Tổng quan nghiên cứu

Năng lực mô hình hóa toán học (NL MHH) là một trong những năng lực cốt lõi được Bộ Giáo dục và Đào tạo Việt Nam nhấn mạnh trong chương trình giáo dục phổ thông mới, đặc biệt trong môn Toán lớp 12. Theo ước tính, việc phát triển NL MHH góp phần quan trọng vào việc nâng cao năng lực toán học tổng thể của học sinh, giúp các em giải quyết các vấn đề thực tiễn bằng công cụ toán học. Bài toán tìm giá trị lớn nhất (GTLN) và giá trị nhỏ nhất (GTNN) của hàm số là một chủ đề trọng tâm trong chương trình Giải tích lớp 12, có tính ứng dụng cao trong đời sống và sản xuất như tối ưu hóa chi phí, lợi nhuận, thời gian, quãng đường đi, v.v. Ví dụ, đề thi THPT quốc gia năm 2018 đã đưa vào bài toán tối ưu hóa thể tích bể cá, thể hiện tính thực tiễn và tầm quan trọng của chủ đề này.

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là xây dựng và đánh giá thang đo năng lực mô hình hóa toán học gắn với chủ đề tìm GTLN - GTNN của hàm số ở lớp 12, nhằm cung cấp công cụ đánh giá chuẩn mực, chi tiết và khả thi cho giáo viên trong việc phát triển và kiểm tra NL MHH của học sinh. Nghiên cứu được thực hiện tại một số trường THPT ở tỉnh Bình Dương trong năm học 2018-2019, với phạm vi tập trung vào học sinh lớp 12 và nội dung bài toán GTLN - GTNN.

Ý nghĩa của nghiên cứu thể hiện qua việc cung cấp một công cụ đánh giá năng lực mô hình hóa toán học cụ thể, giúp giáo viên có thể theo dõi tiến trình phát triển năng lực của học sinh một cách toàn diện, từ đó điều chỉnh phương pháp dạy học phù hợp, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục toán học theo định hướng phát triển năng lực.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Năng lực (NL) được hiểu là khả năng cá nhân huy động tổng hợp kiến thức, kỹ năng và thái độ để thực hiện thành công một loại hoạt động trong bối cảnh cụ thể. NL mô hình hóa toán học (NL MHH) là một hợp phần quan trọng của NL toán học, thể hiện khả năng thực hiện đầy đủ các giai đoạn của quá trình mô hình hóa toán học nhằm giải quyết vấn đề thực tế.

Quá trình mô hình hóa toán học gồm bốn bước chính: (1) xây dựng mô hình phỏng thực tiễn (mô hình định tính), (2) xây dựng mô hình toán học từ mô hình định tính, (3) sử dụng công cụ toán học để giải quyết bài toán, và (4) phân tích, kiểm định kết quả với thực tế. NL MHH được cấu trúc thành các năng lực thành phần như: hiểu vấn đề thực tế, xây dựng mô hình toán học, giải quyết bài toán toán học, phiên dịch kết quả và đánh giá mô hình.

Phương pháp đánh giá NL MHH được lựa chọn là tiếp cận một phần đa chiều, dựa trên các kỹ năng thành phần như đơn giản giả thiết, làm rõ mục tiêu, thiết lập vấn đề toán học, xác định biến, tham số, thiết lập mệnh đề toán học, lựa chọn mô hình, biểu diễn mô hình bằng đồ thị, liên hệ lại với thực tiễn. Các mức độ năng lực được phân loại từ chưa đạt đến nổi bật, dựa trên biểu hiện cụ thể của học sinh trong quá trình thực hiện mô hình hóa.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm: tài liệu lý luận về năng lực và đánh giá năng lực, chương trình và sách giáo khoa Giải tích lớp 12, đề thi THPT quốc gia, cùng các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước về NL MHH và đánh giá NL MHH. Phương pháp nghiên cứu lý luận được sử dụng để phân tích, tổng hợp các khái niệm, mô hình và thang đánh giá NL MHH hiện có.

Phương pháp nghiên cứu thực nghiệm được tiến hành tại một số trường THPT tỉnh Bình Dương với cỡ mẫu khoảng 31 học sinh lớp 12, được chọn theo phương pháp chọn mẫu thuận tiện. Các tình huống thực nghiệm được thiết kế dựa trên bài toán tìm GTLN - GTNN của hàm số, nhằm kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của thang đánh giá NL MHH xây dựng.

Thời gian nghiên cứu kéo dài trong năm học 2018-2019, bao gồm giai đoạn xây dựng thang đánh giá, thiết kế tình huống thực nghiệm, thu thập và phân tích dữ liệu. Phương pháp phân tích dữ liệu chủ yếu là phân tích định tính và thống kê mô tả, kết hợp so sánh tỷ lệ phần trăm các mức năng lực của học sinh theo thang đánh giá.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Xây dựng thang đánh giá NL MHH chi tiết cho chủ đề GTLN - GTNN: Thang đánh giá được phát triển dựa trên cấu trúc NL MHH gồm 8 kỹ năng thành phần, với các mức độ biểu hiện rõ ràng từ không đạt đến nổi bật. Ví dụ, kỹ năng "đơn giản giả thiết" được đánh giá qua việc học sinh có thể đưa ra giả định phù hợp và giải thích được lý do lựa chọn. Tỷ lệ học sinh đạt mức độ thành thạo trở lên trong kỹ năng này khoảng 65%.

  2. Tính khả thi của thang đánh giá: Qua thực nghiệm với 31 học sinh, thang đánh giá cho thấy khả năng phân hóa năng lực mô hình hóa của học sinh rõ ràng, với tỷ lệ học sinh đạt mức độ NL MHH từ 3 trở lên (theo thang 0-5) chiếm khoảng 58%. Điều này chứng tỏ thang đánh giá có thể áp dụng hiệu quả trong thực tế dạy học.

  3. Phân tích các kỹ năng thành phần: Kỹ năng "xác định biến, tham số, hằng số" và "thiết lập mệnh đề toán học" có tỷ lệ học sinh đạt mức độ cao thấp hơn, lần lượt khoảng 45% và 40%, cho thấy đây là những kỹ năng học sinh còn yếu, cần được chú trọng bồi dưỡng.

  4. So sánh với các nghiên cứu trước: Kết quả tương đồng với báo cáo của ngành và các nghiên cứu trong nước cho thấy năng lực mô hình hóa toán học của học sinh phổ thông còn nhiều hạn chế, đặc biệt trong việc vận dụng kiến thức toán học vào giải quyết vấn đề thực tế.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân của những hạn chế trên có thể do chương trình và sách giáo khoa hiện tại vẫn tập trung nhiều vào việc giải bài toán thuần túy, chưa thực sự phát triển kỹ năng mô hình hóa toàn diện cho học sinh. Việc đánh giá NL MHH qua thang đo chi tiết giúp giáo viên nhận diện được điểm mạnh, điểm yếu của từng học sinh, từ đó điều chỉnh phương pháp dạy học phù hợp.

So với các nghiên cứu quốc tế, việc áp dụng thang đánh giá một phần đa chiều giúp cân bằng giữa tính đa diện của năng lực và tính khả thi trong thực tiễn giáo dục Việt Nam. Biểu đồ phân bố mức độ năng lực của học sinh theo từng kỹ năng thành phần có thể minh họa rõ nét sự khác biệt về năng lực, hỗ trợ việc ra quyết định giáo dục.

Ý nghĩa của nghiên cứu nằm ở việc cung cấp một công cụ đánh giá chuẩn mực, chi tiết, có thể áp dụng rộng rãi trong các trường phổ thông, góp phần nâng cao chất lượng dạy học môn Toán theo định hướng phát triển năng lực.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Tăng cường bồi dưỡng kỹ năng mô hình hóa cho giáo viên: Tổ chức các khóa tập huấn chuyên sâu về NL MHH và cách sử dụng thang đánh giá chi tiết, nhằm nâng cao năng lực đánh giá và hướng dẫn học sinh phát triển kỹ năng mô hình hóa. Thời gian thực hiện trong vòng 1 năm, do Sở Giáo dục và Đào tạo phối hợp với các trường đại học sư phạm chủ trì.

  2. Áp dụng thang đánh giá NL MHH trong các tiết học và kiểm tra định kỳ: Giáo viên cần sử dụng thang đánh giá để theo dõi tiến trình phát triển năng lực của học sinh, từ đó điều chỉnh nội dung và phương pháp dạy học phù hợp. Mục tiêu nâng tỷ lệ học sinh đạt mức độ thành thạo trở lên trong NL MHH lên trên 70% trong 2 năm tới.

  3. Phát triển tài liệu dạy học và bài tập thực tiễn gắn với mô hình hóa: Biên soạn và cập nhật các bài tập, tình huống thực tế liên quan đến bài toán GTLN - GTNN nhằm kích thích sự hứng thú và phát triển kỹ năng mô hình hóa của học sinh. Chủ thể thực hiện là các nhóm chuyên gia và giáo viên Toán, hoàn thành trong 18 tháng.

  4. Khuyến khích nghiên cứu và ứng dụng công nghệ hỗ trợ mô hình hóa: Sử dụng phần mềm toán học và các công cụ trực quan để hỗ trợ học sinh trong quá trình mô hình hóa, giúp các em dễ dàng hình dung và giải quyết vấn đề. Thời gian triển khai thử nghiệm trong 1 năm tại một số trường trọng điểm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên Toán phổ thông: Nhận được công cụ đánh giá chi tiết, giúp theo dõi và phát triển năng lực mô hình hóa của học sinh, từ đó nâng cao hiệu quả dạy học.

  2. Nhà quản lý giáo dục: Có cơ sở khoa học để xây dựng chính sách, chương trình đào tạo và bồi dưỡng giáo viên, đồng thời đánh giá chất lượng giáo dục theo định hướng phát triển năng lực.

  3. Nghiên cứu sinh, học viên cao học chuyên ngành Didactic Toán: Tham khảo phương pháp xây dựng thang đánh giá năng lực, cách thiết kế nghiên cứu thực nghiệm và phân tích dữ liệu trong lĩnh vực giáo dục toán học.

  4. Nhà phát triển chương trình và sách giáo khoa: Sử dụng kết quả nghiên cứu để thiết kế nội dung, bài tập và công cụ đánh giá phù hợp với mục tiêu phát triển năng lực mô hình hóa toán học cho học sinh phổ thông.

Câu hỏi thường gặp

  1. Năng lực mô hình hóa toán học là gì?
    NL MHH là khả năng thực hiện đầy đủ các bước của quá trình mô hình hóa toán học nhằm giải quyết vấn đề thực tế, bao gồm xây dựng mô hình, giải quyết bài toán toán học, phiên dịch kết quả và đánh giá mô hình.

  2. Tại sao cần đánh giá năng lực mô hình hóa?
    Đánh giá NL MHH giúp giáo viên nhận biết được mức độ phát triển kỹ năng của học sinh, từ đó điều chỉnh phương pháp dạy học phù hợp, nâng cao hiệu quả giáo dục và phát triển năng lực toàn diện cho học sinh.

  3. Thang đánh giá NL MHH được xây dựng như thế nào?
    Thang đánh giá dựa trên cấu trúc NL MHH gồm 8 kỹ năng thành phần, với các mức độ biểu hiện rõ ràng từ không đạt đến nổi bật, được thiết kế để đánh giá toàn diện quá trình mô hình hóa của học sinh.

  4. Làm thế nào để áp dụng thang đánh giá trong thực tế?
    Giáo viên sử dụng thang đánh giá để quan sát, phân tích bài làm hoặc quá trình thực hiện mô hình hóa của học sinh, từ đó đánh giá mức độ năng lực và cung cấp phản hồi cụ thể nhằm hỗ trợ học sinh phát triển.

  5. Kết quả nghiên cứu có thể áp dụng ở đâu ngoài lớp 12?
    Mặc dù nghiên cứu tập trung vào chủ đề GTLN - GTNN lớp 12, phương pháp xây dựng thang đánh giá và các nguyên tắc đánh giá có thể được điều chỉnh và áp dụng cho các chủ đề toán học khác và các cấp học khác nhằm phát triển NL MHH.

Kết luận

  • Luận văn đã xây dựng thành công thang đánh giá năng lực mô hình hóa toán học chi tiết, phù hợp với chủ đề tìm giá trị lớn nhất, giá trị nhỏ nhất của hàm số ở lớp 12.
  • Thang đánh giá thể hiện rõ các kỹ năng thành phần và mức độ biểu hiện năng lực, giúp phân hóa năng lực học sinh một cách hiệu quả.
  • Thực nghiệm tại một số trường THPT cho thấy thang đánh giá có tính khả thi và ứng dụng thực tiễn cao.
  • Kết quả nghiên cứu góp phần cung cấp công cụ đánh giá chuẩn mực, hỗ trợ giáo viên phát triển năng lực mô hình hóa cho học sinh theo định hướng đổi mới giáo dục.
  • Đề xuất các giải pháp bồi dưỡng giáo viên, áp dụng thang đánh giá, phát triển tài liệu và ứng dụng công nghệ nhằm nâng cao chất lượng dạy học môn Toán.

Next steps: Triển khai rộng rãi thang đánh giá trong các trường phổ thông, tổ chức tập huấn cho giáo viên và tiếp tục nghiên cứu mở rộng áp dụng cho các chủ đề toán học khác.

Call to action: Các nhà giáo dục, quản lý và nghiên cứu hãy cùng phối hợp để áp dụng và hoàn thiện công cụ đánh giá năng lực mô hình hóa toán học, góp phần nâng cao chất lượng giáo dục toán học Việt Nam.