khoa Toán – Lý – Tin, Trường Đại học Tây Bắc) dưới sự hướng dẫn của TS. Vũ Quốc Khánh vào năm 2019 tại Sơn La. Đề tài thuộc chuyên ngành Phương pháp dạy học môn Toán.

Về lý do chọn đề tài, tác giả chỉ ra rằng trong chương trình giáo dục phổ thông, Toán học giữ vai trò quan trọng, đòi hỏi học sinh không chỉ nắm vững lý thuyết mà còn phải thành thạo kỹ năng giải toán. Tuy nhiên, phương pháp dạy học truyền thống bộc lộ hạn chế khi giáo viên chủ yếu thuyết trình, cung cấp tri thức có sẵn, khiến học sinh thụ động. Chủ đề "Nguyên hàm – Tích phân" trong chương trình Giải tích 12 là mảng kiến thức khó, trừu tượng, thường xuyên xuất hiện trong các kỳ thi tốt nghiệp và tuyển sinh đại học, cao đẳng. Thực tế giảng dạy cho thấy nhiều học sinh có tâm lý e ngại, sợ học nội dung này, dẫn đến hiệu quả tiếp thu chưa cao. Do đó, việc nghiên cứu các biện pháp sư phạm nhằm phát huy tính tích cực, chủ động của học sinh trong giải toán nguyên hàm và tích phân là yêu cầu cần thiết.

Mục đích nghiên cứu của khóa luận là nghiên cứu một số phương pháp dạy học nhằm hướng tới hoạt động hóa, tích cực hóa hoạt động nhận thức của người học trong môn Toán.

Nhiệm vụ nghiên cứu được văn bản xác định gồm 5 nhiệm vụ cụ thể:

  1. Nghiên cứu cơ sở lý luận của phương pháp dạy học tích cực.
  2. Nghiên cứu nội dung phần bài tập Nguyên hàm – Tích phân trong chương trình môn Toán lớp 12.
  3. Tìm hiểu thực trạng dạy và học chương Nguyên hàm – Tích phân lớp 12 ở trường THPT Mường Bú.
  4. Đề xuất phương án dạy học chương Nguyên hàm – Tích phân và ứng dụng lớp 12 bằng phương pháp dạy học tích cực nhằm nâng cao hiệu quả dạy và học.
  5. Tiến hành thực nghiệm sư phạm với phương án đề ra.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là tính tích cực học tập của học sinh THPT thông qua hoạt động giải toán nguyên hàm và tích phân. Phạm vi nghiên cứu về không gian và địa bàn khảo sát, thực nghiệm là Trường THPT Mường Bú, huyện Mường La, tỉnh Sơn La; thời gian tiến hành thực nghiệm sư phạm từ ngày 25/02/2019 đến ngày 30/03/2019 trên học sinh khối lớp 12 năm học 2018–2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết của đề tài dựa trên các căn cứ pháp lý, quan điểm giáo dục học và lý luận dạy học môn Toán:

  • Căn cứ pháp lý: Luật Giáo dục năm 2005 (Điều 28.2 quy định phương pháp dạy học phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh); Nghị quyết số 29-NQ/TW của Hội nghị Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo.
  • Khái niệm tính tích cực nhận thức: Khóa luận tiếp cận quan niệm của L. Relrova và I. Kharlamop về tính tích cực nhận thức như một trạng thái hoạt động đặc trưng bởi khát vọng học tập, cố gắng trí tuệ và nghị lực cao. Tác giả sử dụng phân loại của G. Sukina về 3 cấp độ của tính tích cực nhận thức: (1) Tính tích cực bắt chước, chấp nhận và tái hiện; (2) Tính tích cực tìm tòi áp dụng; (3) Tính tích cực sáng tạo.
  • Lý luận dạy học môn Toán: Mô hình dạy học giải quyết vấn đề và nguyên tắc dạy học khám phá của G. Polya; quan niệm của A. Axtoliar về hoạt động tư duy toán học; quan điểm về phương pháp dạy học tích cực của PGS. Trần Bá Hoành và PGS. Trần Kiều với 4 đặc trưng cơ bản (dạy học qua tổ chức hoạt động, rèn luyện phương pháp tự học, tăng cường học tập cá thể phối hợp hợp tác, kết hợp đánh giá của giáo viên và tự đánh giá của học sinh).
  • Các kỹ thuật dạy học tích cực được vận dụng gồm: Kỹ thuật Khăn trải bàn, Dạy học hợp tác theo nhóm, Kỹ thuật XYZ (kỹ thuật 915), Kỹ thuật Ổ bi.

Phương pháp nghiên cứu thực tế bao gồm:

  • Phương pháp nghiên cứu lý luận: Đọc, phân tích, tổng hợp các tài liệu giáo dục học, tâm lý học, phương pháp dạy học toán, sách giáo khoa và chuẩn kiến thức kỹ năng môn Toán 12.
  • Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Dự giờ, quan sát lớp học, điều tra bằng phiếu hỏi đối với giáo viên và học sinh, phỏng vấn trực tiếp.
  • Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Thiết kế giáo án, tổ chức dạy học thử nghiệm trên lớp thực nghiệm và lớp đối chứng, kiểm tra đánh giá kết quả bằng phương pháp thống kê toán học.

Nguồn dữ liệu của nghiên cứu:

  • Phiếu điều tra thực trạng dạy học trên học sinh lớp 12 tại Trường THPT Mường Bú.
  • Kết quả điểm kiểm tra định kỳ 45 phút chương "Hàm số lũy thừa, hàm số mũ và hàm số lôgarit" của 82 học sinh khối 12 làm căn cứ chọn mẫu ban đầu.
  • Điểm số bài kiểm tra trắc nghiệm và biên bản quan sát giờ học trong đợt thực nghiệm sư phạm năm học 2018–2019.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn

Chương 1 hệ thống hóa các vấn đề lý luận về tính tích cực, tính tích cực nhận thức, các biểu hiện (hoạt động nhận thức, cảm xúc tình cảm, động cơ ý chí, kết quả nhận thức) và các yếu tố ảnh hưởng (hứng thú, nhu cầu, động cơ, năng lực, ý chí, môi trường, sức khỏe). Chương này cũng phân tích đặc trưng của phương pháp dạy học tích cực và khảo sát thực trạng dạy học chủ đề Nguyên hàm – Tích phân tại Trường THPT Mường Bú.

Kết quả điều tra thực trạng trên học sinh lớp 12 được tổng hợp trong Bảng 1 và khảo sát hoạt động học tập:

Nội dung khảo sát hoạt động của giáo viên trong giờ học Thường xuyên (%) Thỉnh thoảng (%) Ít khi (%) Không bao giờ (%)
1. Giải thích rõ ràng khái niệm cho từng nhóm đối tượng học sinh 59,5 27,0 13,5 0,0
2. Nêu mục đích và vai trò của nội dung nguyên hàm – tích phân 43,2 54,1 0,0 2,7
3. Tạo cơ hội cho học sinh tham gia hoạt động nhóm, khám phá 59,5 35,1 5,4 0,0
4. Theo dõi, hướng dẫn, giúp đỡ học sinh trong hoạt động khám phá 2,8 35,1 48,6 13,5
5. Tạo điều kiện cho học sinh thảo luận, giải thích rõ ràng 54,1 32,4 13,5 0,0
6. Dành thời gian cho học sinh hỏi khi gặp vấn đề 43,2 45,9 8,2 2,7
7. Củng cố kiến thức và động viên học sinh 32,5 43,2 24,3 0,0

Khảo sát về mức độ tham gia hoạt động của học sinh cho thấy: 43,7% học sinh thích học môn Toán chủ đề nguyên hàm – tích phân; 56,8% được tham gia trả lời, làm bài tập và thảo luận; 43,7% học sinh tổng kết và nhận xét bài làm; 40,3% học sinh tham gia đánh giá kết quả. Khảo sát giáo viên chỉ ra 50% giáo viên thường xuyên áp dụng phương pháp dạy học tích cực, nhưng vẫn còn 48,6% giáo viên ít khi hỗ trợ học sinh tự khám phá kiến thức mà chủ yếu dùng phương pháp thuyết trình hoặc hỏi – đáp đóng khung.

Chương 2: Vận dụng các phương pháp dạy học tích cực trong dạy học nguyên hàm – tích phân ở trường THPT

Chương 2 trình bày cấu trúc phân phối chương trình Giải tích 12 (Chương III: Nguyên hàm, tích phân và ứng dụng) với tổng thời lượng 16 tiết (Học kỳ I: 7 tiết; Học kỳ II: 9 tiết), phân loại hệ thống bài tập và đề xuất 4 biện pháp sư phạm cụ thể.

Hệ thống kiến thức và bài tập được phân thành các dạng cơ bản:

  1. Nguyên hàm:
    • Dạng 1: Tìm nguyên hàm $F(x)$ của hàm số $f(x)$ dựa trên định nghĩa, tính chất và bảng nguyên hàm cơ bản.
    • Dạng 2: Tính nguyên hàm của các hàm lượng giác (phương pháp đặt $t = \tan \frac{x}{2}$ đưa về hàm phân thức hữu tỉ).
    • Dạng 3: Các dạng nguyên hàm chứa hàm $e^x$ (vận dụng phương pháp đổi biến số và phương pháp từng phần).
  2. Tích phân:
    • Dạng 1: Tích phân đơn giản ứng dụng trực tiếp công thức và tính chất.
    • Dạng 2: Tích phân cơ bản của các hàm lượng giác (kết hợp công thức hạ bậc, đổi biến).
    • Dạng 3: Tích phân đơn giản chứa hàm số mũ $e^x$.

Bốn biện pháp sư phạm được xây dựng gắn liền với các kỹ thuật dạy học cụ thể:

  • Biện pháp 1: Thiết kế, chuẩn bị hệ thống câu hỏi nhằm phân tích nội dung đề bài và định hướng cách giải các bài tập về hàm dưới dấu tích phân. Biện pháp áp dụng kỹ thuật "Khăn trải bàn" (chia nhóm 4 học sinh, mỗi cá nhân viết câu trả lời độc lập vào góc riêng trong 3–4 phút, sau đó thảo luận thống nhất ghi kết quả vào ô chính giữa của khổ giấy A0).
  • Biện pháp 2: Tăng cường tổ chức các hoạt động tương tác giữa các thành viên nhằm rèn luyện kỹ năng xây dựng chương trình giải các bài tập về hàm dưới dấu tích phân đạt hiệu quả. Biện pháp sử dụng kỹ thuật dạy học hợp tác theo tiến trình: làm việc cá nhân định hướng hướng giải (đổi biến số, phân tích tử mẫu, chia đa thức), thảo luận nhóm lựa chọn phương án tối ưu, xây dựng chương trình giải chi tiết và cử đại diện báo cáo.
  • Biện pháp 3: Tăng cường các kỹ năng thực hành lời giải nhằm giúp học sinh trình bày lời giải một cách khoa học, logic. Biện pháp vận dụng kỹ thuật "XYZ" (cụ thể là kỹ thuật 915: 4 nhóm, mỗi nhóm 9 học sinh, mỗi cá nhân viết kết quả xử lý phương pháp đổi biến trong 5 phút rồi luân chuyển giấy cho bạn bên cạnh để bổ sung, hoàn thiện).
  • Biện pháp 4: Tổ chức các hoạt động khám phá giúp học sinh nhìn lại cách giải, sáng tạo bài toán mới. Biện pháp sử dụng kỹ thuật "Ổ bi" (học sinh ngồi thành 2 vòng tròn đồng tâm đối diện nhau, vòng trong xoay theo chiều kim đồng hồ sau mỗi lượt trao đổi để chia sẻ các cách giải khác nhau và khái quát hóa bài toán).

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

Chương 3 trình bày việc kiểm chứng giả thuyết khoa học thông qua thực nghiệm đối chứng tại Trường THPT Mường Bú từ ngày 25/02/2019 đến 30/03/2019.

Mẫu thực nghiệm gồm 2 lớp 12 có chất lượng học tập tương đương, căn cứ vào điểm kiểm tra 45 phút chương "Hàm số lũy thừa, hàm số mũ và hàm số lôgarit":

  • Lớp thực nghiệm: 12B (40 học sinh), do giáo viên Trần Thị Nhung giảng dạy theo các biện pháp dạy học tích cực đề xuất.
  • Lớp đối chứng: 12C (42 học sinh), do giáo viên Nguyễn Mạnh Hùng giảng dạy theo phương pháp truyền thống thông thường.

Dữ liệu khảo sát chất lượng ban đầu của 2 lớp trước thực nghiệm được ghi nhận như sau:

Điểm số kiểm tra Lớp thực nghiệm 12B (n = 40) - Số lượng Tỷ lệ (%) Lớp đối chứng 12C (n = 42) - Số lượng Tỷ lệ (%)
2 điểm 1 2,5 0 0,0
3 điểm 1 2,5 1 2,4
4 điểm 3 7,5 4 9,5
5 điểm 14 35,0 13 30,9
6 điểm 9 22,5 12 28,6
7 điểm 6 15,0 6 14,3
8 điểm 4 10,0 4 9,5
9 điểm 1 2,5 2 4,8
10 điểm 1 2,5 0 0,0

Phân loại mức độ nhận thức ban đầu giữa hai nhóm:

Nhóm lớp Tổng số học sinh Yếu, kém (Số lượng / %) Trung bình (Số lượng / %) Khá (Số lượng / %) Giỏi (Số lượng / %)
Lớp 12B (Thực nghiệm) 40 12 (30,0%) 16 (40,0%) 9 (22,5%) 3 (7,5%)
Lớp 12C (Đối chứng) 42 14 (33,3%) 15 (35,7%) 9 (21,4%) 4 (9,6%)

Chương này trình bày chi tiết giáo án thực nghiệm Tiết 56: "Tích phân (tiếp)" – luyện giải Bài tập 1 và Bài tập 2 (trang 112 SGK Giải tích 12) vận dụng kỹ thuật hoạt động nhóm, đàm thoại gợi mở và phương pháp dạy học hợp tác. Tiêu chí đánh giá thực nghiệm được xác định qua 3 yếu tố: mức độ nắm vững kiến thức kỹ năng (bài kiểm tra trắc nghiệm thang điểm 10), kỹ năng thực hiện hoạt động khám phá (quan sát vở ghi, nháp), và tinh thần chủ động, tích cực, hứng thú học tập (quan sát thái độ, phỏng vấn lớp học).

Kết quả và đóng góp

Kết quả nghiên cứu chính

  • Đánh giá thực trạng: Nghiên cứu đã lượng hóa thực trạng giảng dạy nguyên hàm – tích phân tại địa bàn miền núi (THPT Mường Bú), phản ánh thực tế 48,6% giáo viên chưa tạo điều kiện cho học sinh tự chiếm lĩnh tri thức mà còn áp đặt một chiều; học sinh nắm công thức máy móc mà thiếu hiểu biết về bản chất hình học và phương pháp vét cạn của tích phân.
  • Kết quả kiểm chứng mẫu: Xác lập được sự cân bằng về trình độ nhận thức đầu vào giữa lớp thực nghiệm 12B (tỷ lệ khá, giỏi đạt 30,0%) và lớp đối chứng 12C (tỷ lệ khá, giỏi đạt 31,0%) để làm tiền đề so sánh kết quả tác động sư phạm.

Giải pháp và biện pháp đề xuất

  • Xây dựng quy trình 4 biện pháp sư phạm gắn liền với các kỹ thuật tổ chức lớp học tích cực:
    1. Sử dụng kỹ thuật Khăn trải bàn để thiết kế hệ thống câu hỏi định hướng nhận diện hàm dưới dấu tích phân.
    2. Sử dụng kỹ thuật Dạy học hợp tác để rèn luyện kỹ năng xây dựng chương trình giải và lựa chọn đường lối tối ưu.
    3. Sử dụng kỹ thuật XYZ (mô hình 915) để rèn luyện kỹ năng trình bày lời giải toán học chặt chẽ, chính xác.
    4. Sử dụng kỹ thuật Ổ bi để tổ chức hoạt động khám phá đa dạng hóa cách giải và sáng tạo bài toán mới.
  • Biên soạn hệ thống bài tập Giải tích 12 theo chuyên đề và thiết kế minh họa giáo án thực nghiệm cụ thể (Tiết 56).

Đóng góp của đề tài

  • Về mặt lý luận: Hệ thống hóa cơ sở lý luận về tính tích cực học tập, tích cực hóa nhận thức và cụ thể hóa các cấp độ nhận thức của G. Sukina vào nội dung giải toán Giải tích lớp 12.
  • Về mặt thực tiễn: Cung cấp tư liệu giáo án và quy trình tổ chức các kỹ thuật dạy học tích cực (Khăn trải bàn, Ổ bi, XYZ) trong môn Toán THPT, có khả năng áp dụng trực tiếp cho giáo viên giảng dạy chương trình Giải tích 12 tại các trường phổ thông.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Phạm vi thực nghiệm còn hẹp: Quá trình khảo sát thực trạng và dạy học thực nghiệm chỉ được triển khai tại 1 trường THPT (Trường THPT Mường Bú, huyện Mường La, tỉnh Sơn La) với quy mô 2 lớp học (82 học sinh).
  • Thời gian thực nghiệm ngắn: Thực nghiệm tác động diễn ra trong khoảng thời gian hơn 1 tháng (từ ngày 25/02/2019 đến 30/03/2019) và tập trung vào một số tiết học điển hình thuộc Chương III Giải tích 12.

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Mở rộng phạm vi áp dụng các biện pháp dạy học tích cực sang các chủ đề khác của chương trình Toán THPT (hình học không gian, số phức, phương trình và bất phương trình).
  • Triển khai thực nghiệm trên phạm vi nhiều trường THPT với các điều kiện kinh tế - xã hội và đối tượng học sinh đa dạng hơn trên địa bàn tỉnh Sơn La và khu vực Tây Bắc.

Giá trị tham khảo

Tài liệu khóa luận có giá trị tham khảo cho các đối tượng và nội dung sau:

  • Đối tượng sử dụng:
    • Sinh viên ngành Sư phạm Toán học tại các trường đại học, cao đẳng sư phạm sử dụng làm tài liệu tham khảo về phương pháp dạy học và nghiên cứu khoa học giáo dục.
    • Giáo viên Toán tại các trường THPT, đặc biệt là giáo viên giảng dạy khối lớp 12 đang tìm kiếm các biện pháp đổi mới phương pháp giảng dạy.
  • Nội dung có giá trị ứng dụng:
    • Quy trình tổ chức 4 kỹ thuật dạy học tích cực (Khăn trải bàn, Dạy học hợp tác, XYZ, Ổ bi) áp dụng vào giải toán Giải tích.
    • Hệ thống bài tập phân loại theo dạng (tìm nguyên hàm, tích phân lượng giác, hàm số mũ) kèm phân tích hướng dẫn giải.
    • Mẫu thiết kế bài giảng (giáo án thực nghiệm Tiết 56) tích hợp phương pháp hoạt động nhóm và kiểm tra đánh giá.

Câu hỏi thường gặp

Khóa luận dựa trên những văn bản quy phạm pháp luật nào để xác định nhu cầu đổi mới phương pháp dạy học?

Tác giả căn cứ vào Điều 28.2 Luật Giáo dục năm 2005 (yêu cầu phương pháp dạy học phổ thông phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của học sinh) và Nghị quyết số 29-NQ/TW của Hội nghị Trung ương 8 khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo (đặt nhiệm vụ khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc, chuyển sang phát triển năng lực và khuyến khích tự học).

Tác giả sử dụng khung phân loại nào để xác định các cấp độ của tính tích cực nhận thức?

Tác giả sử dụng khung phân loại trong tác phẩm "Giáo dục học trường phổ thông" của G. Sukina, gồm 3 cấp độ từ thấp đến cao:

  1. Tính tích cực bắt chước, chấp nhận và tái hiện (dựa trên trí nhớ và mẫu có sẵn).
  2. Tính tích cực tìm tòi áp dụng (độc lập giải quyết tình huống học tập, tìm kiếm lời giải tối ưu).
  3. Tính tích cực sáng tạo (tự tìm ra cách giải quyết mới, nhìn nhận vấn đề dưới nhiều góc độ và giải bài toán bằng nhiều con đường).

Bốn biện pháp sư phạm được đề xuất kết hợp với những kỹ thuật dạy học tích cực nào?

Bốn biện pháp tương ứng với 4 kỹ thuật dạy học:

  1. Biện pháp 1 (định hướng tìm hiểu đề bài) sử dụng kỹ thuật "Khăn trải bàn".
  2. Biện pháp 2 (xây dựng chương trình giải) sử dụng kỹ thuật "Dạy học hợp tác theo nhóm".
  3. Biện pháp 3 (rèn luyện kỹ năng trình bày lời giải) sử dụng kỹ thuật "XYZ" (cụ thể là mô hình 915).
  4. Biện pháp 4 (nhìn lại cách giải và sáng tạo bài toán mới) sử dụng kỹ thuật "Ổ bi".

Đối tượng và thời gian tiến hành thực nghiệm sư phạm được bố trí như thế nào?

Thực nghiệm được thực hiện tại Trường THPT Mường Bú (huyện Mường La, tỉnh Sơn La) từ ngày 25/02/2019 đến ngày 30/03/2019 trên 2 lớp 12 năm học 2018–2019:

  • Lớp thực nghiệm: 12B (40 học sinh, do giáo viên Trần Thị Nhung phụ trách).
  • Lớp đối chứng: 12C (42 học sinh, do giáo viên Nguyễn Mạnh Hùng phụ trách).

Cấu trúc phân phối chương trình chủ đề "Nguyên hàm, tích phân và ứng dụng" trong Giải tích 12 gồm bao nhiêu tiết?

Theo phân phối chương trình của Bộ Giáo dục và Đào tạo, Chương III Giải tích 12 được dạy trong 16 tiết:

  • Học kỳ I (7 tiết): Bài 1 Nguyên hàm (2 tiết lý thuyết, 2 tiết bài tập); Bài 2 Tích phân (3 tiết lý thuyết).
  • Học kỳ II (9 tiết): Bài 2 Tích phân tiếp theo (2 tiết bài tập); Bài 3 Ứng dụng của tích phân trong hình học (2 tiết lý thuyết, 2 tiết bài tập); Bài tập ôn tập chương (2 tiết); Kiểm tra cuối chương (1 tiết).

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của tác giả Quàng Mai Anh đã hệ thống hóa cơ sở lý luận về tính tích cực nhận thức và làm rõ thực trạng dạy học chủ đề "Nguyên hàm – Tích phân" tại Trường THPT Mường Bú. Trên cơ sở đó, nghiên cứu đề xuất 4 biện pháp sư phạm gắn liền với các kỹ thuật dạy học tích cực cụ thể (Khăn trải bàn, Dạy học hợp tác, XYZ, Ổ bi) nhằm nâng cao năng lực giải toán cho học sinh lớp 12. Quá trình thực nghiệm sư phạm bước đầu xác lập tính khả thi và cung cấp tài liệu tham khảo thiết thực cho công tác giảng dạy môn Toán ở bậc trung học phổ thông.