Tổng quan luận án

Đề tài "Các đại lượng hình học trong dạy học Toán tiểu học" được nghiên cứu sinh Trần Đức Thuận thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của PGS.TS. Nguyễn Chí Thành và PGS.TS. Nguyễn Thị Nga, bảo vệ năm 2020 tại Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh. Luận án thuộc chuyên ngành Lí luận và Phương pháp dạy học bộ môn Toán, mã số 62 14 01 11.

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Xuất phát điểm của đề tài bắt nguồn từ sự phân hóa nhận thức của học sinh ở các cấp học: nghiên cứu của tác giả Trần Đức Thuận (2014) chỉ ra rằng ở cấp trung học cơ sở, quan niệm gắn diện tích của một hình với số chiếm ưu thế so với quan niệm xem diện tích là phần mặt phẳng được giới hạn bởi hình đó; trong khi đó, nghiên cứu của Huỳnh Thị Kim Nga (2007) lại khẳng định phần lớn học sinh cuối tiểu học và trung học cơ sở quan niệm thể tích của một hình là phần không gian mà nó chiếm chỗ. Sự mâu thuẫn này đặt ra câu hỏi về nguồn gốc hình thành quan niệm từ bậc tiểu học.

Trong Chương trình giáo dục phổ thông 2006, các nội dung độ dài, chu vi, diện tích, thể tích nằm rải rác ở hai mạch kiến thức "đại lượng và đo đại lượng" và "yếu tố hình học". Đến Chương trình giáo dục phổ thông 2018, các nội dung này được quy tụ vào mạch "hình học và đo lường", đồng thời chương trình mới nhấn mạnh yêu cầu tổ chức hoạt động trải nghiệm và phát triển năng lực mô hình hóa toán học. Mặc dù các đại lượng hình học giữ vị trí cốt lõi trong chương trình tiểu học, các nghiên cứu trong nước trước đây chủ yếu tập trung vào kỹ thuật tính toán, rèn luyện kỹ năng giải toán hoặc ứng dụng công nghệ thông tin vào bài giảng công thức, thiếu vắng những nghiên cứu hệ thống về tri thức luận, so sánh thể chế và việc tích hợp hoạt động trải nghiệm, mô hình hóa toán học để khắc phục các chướng ngại nhận thức của học sinh.

Mục tiêu nghiên cứu

Luận án hướng đến việc trang bị cho giáo viên tiểu học các hiểu biết cơ bản về lý thuyết học tập trải nghiệm, mô hình hóa toán học và Didactic Toán; cung cấp các ví dụ minh họa về thiết kế hoạt động học tập trải nghiệm dựa trên kết quả phân tích tri thức luận và nghiên cứu đối sánh thể chế dạy học.

Câu hỏi nghiên cứu

  1. Q1: Các đại lượng hình học có những đặc trưng tri thức luận nào? Cụ thể, các đại lượng hình học cho phép giải quyết những bài toán, những vấn đề nào? Những điều kiện và trở ngại cho sự hình thành các đại lượng hình học?
  2. Q2: Quan hệ thể chế dạy học Toán tiểu học với các đại lượng hình học? So với lưới tổ chức toán học tham chiếu liên quan đến các đại lượng hình học, những tổ chức toán học nào được đưa vào sách giáo khoa Việt Nam?
  3. Q3: Ảnh hưởng của quan hệ thể chế dạy học cấp tiểu học ở Việt Nam lên quan hệ cá nhân của người dạy, người học với các đại lượng hình học? Các hoạt động trải nghiệm có thể điều chỉnh các mối quan hệ cá nhân này như thế nào?

Giả thuyết nghiên cứu

  • GT1: Đối với học sinh tiểu học, thể tích vật chứa được đồng nhất với thể tích tính bởi kích thước mặt ngoài hoặc dung tích của vật.
  • GT2: Liên quan bài toán so sánh diện tích và vẽ hình cùng diện tích, học sinh và giáo viên tiểu học ưu tiên các chiến lược gắn với số hơn chiến lược hình học, ngay cả trong trường hợp các chiến lược gắn với số không cho kết quả phù hợp thực tiễn.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Quá trình dạy học các đại lượng hình học ở tiểu học trong mối quan hệ với học tập trải nghiệm và mô hình hóa toán học.
  • Phạm vi nghiên cứu:
    • Về chương trình và sách giáo khoa (SGK): Các bộ SGK Toán tiểu học dùng ở miền Nam Việt Nam từ năm 1976 đến nay (các bộ sách năm 1976, 1981, 1991 và bộ SGK hiện hành từ năm 2002); một bộ SGK hiện hành tại Pháp (Cap Maths) và một bộ SGK hiện hành tại Singapore (My Pals Are Here!).
    • Về địa bàn thực nghiệm: Khảo sát và thực nghiệm sư phạm tiến hành chủ yếu tại Thành phố Hồ Chí Minh trên đối tượng học sinh lớp 5 và giáo viên tiểu học.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Luận án đã tổng thuật hệ thống các công trình nghiên cứu trong và ngoài nước theo ba hướng tiếp cận chính:

1. Hướng nghiên cứu tri thức luận và Didactic về đại lượng hình học

  • Nghiên cứu quốc tế: Baltar (1996) xác định ba bài toán đặc trưng của khái niệm diện tích (xác định số đo, so sánh diện tích, cầu phương) cùng hai cách tiếp cận: hình học (lý thuyết đẳng hợp) và gắn với số. Bessot và Eberhard (1987) nghiên cứu mô hình định vị và đo lường của độ dài. Perrin-Glorian (1993, 1999) phân tích ba phương diện của đại lượng (phương diện hình dạng, phương diện số đo và phương diện đại lượng - lớp tương đương), đồng thời vạch rõ các sai lầm khi học sinh đồng nhất chu vi với diện tích. Pressiat (1999) chứng minh hạn chế của lý thuyết đẳng hợp đối với thể tích đa diện qua định lý Dehn. Brousseau (1997, 2000) làm rõ tính phức tạp của phép đo và các chướng ngại tri thức luận. Chambris (2008) và Anwandter-Cuellar (2013) nghiên cứu quan hệ giữa đại lượng, số và phép tính, xây dựng lưới 7 kiểu nhiệm vụ tham chiếu. Céli (2002) phân tích vai trò công thức diện tích như cầu nối giữa hình học và số học. Guissard, Lambrecht, Van Geet, Vansimpsen (1998) nghiên cứu việc sử dụng môi trường nước trong dạy học thể tích.
  • Nghiên cứu trong nước: Trần Đức Thuận (2014) và Huỳnh Thị Kim Nga (2007) khảo sát quan niệm về diện tích và thể tích ở học sinh phổ thông; Dương Hữu Tòng (2014) nghiên cứu cơ chế công cụ của diện tích trong dạy phân số; Vũ Văn Tám (2012) đối sánh nội dung hình học tiểu học giữa Việt Nam và Singapore; Nguyễn Phụ Hy và Bùi Thị Hường (1987) định hình thuật ngữ đại lượng hình học; các tác giả Trần Ngọc Bích (2013), Thái Huy Vinh (2007), Lê Thị Hồng Chi (2013), Đỗ Thị Phương Thảo, Vũ Diệu Hương, Vũ Thị Lê (2014), Nguyễn Thị Thu Hà (2016), Đoàn Thu Hằng (2018), Nguyễn Thị Kim Thoa (2014), Nguyễn Thị Xuân (2013), Nguyễn Mạnh Chung (2016), Hoàng Bá Thịnh (2014), Nguyễn Tiến Trung và Nguyễn Mạnh Tuấn (2014), Nguyễn Thị Thúy Vân (2015) nghiên cứu các phương pháp xây dựng công thức, khai thác bài toán tính và so sánh diện tích.

2. Hướng nghiên cứu về học tập trải nghiệm

  • Nghiên cứu quốc tế: David Kolb (1984, 2015) phát triển lý thuyết học tập trải nghiệm kế thừa từ Dewey, Lewin và Piaget; Kolb (2005) ứng dụng trong giáo dục đại học; Okura và Bahara (2010), Peker và Mirasyedioğlu (2008) nghiên cứu phong cách học tập của giáo sinh; Davidovitch, Yavich và Keller (2014) nghiên cứu sự tương thích giữa toán học và học tập trải nghiệm qua tranh luận toán học.
  • Nghiên cứu trong nước: Nhóm tác giả Nguyễn Quang Nhữ (2016), Phạm Thanh Phương (2017), Lê Thị Cẩm Nhung (2016), Đỗ Hoàng Mai (2017) tiếp cận trải nghiệm dưới góc độ hình thức tổ chức dạy học gắn với thực tiễn. Nhóm tác giả Dương Giáng Thiên Hương (2017), Nguyễn Thị Thu Hà (2016), Nguyễn Thị Hằng (2018), Nguyễn Văn Hạnh (2018), Võ Trung Minh (2018, 2019), Chu Thị Hồng Nhung (2018), Lê Khánh Tùng (2016), Nguyễn Thị Quỳnh Trang (2017), Nguyễn Hữu Tuyến (2017, 2018), Trần Thị Gái (2018) vận dụng chu trình học tập trải nghiệm của Kolb vào các môn học và bài học cụ thể.

3. Hướng nghiên cứu về mô hình hóa toán học

  • Nghiên cứu quốc tế: Blum (1993, 2002), Blum và Niss (1991), Edwards và Hamson (2001), Swetz và Hartzler (1991) xác lập khái niệm và các giai đoạn mô hình hóa; Coulange (1997) xây dựng sơ đồ 4 bước chuyển đổi giữa thế giới thực và thế giới toán học; Hock (2014) nghiên cứu mô hình hóa cho giáo viên trung học.
  • Nghiên cứu trong nước: Nguyễn Thị Tân An (2016) xây dựng khung đánh giá năng lực mô hình hóa và các tình huống toán học hóa; Lê Thị Hoài Châu (2013, 2017), Lê Văn Tiến (2005) phân biệt dạy học mô hình hóa và dạy học bằng mô hình hóa; Nguyễn Thị Nga (2014, 2016, 2017), Nguyễn Danh Nam (2014, 2016), Trần Trung (2014, 2016), Lê Hồng Quang (2017), Phan Anh (2015), Bùi Minh Đức và Vũ Hữu Tuyên (2016), Trần Kiêm Minh (2014), Trần Việt Cường và Nguyễn Thị Trúc Minh (2018), Phạm Thị Diệu Thùy và Dương Thị Hà (2018) nghiên cứu thực trạng và thiết kế các tình huống mô hình hóa trong trường phổ thông.

Khoảng trống luận án giải quyết

Hầu hết các nghiên cứu mô hình hóa tập trung ở cấp trung học phổ thông, trong khi các nghiên cứu về đại lượng hình học ở tiểu học tại Việt Nam nặng về rèn luyện kỹ năng giải toán theo công thức số học. Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống: Tích hợp lý thuyết Didactic Toán, học tập trải nghiệm và mô hình hóa toán học nhằm phục hồi phương diện hình học và phương diện đại lượng, khắc phục sự thiên lệch vào phương diện số trong dạy học các đại lượng hình học ở tiểu học.


Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết và khái niệm công cụ

  1. Lý thuyết học tập trải nghiệm (David Kolb):
    • Chu trình 4 giai đoạn: Kinh nghiệm cụ thể $\rightarrow$ Quan sát phản chiếu $\rightarrow$ Quan niệm hóa trừu tượng $\rightarrow$ Thử nghiệm tích cực.
    • 6 đặc tính cốt lõi: Chú trọng quá trình hơn kết quả; quá trình liên tục dựa trên kinh nghiệm; giải quyết mâu thuẫn giữa các phương thức đối lập biện chứng; thích nghi toàn diện với cuộc sống; tương tác giữa con người và môi trường; quá trình kiến tạo tri thức. Luận án ưu tiên thiết kế các hoạt động trải nghiệm chủ quan để học sinh tự điều chỉnh nhận thức qua tương tác với môi trường.
  2. Mô hình hóa toán học:
    • Sử dụng định nghĩa của Edwards và Hamson (2001) và sơ đồ 4 bước của Coulange (1997): Rút gọn hệ thống thực tiễn $\rightarrow$ Thiết lập mô hình toán học $\rightarrow$ Giải bài toán trong môi trường toán học $\rightarrow$ Phân tích, kiểm định và đối chiếu kết quả với thực tế.
    • Phân biệt giữa "dạy học mô hình hóa" và "dạy học bằng mô hình hóa" (Lê Văn Tiến, 2005; Lê Thị Hoài Châu, 2013), trong đó tri thức cần dạy nảy sinh như một công cụ giải quyết bài toán thực tiễn.
  3. Lý thuyết Didactic Toán và Thuyết Nhân học (Yves Chevallard):
    • Khái niệm thể chế ($I$), quan hệ thể chế $R_I(O)$, quan hệ cá nhân $R(X, O)$.
    • Quá trình chuyển hóa sư phạm qua 3 mắt xích: Tri thức bác học $\rightarrow$ Tri thức cần dạy $\rightarrow$ Tri thức được dạy.
    • Khái niệm môi trường, chướng ngại tri thức luận (Brousseau), phân tích sinh thái học và phương pháp đồ án dạy học (ingénierie didactique) với phân tích tiên nghiệm và hậu nghiệm (Artigue).

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp nghiên cứu lý luận: Phân tích tri thức luận lịch sử toán học về khái niệm đại lượng và phép đo; tổng hợp các tài liệu Didactic, học tập trải nghiệm và mô hình hóa.
  • Phương pháp so sánh thể chế: Phân tích đối sánh chương trình, SGV và SGK Toán tiểu học Việt Nam qua 4 giai đoạn (1976, 1981, 1991, 2002) với SGK của Pháp (Cap Maths CM1) và Singapore (My Pals Are Here!).
  • Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Thiết kế 4 kịch bản thực nghiệm theo phương pháp đồ án Didactic, phân tích tiên nghiệm các biến dạy học và chiến lược dự kiến, tiến hành thực nghiệm trên học sinh lớp 5 và giáo viên tiểu học tại Thành phố Hồ Chí Minh, thu thập dữ liệu định lượng và định tính để phân tích hậu nghiệm nhằm kiểm chứng giả thuyết.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lí luận

Chương 1 hệ thống hóa ba trụ cột lý thuyết tham chiếu: Lý thuyết học tập trải nghiệm của Kolb, Mô hình hóa toán học và Lý thuyết Nhân học trong Didactic Toán. Luận án làm sáng tỏ tính tương thích giữa ba lý thuyết: hoạt động trải nghiệm và quy trình mô hình hóa đóng vai trò là phương tiện kiến tạo môi trường đối kháng trong Didactic Toán, giúp người học chuyển hóa kinh nghiệm cá nhân và làm nảy sinh tri thức toán học một cách tự nhiên.

+-----------------------------------------------------------------------------------+
|                        MỐI LIÊN HỆ GIỮA CÁC KHUNG LÝ THUYẾT                       |
+--------------------------+---------------------------+----------------------------+
| Lý thuyết Nhân học       | Học tập trải nghiệm       | Mô hình hóa toán học       |
| (Didactic Toán)          | (David Kolb)              | (Coulange, Blum)           |
+--------------------------+---------------------------+----------------------------+
| Tổ chức môi trường       | Kinh nghiệm cụ thể &      | Thế giới thực tiễn &       |
| đối kháng                | Quan sát phản chiếu       | Mô hình phỏng thực tiễn    |
+--------------------------+---------------------------+----------------------------+
| Chuyển hóa sư phạm &     | Quan niệm hóa trừu tượng  | Toán học hóa &             |
| Tri thức mới             |                           | Xây dựng mô hình toán học  |
+--------------------------+---------------------------+----------------------------+
| Điều chỉnh quan hệ       | Thử nghiệm tích cực       | Giải toán, đối chiếu &     |
| cá nhân R(X, O)          |                           | kiểm định thực tiễn        |
+--------------------------+---------------------------+----------------------------+

Chương 2: Đặc trưng tri thức luận của các đại lượng hình học và lưới tổ chức toán học tham chiếu

Chương 2 khảo sát lịch sử tiến triển của các khái niệm độ dài, diện tích, thể tích từ thời cổ đại đến khi lý thuyết độ đo ra đời ở thế kỷ XIX. Luận án phân tích:

  • Bản chất toán học: Khái niệm đại lượng được định nghĩa chặt chẽ thông qua hàm độ đo từ tập hợp các đối tượng hình học vào tập số thực không âm, thỏa mãn tính chất cộng tính và bất biến qua phép dời hình.
  • Ba phương diện của đại lượng hình học:
    1. Phương diện hình: Gắn với hình dạng trực quan, cấu trúc hình học.
    2. Phương diện số: Gắn với số đo thu được sau phép đo đạc hoặc tính toán.
    3. Phương diện đại lượng: Gắn với lớp tương đương của các hình có cùng số đo, không phụ thuộc vào việc lựa chọn đơn vị đo.
  • Các chướng ngại tri thức luận: Chướng ngại về hình đơn vị (khó khăn khi lấp đầy bề mặt hình tam giác bằng các hình vuông nguyên vẹn); chướng ngại đồng nhất chu vi với diện tích (cho rằng chu vi tăng thì diện tích tăng, hoặc cùng chu vi thì cùng diện tích); chướng ngại phân biệt thể tích thực của vật thể với dung tích/thể tích lòng vật chứa.
  • Lưới tổ chức toán học (OM) tham chiếu: Luận án kế thừa và chuẩn hóa 7 kiểu nhiệm vụ theo Anwandter-Cuellar (2013):
Ký hiệu Kiểu nhiệm vụ trong lưới tổ chức toán học tham chiếu
$T_1$ So sánh các đại lượng
$T_2$ Tính toán đại lượng
$T_3$ Nghiên cứu ảnh hưởng của phép biến hình/biến dạng hình học lên đại lượng; tối ưu hóa đại lượng theo ràng buộc
$T_4$ Dựng một đối tượng theo kích thước đã cho
$T_5$ Dựng một đối tượng có kích thước bé hơn hay lớn hơn đối tượng khác
$T_6$ Đổi đơn vị đo
$T_7$ Đo lường

Chương 3: Nghiên cứu quan hệ thể chế với các đại lượng hình học

Chương 3 tập trung phân tích thể chế dạy học toán tiểu học tại Việt Nam qua các giai đoạn lịch sử và đối sánh quốc tế:

  • Thể chế SGK Việt Nam hiện hành (từ năm 2002):
    • Khối lượng bài tập tập trung áp đảo vào kiểu nhiệm vụ $T_2$ (tính toán theo công thức đại số) và $T_6$ (đổi đơn vị đo theo bảng quy đổi).
    • Kiểu nhiệm vụ $T_3$ (tối ưu hóa, biến dạng hình), $T_4, T_5$ (dựng hình) và $T_7$ (đo đạc thực tế) hầu như vắng bóng.
    • Thể chế hiện hành nhấn mạnh phương diện số, xem nhẹ phương diện hình và phương diện đại lượng; quy tắc tính diện tích, thể tích được đưa ra nhanh chóng bằng công thức giải tích thay vì thông qua hoạt động cắt ghép hình học.
  • Đối chiếu lịch sử SGK Việt Nam (1976, 1981, 1991, 2002): Các bộ sách giai đoạn 1976 - 1991 dành nhiều dung lượng cho hoạt động thực hành đo đạc, dùng bảng kẻ ô và kỹ thuật cắt ghép trực quan. Bộ sách 2002 đã lược bỏ bớt các hoạt động trải nghiệm thực hành này để chuyển trọng tâm sang tính toán số học.
  • Đối sánh với thể chế Pháp và Singapore:
    • SGK Pháp: Chú trọng phương diện đại lượng qua việc sử dụng đơn vị diện tích tùy ý ($u$), tam giác đơn vị; khai thác bài toán đo độ dài bằng thước gãy/hỏng; đưa vào các nhiệm vụ hai hình cùng chu vi nhưng khác diện tích ($T_3$).
    • SGK Singapore: Phân biệt rạch ròi giữa thể tích (volume) và dung tích (capacity); sử dụng thước dây đo đường cong; xây dựng công thức tính diện tích hình tròn bằng cách cắt ghép nhiều phần rẻ quạt; đưa vào các bài toán tối ưu hóa và đọc thông tin thực tế trên bao bì sản phẩm.
Tiêu chí đối sánh SGK Việt Nam hiện hành (HHVN) SGK Pháp (Cap Maths) SGK Singapore (My Pals Are Here!)
Phân phối nhiệm vụ Tập trung chủ yếu vào $T_2$ (tính toán) và $T_6$ (đổi đơn vị) Phân bố đều từ $T_1$ đến $T_7$; chú trọng $T_1, T_3, T_7$ Cân bằng giữa $T_2, T_3, T_6, T_7$; nhiều bài toán thực tế
Tiếp cận diện tích Giới thiệu nhanh bằng ô vuông $\rightarrow$ áp dụng công thức số Dùng đơn vị đo tùy ý ($u$), lưới tam giác, cắt ghép bảo toàn diện tích Cắt ghép rẻ quạt thành hình chữ nhật để lập công thức
Tiếp cận thể tích Áp dụng trực tiếp công thức $V = a \times b \times c$ cho khối đặc Khảo sát thể tích qua mực nước dâng trong bình đo Tách biệt tường minh khái niệm thể tích khối và dung tích chứa
Phương diện chủ đạo Phương diện số chiếm ưu thế tuyệt đối Phương diện đại lượng và hình học được duy trì Kết hợp hài hòa phương diện số và thực nghiệm đo đạc

Chương 4: Biện pháp sư phạm và thực nghiệm

Từ các phân tích tri thức luận và thể chế, luận án đề xuất 3 biện pháp sư phạm:

  1. Biện pháp 1: Thiết kế các hoạt động trải nghiệm chủ quan để học sinh tiếp cận đủ ba phương diện (hình, số, đại lượng) của các đại lượng hình học.
  2. Biện pháp 2: Vận dụng quy trình dạy học bằng mô hình hóa toán học thông qua các tình huống thực tiễn gắn với đời sống.
  3. Biện pháp 3: Bổ sung các kiểu nhiệm vụ còn thiếu trong thể chế hiện hành ($T_3$: tối ưu hóa/biến dạng; $T_4, T_5$: dựng hình; $T_7$: đo lường bằng dụng cụ linh hoạt).

Luận án đã tiến hành 4 thực nghiệm sư phạm:

Thực nghiệm Đối tượng Nội dung kịch bản Kết quả và phân tích hậu nghiệm
Thực nghiệm 1 Học sinh lớp 5 Tính thể tích các khối gỗ hộp chữ nhật (khối đặc, khối rỗng ruột, khối ghép vừa khít). Khẳng định GT1: Học sinh chỉ đo kích thước mặt ngoài rồi nhân lại, đồng nhất thể tích khối rỗng với thể tích khối đặc có cùng kích thước ngoài.
Thực nghiệm 2 58 học sinh lớp 5 Bài toán tìm phương án tối ưu: Cắt các lá thăm hình chữ nhật kích thước cho trước từ một tờ bìa lớn. Khẳng định GT2: Học sinh ưu tiên chiến lược số ($S_{TSDT}$: lấy diện tích tờ bìa chia diện tích lá thăm) hơn chiến lược hình học ($S_{HH}$: xếp hình thực tế), dẫn đến chấp nhận kết quả cắt được số lá thăm không khả thi trong thực tế.
Thực nghiệm 3 Giáo viên tiểu học Bài toán tối ưu hóa cắt lá thăm (tương tự thực nghiệm 2, trước và sau hoạt động trải nghiệm). Trước trải nghiệm, đa số giáo viên kỳ vọng học sinh dùng chiến lược số $S_{TSDT}$. Sau khi trực tiếp thực hành cắt bìa, giáo viên nhận ra mâu thuẫn và chuyển sang ưu tiên chiến lược hình học $S_{HH}$.
Thực nghiệm 4 Giáo viên tiểu học Khảo sát quan hệ giữa chu vi và diện tích qua hoạt động uốn sợi dây không co giãn và cắt ghép hình phẳng. Làm bộc lộ chướng ngại đồng nhất chu vi với diện tích (quan niệm hai hình cùng chu vi thì cùng diện tích hoặc bằng nhau). Hoạt động trải nghiệm giúp giáo viên điều chỉnh nhận thức và phân biệt rõ hai đại lượng.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp về mặt lý luận

  1. Thiết lập và làm sáng tỏ mối liên hệ hữu cơ giữa ba khung lý thuyết tham chiếu: Lý thuyết Nhân học trong Didactic Toán, Lý thuyết học tập trải nghiệm của David Kolb và Lý thuyết mô hình hóa toán học.
  2. Hệ thống hóa các kết quả nghiên cứu tri thức luận về đại lượng hình học, làm rõ ba phương diện (hình, số, đại lượng) và xác lập lưới 7 kiểu nhiệm vụ tổ chức toán học tham chiếu cho dạy học toán tiểu học bằng tiếng Việt.
  3. Vạch rõ nguồn gốc tri thức luận của các chướng ngại thường gặp ở học sinh tiểu học: chướng ngại hình đơn vị, chướng ngại đồng nhất chu vi với diện tích, chướng ngại thể tích vật thể và dung tích chứa.

Đóng góp về mặt thực tiễn

  1. Phân tích có hệ thống quan hệ thể chế dạy học Toán tiểu học tại Việt Nam qua các thời kỳ lịch sử (1976, 1981, 1991, 2002) và so sánh đối chiếu với SGK của Pháp và Singapore; chỉ rõ sự thiếu hụt các kiểu nhiệm vụ $T_3, T_4, T_5, T_7$ trong SGK Việt Nam hiện hành.
  2. Kiểm chứng thực nghiệm hai giả thuyết khoa học (GT1, GT2), chứng minh sự thiên lệch vào các chiến lược số học ở cả học sinh và giáo viên tiểu học khi giải quyết các vấn đề thực tiễn.
  3. Xây dựng và kiểm chứng tính khả thi của 3 biện pháp sư phạm cùng 4 đồ án thực nghiệm, cung cấp các kịch bản dạy học trải nghiệm và mô hình hóa giúp người học khắc phục các chướng ngại nhận thức.

Kiến nghị và giải pháp đề xuất

  • Đối với các nhà phát triển chương trình và biên soạn SGK mới: Cần cân đối tỷ trọng giữa các kiểu nhiệm vụ theo lưới tham chiếu; không chuyển quá nhanh sang công thức tính toán đại số ($T_2$); bổ sung các bài toán biến dạng hình, tối ưu hóa ($T_3$), phân biệt rõ thể tích và dung tích, đưa vào các hoạt động đo đạc thực tế ($T_7$).
  • Đối với công tác đào tạo và bồi dưỡng giáo viên tiểu học: Cần đưa các nội dung tri thức luận và lý thuyết Didactic Toán vào chương trình đào tạo sư phạm; tổ chức cho giáo viên trải nghiệm trực tiếp các tình huống có vấn đề để chuyển đổi nhận thức trước khi thiết kế bài dạy cho học sinh.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Địa bàn nghiên cứu thực nghiệm của luận án tập trung chủ yếu tại Thành phố Hồ Chí Minh; mẫu thực nghiệm tập trung vào học sinh lớp 5 và giáo viên tiểu học; nguồn SGK đối sánh quốc tế giới hạn ở một bộ sách của Pháp (Cap Maths) và một bộ sách của Singapore (My Pals Are Here!).
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    • Mở rộng phạm vi khảo sát và thực nghiệm sư phạm ở các địa bàn nông thôn, vùng sâu vùng xa để đánh giá tính thích ứng của các biện pháp.
    • Nghiên cứu mở rộng việc dạy học các đại lượng hình học cho các lớp đầu cấp tiểu học (lớp 1, 2, 3, 4) và giai đoạn chuyển tiếp lên trung học cơ sở (lớp 6).
    • Tiếp tục theo dõi, đánh giá các bộ SGK mới được biên soạn theo Chương trình giáo dục phổ thông 2018 nhằm kiểm chứng mức độ tích hợp hoạt động trải nghiệm và mô hình hóa toán học trong thực tế dạy học.

Giá trị tham khảo

Luận án là tài liệu tham khảo chuyên môn hữu ích cho các nhóm đối tượng sau:

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học và giảng viên chuyên ngành Lý luận và PPDH bộ môn Toán: Khung lý thuyết tích hợp (Didactic - Trải nghiệm - Mô hình hóa), phương pháp phân tích tri thức luận và quy trình thiết kế đồ án Didactic (ingénierie didactique) tại Chương 1 và Chương 2 là tài liệu mẫu mực về phương pháp luận nghiên cứu.
  • Tác giả viết SGK và nhà phát triển chương trình môn Toán: Phần nghiên cứu đối sánh thể chế tại Chương 3 cung cấp bức tranh chi tiết về cấu trúc nhiệm vụ của SGK Pháp và Singapore, gợi ý các dạng bài tập thực tiễn và kỹ thuật tiếp cận trực quan cho chương trình mới.
  • Cán bộ quản lý chuyên môn và giáo viên tiểu học: Hệ thống 4 đồ án thực nghiệm sư phạm tại Chương 4 cung cấp các kịch bản bài dạy cụ thể, phiếu hoạt động và phương pháp tổ chức học tập trải nghiệm giúp học sinh hiểu đúng bản chất các đại lượng hình học.

Câu hỏi thường gặp

1. Ba phương diện của các đại lượng hình học được luận án làm rõ là gì?

Theo phân tích tri thức luận (kế thừa từ Perrin-Glorian), các đại lượng hình học cần được phân biệt ở ba phương diện:

  • Phương diện hình: Gắn với hình dạng trực quan, đường nét, bề mặt hoặc không gian khối cụ thể.
  • Phương diện số: Gắn với số đo thu được thông qua phép đo hoặc công thức tính toán đại số.
  • Phương diện đại lượng: Gắn với lớp tương đương của các hình có cùng độ đo (ví dụ: các hình có diện tích bằng nhau dù khác hình dạng), độc lập với việc lựa chọn đơn vị đo.

2. Lưới tổ chức toán học tham chiếu về các đại lượng hình học trong luận án gồm những kiểu nhiệm vụ nào?

Lưới tham chiếu gồm 7 kiểu nhiệm vụ:

  • $T_1$: So sánh các đại lượng.
  • $T_2$: Tính toán đại lượng (bằng công thức hoặc phép tính).
  • $T_3$: Nghiên cứu ảnh hưởng của phép biến hình/biến dạng lên đại lượng; tối ưu hóa đại lượng theo ràng buộc.
  • $T_4$: Dựng một đối tượng theo kích thước đã cho.
  • $T_5$: Dựng một đối tượng có kích thước bé hơn hoặc lớn hơn đối tượng khác.
  • $T_6$: Đổi đơn vị đo.
  • $T_7$: Đo lường (sử dụng dụng cụ đo).

3. Hai giả thuyết nghiên cứu GT1 và GT2 của luận án khẳng định điều gì?

  • GT1: Học sinh tiểu học có xu hướng đồng nhất thể tích của vật chứa với thể tích tính bằng kích thước mặt ngoài hoặc dung tích của vật (bỏ qua độ dày thành bể hoặc cấu trúc rỗng bên trong).
  • GT2: Học sinh và giáo viên tiểu học ưu tiên lựa chọn các chiến lược gắn với số học (lấy tổng diện tích chia cho diện tích thành phần) hơn chiến lược hình học (sắp xếp, cắt ghép thực tế), ngay cả khi chiến lược số học dẫn đến kết quả không khả thi trong thực tiễn.

4. Điểm khác biệt cơ bản giữa SGK Việt Nam hiện hành với SGK Pháp và Singapore trong dạy học đại lượng hình học là gì?

SGK Việt Nam hiện hành tập trung chủ yếu vào kiểu nhiệm vụ $T_2$ (tính toán bằng công thức) và $T_6$ (đổi đơn vị theo bảng), thiên lệch mạnh về phương diện số. Ngược lại, SGK Pháp chú trọng phương diện đại lượng (dùng đơn vị quy ước, so sánh bảo toàn diện tích), còn SGK Singapore phân biệt rõ giữa thể tích và dung tích, đồng thời tích hợp nhiều nhiệm vụ đo đạc thực tế ($T_7$) và tối ưu hóa ($T_3$).

5. Kết quả thực nghiệm 2 trên 58 học sinh lớp 5 chỉ ra điều gì về năng lực giải quyết vấn đề thực tiễn?

Khi giải bài toán cắt lá thăm từ tờ bìa, phần lớn trong số 58 học sinh lớp 5 chọn chiến lược chia diện tích ($S_{TSDT}$) thay vì sắp xếp hình học ($S_{HH}$). Học sinh chấp nhận kết quả tính toán số học (ví dụ: cắt được số lá thăm là kết quả phép chia) mặc dù khi thực hành cắt thực tế thì không thể ghép vừa các phần bìa thừa để tạo thành lá thăm hoàn chỉnh.


Kết luận

Luận án "Các đại lượng hình học trong dạy học Toán tiểu học" của tác giả Trần Đức Thuận là công trình nghiên cứu hệ thống kết hợp ba khung lý thuyết: Didactic Toán, học tập trải nghiệm và mô hình hóa toán học. Luận án đã chỉ rõ sự thiên lệch về phương diện số trong thể chế dạy học toán tiểu học hiện hành tại Việt Nam và chứng minh thực nghiệm các chướng ngại nhận thức phổ biến của giáo viên và học sinh. Thông qua việc đề xuất 3 biện pháp sư phạm và 4 đồ án thực nghiệm, công trình cung cấp cơ sở khoa học và giải pháp thực tiễn giá trị cho việc đổi mới phương pháp dạy học các đại lượng hình học theo định hướng phát triển năng lực của Chương trình giáo dục phổ thông 2018.