Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu
Chương trình Giáo dục phổ thông (CTGDPT) 2018 môn Toán đánh dấu bước chuyển dịch căn bản từ định hướng tiếp cận nội dung sang phát triển toàn diện phẩm chất và năng lực cho học sinh. Trong bối cảnh đổi mới này, việc ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông (CNTT) được xác định là phương tiện hỗ trợ quan trọng, tạo dựng môi trường học tập trải nghiệm, giúp học sinh chủ động tìm tòi, khám phá và chiếm lĩnh tri thức.
Đối với chủ đề "Hàm số mũ. Hàm số lôgarit", CTGDPT 2018 tiếp cận kiến thức theo hướng kết hợp trực quan và suy diễn, giảm nhẹ các yêu cầu chứng minh giải tích phức tạp, thay vào đó tập trung vào việc nhận dạng đồ thị và giải thích các tính chất toán học thông qua quan sát hình học. Việc giảng dạy theo phương pháp thuyết trình truyền thống thường gặp khó khăn khi mô tả sự biến thiên của đồ thị theo cơ số, khiến học sinh thiếu trực quan sinh động. Nhằm giải quyết vấn đề trên, phần mềm toán học động GeoGebra trên máy tính và điện thoại thông minh được lựa chọn làm công cụ hỗ trợ trực quan hóa quá trình dạy học.
Đề tài khóa luận tốt nghiệp "Dạy học hàm số mũ và hàm số lôgarit với sự giúp đỡ của phần mềm GeoGebra" do sinh viên Ngô Mỹ Thiện thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS. Lê Thái Bảo Thiên Trung tại Khoa Toán - Tin học, Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh (tháng 04/2023).
Mục tiêu nghiên cứu:
Mục đích của đề tài là xây dựng kế hoạch bài dạy (KHBD) bài "Hàm số mũ. Hàm số lôgarit" với sự hỗ trợ của phần mềm GeoGebra theo khung KHBD quy định tại Phụ lục 4, Công văn số 5512/BGDĐT-GDTrH ngày 18 tháng 12 năm 2020 của Bộ Giáo dục và Đào tạo, qua đó góp phần phát triển năng lực sử dụng công cụ, phương tiện học Toán cho học sinh trung học phổ thông (THPT).
Nhiệm vụ và câu hỏi nghiên cứu:
Tác giả xác định 3 câu hỏi nghiên cứu cốt lõi:
- Câu hỏi 1: Trong CTGDPT môn Toán 2018 và sách giáo khoa Toán 11 (bộ sách Chân trời sáng tạo), nội dung kiến thức hàm số mũ, hàm số lôgarit xuất hiện ra sao? Có những yêu cầu cần đạt và kiểu nhiệm vụ nào? Có gì khác biệt so với CTGDPT môn Toán 2006?
- Câu hỏi 2: Phần mềm GeoGebra có những ưu điểm gì? Có những tính năng nổi bật nào? Việc sử dụng ứng dụng GeoGebra trên điện thoại giúp học sinh khám phá kiến thức một cách trực quan và hiệu quả hơn không? Qua đó, có thể phát triển được những năng lực nào cho học sinh?
- Câu hỏi 3: Kế hoạch bài dạy trong Phụ lục 4 của Công văn 5512 có những yêu cầu gì? Để dạy học hiệu quả và phát triển năng lực cho học sinh thì quy trình tổ chức dạy học chủ đề "Hàm số mũ. Hàm số lôgarit" được xây dựng như thế nào?
Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Quá trình dạy học nội dung "Hàm số mũ. Hàm số lôgarit" có sự hỗ trợ của phần mềm GeoGebra nhằm phát triển năng lực toán học cho học sinh THPT.
- Phạm vi nội dung: Nội dung bài học "Hàm số mũ. Hàm số lôgarit" trong chương trình môn Toán lớp 11 (bộ SGK Chân trời sáng tạo) theo CTGDPT 2018, đối chiếu với SGK Giải tích 12 (CTGDPT 2006).
- Phạm vi thực nghiệm: Triển khai thực nghiệm sư phạm tại lớp 11A1, Trường THPT Nguyễn Thị Minh Khai (Thành phố Hồ Chí Minh) với sự hỗ trợ chuyên môn của giáo viên Nguyễn Thị Mỹ Dung.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp
Khóa luận được xây dựng dựa trên hệ thống văn bản quy phạm pháp luật của Bộ Giáo dục và Đào tạo, lý luận dạy học môn Toán và lý thuyết công nghệ giáo dục:
Phương pháp nghiên cứu thực hiện:
- Phương pháp nghiên cứu lý luận: Phân tích, tổng hợp văn bản CTGDPT 2018 tổng thể và môn Toán; so sánh cấu trúc, nội dung, yêu cầu cần đạt của bài học giữa SGK Giải tích 12 (CT 2006) và SGK Toán 11 Chân trời sáng tạo (CT 2018); nghiên cứu các tính năng kỹ thuật của phần mềm GeoGebra ứng dụng trong dạy học hàm số.
- Phương pháp nghiên cứu thực tiễn: Thiết kế tiến trình dạy học và KHBD 3 tiết; tiến hành thực nghiệm sư phạm tại lớp 11A1 Trường THPT Nguyễn Thị Minh Khai; thu thập dữ liệu thông qua bài làm của học sinh, bảng kiểm tra, phiếu bài tập và phiếu khảo sát ý kiến sau tiết học.
- Nguồn dữ liệu: Dữ liệu văn bản chương trình, sách giáo khoa; dữ liệu thực tế từ bài toán thống kê dân số Hoa Kỳ giai đoạn 1900–2010 trích từ giáo trình Calculus Early Transcendentals của James Stewart (2010, tr. 57); sản phẩm học tập và phản hồi khảo sát của 25 nhóm/học sinh trong quá trình thực nghiệm.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1. Cơ sở lý luận
Chương này tập trung hệ thống hóa các định hướng lý luận về chương trình giáo dục, phân tích so sánh sách giáo khoa và phân tích tiềm năng sư phạm của phần mềm GeoGebra.
-
Tổng quan CTGDPT 2018 và vị trí môn Toán:
Tác giả làm rõ mục tiêu đào tạo của CTGDPT 2018, vị trí môn Toán là môn học bắt buộc chia làm hai giai đoạn: giáo dục cơ bản và giáo dục định hướng nghề nghiệp. Môn Toán hướng đến phát triển 5 thành tố năng lực cốt lõi, trong đó năng lực sử dụng công cụ, phương tiện học Toán yêu cầu học sinh nhận biết, sử dụng thành thạo phương tiện công nghệ thông tin để khám phá và giải quyết vấn đề.
-
So sánh dạy học tiếp cận nội dung (CT 2006) và phát triển năng lực (CT 2018):
Khóa luận lập bảng đối chiếu sự khác biệt cơ bản giữa hai chương trình:
| Tiêu chí |
Dạy học tiếp cận nội dung (CT 2006) |
Dạy học phát triển phẩm chất, năng lực (CT 2018) |
| Mục tiêu |
Chú trọng kiến thức, kỹ năng, thái độ; ưu tiên học để thi, học để biết. |
Chú trọng hình thành phẩm chất, năng lực; lấy mục tiêu "học để làm, học để cùng chung sống" làm trọng. |
| Nội dung |
Lựa chọn theo hệ thống tri thức khoa học chuyên ngành; quy định chặt chẽ, tuyến tính. |
Lựa chọn dựa trên yêu cầu cần đạt về phẩm chất, năng lực; chú trọng vận dụng lý thuyết vào thực tiễn, phân nhánh theo chuỗi chủ đề. |
| Phương pháp dạy học |
Giáo viên là người truyền thụ tri thức; học sinh lắng nghe, tiếp thu thụ động. |
Giáo viên tổ chức hoạt động, hướng dẫn học sinh tìm tòi, chiếm lĩnh tri thức qua các PPDH tích cực (hợp tác, giải quyết vấn đề). |
| Môi trường học tập |
KHBD thiết kế tuyến tính, nội dung dùng chung; hình thức dạy học ít biến đổi. |
Môi trường linh hoạt, đa dạng phương tiện dạy học; KHBD thiết kế theo trình độ và năng lực học sinh. |
| Đánh giá |
Dựa trên sự ghi nhớ nội dung đã học; quá trình đánh giá chủ yếu do giáo viên thực hiện. |
Đánh giá dựa trên kết quả đầu ra và sự tiến bộ; chú trọng khả năng vận dụng; học sinh tự đánh giá và đánh giá đồng đẳng. |
| Kết quả giáo dục |
Học sinh chủ yếu tái hiện tri thức, tính năng động và sáng tạo còn hạn chế. |
Học sinh vận dụng tri thức vào thực tiễn; năng động, tự tin, phát triển năng lực tự học. |
-
Phân tích SGK hiện hành (Giải tích 12 - CT 2006) và SGK Toán 11 Chân trời sáng tạo (CT 2018):
- SGK Giải tích 12 (CT 2006): Bài "Hàm số mũ. Hàm số lôgarit" (Bài 4, Chương II, 3 tiết) được cấu trúc theo trình tự: Định nghĩa $\rightarrow$ Đạo hàm $\rightarrow$ Khảo sát sự biến thiên và vẽ đồ thị. Tác giả chỉ ra điểm bất cập: việc đưa công thức giới hạn $\lim_{\Delta x \to 0}\frac{e^{\Delta x}-1}{\Delta x}=1$ dưới dạng thừa nhận để chứng minh đạo hàm khiến phần chứng minh trở nên dư thừa; các bài tập SGK thiếu kiểu nhiệm vụ so sánh hai số lũy thừa/lôgarit bằng tính chất đồng biến/nghịch biến (nội dung này chỉ xuất hiện trong sách bài tập).
- SGK Toán 11 Chân trời sáng tạo (CT 2018): Bài học thuộc Chương VI (Tập hai), được giảng dạy trước chương Đạo hàm. Các yêu cầu về tính đạo hàm, tìm tiệm cận, lập bảng biến thiên giải tích bị lược bỏ. Thay vào đó, chương trình đặt ra các yêu cầu cần đạt mới: nêu ví dụ thực tế, nhận dạng đồ thị, giải thích tính chất hàm số thông qua quan sát đồ thị động và giải quyết bài toán thực tiễn liên môn (lãi suất, tăng trưởng).
-
Tổng quan về phần mềm GeoGebra:
Tác giả giới thiệu lịch sử, giao diện gồm hai cửa sổ hiển thị song song (cửa sổ hình học và cửa sổ đại số) cùng các tính năng nổi bật: tính năng động, thao tác ấn - kéo chuột/chạm màn hình, công cụ đo lường, tạo vết và quỹ tích, cùng khả năng liên kết chặt chẽ giữa biểu diễn đại số và biểu diễn hình học. Việc kết hợp GeoGebra trên điện thoại di động mở ra môi trường khám phá trực quan, phù hợp quy định tại Thông tư số 32/2020/TT-BGDĐT.
Chương 2. Xây dựng kế hoạch bài dạy bài "Hàm số mũ. Hàm số lôgarit"
Chương 2 trình bày cơ sở thiết kế và toàn bộ nội dung giáo án 3 tiết học theo định hướng phát triển năng lực.
-
Yêu cầu và quy trình xây dựng KHBD:
Dựa trên nghiên cứu của Ngô Thị Bích Thủy (2021) và Công văn 5512/BGDĐT-GDTrH, KHBD cần thỏa mãn 6 yêu cầu cốt lõi (chuẩn bị chu đáo và linh hoạt, bám sát YCCĐ, bảo đảm tiến trình 4 hoạt động và 4 bước tổ chức, đa dạng hình thức dạy học - đánh giá, thể hiện vai trò chủ đạo của giáo viên và tích cực của học sinh, phù hợp phương tiện và cơ sở vật chất).
Quy trình xây dựng gồm 4 bước:
- Bước 1: Xác định mục tiêu bài dạy (phẩm chất, năng lực chung, năng lực toán học).
- Bước 2: Xác định chuỗi các hoạt động học và mục tiêu từng hoạt động.
- Bước 3: Xây dựng các hoạt động dạy học cụ thể (theo 4 bước: Chuyển giao nhiệm vụ $\rightarrow$ Thực hiện nhiệm vụ $\rightarrow$ Báo cáo, thảo luận $\rightarrow$ Kết luận, nhận định).
- Bước 4: Hoàn thiện kế hoạch bài dạy.
-
Phân bổ thời lượng chủ đề:
Chương trình môn Toán lớp 11 có tổng thời lượng 105 tiết (3 tiết/tuần $\times$ 35 tuần). Tham khảo tỷ lệ mạch nội dung trong SGV Toán 10 (Đại số & Giải tích chiếm 44%, Hình học & Đo lường 35%, Thống kê & Xác suất 14%, Thực hành & Trải nghiệm 7%), tác giả phân phối chủ đề "Hàm số mũ. Hàm số lôgarit" trong 3 tiết:
- Tiết 1: Hàm số mũ.
- Tiết 2: Hàm số lôgarit.
- Tiết 3: Luyện tập giải một số bài toán thực tiễn liên quan đến hàm số mũ và hàm số lôgarit.
-
Thiết kế chi tiết KHBD (Trọng tâm Tiết 1 - Hàm số mũ):
KHBD xác định rõ mục tiêu hình thành các năng lực toán học: nhận biết hàm số mũ, lập luận giải thích tính chất từ đồ thị quan sát trên GeoGebra, mô hình hóa dữ liệu thực tế, giải quyết bài toán tăng trưởng và thao tác phần mềm GeoGebra trên smartphone.
Trong Hoạt động 1 (Mở đầu), tác giả xây dựng Bài toán 1 sử dụng chuỗi dữ liệu thực tế về dân số Hoa Kỳ giai đoạn 1900–2010 ($t=0$ tương ứng năm 1900 có 76 triệu người, tăng dần đến $t=110$ năm 2010 đạt 309 triệu người). Học sinh sử dụng ứng dụng GeoGebra trên điện thoại để:
- Biểu diễn các điểm tọa độ rời rạc $(t; y(t))$ trên mặt phẳng tọa độ Oxy.
- Sử dụng lệnh
FitExp (hoặc HồiQuyMũ) để tìm hàm số hồi quy dạng mũ $y(t) = a \cdot b^t$ mô phỏng đường cong tăng trưởng dân số, tạo tiền đề dẫn nhập vào khái niệm hàm số mũ.
Chương 3. Nghiên cứu thực nghiệm
Chương 3 trình bày việc triển khai thực nghiệm sư phạm tại Trường THPT Nguyễn Thị Minh Khai để kiểm chứng tính khả thi của tiến trình dạy học.
-
Quy trình tổ chức thực nghiệm 3 giai đoạn:
- Giai đoạn 1: Hướng dẫn học sinh lớp 11A1 cài đặt và làm quen với các thao tác cơ bản trên ứng dụng GeoGebra di động (nhập điểm, vẽ đồ thị hàm số, sử dụng thanh trượt tham số cơ số $a$, phóng to/thu nhỏ hệ trục tọa độ).
- Giai đoạn 2: Tiến hành tổ chức dạy học Tiết 1 (Hàm số mũ) theo đúng KHBD đã thiết kế, kết hợp hoạt động nhóm đôi và phiếu học tập cá nhân.
- Giai đoạn 3: Thu thập kết quả học tập qua phiếu bài tập, bài làm trên lớp (từ Bài toán 1, Bài toán 2, các Ví dụ 1 đến 4) và tổ chức khảo sát ý kiến học sinh về mức độ hiểu bài, khả năng sử dụng phần mềm.
-
Kết quả và phân tích định lượng/định tính:
Khóa luận thu thập và thống kê chi tiết kết quả xử lý của học sinh:
- Thống kê tỷ lệ hoàn thành chính xác bài toán mô hình hóa dân số qua lệnh
FitExp.
- Phân tích sản phẩm thao tác đồ thị của 25 học sinh tiêu biểu (ghi nhận qua các mã hình từ HS1 đến HS25).
- Đánh giá khả năng rút ra tính chất hàm số mũ: Khi quan sát thanh trượt $a > 1$ (đồ thị đi lên từ trái sang phải, hàm số đồng biến) và $0 < a < 1$ (đồ thị đi xuống từ trái sang phải, hàm số nghịch biến), đồ thị luôn đi qua điểm $(0; 1)$ và nằm phía trên trục hoành $Ox$.
- Tổng hợp kết quả phiếu khảo sát sau bài học cho thấy đa số học sinh thao tác thuận lợi trên điện thoại, tăng tính tương tác và tiếp thu tính chất hàm số trực quan hơn so với việc chỉ nghe giảng lý thuyết.
Kết quả và đóng góp
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
-
Hạn chế:
- Phạm vi thực nghiệm sư phạm chỉ mới được tiến hành trên quy mô 01 lớp học (lớp 11A1, Trường THPT Nguyễn Thị Minh Khai, TP.HCM), chưa triển khai đối chứng rộng rãi trên nhiều đối tượng học sinh có học lực khác nhau hoặc ở các khu vực trường học có điều kiện cơ sở vật chất khác nhau.
- Về mặt tiến trình, khóa luận mới chỉ tiến hành thực nghiệm chi tiết và phân tích sâu sản phẩm học tập ở Tiết 1 (Hàm số mũ), chưa công bố số liệu thực nghiệm đầy đủ cho Tiết 2 (Hàm số lôgarit) và Tiết 3 (Luyện tập bài toán thực tiễn).
-
Hướng nghiên cứu tiếp:
- Tiếp tục hoàn thiện và tiến hành thực nghiệm đồng bộ cả 3 tiết học của chủ đề "Hàm số mũ. Hàm số lôgarit".
- Mở rộng phạm vi nghiên cứu thực nghiệm sang các trường THPT khác nhằm đánh giá tính thích ứng của bài dạy đối với học sinh ở nhiều mức độ năng lực khác nhau.
Giá trị tham khảo
Câu hỏi thường gặp
1. Tại sao trong CTGDPT 2018, bài "Hàm số mũ. Hàm số lôgarit" lại không sử dụng công cụ đạo hàm và giới hạn để khảo sát như CTGDPT 2006?
Trong CTGDPT 2018, nội dung "Hàm số mũ. Hàm số lôgarit" được xếp vào Chương VI của lớp 11 (bộ sách Chân trời sáng tạo), nằm trước Chương VII (Đạo hàm). Do đó, học sinh chưa học đạo hàm nên các nội dung về đạo hàm, tiệm cận giải tích, bảng biến thiên giải tích được lược bỏ; thay vào đó học sinh khảo sát và giải thích tính chất hàm số thông qua quan sát đồ thị trực quan.
2. Kế hoạch bài dạy chủ đề này được tác giả phân bổ thời lượng như thế nào?
Dựa trên phân phối chương trình môn Toán 11 (105 tiết/năm) và tham khảo tỷ lệ các mạch nội dung trong SGV Toán 10 Chân trời sáng tạo, tác giả thiết kế KHBD cho chủ đề trong 3 tiết: Tiết 1 dạy về Hàm số mũ; Tiết 2 dạy về Hàm số lôgarit; Tiết 3 dành cho Luyện tập giải một số bài toán thực tiễn liên quan đến hàm số mũ và lôgarit.
3. Hoạt động mở đầu bài học trong khóa luận sử dụng lệnh nào của phần mềm GeoGebra để xử lý số liệu thực tế?
Tác giả sử dụng Bài toán 1 về dữ liệu dân số Hoa Kỳ (1900–2010) trích từ giáo trình của James Stewart (2010), yêu cầu học sinh dùng lệnh FitExp hoặc lệnh tiếng Việt HồiQuyMũ trên GeoGebra để tìm đường cong hồi quy mũ khớp với tập hợp các điểm dữ liệu rời rạc.
4. Căn cứ pháp lý nào cho phép giáo viên tổ chức cho học sinh sử dụng điện thoại di động cài đặt GeoGebra trong giờ học?
Căn cứ vào Điều 37, Chương V, Thông tư số 32/2020/TT-BGDĐT của Bộ Giáo dục và Đào tạo ban hành Điều lệ trường THCS, THPT, trong đó quy định học sinh chỉ bị cấm dùng điện thoại khi "không phục vụ cho việc học tập và không được giáo viên cho phép". Khi giáo viên chủ động giao nhiệm vụ học tập trên GeoGebra, việc sử dụng điện thoại là hoàn toàn hợp lệ.
5. Địa bàn và đối tượng học sinh tham gia thực nghiệm sư phạm của đề tài là gì?
Thực nghiệm sư phạm được tiến hành trên học sinh lớp 11A1, Trường THPT Nguyễn Thị Minh Khai, Thành phố Hồ Chí Minh dưới sự hướng dẫn chuyên môn của giáo viên bộ môn Nguyễn Thị Mỹ Dung.
Kết luận
Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Ngô Mỹ Thiện đã giải quyết trọn vẹn 3 câu hỏi nghiên cứu đặt ra, làm rõ sự chuyển dịch phương pháp dạy học hàm số mũ và lôgarit từ giải tích hình thức (CT 2006) sang tiếp cận trực quan sinh động (CT 2018). Tác giả đã thiết kế thành công KHBD 3 tiết theo chuẩn Công văn 5512/BGDĐT-GDTrH, khai thác hiệu quả các tính năng động của phần mềm GeoGebra trên điện thoại di động. Kết quả thực nghiệm tại Trường THPT Nguyễn Thị Minh Khai khẳng định tính khả thi của quy trình tổ chức dạy học, giúp học sinh phát triển rõ nét năng lực mô hình hóa và năng lực sử dụng công cụ, phương tiện học Toán.