Tổng quan luận án
Luận án tiến sĩ khoa học giáo dục của tác giả Đỗ Thị Loan với đề tài "Sử dụng thí nghiệm trong dạy học Sinh lý thực vật cho sinh viên ngành Sư phạm Sinh học ở các trường Cao đẳng Sư phạm" được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của GS. Đinh Quang Báo, bảo vệ tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội năm 2018, thuộc chuyên ngành Lý luận và Phương pháp dạy học bộ môn Sinh học, mã số 9140111.
Tính cấp thiết của luận án xuất phát từ ba căn cứ thực tiễn và lý luận:
- Định hướng đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo được nêu trong Văn kiện Đại hội lần thứ XI của Đảng: tập trung nâng cao chất lượng giáo dục, năng lực sáng tạo, kĩ năng thực hành, khả năng lập nghiệp; bậc đại học đòi hỏi tự nghiên cứu, phát huy tư duy sáng tạo, rèn kĩ năng thực hành, tham gia nghiên cứu, thực nghiệm và ứng dụng.
- Vai trò của thí nghiệm trong dạy học Sinh học: Sinh học là môn khoa học thực nghiệm; thí nghiệm vừa là nội dung vừa là phương tiện trực quan giúp truyền tải kiến thức, hình thành kĩ năng, kĩ xảo; thí nghiệm có thể tham gia vào tất cả các khâu của quá trình dạy học (hình thành kiến thức mới, củng cố, hoàn thiện kiến thức, kiểm tra đánh giá), đặc biệt là tổ chức học tập theo hướng tìm tòi nghiên cứu.
- Thực tế dạy học Sinh lí thực vật tại các trường Cao đẳng Sư phạm: thí nghiệm chủ yếu được bố trí ở cuối bài hoặc cuối chương nhằm mục đích minh họa kiến thức lý thuyết đã học, chưa được khai thác theo hướng tìm tòi nghiên cứu để phát huy tính tích cực của người học; giảng viên còn gặp khó khăn trong việc tổ chức dạy học thực hành cũng như hình thành kĩ năng làm thí nghiệm cho sinh viên.
Khoảng trống nghiên cứu mà luận án xác định là sự thiếu vắng một quy trình sư phạm bài bản trong việc sử dụng thí nghiệm để tổ chức cho sinh viên tự lực tìm tòi chiếm lĩnh kiến thức lý thuyết học phần Sinh lí thực vật, đi kèm hệ thống tiêu chí, công cụ đo lường chuẩn hóa để đánh giá kĩ năng thiết kế, kĩ năng làm thí nghiệm và biện pháp tích hợp rèn luyện năng lực dạy học thí nghiệm ở trường phổ thông cho sinh viên sư phạm.
Mục tiêu nghiên cứu:
- Sử dụng các thí nghiệm để tổ chức hoạt động học tập của sinh viên trong dạy học Sinh lí thực vật giúp sinh viên vừa lĩnh hội được kiến thức lý thuyết Sinh lí thực vật vừa rèn luyện kĩ năng làm thí nghiệm, qua đó, góp phần phát triển kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học Sinh học ở trường Trung học cơ sở.
Giả thuyết khoa học:
- Nếu xây dựng được quy trình sử dụng thí nghiệm trong đó sinh viên tiến hành thí nghiệm theo hướng tìm tòi kiến thức trong dạy học học phần Sinh lí thực vật thì sẽ giúp sinh viên lĩnh hội kiến thức Sinh lí thực vật, nâng cao được kĩ năng làm thí nghiệm, từ đó góp phần phát triển kĩ năng sử dụng thí nghiệm trong dạy học Sinh học ở trường Trung học cơ sở.
Đối tượng và khách thể nghiên cứu:
- Đối tượng nghiên cứu: Thí nghiệm Sinh lí thực vật, quy trình sử dụng các thí nghiệm trong dạy học học phần Sinh lí thực vật.
- Khách thể nghiên cứu: Phương pháp dạy học học phần Sinh lí thực vật.
Phạm vi nghiên cứu:
- Không gian: Các trường Cao đẳng Sư phạm gồm CĐSP Sơn La, CĐSP Hưng Yên, CĐSP Nam Định, CĐSP Nghệ An.
- Thời gian: Khảo sát thực trạng và tiến hành thực nghiệm sư phạm trong các năm học 2014-2015, 2015-2016 và 2016-2017.
Nhiệm vụ nghiên cứu (gồm 8 nhiệm vụ cụ thể):
- Nghiên cứu tổng quan và cơ sở lý luận về thí nghiệm, sử dụng thí nghiệm trong dạy học, kĩ năng thiết kế thí nghiệm, kĩ năng làm thí nghiệm và kĩ năng dạy học thí nghiệm.
- Điều tra thực trạng sử dụng thí nghiệm để tổ chức dạy học Sinh lí thực vật và việc rèn luyện kĩ năng làm thí nghiệm, kĩ năng dạy học thí nghiệm cho sinh viên ở các trường Cao đẳng Sư phạm.
- Xác định cấu trúc kĩ năng thiết kế thí nghiệm, kĩ năng làm thí nghiệm của sinh viên Sư phạm Sinh học.
- Xây dựng hệ thống thí nghiệm sử dụng trong dạy học Sinh lí thực vật.
- Xây dựng nguyên tắc, quy trình sử dụng thí nghiệm trong dạy học Sinh lí thực vật.
- Xây dựng các tiêu chí và bộ công cụ để đánh giá kĩ năng làm thí nghiệm của sinh viên.
- Đề xuất biện pháp tích hợp rèn luyện nghiệp vụ sư phạm về sử dụng thí nghiệm ở phổ thông.
- Thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm tra đánh giá hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học học phần Sinh lí thực vật.
Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án
Luận án tổng quan lịch sử phát triển của phương pháp thực nghiệm và các hướng nghiên cứu liên quan đến việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học:
Về lịch sử phương pháp thực nghiệm:
- Thế kỉ XVI - XVII đánh dấu sự ra đời của khoa học hiện đại từ triết học tự nhiên (Dake, 1981; Hacking, 1983). Galile (1564-1642) được coi là ông tổ của phương pháp thực nghiệm với quan điểm trực tiếp quan sát và làm thí nghiệm để hỏi thiên nhiên. Phương pháp thực nghiệm tiếp tục được Francis Bacon, Descartes và Newton phát triển.
- Thế kỉ XVIII, Antoine Lavoisier (1743-1794) đặt nền móng cho hóa học hiện đại bằng các thí nghiệm định lượng. Sang thế kỉ XIX, Sinh học chuyển từ mô tả - quan sát sang thực nghiệm - giải thích.
- Đầu thế kỉ XX, các nhà thống kê gồm Ronald Fisher, Jerzy Neyman, Oscar Kempthorne, Gertrude Mary Cox, William Gemmell Cochran đóng góp phát triển thiết kế và phân tích thí nghiệm, kiểm soát các biến gây nhiễu và thiết lập phòng thí nghiệm.
Về nghiên cứu sử dụng thí nghiệm trong dạy học trên thế giới:
- Jan Amos Komensky, B.N. Ximbixep nhấn mạnh dạy học khám phá qua thực nghiệm. Từ năm 1939 tại Ba Lan và Châu Âu, nhiều ấn phẩm bàn về phương pháp thực nghiệm trong dạy học Sinh học; Wieslaw Stawinski khẳng định hiệu quả của việc học sinh độc lập tiến hành thí nghiệm để hình thành tri thức.
- Exipop khẳng định không thể giảng dạy sinh vật học mà thiếu quan sát và thí nghiệm học tập.
- Thập niên 1960 tại Mỹ, Bruner (1961), Gagne (1963), Schwab (1960) đề cao công việc phòng thí nghiệm trong giảng dạy khoa học; phương pháp "Bàn tay nặn bột" ("Hands on", "La Main à la Pâte") hình thành kiến thức qua tìm tòi nghiên cứu.
- Shulman và Tamir (1973) nêu ba lý do ủng hộ thí nghiệm khoa học: đối tượng phức tạp trừu tượng, người học cần tham gia nghiên cứu, thực hành gây hứng thú. Charles Pierce (1877-1958) và Hiệp hội Sinh học Mỹ nhấn mạnh rèn luyện tư duy khoa học qua thực nghiệm.
Về nghiên cứu sử dụng thí nghiệm trong dạy học tại Việt Nam:
- Trong môn Vật lý: Thái Duy Tuyên, Phạm Thị Phú, Nguyễn Văn Hòa nghiên cứu bồi dưỡng phương pháp thực nghiệm; Đồng Thị Diện (2005), Huỳnh Trọng Dương (2007), Võ Hoàng Ngọc (2008) phát triển hoạt động nhận thức sáng tạo của học sinh qua thí nghiệm.
- Trong môn Hóa học: Cao Cự Giác nghiên cứu bài tập hóa học thực nghiệm; Nguyễn Ngọc Quang (cùng Nguyễn Cương, Dương Xuân Trinh, 1975) phân chia thí nghiệm thành thí nghiệm biểu diễn của giáo viên và thí nghiệm của học sinh, tổ chức theo quy trình 3 giai đoạn: định hướng, lập kế hoạch và thực hiện kế hoạch.
- Trong môn Sinh học phổ thông: Nguyễn Quang Vinh (1973) nghiên cứu thí nghiệm biểu diễn minh họa và thí nghiệm nghiên cứu ở môn giải phẫu sinh lí người lớp 8; Trần Bá Hoành và Đinh Quang Báo (1980) sử dụng thí nghiệm lai cá cảnh đẻ con dạy quy luật di truyền; Nguyễn Quang Vinh và Bùi Văn Sâm (1983); Nguyễn Vinh Hiển nghiên cứu quy trình quan sát, thí nghiệm trong Sinh học 6; Nguyễn Xuân Ninh, Phan Thị Hồng The, Ngô Thị Minh Ngọc nghiên cứu cải tiến bài thực hành lớp 10 và 11; tập thể giảng viên Đại học Sư phạm Hà Nội biên soạn "Thực hành Sinh học trong trường phổ thông" bao quát 10 phần kiến thức; Phan Thị Thanh Hội phân tích cấu trúc năng lực thực nghiệm; Trương Xuân Cảnh (2015) xây dựng bài tập phát triển năng lực thực nghiệm trong Sinh học 11.
- Trong đào tạo giáo viên và học phần Sinh lí thực vật: Đinh Quang Báo và Nguyễn Đức Thành xác định các phương pháp sử dụng thí nghiệm; giáo trình Sinh lí thực vật của Trần Đăng Kế, Nguyễn Như Khanh, Nguyễn Lương Hùng (13 bài thực hành, 33 thí nghiệm), Hoàng Minh Tấn, Vũ Quang Sáng, Nguyễn Kim Thành (5 bài thực hành, 18 thí nghiệm với cấu trúc bài tường trình 4 bước).
Về nghiên cứu kĩ năng và đánh giá kĩ năng:
- James và Schaff (1975), Voltmer và James (1982) phân loại 70 kĩ năng thí nghiệm; Kixegof (1977); Peter Nonnon (2005); C. Pavlova (2010) nêu 5 kĩ năng năng lực thực nghiệm vật lý; Wieslaw Stawinski (1986); Đại học Victoria (Úc) xác định 4 nhóm năng lực sinh học; Phan Thị Thanh Hội (2007) thiết kế trắc nghiệm đánh giá năng lực thực nghiệm tại CHLB Đức; Moni và cộng sự (2007), Hunt và cộng sự (2012) đề xuất đánh giá kĩ năng thao tác trực tiếp trong phòng thí nghiệm; quy trình hình thành kĩ năng của X. Abbatt, Geoffrey Petty; mô hình phát triển kĩ năng của Goolubev và mô hình 5 giai đoạn thu nhận kĩ năng của Dreyfus (1980): Ban đầu, Ban đầu ở mức độ cao cấp, Có năng lực, Thành thạo, Chuyên gia.
- Tại Việt Nam: Nguyễn Đức Thâm (1998); Thái Duy Tuyên, Võ Hoàng Ngọc (2008) chia cấu trúc kĩ năng làm thí nghiệm thành chuẩn bị, thực hiện, kiểm tra đánh giá; Phạm Kim Chung (2011); Trần Bá Hoành phân loại 5 mức độ thành thạo kĩ năng (Bắt chước, Thao tác, Hành động chuẩn xác, Hành động phối hợp, Hành động tự nhiên); Trương Xuân Cảnh (2015); Trương Thị Thanh Mai (2016) xây dựng thang đo 5 mức độ đánh giá kĩ năng dạy học.
Khoảng trống luận án giải quyết:
Các nghiên cứu trước đây tại trường Cao đẳng Sư phạm chủ yếu cung cấp quy trình kĩ thuật thực hành để sinh viên thao tác theo mẫu nhằm củng cố lý thuyết đã học. Luận án giải quyết khoảng trống về phương pháp tổ chức: xây dựng quy trình sử dụng thí nghiệm như một nguồn tìm tòi kiến thức mới, xác định chi tiết cấu trúc kĩ năng thiết kế thí nghiệm, kĩ năng làm thí nghiệm, xây dựng bộ công cụ đo lường khách quan và tích hợp rèn luyện năng lực sư phạm dạy học thí nghiệm Sinh học phổ thông cơ sở cho sinh viên Cao đẳng Sư phạm.
Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu
Luận án dựa trên các khái niệm, khung lý thuyết và phương pháp nghiên cứu sau:
Khái niệm nền tảng:
- Thí nghiệm: Tác giả định nghĩa "Thí nghiệm là một quá trình tác động có chủ định của con người vào đối tượng nghiên cứu trong điều kiện xác định làm biến đổi một yếu tố nào đó để quan sát, tìm hiểu, nghiên cứu đối tượng".
- Thí nghiệm dưới góc độ điều khiển và thông tin: Theo Nguyễn Ngọc Quang, thí nghiệm được mô hình hóa thành hệ thông tin (với lệnh điều khiển I+, thông tin truyền Im, thông tin phản hồi Id, thông tin xuất I0) hoặc hệ điều khiển (nhà thực nghiệm điều khiển hệ thí nghiệm gồm thiết bị và hiện thực khách quan).
- Kĩ năng: Tác giả xác định "Kĩ năng là khả năng thực hiện một hành động gồm một chuỗi các thao tác được sắp xếp theo trình tự nhất định nhằm đạt được mục tiêu cụ thể".
- Kĩ năng làm thí nghiệm: "Là khả năng của chủ thể thực hiện một chuỗi logic các thao tác thí nghiệm nhằm đạt được mục đích thí nghiệm".
Khung phân loại thí nghiệm:
- Theo chủ thể thực hiện: Thí nghiệm biểu diễn của giáo viên; Thí nghiệm thực hành của học sinh.
- Theo mục đích lý luận dạy học: Thí nghiệm hình thành kiến thức mới; Thí nghiệm củng cố, minh họa; Thí nghiệm kiểm tra đánh giá.
- Theo dữ liệu thu được: Thí nghiệm định tính; Thí nghiệm định lượng (ví dụ: thí nghiệm xác định cường độ hô hấp theo Boisen - Jensen dựa trên công thức $P_{CO_2} = \frac{(V_1 - V_2) \times 2,2}{P \times t}$ mg $CO_2$/g/h, với $V_1, V_2$ là số ml $H_2SO_4$ 0,1N chuẩn độ kiềm dư ở bình đối chứng và bình thí nghiệm, 2,2 là hệ số đương lượng, $P$ là trọng lượng mẫu tính bằng gam, $t$ là thời gian tính bằng giờ).
- Theo địa điểm: Phòng thí nghiệm, trong chậu vại, ngoài đồng ruộng.
- Theo thời gian: Ngắn hạn, dài hạn.
- Theo hình thức: Thí nghiệm thực, Video thí nghiệm, Thí nghiệm ảo, Bài tập thí nghiệm.
Khung phương pháp dạy học có sử dụng thí nghiệm (Đinh Quang Báo và Nguyễn Đức Thành):
| Chủ thể làm thí nghiệm |
Mục đích minh họa, củng cố |
Mục đích hình thành kiến thức mới |
| Giáo viên |
Phương pháp biểu diễn thí nghiệm – thông báo tái hiện |
Phương pháp biểu diễn thí nghiệm – nghiên cứu |
| Học sinh / Sinh viên |
Phương pháp thực hành thí nghiệm – thông báo tái hiện |
Phương pháp thực hành thí nghiệm – tìm tòi bộ phận |
Quy trình sử dụng thí nghiệm tổ chức sinh viên học kiến thức mới:
- Bước 1: Nêu vấn đề.
- Bước 2: Thiết lập giả thuyết.
- Bước 3: Thiết kế thí nghiệm.
- Bước 4: Tiến hành thí nghiệm, quan sát, thu thập và xử lý kết quả thu được từ thí nghiệm.
- Bước 5: Bác bỏ hoặc điều chỉnh giả thuyết (nếu kết quả không phù hợp) / Chấp nhận giả thuyết, kết luận, báo cáo kết quả nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu thực tế:
- Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Phân tích, tổng hợp văn bản quản lý giáo dục, tài liệu phương pháp dạy học, giáo trình Sinh lí thực vật.
- Phương pháp điều tra sư phạm: Sử dụng phiếu điều tra phát qua Google Docs Forms kết hợp phỏng vấn trực tiếp giảng viên và sinh viên Cao đẳng Sư phạm; xử lý dữ liệu khảo sát bằng phần mềm Microsoft Excel.
- Phương pháp tham vấn chuyên gia: Lấy ý kiến các giáo sư, nhà khoa học về phiếu điều tra, cấu trúc kĩ năng, quy trình thí nghiệm, quy trình dạy học và nội dung thực nghiệm sư phạm.
- Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Triển khai dạy học thực nghiệm theo quy trình xây dựng qua 3 giai đoạn (trước thực nghiệm, trong thực nghiệm, sau thực nghiệm) tại 4 trường Cao đẳng Sư phạm.
- Phương pháp thống kê toán học: Xử lý dữ liệu định lượng bằng phần mềm SPSS 18.0:
- Thống kê mô tả: Giá trị trung bình (Mean), độ lệch chuẩn, Mode, trung vị (Median), tần số (Frequency), tần suất tỷ lệ % (Percent).
- Thống kê suy luận: Kiểm định Chi - Bình phương ($H_0$: không có sự khác biệt về điểm trung bình; $H_1$: có sự khác biệt về điểm trung bình); kiểm định giá trị trung bình 2 mẫu độc lập (Independent Samples T-test); kiểm định mẫu từng cặp phụ thuộc (Paired-samples T-test) dựa trên mức ý nghĩa $p$-value (sig. $\le \alpha$ để bác bỏ $H_0$); phân tích hệ số tương quan Pearson ($r$) nhận giá trị từ -1 đến +1.
Nội dung chính theo từng chương
Chương 1. Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài
Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về thí nghiệm, phân loại thí nghiệm, vai trò của thí nghiệm trong dạy học Sinh học và Sinh lí thực vật; xác định cấu trúc kĩ năng và phân tích thực trạng dạy học thí nghiệm tại các trường Cao đẳng Sư phạm.
- Xác định cấu trúc kĩ năng thiết kế thí nghiệm:
Quy trình thiết kế thí nghiệm gồm 5 bước được cụ thể hóa thành 5 kĩ năng thành phần:
- Kĩ năng xác định mục tiêu thí nghiệm (xác định mục tiêu chứng minh hay khám phá).
- Kĩ năng xác định các biến của thí nghiệm (xác định đúng biến độc lập, biến phụ thuộc, yếu tố nền).
- Kĩ năng thiết lập cách tiến hành thí nghiệm (xác định bố trí thí nghiệm, công thức đối chứng, thứ tự các bước).
- Kĩ năng xác định các dụng cụ, hóa chất, mẫu vật cho thí nghiệm (xác định chủng loại, nồng độ, an toàn, xử lý mẫu vật).
- Kĩ năng xác định cách quan sát, theo dõi, thu thập, xử lý số liệu thu được (xác định cách đo đạc, lập bảng biểu).
- Xác định cấu trúc kĩ năng làm thí nghiệm:
Quy trình thực hiện thí nghiệm gồm 5 bước tương ứng 5 kĩ năng thành phần, biểu hiện qua bảng mô tả:
| Kĩ năng thành phần |
Chỉ báo hành vi |
Yêu cầu cần đạt |
| 1. Kĩ năng thực hiện các kĩ thuật phòng thí nghiệm |
Thực hiện nội quy; Sử dụng thiết bị, dụng cụ thí nghiệm |
Phân tích ý nghĩa và thực hiện đúng nội quy, an toàn; lựa chọn, lắp ráp đúng, thao tác chuẩn xác thiết bị, dụng cụ. |
| 2. Kĩ năng thực hiện các bước theo quy trình thí nghiệm |
Thực hiện theo các bước; Thực hiện thao tác thí nghiệm |
Thực hiện đúng trình tự các bước không cần giảng viên hướng dẫn; thao tác chính xác, an toàn, không có thao tác thừa. |
| 3. Kĩ năng thu thập dữ liệu thí nghiệm |
Xác định biến số; Quan sát thu thập; Sử dụng dụng cụ đo |
Xác định đúng biến số; quan sát tỉ mỉ; sử dụng thành thạo dụng cụ định lượng; ghi chép, lưu giữ đầy đủ, chi tiết số liệu. |
| 4. Kĩ năng xử lí số liệu |
Lựa chọn và sử dụng phương pháp, công cụ xử lý |
Lựa chọn chính xác phương pháp, công cụ tính toán; sử dụng thành thạo và tính toán ra kết quả chính xác. |
| 5. Kĩ năng phân tích kết quả thí nghiệm sau xử lí số liệu |
Giải thích mối quan hệ nhân quả; Giải thích tình huống |
Phân tích chặt chẽ quan hệ giữa các biến, rút ra kết luận khoa học; giải thích đúng cơ sở các tình huống phát sinh. |
- Kết quả điều tra thực trạng tại các trường Cao đẳng Sư phạm:
- Nhận thức của giảng viên: Giảng viên nhận thức được sự cần thiết của thí nghiệm, tuy nhiên mức độ sử dụng thí nghiệm trong khâu hình thành kiến thức mới và các giờ lý thuyết còn hạn chế; thí nghiệm chủ yếu dùng để minh họa.
- Thực trạng kĩ năng của sinh viên: Sinh viên còn thụ động làm theo quy trình có sẵn trong giáo trình; kĩ năng thiết kế thí nghiệm và kĩ năng xử lý, phân tích số liệu sau thí nghiệm còn yếu; sinh viên thiếu tự tin về kĩ năng dạy học thí nghiệm khi tiếp cận chương trình Sinh học ở trường phổ thông.
Chương 2. Sử dụng thí nghiệm trong dạy học Sinh lí thực vật cho sinh viên ngành Sư phạm Sinh học ở trường Cao đẳng Sư phạm
Chương 2 trình bày các giải pháp sư phạm của luận án, tập trung vào xây dựng quy trình dạy học, lựa chọn hệ thống thí nghiệm và thiết lập bộ công cụ đánh giá.
- Xác định mục tiêu, cấu trúc nội dung học phần và hệ thống thí nghiệm Sinh lí thực vật:
- Phân tích các nội dung cơ bản của học phần Sinh lí thực vật: Trao đổi nước, Dinh dưỡng khoáng, Quang hợp, Hô hấp, Sinh trưởng và phát triển, Cảm ứng ở thực vật.
- Xác định hệ thống thí nghiệm tương ứng cho từng chủ đề, kết hợp giữa thí nghiệm định tính và thí nghiệm định lượng, thí nghiệm trong phòng và thí nghiệm ngoài tự nhiên.
- Quy trình và nguyên tắc sử dụng thí nghiệm trong dạy học Sinh lí thực vật:
- Xác định các nguyên tắc sư phạm: đảm bảo tính khoa học, tính vừa sức, an toàn phòng thí nghiệm, gắn lý thuyết với thực hành và hướng đến mục tiêu nghề nghiệp sư phạm.
- Thiết lập quy trình tổ chức dạy học: Giảng viên thiết kế tình huống có vấn đề $\rightarrow$ Sinh viên đề xuất giả thuyết $\rightarrow$ Sinh viên thiết kế phương án thí nghiệm $\rightarrow$ Sinh viên tiến hành thực hiện thí nghiệm, thu thập và xử lý dữ liệu $\rightarrow$ Phân tích kết quả, khái quát hóa thành tri thức lý thuyết Sinh lí thực vật. Luận án phân định rõ các mức độ áp dụng quy trình tùy thuộc vào trình độ tự lực của sinh viên.
- Xây dựng bài dạy thực nghiệm minh họa: Chủ đề "Quang hợp ở thực vật", tập trung vào cơ chế quang hệ hấp thụ ánh sáng trên màng thylacoid, các thí nghiệm chứng minh sự tạo thành tinh bột, giải phóng oxy, ảnh hưởng của cường độ ánh sáng và nồng độ $CO_2$ đến quang hợp; thiết lập ma trận yêu cầu cần đạt sau khi học xong chuyên đề.
- Tích hợp rèn luyện nghiệp vụ sư phạm dạy học thí nghiệm ở trường Trung học cơ sở:
- Lựa chọn các nội dung thí nghiệm Sinh lí thực vật có trong chương trình Sinh học Trung học cơ sở (đặc biệt là Sinh học 6 về quang hợp, hô hấp, thoát hơi nước, vận chuyển nước và muối khoáng).
- Hướng dẫn sinh viên chuyển hóa thí nghiệm học phần Sinh lí thực vật thành các thí nghiệm đơn giản, sử dụng vật liệu sẵn có, an toàn để phục vụ giảng dạy cho học sinh phổ thông.
- Xây dựng bộ công cụ đánh giá kĩ năng:
- Vận dụng mô hình 5 mức độ thu nhận kĩ năng của Dreyfus (1980) để xây dựng thang đo và bảng mô tả mức độ phát triển kĩ năng làm thí nghiệm của sinh viên: Mức 1 (Ban đầu), Mức 2 (Ban đầu ở mức độ cao cấp), Mức 3 (Có năng lực), Mức 4 (Thành thạo), Mức 5 (Chuyên gia).
- Xây dựng Rubric đánh giá chi tiết cho từng kĩ năng thành phần của kĩ năng làm thí nghiệm và phiếu quan sát - đánh giá thao tác thực hành của sinh viên.
Chương 3. Thực nghiệm sư phạm
Chương 3 trình bày kế hoạch, tiến trình và kết quả xử lý dữ liệu thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm chứng tính đúng đắn của giả thuyết khoa học.
- Thiết kế thực nghiệm sư phạm:
- Địa bàn triển khai: Trường CĐSP Sơn La, CĐSP Hưng Yên, CĐSP Nam Định, CĐSP Nghệ An trong 3 năm học (2014-2015, 2015-2016, 2016-2017).
- Tiến trình đánh giá được thực hiện qua 3 giai đoạn: trước thực nghiệm, trong quá trình thực nghiệm và sau thực nghiệm, thông qua 3 lần kiểm tra kiến thức và các đợt đánh giá kĩ năng làm thí nghiệm.
- Phân tích kết quả định lượng:
- Về kiến thức: Điểm kiểm tra kiến thức của sinh viên qua 3 lần kiểm tra cho thấy xu hướng tăng dần về giá trị trung bình (Mean); biểu đồ phân phối tần suất điểm $X_i$ dịch chuyển về phía điểm khá, giỏi; tỷ lệ % sinh viên đạt mức độ nắm vững kiến thức tăng lên rõ rệt. Kết quả kiểm định $t$-test (Paired-samples T-test và Independent Samples T-test) với mức ý nghĩa $p$-value (sig.) $< 0,05$ khẳng định sự khác biệt về điểm số giữa các lần kiểm tra là có ý nghĩa thống kê, bác bỏ giả thuyết $H_0$.
- Về kĩ năng làm thí nghiệm: Luận án tổng hợp bảng số liệu và biểu đồ đánh giá sự tiến bộ trên cả 5 kĩ năng thành phần:
- Kĩ năng thực hiện kĩ thuật phòng thí nghiệm: Tỷ lệ thao tác an toàn, lắp ráp đúng thiết bị tăng cao.
- Kĩ năng thực hiện các bước theo quy trình: Đa số sinh viên chuyển từ mức độ phụ thuộc sang thực hiện độc lập, không có thao tác thừa.
- Kĩ năng thu thập số liệu: Giảm thiểu sai số, sinh viên biết chọn thời điểm đo thích hợp và ghi chép có hệ thống.
- Kĩ năng xử lý số liệu: Nâng cao độ chính xác trong sử dụng công cụ tính toán và đồ thị.
- Kĩ năng phân tích kết quả sau xử lý số liệu: Sinh viên giải thích rõ ràng mối quan hệ nhân quả và biết biện luận các tình huống thí nghiệm không thành công.
- Tỷ lệ % các mức độ kĩ năng theo thang đo Dreyfus có sự dịch chuyển mạnh từ mức 1, mức 2 sang mức 3 (Có năng lực) và mức 4 (Thành thạo).
- Phân tích tương quan: Hệ số tương quan Pearson ($r$) ở lần kiểm tra thứ 3 cho thấy mối tương quan thuận ($r > 0$) có ý nghĩa thống kê giữa kết quả học tập học phần Sinh lí thực vật với điểm kiến thức và điểm kĩ năng làm thí nghiệm của sinh viên.
- Phân tích kết quả định tính:
- Sinh viên có thái độ học tập tích cực, hứng thú, chủ động trao đổi và thảo luận nhóm trong các giờ học thực nghiệm.
- Sinh viên thể hiện sự tự tin khi thiết kế phương án thí nghiệm và bước đầu thành thạo trong việc liên hệ, ứng dụng các thí nghiệm Sinh lí thực vật vào dạy học các chủ đề Sinh học ở trường phổ thông.
Kết quả và những đóng góp mới
Những đóng góp mới về mặt lý luận:
- Hệ thống hóa cơ sở lý luận và thực tiễn về việc sử dụng thí nghiệm trong dạy học học phần Sinh lí thực vật cho sinh viên ngành Sư phạm Sinh học ở các trường Cao đẳng Sư phạm.
- Xác định cấu trúc logic, tiêu chí và yêu cầu cần đạt của kĩ năng thiết kế thí nghiệm (5 kĩ năng thành phần) và kĩ năng làm thí nghiệm (5 kĩ năng thành phần).
- Đề xuất quy trình 5 bước sử dụng thí nghiệm theo hướng tìm tòi nghiên cứu để tổ chức cho sinh viên chiếm lĩnh kiến thức lý thuyết mới.
Những đóng góp mới về mặt thực tiễn:
- Xác định hệ thống các thí nghiệm Sinh lí thực vật phù hợp với chương trình đào tạo Cao đẳng Sư phạm.
- Xây dựng bộ công cụ đánh giá kĩ năng làm thí nghiệm gồm các Rubric định lượng và phiếu quan sát dựa trên khung thang đo 5 mức độ của Dreyfus.
- Đề xuất biện pháp tích hợp rèn luyện nghiệp vụ sư phạm về sử dụng thí nghiệm ở trường Trung học cơ sở ngay trong quá trình dạy học học phần Sinh lí thực vật.
Kiến nghị và đề xuất của tác giả:
- Đối với các trường Cao đẳng Sư phạm: Cần tăng cường đầu tư, bổ sung cơ sở vật chất, hóa chất, thiết bị phòng thí nghiệm đảm bảo điều kiện cho sinh viên thực hành cá nhân hoặc nhóm nhỏ.
- Đối với giảng viên: Cần chuyển đổi phương pháp dạy học từ minh họa - thông báo sang tổ chức cho sinh viên tìm tòi, nghiên cứu thông qua thí nghiệm; áp dụng bộ công cụ Rubric để đánh giá thường xuyên kĩ năng thực hành của người học.
- Đối với sinh viên: Tích cực tự rèn luyện kĩ năng thao tác phòng thí nghiệm và chủ động tìm hiểu chương trình Sinh học phổ thông để vận dụng các kiến thức, kĩ năng đã học vào thực tiễn nghề nghiệp.
Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp
Hạn chế của luận án:
- Phạm vi khảo sát và thực nghiệm chỉ giới hạn ở sinh viên ngành Sư phạm Sinh học tại 4 trường Cao đẳng Sư phạm (Sơn La, Hưng Yên, Nam Định, Nghệ An).
- Nội dung nghiên cứu và thực nghiệm tập trung chủ yếu vào học phần Sinh lí thực vật (điển hình là chuyên đề Quang hợp ở thực vật), chưa bao quát toàn bộ các học phần chuyên ngành Sinh học khác.
- Việc tích hợp nghiệp vụ sư phạm chủ yếu hướng vào đối tượng giảng dạy môn Sinh học cấp Trung học cơ sở theo đặc thù phân cấp đào tạo của trường Cao đẳng Sư phạm tại thời điểm nghiên cứu.
Hướng nghiên cứu tiếp:
- Mở rộng quy trình sử dụng thí nghiệm tìm tòi nghiên cứu sang các học phần chuyên ngành Sinh học khác như Di truyền học, Vi sinh vật học, Sinh lí động vật.
- Phát triển và thử nghiệm các bộ công cụ đánh giá kĩ năng thực hành cho sinh viên Sư phạm Sinh học hệ đại học nhằm đáp ứng yêu cầu dạy học môn Khoa học tự nhiên và môn Sinh học trong chương trình giáo dục phổ thông.
- Ứng dụng công nghệ thông tin trong việc kết hợp thí nghiệm thực với thí nghiệm ảo và video thí nghiệm trong dạy học trực tuyến.
Giá trị tham khảo
Giá trị đối với các đối tượng nghiên cứu và đào tạo:
- Đối với nghiên cứu sinh, học viên cao học chuyên ngành Lý luận và Phương pháp dạy học bộ môn Sinh học: Luận án là tài liệu tham khảo về phương pháp xây dựng khung kĩ năng thực nghiệm, quy trình dạy học thực nghiệm và kĩ thuật xử lý số liệu thống kê giáo dục học bằng SPSS (kiểm định T-test, Pearson, Chi-Bình phương).
- Đối với giảng viên giảng dạy Sinh học và Phương pháp dạy học Sinh học tại các trường Đại học, Cao đẳng Sư phạm: Luận án cung cấp hệ thống Rubric đo lường kĩ năng làm thí nghiệm, quy trình tổ chức bài dạy tìm tòi kiến thức và các chủ đề dạy học tích hợp nghiệp vụ sư phạm.
- Đối với giáo viên Sinh học trường Trung học cơ sở và Trung học phổ thông: Cung cấp các phương án cải tiến thí nghiệm Sinh lí thực vật, phương pháp hướng dẫn học sinh tiếp cận kiến thức khoa học thông qua quan sát, thu thập và xử lý số liệu thực nghiệm.
Nội dung cụ thể đáng tham khảo trong văn bản:
- Bảng mô tả 5 kĩ năng thành phần của kĩ năng thiết kế thí nghiệm và 5 kĩ năng thành phần của kĩ năng làm thí nghiệm kèm chỉ số hành vi và yêu cầu cần đạt.
- Sơ đồ quy trình 5 bước tổ chức cho sinh viên học kiến thức mới bằng thí nghiệm.
- Bộ công cụ đánh giá gồm Rubric và bảng mô tả mức độ phát triển kĩ năng làm thí nghiệm theo thang đo Dreyfus.
Câu hỏi thường gặp
1. Luận án xác định cấu trúc kĩ năng làm thí nghiệm của sinh viên Sư phạm Sinh học gồm những kĩ năng thành phần nào?
Theo luận án, cấu trúc kĩ năng làm thí nghiệm gồm 5 kĩ năng thành phần tương ứng với quy trình 5 bước thực hiện:
- Kĩ năng thực hiện các kĩ thuật phòng thí nghiệm.
- Kĩ năng thực hiện các bước theo quy trình thí nghiệm.
- Kĩ năng thu thập dữ liệu thí nghiệm.
- Kĩ năng xử lí số liệu thu được.
- Kĩ năng phân tích kết quả thí nghiệm sau khi xử lí số liệu.
2. Quy trình sử dụng thí nghiệm để tổ chức cho sinh viên học kiến thức mới được thiết kế gồm những bước nào?
Quy trình gồm 5 bước logic:
- Bước 1: Nêu vấn đề.
- Bước 2: Thiết lập giả thuyết.
- Bước 3: Thiết kế thí nghiệm.
- Bước 4: Tiến hành thí nghiệm, quan sát, thu thập và xử lí kết quả thu được từ thí nghiệm.
- Bước 5: Bác bỏ hoặc điều chỉnh giả thuyết (nếu kết quả không ủng hộ) hoặc Chấp nhận giả thuyết, kết luận, báo cáo kết quả nghiên cứu.
3. Luận án trích dẫn công thức xác định cường độ hô hấp thực vật theo Boisen - Jensen như thế nào?
Công thức tính cường độ hô hấp thực vật theo Boisen - Jensen được xác định qua lượng $CO_2$ thải ra:
$$P_{CO_2} = \frac{(V_1 - V_2) \times 2,2}{P \times t} \text{ (mg } CO_2/\text{g/h)}$$
Trong đó: $V_1$ là số ml $H_2SO_4$ dùng chuẩn độ kiềm dư ở bình đối chứng; $V_2$ là số ml $H_2SO_4$ dùng chuẩn độ kiềm dư ở bình thí nghiệm; 2,2 là hệ số đương lượng (1 ml $H_2SO_4$ 0,1N tương đương 2,2 mg $CO_2$ bị liên kết); $P$ là trọng lượng mẫu tính bằng gam; $t$ là thời gian làm thí nghiệm tính bằng giờ.
4. Dữ liệu thực nghiệm sư phạm của luận án được thu thập tại những cơ sở nào và xử lý bằng các công cụ toán học nào?
Thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại 4 trường Cao đẳng Sư phạm: CĐSP Sơn La, CĐSP Hưng Yên, CĐSP Nam Định, CĐSP Nghệ An trong 3 năm học từ 2014 đến 2017. Dữ liệu được xử lý bằng phần mềm SPSS 18.0 với các tham số thống kê mô tả (Mean, Median, Mode, độ lệch chuẩn, tần số, tần suất) và các phép kiểm định thống kê suy luận (Kiểm định Chi - Bình phương, Independent Samples T-test, Paired-samples T-test với mức ý nghĩa $p$-value $\le \alpha$, và hệ số tương quan tuyến tính Pearson $r$).
5. Luận án căn cứ vào mô hình lý thuyết nào để xây dựng thang đo các mức độ phát triển kĩ năng làm thí nghiệm?
Luận án căn cứ vào mô hình 5 giai đoạn thu nhận kĩ năng của Dreyfus (1980) bao gồm: Ban đầu (Novice), Ban đầu ở mức độ cao cấp (Advanced Beginner), Có năng lực (Competent), Thành thạo (Proficient) và Chuyên gia (Expert). Tác giả vận dụng mô hình này để xây dựng bảng tiêu chí và Rubric phân loại mức độ đạt được về kĩ năng làm thí nghiệm của sinh viên qua các lần đánh giá.
Kết luận
Luận án tiến sĩ của tác giả Đỗ Thị Loan đã giải quyết vấn đề sử dụng thí nghiệm trong dạy học học phần Sinh lí thực vật cho sinh viên ngành Sư phạm Sinh học tại các trường Cao đẳng Sư phạm theo hướng tìm tòi nghiên cứu. Tác giả đã hệ thống hóa cơ sở lý luận, xác định cấu trúc kĩ năng thiết kế thí nghiệm, kĩ năng làm thí nghiệm và đề xuất quy trình dạy học tích hợp rèn luyện nghiệp vụ sư phạm dạy học thí nghiệm ở trường phổ thông. Kết quả thực nghiệm sư phạm được xử lý qua các tham số thống kê của phần mềm SPSS 18.0 tại 4 trường Cao đẳng Sư phạm đã chứng minh hiệu quả của quy trình đề xuất trong việc nâng cao chất lượng lĩnh hội kiến thức và phát triển kĩ năng thực hành cho sinh viên. Công trình cung cấp tài liệu tham khảo có giá trị về mặt phương pháp luận và công cụ đánh giá cho giảng viên, nghiên cứu sinh trong lĩnh vực lý luận và phương pháp dạy học Sinh học.
