Thiết kế & sử dụng sách giáo khoa điện tử dạy học phép biến hình theo hướng khám phá

Luận án nghiên cứu thiết kế và sử dụng sách giáo khoa điện tử, đổi mới phương pháp dạy học phép biến hình theo hướng tổ chức hoạt động khám phá.

• Tác giả: Nguyễn Ngọc Giang
• Người hướng dẫn: PGS. TS Đào Thái Lai
• Trường học: Viện Khoa Học Giáo Dục Việt Nam
• Chuyên ngành: Lý luận và Phương pháp dạy học bộ môn Toán
• Đề tài: Nghiên Cứu Thiết Kế Và Sử Dụng Sách Giáo Khoa Điện Tử Trong Dạy Học Phép Biến Hình Trên Mặt Phẳng Theo Hướng Tổ Chức Các Hoạt Động Khám Phá
• Loại tài liệu: Luận án tiến sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Tóm tắt

I. Nhu cầu thiết kế sách giáo khoa điện tử trong dạy học phép biến hình

Trong bối cảnh đổi mới giáo dục hiện đại, thiết kế sách giáo khoa điện tử trở thành yêu cầu cấp thiết nhằm nâng cao chất lượng dạy học toán. Phép biến hình trên mặt phẳng là nội dung khó khăn đối với học sinh phổ thông, đòi hỏi sự hình dung không gian tốt. Sách giáo khoa điện tử cho phép biến đổi hình ảnh động, giúp học sinh dễ dàng theo dõi các phép biến hình. Công nghệ thông tin và truyền thông (CNTT & TT) hỗ trợ hiệu quả việc tổ chức hoạt động khám phá cho học sinh. Nhu cầu này phát sinh từ hạn chế của sách giáo khoa truyền thống, không thể mô phỏng các chuyển động hình học một cách động và tương tác.

1.1. Tầm quan trọng của dạy học khám phá

Dạy học khám phá (DHKP) là phương pháp tích cực, kích thích học sinh tự khám phá kiến thức. Phương pháp này giúp học sinh phổ thông phát triển tư duy logic, khả năng giải quyết vấn đề. Áp dụng khám phá trong dạy học phép biến hình giúp học sinh hiểu rõ bản chất các phép dịch chuyển, quay, đối xứng trên mặt phẳng một cách sâu sắc.

1.2. Vai trò công nghệ trong dạy học toán hiện đại

Công nghệ thông tin đóng vai trò hỗ trợ quan trọng trong dạy học toán ở trung học phổ thông. Sách giáo khoa điện tử cung cấp công cụ để tạo bài học tương tác, sinh động. Học sinh có thể thực hành, thử nghiệm các phép biến hình trên máy tính, từ đó hiểu sâu hơn lý thuyết hình học.

II. Cơ sở lý luận cho thiết kế sách giáo khoa điện tử

Thiết kế sách giáo khoa điện tử cần dựa trên nền tảng lý luận vững chắc. Theo các nhà nghiên cứu giáo dục, sách điện tử phải thỏa mãn các yêu cầu sư phạm để hỗ trợ hoạt động học tập hiệu quả. Đối với nội dung phép biến hình trên mặt phẳng, cần tận dụng tính năng hình ảnh động, mô phỏng thực tế. Lý luận dạy học chỉ ra rằng học sinh tiếp thu tốt hơn thông qua các hoạt động khám phá, nơi họ chủ động xây dựng kiến thức. Sách giáo khoa điện tử cung cấp môi trường tối ưu cho các hoạt động này, với giao diện thân thiện và các công cụ tương tác phong phú.

2.1. Đặc điểm của sách giáo khoa điện tử hiệu quả

Sách giáo khoa điện tử chất lượng cao phải có cấu trúc rõ ràng, nội dung logic. Cần cung cấp hoạt động khám phá đa dạng, từ mức độ cơ bản đến nâng cao. Giao diện phải trực quan, hỗ trợ tương tác học sinh. Các tính năng như zoom, xoay, di chuyển hình ảnh là cần thiết cho phép biến hình.

2.2. Quy trình thiết kế sách giáo khoa điện tử

Quy trình thiết kế phải bao gồm: (1) Phân tích nội dung phép biến hình, (2) Xác định hoạt động khám phá phù hợp, (3) Lựa chọn công cụ phần mềm, (4) Xây dựng giao diện người dùng, (5) Tích hợp tương tác, (6) Kiểm thử với học sinh, (7) Điều chỉnh dựa trên phản hồi.

III. Nội dung và các hoạt động khám phá phép biến hình

Phép biến hình trên mặt phẳng bao gồm các nội dung chính: phép tịnh tiến, phép quay, phép đối xứng trục, phép đối xứng tâm, phép vị tự. Mỗi phép biến hình cần được dạy thông qua hoạt động khám phá để học sinh tự phát hiện quy luật. Sách giáo khoa điện tử cho phép xây dựng các bài toán khám phá, nơi học sinh thao tác trực tiếp với hình ảnh. Ví dụ, trong phép quay, học sinh có thể thay đổi tâm quay, góc quay và quan sát sự thay đổi của hình. Các hoạt động tự học được tích hợp, giúp học sinh rèn luyện kỹ năng độc lập. Phương pháp này nâng cao sự hiểu biết về bản chất hình học và phát triển kỹ năng giải quyết vấn đề.

3.1. Các mức độ hoạt động khám phá phù hợp

Hoạt động khám phá chia thành ba mức: (1) Mức độ hướng dẫn cao: GV hướng dẫn chi tiết, HS quan sát mô phỏng; (2) Mức độ hướng dẫn vừa phải: HS thực hành với gợi ý nhẹ; (3) Mức độ tự do cao: HS tự khám phá, tự đưa ra kết luận. Sách điện tử phải cung cấp các hoạt động ở tất cả mức độ này.

3.2. Ứng dụng các hoạt động vào từng phép biến hình

Cho phép tịnh tiến: học sinh thực hành di chuyển hình theo vectơ cho trước. Cho phép quay: thay đổi góc quay, quan sát kết quả. Cho phép đối xứng: vẽ trục đối xứng, khám phá tính chất. Mỗi hoạt động gắn với yêu cầu sư phạm cụ thể và kết quả học tập rõ ràng.

IV. Ứng dụng thực tiễn và hướng phát triển

Triển khai sách giáo khoa điện tử cho dạy học phép biến hình cần phải thực nghiệm sư phạm trong môi trường thực tế. Kinh nghiệm từ trung học phổ thông cho thấy học sinh hứng thú hơn khi học bằng sách điện tử tương tác. Các yếu tố thành công bao gồm: đào tạo giáo viên sử dụng công cụ, cung cấp hạ tầng công nghệ phù hợp, xây dựng nội dung giáo dục chất lượng cao. Hướng phát triển tương lai là tích hợp trí tuệ nhân tạo, cho phép kiểm tra điện tử tự động, phân tích tiến trình học sinh chi tiết. Sách giáo khoa điện tử sẽ trở thành công cụ không thể thiếu trong đổi mới phương pháp dạy học toán học ở các trường phổ thông.

4.1. Kết quả từ thực nghiệm sư phạm

Các thực nghiệm tại các trường phổ thông cho thấy: (1) Học sinh sử dụng sách điện tử đạt kết quả cao hơn 20-30%; (2) Tỷ lệ hiểu sâu kiến thức tăng đáng kể; (3) Thái độ học tập tích cực hơn; (4) Kỹ năng giải quyết vấn đề phát triển tốt. Các giáo viên cũng đánh giá cao hiệu quả của hoạt động khám phá với công cụ điện tử.

4.2. Những thách thức và giải pháp

Thách thức gồm: chi phí đầu tư công nghệ cao, cần đào tạo giáo viên, kỹ năng số của học sinh không đều. Giải pháp: hỗ trợ tài chính từ nhà nước, chương trình đào tạo bài bản, thiết kế giao diện thân thiện với người dùng không giỏi công nghệ. Cần xây dựng tiêu chuẩn sách giáo khoa điện tử chất lượng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề, để ngỏ Tự tìm lấy con đường Khám phá có phương pháp giải để giải hướng dẫn một phần 3 Chọn tình huống xuất Xác định vấn đề trong Khám phá tự do phát hay chấp nhận sự tình huống, tìm lời giải lựa chọn của HS theo con đường của mình [1, tr. Quy trình, nguyên tắc và đặc điểm của dạy học khám phá 1. Quy trình dạy học khám phá Qua tham khảo Roger Bybee và các cộng sự [57], tác giả luận án có chỉnh sửa bổ sung đưa ra quy trình dạy học khám phá gồm 5 bước, gọi là quy trình 5E (Engage: Tạo chú ý; Explore: Khảo sát; Explain: Giải thích; Elaborate: Phát biểu; Evaluation: Đánh giá). Tạo chú ý (Engage) HS được tiếp xúc và giao nhiệm vụ.

Lúc này, HS bắt đầu tạo mối liên hệ giữa kinh nghiệm đã có và những kinh nghiệm hiện tại, đưa ra những kiến thức - 13 - cơ sở cho các hoạt động và kích thích sự tham gia vào các hoạt động này. Việc đặt các câu hỏi, chỉ ra vấn đề, đưa ra sự kiện mới hoặc xây dựng các tình huống có vấn đề là những cách tạo sự chú ý và hướng HS vào đúng nhiệm vụ trọng tâm. Khảo sát (Explore) HS sẽ hình thành vững chắc nền tảng kiến thức khi tự học một mình ở nhà. Ở trên lớp, HS được tổ chức làm việc theo nhóm, làm việc cá nhân và làm việc chung cho cả lớp.

Cách học này sẽ xây dựng được những kinh nghiệm chung và điều đó giúp HS chia sẻ, giao lưu với nhau. GV lúc này hoạt động như một người điều phối, điều khiển, cung cấp học liệu và gợi ý nội dung HS cần tập trung tìm hiểu. Quá trình tìm tòi khám phá của HS là định hướng cho GV đưa ra các chỉ dẫn trong suốt quá trình dạy học. Giải thích (Explain) HS bắt đầu hình thành những hiểu biết khái quát thông qua những gì mà HS thu nhận được sau quá trình trao đổi và tương tác thông tin.

Ngôn ngữ giúp việc thể hiện những hiểu biết này sâu sắc và logic hơn. Ở đây, quá trình giao lưu, giao tiếp, tương tác xuất hiện giữa GV- HS, HS-HS và HS với phương tiện dạy học hoặc trong chính bản thân HS. Khi làm việc theo nhóm, HS giúp nhau cùng hiểu vấn đề bằng cách kết nối các ý tưởng, những vấn đề đặt ra, các giả thuyết và kết quả quan sát được. Ngôn ngữ là công cụ để giao tiếp, nó giúp HS phát triển các ý tưởng, lập luận các giả định, xác lập giả thuyết, từ đó trình bày ý kiến của bản thân.

Thông qua đó, GV định hướng và điều chỉnh câu trả lời của HS. Sau khi giúp HS có những trải nghiệm về thực tế, GV phải đưa ra các thuật ngữ, các khái niệm chính xác, ghi lại các hoạt động của HS. Qua đó, GV thấy được biểu hiện sự tiến bộ của HS. Phát biểu (Elaborate) HS được mở rộng vốn khái niệm mà mình đã học, kết nối với những khái niệm có liên quan và vận dụng những hiểu biết của mình vào thế giới xung quanh, mô hình hóa các bài toán thực tế nếu được.

Ví dụ, khi học bài toán trong mục phép đối xứng trục: “Cho hai điểm A và B nằm về một phía của đường thẳng d. Hãy xác định điểm M trên d sao cho AM  MB bé nhất”, GV đưa ra một số bài toán thực tế gắn bài toán trên như sau: - 14 - 1. Một người đi từ nhà ra bờ một con sông thẳng để múc một xô nước rồi mang về kho ở cùng một bên bờ sông của ngôi nhà đó. Tìm một điểm trên bờ sông để khoảng cách người đó phải đi là ngắn nhất.

Có hai địa điểm A và B nằm về cùng một phía đối với một con đường xe lửa đi qua hai địa điểm này. Người ta muốn xây dựng một nhà ga sao cho tổng khoảng cách từ địa điểm A đến nhà ga và từ nhà ga đến địa điểm B là ngắn nhất. Đánh giá (Evaluation) Đánh giá là giai đoạn cuối cùng của quy trình 5E. GV xác định những kiến thức và khái niệm mà HS đã đạt được.

Kiểm tra và đánh giá có thể tiến hành tại mọi thời điểm trong quá trình học tập. Một số công cụ hỗ trợ quá trình chẩn đoán này như bài kiểm tra, phỏng vấn, tự luận về các vấn đề, tình huống cụ thể gắn với mục đích đánh giá. Những kết quả của quá trình đánh giá sẽ là gợi ý để GV tiếp tục điều chỉnh việc dạy, tổ chức hướng dẫn HS, lên kế hoạch cho những bài học tiếp theo. Các nguyên tắc của dạy học khám phá Theo Jerome Bruner [43], dạy học khám phá gồm 5 nguyên tắc sau: Nguyên tắc thứ nhất: Giải quyết vấn đề GV hướng dẫn và động viên HS tìm kiếm lời giải, giải quyết vấn đề bằng cách kết hợp những thông tin mới tìm ra được, thông tin đã có với việc đơn giản hóa kiến thức.

Cách làm này giúp HS có động lực mạnh mẽ sau khi học, nó đóng vai trò chủ động và tạo ra sự ứng dụng rộng rãi các kĩ năng qua các hoạt động giải quyết vấn đề và tìm kiếm chân lí. Nguyên tắc thứ thứ hai: Quản lí học sinh GV nên cho HS làm việc một mình, làm việc với người khác và học tập theo tốc độ của riêng HS. Sự linh hoạt này làm cho việc học khác biệt với các bài học, các hoạt động thụ động, giúp HS giảm những căng thẳng không cần thiết, và làm cho HS thấy họ có nhu cầu học. Nguyên tắc thứ ba: Kết nối GV nên dạy cho HS cách kết nối kiến thức đã có với kiến thức mới, và khuyến khích HS kết nối với đời sống thực tế.

Nhiều kết quả bắt nguồn từ việc - 15 - tìm ra thông tin mới, GV nên khuyến khích HS mở rộng những gì họ biết và phát minh ra một cái gì đó mới. Nguyên tắc thứ tư: Phân tích thông tin và giải thích Dạy học khám phá là định hướng tiến trình chứ không phải định hướng nội dung, nó dựa trên giả định việc học không phải là một tập hợp đơn thuần các sự kiện. Trên thực tế, HS phải hoạt động tìm tòi, phát hiện, phân tích, lập luận và giải thích các thông tin có được, chứ không phải học thuộc lòng các câu trả lời đúng. Nguyên tắc thứ năm: Thất bại và phản hồi Việc học không chỉ xảy ra khi chúng ta tìm thấy những câu trả lời đúng mà còn thông qua những sai lầm.

HS thông qua những sai lầm sẽ có điều chỉnh để việc học trở nên tốt hơn. Những phản hồi kịp thời của GV sẽ giúp HS tự tin, nắm vững kiến thức và hoàn thiện mình. Những ưu điểm và hạn chế của dạy học khám phá Dạy học khám phá [48] có những ưu điểm và hạn chế sau: Ưu điểm: - DHKP làm cho HS tích cực trong tiến trình học tập, khi tham gia học tập thì HS chú ý hơn. - DHKP thúc đẩy tính tò mò.

- DHKP thúc đẩy sự phát triển các kĩ năng học tập cao về đời sống xã hội. - DHKP cho phép cá nhân hóa kinh nghiệm học tập. - DHKP có tính khuyến khích cao vì nó cho phép các cá nhân có cơ hội trải nghiệm và khám phá điều gì đó cho chính bản thân. - DHKP xây dựng trước tiên trên nền tảng kiến thức và sự hiểu biết của HS.

- Hoạt động DHKP tập trung sự chú ý của HS vào những ý tưởng hay các kĩ thuật quan trọng. - DHKP buộc HS phải luôn phản hồi và những kết quả phản hồi này trong tiến trình xử lí thông tin sẽ trở nên sâu sắc hơn nhiều so với việc ghi nhớ đơn thuần. - DHKP cung cấp cho HS cơ hội nhận được phản hồi nhanh về hiểu biết của HS. - 16 - - DHKP cho phép HS kết nối thông tin với các sự kiện để tạo ra sự kích thích đối với việc ghi nhớ thông tin.

- DHKP là động cơ thúc đẩy, nó có khả năng kết hợp ý muốn của các cá nhân về giải quyết vấn đề thành công với việc nhớ lại thông tin. Hạn chế: - DHKP có khả năng gây nhầm lẫn cho HS nếu HS không có nền tảng kiến thức ban đầu. - DHKP có những hạn chế về thực hành khi các trường học không coi đó là phương pháp dạy học chính để HS học các bài học. - DHKP không hiệu quả, nó quá tốn thời gian cho việc thực hiện các hoạt động bài học (ví dụ các hoạt động Toán học), sẽ không đủ thời giờ để HS có thể “khám phá” hết tất cả mọi điều trong năm học của HS.

- DHKP yêu cầu GV phải chuẩn bị nhiều thứ dành cho chỉnh sai, nhiều phản hồi về việc HS mắc sai lầm (quá trình thử và sai). - DHKP có thể trở thành rào cản, đó là có quá nhiều kĩ năng quan trọng và thông tin quan trọng mà tất cả HS nên học. - Nếu DHKP được thực hiện như một thuyết giáo dục quan trọng bậc nhất thì dễ có khuynh hướng tạo ra một nền giáo dục không đầy đủ. [48] Chúng tôi bổ sung thêm một số hạn chế khác của DHKP trong lớp học truyền thống: - DHKP trong lớp học truyền thống chỉ thực hiện được với số ít HS, không tương tác được với các HS ở các vùng địa lí khác nhau, chẳng hạn HS ở tỉnh này, tỉnh kia hay quốc gia này, quốc gia kia.

Môi trường tương tác trong DHKP truyền thống là hạn chế. - DHKP truyền thống với số đông HS thì không đủ các chuyên gia trợ giúp trong các pha phản hồi ngay tức thì. Khi HS chọn sai một lựa chọn thì DHKP truyền thống không ngay lập tức đưa ra thông tin cũng như hướng dẫn bổ trợ cho HS. - DHKP truyền thống thường phải có thầy mới thực hiện được các pha dạy học.

HS khám phá theo các hoạt động, yêu cầu của thầy. Các hoạt động khám phá dành cho học sinh Trên cơ sở kết quả nghiên cứu các tác giả đi trước về các hoạt động khám phá, tác giả luận án có cải tiến và bổ sung thêm một vài hoạt động khám phá dành cho HS THPT: Hoạt động 1. Thông qua nhận dạng, quan sát, ước lượng, đo đạc, so sánh, dự đoán … trên các trường hợp khác nhau để có thể phát hiện được một tính chất, định lí, hệ quả nào đó, hoặc có thể khái quát thành một khái niệm mới từ đó đề xuất giả thuyết, đặc điểm của các đối tượng này. Tìm các cách thể hiện khác nhau về một khái niệm cho trước.

Tìm các ưu điểm và hạn chế ứng với từng cách thể hiện.