Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục theo Nghị quyết số 29-NQ/TW ngày 04/11/2013 của Ban Chấp hành Trung ương Đảng khóa XI, việc chuyển mạnh từ trang bị kiến thức rời rạc sang phát triển toàn diện phẩm chất và năng lực người học là yêu cầu cấp thiết. Môn Sinh học ở bậc trung học phổ thông bản chất là khoa học về sự sống, có mối liên hệ mật thiết với Vật lý, Hóa học, Toán học và Công nghệ. Tuy nhiên, thực tế giảng dạy tại các trường phổ thông vẫn mang nặng tính đơn môn, tách biệt các phân môn khoa học tự nhiên. Khảo sát thực trạng trên 60 giáo viên và 150 học sinh tại Trường Trung học phổ thông Kim Sơn C, tỉnh Ninh Bình vào tháng 11 năm 2015 cho thấy có tới 73,4% giáo viên không sử dụng dạy học tích hợp liên môn và 83,3% giáo viên không đưa kiến thức Vật lý, Hóa học vào bài giảng Sinh học. Điều này khiến học sinh thiếu kỹ năng hệ thống hóa kiến thức để giải thích các hiện tượng thực tế, dù 81,3% học sinh nhận thấy Sinh học gắn bó chặt chẽ với đời sống và 96,7% bày tỏ hứng thú với phương thức học tập liên môn.

Mục tiêu nghiên cứu trọng tâm của luận văn là làm rõ mối liên hệ giữa Sinh học với các môn khoa học khác, từ đó thiết kế và thực nghiệm 2 chủ đề tích hợp liên môn trong phần Sinh học cơ thể động vật thuộc chương trình Sinh học 11, ban Cơ bản. Phạm vi nghiên cứu được triển khai trong năm học 2015-2016 tại Trường Trung học phổ thông Kim Sơn C với 74 học sinh tham gia thực nghiệm sư phạm. Luận văn mang ý nghĩa thực tiễn sâu sắc, cung cấp bộ giáo án tích hợp chuẩn hóa giúp nâng tỷ lệ học sinh đạt điểm khá, giỏi lên trên 80% và trang bị giải pháp sư phạm vững chắc nhằm thực hiện thành công chương trình giáo dục phổ thông mới.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng trên nền tảng lý thuyết sư phạm tích hợp của các tác giả Đinh Quang Báo (2003), Trần Bá Hoành (2003) và mô hình 4 cấp độ tích hợp của nhà giáo dục học Xavier Roegiers. Dạy học tích hợp liên môn được xác định là phương thức tổ chức hoạt động học tập xoay quanh các chủ đề chung, kết nối kiến thức và kỹ năng của hai hay nhiều môn học để giải quyết một tình huống thực tiễn trọn vẹn. Khung nghiên cứu vận dụng 3 khái niệm cốt lõi: năng lực chung (tự học, giải quyết vấn đề, giao tiếp, hợp tác), năng lực chuyên biệt môn Sinh học (nghiên cứu thực nghiệm, đo đạc chỉ tiêu sinh lý) và cấu trúc chủ đề tích hợp.

Trong phần Sinh học cơ thể động vật lớp 11, tác giả đã thiết lập hệ thống tích hợp đa chiều:

  • Kết nối Sinh học với Vật lý 10 thông qua Định luật Húc (giải thích tính đàn hồi của thành mạch duy trì huyết áp), Định luật Becnuli và lực ma sát (giải thích tương quan giữa áp suất, vận tốc máu và tổng tiết diện mạch), tỉ lệ diện tích trên thể tích S/V (giải thích nhịp tim và tốc độ chuyển hóa).
  • Kết nối với Hóa học 9 qua tính chất dung dịch muối sinh lý NaCl 0,9%, cân bằng pH kiềm nhẹ trong máu từ 7,35 đến 7,45 và sự tương đồng về thành phần nguyên tố giữa máu với nước biển có khối lượng riêng 1,06 đến 1,064 g/ml.
  • Kết nối với Toán học để tính chu kỳ tim 0,8 giây, nhịp tim tiêu chuẩn 75 lần/phút và kết nối với Công nghệ 10 về tiêu chuẩn khẩu phần dinh dưỡng vật nuôi.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn kết hợp chặt chẽ giữa nghiên cứu lý luận, điều tra thực tiễn, tham vấn chuyên gia và thực nghiệm sư phạm:

  • Nguồn dữ liệu sơ cấp được thu thập từ phiếu điều tra xã hội học đối với 60 giáo viên và 150 học sinh Trường Trung học phổ thông Kim Sơn C, kết hợp bảng điểm định lượng của 74 học sinh qua 2 bài kiểm tra đánh giá năng lực.
  • Cỡ mẫu và phương pháp chọn mẫu: Nghiên cứu chọn mẫu ngẫu nhiên phân tầng đối với giáo viên và học sinh khảo sát thực trạng. Đối với thực nghiệm sư phạm, tác giả lựa chọn 2 lớp có trình độ tương đương gồm lớp thực nghiệm 11A (37 học sinh) và lớp đối chứng 11H (37 học sinh). Việc chọn mẫu tương đương giúp loại bỏ các sai số hệ thống về năng lực ban đầu của người học.
  • Phương pháp phân tích: Luận văn sử dụng phương pháp thống kê toán học trong nghiên cứu khoa học giáo dục, tính toán các tham số đặc trưng gồm điểm trung bình cộng, phương sai, độ lệch chuẩn, hệ số biến thiên và kiểm định độ tin cậy. Lý do lựa chọn phương pháp này nhằm định lượng hóa chính xác mức độ tiến bộ của học sinh và đảm bảo tính khách quan khoa học.
  • Toàn bộ quy trình khảo sát thực trạng và thực nghiệm sư phạm được tiến hành liên tục từ tháng 11 năm 2015 đến hết học kỳ II năm học 2015-2016.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Khảo sát thực trạng giảng dạy cho thấy sự bất cập lớn trong phương pháp giáo dục truyền thống:

  • Về phương pháp của giáo viên: Có tới 83,4% giáo viên thường xuyên sử dụng phương pháp thuyết trình và 66,7% sử dụng đàm thoại; trong khi các phương pháp tích cực bị xem nhẹ với chỉ 18,3% giáo viên thường xuyên tổ chức thực hành thí nghiệm, 31,7% áp dụng dạy học giải quyết vấn đề và 26,6% thực hiện dạy học dự án.
  • Về phân phối thời lượng: 98,3% giáo viên dành phần lớn thời gian trên lớp cho hoạt động giảng giải kiến thức mới, chỉ 35,0% giáo viên có liên hệ kiến thức với thực tiễn đời sống.
  • Về nhận thức của học sinh: 81,3% học sinh nhận thấy chương trình Sinh học có nhiều liên hệ thực tế, 89,3% đánh giá việc liên hệ thực tiễn là rất cần thiết, nhưng có đến 80,0% học sinh chỉ xem Sinh học là môn học bắt buộc mà không có sự say mê.

Sau khi thiết kế và triển khai 2 chủ đề thực nghiệm gồm "Đại dương trong cơ thể" (3 tiết) và "Các nhân tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển ở động vật" (3 tiết), kết quả kiểm tra định lượng cho thấy sự bứt phá vượt bậc của lớp thực nghiệm 11A so với lớp đối chứng 11H. Điểm số bài kiểm tra số 1 và số 2 của lớp thực nghiệm có tỉ lệ học sinh đạt loại giỏi tăng hơn lớp đối chứng khoảng 18,5%, tỉ lệ học sinh đạt loại khá tăng 15,2%, đồng thời tỉ lệ học sinh đạt mức trung bình và yếu giảm hơn 20,0% so với lớp đối chứng.

Thảo luận kết quả

Sự chênh lệch rõ rệt về kết quả học tập giữa hai lớp bắt nguồn từ việc đổi mới phương thức tổ chức dạy học. Khi áp dụng mô hình dạy học theo 3 góc (góc nghiên cứu, góc quan sát hệ tuần hoàn hở và kín, góc quan sát hệ tuần hoàn đơn và kép) kết hợp dạy học dự án khám phá hệ tuần hoàn, học sinh lớp 11A được trực tiếp đo các chỉ số sinh lý (thân nhiệt, huyết áp, nhịp tim), thiết kế sơ đồ tư duy hệ mạch và xây dựng tài liệu tuyên truyền bệnh huyết áp. Việc vận dụng kiến thức Vật lý về lực ma sát và áp suất chất lỏng theo định luật Becnuli đã giúp học sinh giải thích cặn kẽ vì sao huyết áp giảm dần từ động mạch chủ đến mao mạch và tĩnh mạch chủ.

Dữ liệu định lượng trong luận văn được trình bày trực quan thông qua hệ thống 12 bảng số liệu và 7 hình ảnh, tiêu biểu là biểu đồ phân phối tần suất điểm số và đường tích lũy tần suất lùi của 2 bài kiểm tra. Đồ thị đường tích lũy của lớp thực nghiệm luôn nằm bên phải và phía dưới so với lớp đối chứng, chứng minh chất lượng học tập của lớp thực nghiệm cao hơn một cách vững chắc ở mọi mức điểm. Kết quả này hoàn toàn nhất quán với nghiên cứu của Giselle O. Martin-Kniep và Xavier Roegiers, khẳng định dạy học tích hợp liên môn giúp người học hình thành năng lực tư duy hệ thống và kỹ năng giải quyết vấn đề thực tiễn vượt trội so với lối học truyền thụ một chiều.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm nhân rộng mô hình dạy học tích hợp liên môn trong môn Sinh học, luận văn đề xuất 4 nhóm giải pháp chiến lược:

  1. Đổi mới quy trình thiết kế giáo án tích hợp: Giáo viên bộ môn Sinh học tại các trường trung học phổ thông cần chủ động áp dụng quy trình 5 bước xây dựng chủ đề liên môn (rà soát chương trình, xác định chủ đề, dự kiến thời gian, xác định mục tiêu năng lực, biên soạn nội dung), cam kết xây dựng tối thiểu 2 chủ đề tích hợp mỗi học kỳ từ năm học 2016-2017 nhằm nâng tỷ lệ học sinh tham gia học tập chủ động lên 100%.
  2. Tổ chức bồi dưỡng chuyên môn liên môn: Ban Giám hiệu các trường trung học phổ thông phối hợp với Sở Giáo dục và Đào tạo Ninh Bình tổ chức 4 chuyên đề tập huấn hàng năm về phương pháp dạy học theo góc và dạy học dự án, tạo điều kiện để các tổ chuyên môn Sinh học, Vật lý, Hóa học sinh hoạt liên tổ định kỳ 2 lần mỗi tháng.
  3. Cải tiến cấu trúc đề kiểm tra đánh giá: Tổ chuyên môn nhà trường cần điều chỉnh ma trận đề kiểm tra định kỳ, dành tỷ trọng 30% đến 40% câu hỏi liên môn và bài tập vận dụng thực tiễn trong các bài kiểm tra 1 tiết và kiểm tra học kỳ, hoàn thành ngân hàng câu hỏi trước học kỳ I năm 2017.
  4. Đầu tư trang thiết bị thực hành đồng bộ: Các cấp quản lý giáo dục ưu tiên phân bổ ngân sách trang bị tối thiểu 5 bộ máy đo huyết áp điện tử, nhiệt kế y tế và mô hình giải phẫu tim mạch cho mỗi phòng thực hành Sinh học trong thời gian 12 tháng, bảo đảm 100% học sinh được tự tay thao tác đo đạc chỉ số sinh lý.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Tài liệu luận văn là nguồn tham khảo khoa học giá trị cao cho 4 nhóm đối tượng trọng tâm:

  • Giáo viên Sinh học trung học phổ thông: Khai thác trực tiếp 2 bộ giáo án thực nghiệm chi tiết về "Đại dương trong cơ thể" và "Các nhân tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển ở động vật", ứng dụng phương pháp chia góc và giao dự án nhóm vào các tiết dạy chính khóa lớp 11.
  • Cán bộ quản lý giáo dục và tổ trưởng chuyên môn: Sử dụng khung quy trình 5 bước và các tiêu chí đánh giá năng lực làm cẩm nang hướng dẫn sinh hoạt chuyên môn, xây dựng kế hoạch đổi mới phương pháp dạy học cho hơn 50 cán bộ giáo viên tại đơn vị.
  • Học viên cao học và nhà nghiên cứu giáo dục: Kế thừa hệ thống cơ sở lý luận, bảng hỏi khảo sát 60 giáo viên và phương pháp xử lý số liệu thống kê thực nghiệm trên 74 học sinh để phát triển các đề tài nghiên cứu liên môn ở các khối lớp khác.
  • Sinh viên các trường Đại học Sư phạm ngành Sinh học: Tham khảo mô hình phân tích mối liên hệ liên ngành giữa Sinh học với Vật lý 10, Hóa học 9 và Công nghệ 10, hoàn thiện năng lực soạn giảng tích hợp đáp ứng chuẩn nghề nghiệp giáo viên phổ thông.

Câu hỏi thường gặp

Tại sao cần tích hợp kiến thức Vật lý và Hóa học vào phần Sinh học cơ thể động vật?
Bản chất hoạt động sống của cơ thể động vật vận hành theo các quy luật hóa sinh và lý sinh. Ví dụ, để giải thích áp lực máu và vận tốc máu cần dùng Định luật Húc và Định luật Becnuli trong Vật lý 10; để giải thích môi trường nội sinh cần nồng độ dung dịch NaCl 0,9% từ Hóa học. Tích hợp giúp 96,7% học sinh hiểu rõ bản chất sự sống thay vì ghi nhớ máy móc.

Luận văn đã thiết kế những chủ đề tích hợp liên môn cụ thể nào?
Tác giả đã hoàn thiện 2 chủ đề tích hợp hoàn chỉnh: "Đại dương trong cơ thể" (kết hợp Bài 18, 19, 21 Sinh học 11 với Vật lý 10, Hóa học 9, Toán học, Thể dục) và "Các nhân tố ảnh hưởng đến sinh trưởng và phát triển ở động vật" (kết hợp Bài 38, 39 Sinh học 11 với Công nghệ 10, Vật lý và Giáo dục công dân).

Phương pháp dạy học nào mang lại hiệu quả cao nhất trong thực nghiệm?
Dạy học theo góc kết hợp dạy học dự án mang lại hiệu quả rõ rệt nhất. Giáo viên tổ chức không gian lớp thành 3 góc học tập luân chuyển (nghiên cứu lý thuyết, quan sát tuần hoàn kín/hở, quan sát tuần hoàn đơn/kép) và giao dự án đo chỉ số sinh lý (thân nhiệt, nhịp tim, huyết áp), khắc phục hoàn toàn tình trạng 83,4% giáo viên chỉ dùng thuyết trình.

Kết quả thực nghiệm trên 74 học sinh lớp 11 chứng minh điều gì?
Kết quả 2 bài kiểm tra định lượng tại Trường THPT Kim Sơn C cho thấy lớp thực nghiệm 11A có tỉ lệ điểm khá, giỏi cao hơn lớp đối chứng 11H khoảng 18,5%, điểm trung bình và yếu giảm hơn 20,0%. Điều này chứng minh dạy học tích hợp nâng cao rõ rệt cả kiến thức lý thuyết lẫn kỹ năng thực hành y sinh của học sinh.

Làm thế nào để giáo viên vượt qua rào cản dạy học đơn môn truyền thống?
Khảo sát 60 giáo viên cho thấy 73,4% chưa dạy tích hợp vì ngại khó. Giải pháp tối ưu là áp dụng quy trình 5 bước chuẩn hóa của luận văn, tận dụng các chủ đề mẫu có sẵn, tổ chức sinh hoạt chuyên môn liên tổ định kỳ 2 tuần một lần và phối hợp liên môn để giảm tối đa thời gian chuẩn bị bài giảng.

Kết luận

  • Hệ thống hóa hoàn chỉnh cơ sở lý luận về dạy học tích hợp liên môn và giáo dục định hướng phát triển năng lực học sinh trung học phổ thông theo tinh thần Nghị quyết 29-NQ/TW.
  • Khảo sát thực trạng toàn diện trên 60 giáo viên và 150 học sinh, chỉ ra 73,4% giáo viên chưa từng dạy học tích hợp và 98,3% thời lượng tiết học bị chi phối bởi thuyết trình truyền thống.
  • Thiết kế thành công 2 chủ đề tích hợp liên môn chuẩn mực thuộc chương trình Sinh học 11, gắn kết Sinh học với Vật lý 10, Hóa học 9, Toán học và Công nghệ 10.
  • Kiểm chứng thực nghiệm trên 74 học sinh, khẳng định lớp thực nghiệm nâng tỷ lệ điểm khá giỏi cao hơn lớp đối chứng khoảng 18,5% và phát triển vượt trội các kỹ năng thực hành sinh lý.
  • Đề xuất quy trình thiết kế 5 bước tinh gọn cùng 4 nhóm giải pháp sư phạm có tính khả thi cao, dễ dàng áp dụng tại các trường phổ thông.

Đóng góp lớn nhất của luận văn là đã chuyển hóa lý thuyết tích hợp phức tạp thành 2 giáo án thực nghiệm mẫu giàu tính thực tiễn, giải quyết triệt để bài toán dạy học phân mảnh trong môn Sinh học 11. Kế hoạch tiếp theo trong giai đoạn 2016-2020 là mở rộng mô hình tại 5 trường trung học phổ thông trên địa bàn tỉnh Ninh Bình và số hóa học liệu thành khóa học trực tuyến. Quý thầy cô giáo, nhà quản lý và các bạn học viên hãy tham khảo, vận dụng ngay bộ chủ đề tích hợp liên môn của luận văn để nâng cao chất lượng giảng dạy Sinh học ngay trong năm học này.