Tổng quan nghiên cứu

Khái niệm tích phân là một nội dung trọng tâm trong chương trình Toán lớp 12, đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển tư duy giải tích và ứng dụng toán học trong thực tiễn. Theo thống kê, từ năm 2009 đến 2016, trong các kỳ thi tuyển sinh đại học và tốt nghiệp THPT, có khoảng 22/23 bài tập liên quan đến tính tích phân dưới dạng tính tích phân xác định, trong khi chỉ có duy nhất một bài tập về tính diện tích hình phẳng. Sự thay đổi hình thức thi sang trắc nghiệm khách quan từ năm 2017 đã tạo ra thách thức mới cho việc dạy học khái niệm tích phân, đòi hỏi giáo viên phải điều chỉnh phương pháp giảng dạy để phù hợp với yêu cầu mới. Mục tiêu nghiên cứu nhằm khảo sát thực hành dạy học của giáo viên về khái niệm tích phân trong bối cảnh đổi mới chương trình và hình thức thi, tập trung vào việc phân tích các cách tiếp cận khái niệm tích phân, praxéologies được sử dụng trong SGK và thực tế giảng dạy, cũng như tác động của máy tính bỏ túi (MTBT) trong quá trình dạy và học. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào chương trình Toán lớp 12 tại Việt Nam, đặc biệt là trong năm học 2016-2017, với dữ liệu thu thập từ SGK, đề thi minh họa của Bộ GD-ĐT và khảo sát thực tế tại một số trường THPT. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao hiệu quả dạy học tích phân, góp phần đổi mới phương pháp giảng dạy và chuẩn bị cho học sinh thích ứng với hình thức thi trắc nghiệm hiện đại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu vận dụng thuyết nhân học và lý thuyết tình huống trong didactic toán để phân tích thực hành dạy học khái niệm tích phân. Ba cách tiếp cận chính về khái niệm tích phân được xác định dựa trên lịch sử phát triển toán học:

  1. Tiếp cận hình học: Tích phân được xem là diện tích hình phẳng hoặc thể tích vật thể, xuất phát từ bài toán thực tiễn tính diện tích và thể tích.

  2. Tiếp cận giải tích: Tích phân được định nghĩa là giới hạn của tổng vô hạn các phần tử vô cùng bé, thể hiện qua định nghĩa tích phân Riemann với các khái niệm giới hạn và tổng.

  3. Tiếp cận đạo hàm - nguyên hàm: Tích phân được xem là phép toán ngược của đạo hàm, dựa trên công thức Newton-Leibniz, giúp tính tích phân xác định thông qua nguyên hàm.

Các praxéologies (tổ hợp nhiệm vụ, kỹ thuật và công nghệ) liên quan đến tính tích phân và ứng dụng được phân tích trong SGK và thực tế giảng dạy, bao gồm các kỹ thuật tính tích phân, tính diện tích hình phẳng, thể tích vật thể, và các bài toán ứng dụng vật lý.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính bao gồm:

  • Phân tích chương trình và SGK Toán lớp 12 (cả chương trình Chuẩn và Nâng cao).
  • Phân tích các đề thi minh họa và đề thi chính thức của Bộ GD-ĐT năm học 2016-2017.
  • Quan sát, ghi âm và phân tích tiết dạy của hai giáo viên dạy chương trình Chuẩn và Nâng cao.
  • Khảo sát khoảng 20 giáo viên Toán lớp 12 về thực hành dạy học khái niệm tích phân.

Phương pháp phân tích bao gồm:

  • Phân tích nội dung chương trình, SGK và đề thi để xác định các cách tiếp cận và praxéologies được sử dụng.
  • Phân tích thực hành dạy học qua quan sát tiết dạy và khảo sát để đánh giá sự phù hợp và thay đổi trong giảng dạy.
  • So sánh các praxéologies trong SGK, đề thi và thực tế giảng dạy.
  • Thời gian nghiên cứu tập trung trong năm học 2016-2017, giai đoạn chuyển đổi hình thức thi sang trắc nghiệm.

Cỡ mẫu khảo sát gồm khoảng 20 giáo viên được chọn theo phương pháp chọn mẫu thuận tiện nhằm phản ánh thực trạng đa dạng về chương trình và kinh nghiệm giảng dạy.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

  1. Ba cách tiếp cận khái niệm tích phân được trình bày trong SGK: Cách tiếp cận thứ ba (tích phân là phép toán ngược của đạo hàm) được chọn làm định nghĩa chính trong SGK Chuẩn và Nâng cao, chiếm ưu thế trong giảng dạy. Cách tiếp cận thứ nhất (hình học) và thứ hai (giải tích) được đề cập trong phần bài đọc thêm hoặc ứng dụng, nhưng không phải là định nghĩa chính thức. Ví dụ, SGK Nâng cao giới thiệu bài toán quãng đường và ứng dụng vật lý để minh họa mối liên hệ giữa tích phân và đạo hàm.

  2. Praxéologies chủ yếu tập trung vào tính toán tích phân và ứng dụng hình học: Trong SGK, các nhiệm vụ tính tích phân chiếm đa số (khoảng 317 bài tập), trong đó phần lớn có thể sử dụng MTBT để tính nhanh kết quả. Các nhiệm vụ tính diện tích hình phẳng và thể tích vật thể cũng được đề cập nhưng với số lượng ít hơn, đặc biệt ứng dụng vật lý (tính quãng đường) chỉ xuất hiện trong SGK Nâng cao.

  3. Ảnh hưởng của MTBT trong dạy học và thi cử: MTBT có chức năng tính tích phân giúp học sinh dễ dàng tìm ra kết quả các bài tập tính tích phân xác định, đặc biệt trong hình thức thi trắc nghiệm. Điều này làm giảm nhu cầu hiểu sâu về các kỹ thuật tính tích phân truyền thống, gây thách thức cho giáo viên trong việc duy trì chất lượng dạy học. Ví dụ, trong các đề thi minh họa năm 2016-2017, nhiều câu hỏi có thể giải nhanh bằng MTBT, nhưng cũng có câu hỏi yêu cầu học sinh vận dụng kiến thức để phân tích hàm số hoặc tìm biến số phù hợp trước khi tính tích phân.

  4. Sự thay đổi trong thực hành dạy học của giáo viên: Qua quan sát tiết dạy và khảo sát, giáo viên dạy chương trình Nâng cao thường sử dụng đa dạng praxéologies hơn, bao gồm cả các kỹ thuật đổi biến số và tích phân từng phần, đồng thời chú trọng ứng dụng vật lý. Giáo viên chương trình Chuẩn tập trung chủ yếu vào các kỹ thuật tính tích phân cơ bản và ít khai thác ứng dụng. Sự thay đổi hình thức thi trắc nghiệm buộc giáo viên phải điều chỉnh phương pháp dạy, tuy nhiên vẫn còn tồn tại hạn chế trong việc khai thác đầy đủ các cách tiếp cận và ứng dụng của tích phân.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy cách tiếp cận chủ đạo trong SGK và thực tế giảng dạy là dựa trên mối quan hệ giữa tích phân và đạo hàm, phù hợp với khả năng tiếp thu của học sinh phổ thông. Tuy nhiên, việc thiếu sự khai thác sâu sắc cách tiếp cận giải tích (định nghĩa Riemann) và hình học có thể làm hạn chế sự hiểu biết bản chất của tích phân. Sự phổ biến của MTBT trong tính toán tích phân xác định làm giảm áp lực về kỹ thuật tính toán nhưng cũng tạo ra thách thức trong việc phát triển tư duy toán học và khả năng giải quyết vấn đề của học sinh.

So sánh với các nghiên cứu trước đây, kết quả này nhất quán với nhận định rằng giáo viên thường ưu tiên các kỹ thuật tính toán đơn giản và ít khai thác các khía cạnh liên môn hoặc ứng dụng thực tế. Việc đổi mới hình thức thi trắc nghiệm đã tạo cơ hội để mở rộng nội dung kiểm tra, nhưng cũng đòi hỏi sự đổi mới trong phương pháp dạy học để phát huy hiệu quả.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ phân bố số lượng bài tập theo từng loại praxéologies trong SGK và đề thi, cũng như bảng so sánh tỷ lệ sử dụng các kỹ thuật tính tích phân trong thực hành giảng dạy của giáo viên chương trình Chuẩn và Nâng cao.

Đề xuất và khuyến nghị

  1. Đổi mới phương pháp dạy học tích phân theo hướng đa dạng hóa cách tiếp cận
    Giáo viên cần được đào tạo và khuyến khích sử dụng đồng thời cả ba cách tiếp cận khái niệm tích phân (hình học, giải tích, đạo hàm-nguyên hàm) để giúp học sinh hiểu sâu sắc bản chất và ứng dụng của tích phân. Mục tiêu là nâng cao tỷ lệ học sinh nắm vững khái niệm tích phân trong vòng 1-2 năm tới. Bộ GD-ĐT và các trường đại học sư phạm nên tổ chức các khóa bồi dưỡng chuyên sâu cho giáo viên.

  2. Tăng cường sử dụng MTBT như công cụ hỗ trợ, không thay thế tư duy toán học
    Khuyến khích giáo viên hướng dẫn học sinh sử dụng MTBT để kiểm tra kết quả và hỗ trợ tính toán, đồng thời phát triển kỹ năng phân tích, lập luận và giải thích kết quả. Mục tiêu giảm thiểu việc học sinh phụ thuộc hoàn toàn vào MTBT trong 1 năm học tiếp theo. Các trường cần xây dựng quy định và hướng dẫn sử dụng MTBT hợp lý trong dạy học và kiểm tra.

  3. Phát triển tài liệu giảng dạy và đề thi phù hợp với hình thức thi trắc nghiệm
    Cần xây dựng bộ đề thi và bài tập trắc nghiệm phong phú, đa dạng, tập trung vào đánh giá khả năng vận dụng kiến thức, phân tích và giải quyết vấn đề thay vì chỉ tính toán đơn thuần. Mục tiêu hoàn thiện bộ đề mẫu trong vòng 1 năm để hỗ trợ giáo viên và học sinh chuẩn bị thi THPT quốc gia.

  4. Khuyến khích liên môn trong dạy học tích phân
    Tích hợp các bài toán ứng dụng vật lý, kỹ thuật và thực tiễn vào giảng dạy để tăng tính hấp dẫn và thực tế của khái niệm tích phân. Giáo viên nên phối hợp với các bộ môn liên quan để xây dựng các bài học liên môn trong 2 năm tới nhằm nâng cao hiệu quả học tập.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

  1. Giáo viên Toán THPT
    Giúp hiểu rõ các cách tiếp cận khái niệm tích phân, praxéologies và phương pháp dạy học phù hợp với hình thức thi trắc nghiệm hiện nay, từ đó điều chỉnh phương pháp giảng dạy hiệu quả.

  2. Nhà quản lý giáo dục và cán bộ bồi dưỡng giáo viên
    Cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng chương trình đào tạo, bồi dưỡng giáo viên, đồng thời phát triển tài liệu giảng dạy và đánh giá phù hợp với đổi mới giáo dục.

  3. Sinh viên ngành Sư phạm Toán
    Hỗ trợ nghiên cứu và thực hành sư phạm, nắm vững kiến thức chuyên sâu về khái niệm tích phân và các phương pháp dạy học hiện đại.

  4. Nhà nghiên cứu giáo dục toán học
    Là tài liệu tham khảo quan trọng để tiếp tục nghiên cứu về didactic toán, đặc biệt trong lĩnh vực dạy học giải tích và tích phân, cũng như tác động của công nghệ vào giáo dục.

Câu hỏi thường gặp

  1. Khái niệm tích phân được dạy theo cách nào trong chương trình THPT hiện nay?
    Chương trình chủ yếu dạy tích phân theo cách tiếp cận là phép toán ngược của đạo hàm, dựa trên công thức Newton-Leibniz, giúp học sinh dễ tiếp cận và áp dụng trong tính toán.

  2. Máy tính bỏ túi ảnh hưởng thế nào đến việc dạy và học tích phân?
    MTBT giúp học sinh tính nhanh các tích phân xác định, giảm bớt áp lực tính toán thủ công, nhưng cũng có thể làm giảm khả năng hiểu sâu và vận dụng kỹ thuật tính tích phân nếu không được hướng dẫn đúng cách.

  3. Làm sao giáo viên có thể giúp học sinh hiểu bản chất của tích phân?
    Giáo viên nên kết hợp ba cách tiếp cận: giải thích nguồn gốc hình học, định nghĩa giải tích qua giới hạn tổng, và mối quan hệ với đạo hàm, đồng thời sử dụng các ví dụ thực tế và bài tập vận dụng đa dạng.

  4. Các đề thi trắc nghiệm có kiểm tra được kiến thức sâu về tích phân không?
    Nếu đề thi chỉ yêu cầu tính toán đơn thuần, MTBT có thể hỗ trợ nhiều. Tuy nhiên, các câu hỏi yêu cầu phân tích hàm số, tìm biến đổi phù hợp hoặc chứng minh sẽ đánh giá được kiến thức sâu và tư duy của học sinh.

  5. Có nên tích hợp liên môn trong dạy học tích phân không?
    Rất nên, vì tích phân có nhiều ứng dụng trong vật lý, kỹ thuật và các lĩnh vực khác, giúp học sinh thấy được tính thực tiễn và tăng hứng thú học tập.

Kết luận

  • Ba cách tiếp cận khái niệm tích phân (hình học, giải tích, đạo hàm-nguyên hàm) đều cần được khai thác trong dạy học để giúp học sinh hiểu toàn diện.
  • SGK và thực tế giảng dạy hiện nay chủ yếu tập trung vào cách tiếp cận đạo hàm-nguyên hàm, với nhiều bài tập tính toán có thể sử dụng MTBT.
  • MTBT là công cụ hỗ trợ hiệu quả nhưng cần được sử dụng đúng cách để không làm giảm khả năng tư duy và vận dụng kiến thức của học sinh.
  • Hình thức thi trắc nghiệm đã tạo ra thách thức và cơ hội đổi mới phương pháp dạy học, đòi hỏi giáo viên và nhà quản lý giáo dục phải thích ứng kịp thời.
  • Các bước tiếp theo bao gồm đào tạo giáo viên, phát triển tài liệu giảng dạy và đề thi phù hợp, đồng thời khuyến khích liên môn và ứng dụng thực tế trong dạy học tích phân.

Hành động ngay: Các giáo viên và nhà quản lý giáo dục nên tham khảo kết quả nghiên cứu này để điều chỉnh phương pháp dạy học, đồng thời tích cực tham gia các khóa bồi dưỡng nhằm nâng cao chất lượng giảng dạy và đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục hiện đại.