Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Khóa luận tốt nghiệp đại học chuyên ngành Phương pháp dạy học Sinh học của tác giả Đinh Thị Như Quỳnh (Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, năm 2019) được thực hiện dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. An Biên Thùy. Đề tài tập trung vào việc nghiên cứu, thiết kế và tổ chức thực nghiệm chuyên đề "Công nghệ enzim" trong khuôn khổ đổi mới chương trình giáo dục phổ thông môn Sinh học.

Bối cảnh nghiên cứu xuất phát từ các yêu cầu thực tiễn sau:

  • Yêu cầu đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục: Nghị quyết Hội nghị Trung ương 8 Khóa XI xác định mục tiêu chuyển nền giáo dục từ tiếp cận truyền thụ kiến thức một chiều sang phát triển phẩm chất và năng lực của người học.
  • Đặc thù môn Sinh học trong Chương trình Giáo dục phổ thông 2018: Sinh học là môn khoa học thực nghiệm. Chương trình mới chú trọng cung cấp kiến thức nền tảng để học sinh giải thích và thiết kế các mô hình ứng dụng công nghệ sinh học — một trong những trụ cột cốt lõi của cuộc cách mạng công nghiệp 4.0.
  • Nhu cầu chuyển đổi cấu trúc dạy học: Chuyển từ việc dạy học theo từng bài/tiết rời rạc sang xây dựng các chuyên đề dạy học tích hợp nhằm tạo điều kiện áp dụng phương pháp dạy học tích cực.
  • Thực trạng tại các trường phổ thông: Đa số giáo viên Trung học phổ thông (THPT) dù đã được tiếp cận phương pháp dạy học mới nhưng việc vận dụng còn lúng túng, mang tính máy móc; tại thời điểm năm 2019, sách giáo khoa mới chưa được ban hành nên giáo viên còn thiếu tài liệu và quy trình cụ thể để triển khai các chuyên đề như "Công nghệ enzim".

Mục tiêu nghiên cứu: Thiết kế chuyên đề "Công nghệ enzim" nhằm nâng cao chất lượng dạy học và phát huy năng lực học tập môn Sinh học của học sinh THPT.

Nhiệm vụ nghiên cứu:

  1. Nghiên cứu cơ sở lý luận về phương pháp dạy học chuyên đề định hướng phát triển năng lực của học sinh.
  2. Điều tra thực tế về tổ chức dạy học chuyên đề ở trường phổ thông.
  3. Xác định nội dung kiến thức và kỹ năng cần đạt trong chuyên đề Công nghệ enzim.
  4. Thiết kế chuyên đề dạy học Công nghệ enzim.
  5. Đánh giá chuyên đề được xây dựng bằng phương pháp chuyên gia và thực nghiệm sư phạm.

Khách thể, đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Khách thể nghiên cứu: Hoạt động tổ chức dạy học theo chuyên đề ở trường THPT.
  • Đối tượng nghiên cứu: Nội dung phần Công nghệ enzim và quy trình thiết kế, tổ chức dạy học theo chuyên đề.
  • Phạm vi nghiên cứu: Thiết kế và tổ chức dạy học chuyên đề Công nghệ enzim, triển khai khảo sát và thực nghiệm tại Trường THPT Ngô Gia Tự (thị xã Từ Sơn, tỉnh Bắc Ninh).

Giả thuyết khoa học: Nếu biên soạn được chuyên đề "Công nghệ enzim" theo yêu cầu cần đạt môn Sinh học và tổ chức dạy học chuyên đề theo hướng dẫn của Công văn số 5555/BGDĐT-GDTrH thì sẽ góp phần hình thành và phát triển năng lực Sinh học cho học sinh THPT.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung pháp lý và cơ sở lý luận

Khóa luận xây dựng hệ thống luận cứ dựa trên các văn bản chỉ đạo của Đảng, Nhà nước và Bộ Giáo dục và Đào tạo:

  • Nghị quyết Hội nghị Trung ương 8 Khóa XI về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo.
  • Chiến lược phát triển giáo dục giai đoạn 2011–2020 (ban hành kèm theo Quyết định số 711/QĐ-TTg ngày 13/6/2012 của Thủ tướng Chính phủ).
  • Công văn số 5555/BGDĐT-GDTrH ngày 08/10/2014 của Bộ Giáo dục và Đào tạo về hướng dẫn sinh hoạt chuyên môn, đổi mới phương pháp dạy học và kiểm tra, đánh giá theo chuyên đề.
  • Kế hoạch số 984/KH-BGDĐT ngày 04/11/2014 về tập huấn cán bộ quản lý, giáo viên THPT xây dựng chuyên đề dạy học.
  • Chương trình giáo dục phổ thông môn Sinh học (ban hành năm 2018).

Về tài liệu chuyên ngành, nghiên cứu tổng hợp cơ sở khoa học từ các giáo trình: Công nghệ enzim (Đặng Thị Thu), Công nghệ sinh học (Bùi Xuân Đông), Giáo trình enzim (TS. Trần Thanh Phong), Giáo trình công nghệ sản xuất enzim, protein và ứng dụng (PGS.TS. Nguyễn Thị Hiền), và sách giáo khoa Sinh học lớp 10 hiện hành.

Phương pháp nghiên cứu

  • Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: Phân tích, tổng hợp các văn bản pháp quy, tài liệu khoa học về công nghệ enzim và lý luận dạy học theo định hướng phát triển năng lực.
  • Phương pháp điều tra thực trạng: Sử dụng phiếu hỏi và phỏng vấn trực tiếp đối với 05 giáo viên môn Sinh học và 85 học sinh tại Trường THPT Ngô Gia Tự (Bắc Ninh), tiến hành vào ngày 20/03/2019.
  • Phương pháp chuyên gia: Xin ý kiến đánh giá từ các giảng viên chuyên ngành vi sinh học, hóa sinh học thuộc Khoa Sinh - KTNN, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 về bản thảo nội dung chuyên đề.
  • Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tiến hành dạy thực nghiệm chuyên đề tại hai lớp 10A3 và 10A7 Trường THPT Ngô Gia Tự từ ngày 07/03/2019 đến ngày 05/04/2019.
  • Phương pháp thống kê toán học: Xử lý và phân tích số liệu điều tra thực trạng và kết quả kiểm tra đánh giá thực nghiệm sư phạm.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài

Chương 1 hệ thống hóa lịch sử nghiên cứu dạy học theo chuyên đề trên thế giới (Phần Lan, Nhật Bản, Malaysia, Hoa Kỳ theo nghiên cứu của Henderson và Landesman năm 1995, Australia, Anh, Canada, Pháp, Đức...) và tại Việt Nam.

Tác giả xác định dạy học theo chuyên đề là phương pháp tích hợp nội dung kiến thức, tổ chức lại chương trình học thành các chỉnh thể trọn vẹn, gắn liền với thực tiễn nhằm phát triển năng lực người học.

Tiêu chí so sánh Dạy học theo cách tiếp cận truyền thống Dạy học theo chuyên đề
Trung tâm dạy học Giáo viên là trung tâm; tiến trình giải quyết vấn đề do giáo viên áp đặt. Học sinh là trung tâm; chủ động quyết định chiến lược học tập với sự hỗ trợ của giáo viên.
Cấu trúc nội dung Dạy học theo từng bài riêng lẻ với thời lượng cố định. Tổ chức lại thành chuyên đề thống nhất từ một phần chương trình học.
Mối liên hệ kiến thức Kiến thức rời rạc hoặc liên hệ tuyến tính một chiều. Kiến thức tổng thể, tinh giản, có tính hệ thống cao.
Mức độ nhận thức Dừng lại ở mức biết, hiểu, vận dụng giải bài tập. Đạt mức độ phân tích, tổng hợp, đánh giá và giải quyết vấn đề.
Tính thực tiễn Kiến thức còn xa rời thực tiễn đời sống. Kiến thức gắn liền với thực tiễn đời sống của học sinh.
Mục tiêu giáo dục Ít chú trọng phát triển các kỹ năng mềm. Bồi dưỡng kỹ năng giao tiếp, hợp tác, làm việc với thông tin, ra quyết định.

Về cơ sở thực tiễn, khảo sát ngày 20/03/2019 tại Trường THPT Ngô Gia Tự thu được các số liệu sau:

  • Thực trạng phương pháp dạy học của giáo viên (khảo sát 85 học sinh): Phương pháp hỏi - đáp chiếm tỉ lệ cao nhất với 47,06% (40 HS), tiếp đến là làm thí nghiệm với 20,0% (17 HS), thuyết trình chiếm 17,64% (15 HS), quan sát mẫu vật/tranh ảnh/video chiếm 10,6% (9 HS), và phương pháp khác chiếm 4,7% (4 HS).
  • Ý kiến giáo viên về dạy học chuyên đề (khảo sát 05 giáo viên): 100% giáo viên (5/5) tán thành nên áp dụng dạy học theo chuyên đề. Tuy nhiên, mức độ áp dụng thực tế còn thấp: 40% giáo viên (2 người) rất ít khi dạy, 60% (3 người) thỉnh thoảng dạy, và 0% dạy thường xuyên.
  • Đánh giá hiệu quả từ giáo viên: 60% (3 GV) đánh giá có hiệu quả, 20% (1 GV) đánh giá rất hiệu quả và 20% (1 GV) đánh giá tương đối hiệu quả.

Chương 2: Thiết kế và tổ chức dạy học chuyên đề Công nghệ enzim

Tác giả đề xuất quy trình tổng thể gồm 3 giai đoạn: Thiết kế tài liệu chuyên đề $\rightarrow$ Thiết kế các hoạt động của chuyên đề $\rightarrow$ Tổ chức các hoạt động chuyên đề.

1. Giai đoạn 1: Thiết kế tài liệu chuyên đề

Quy trình thiết kế tài liệu gồm 6 bước:

  • Bước 1: Xác định mục tiêu và yêu cầu cần đạt của chuyên đề theo Chương trình Giáo dục phổ thông mới (Bảng phân bổ các chuyên đề Sinh học THPT: Lớp 10 gồm Công nghệ tế bào 15 tiết, Công nghệ enzim 10 tiết, Công nghệ vi sinh vật trong xử lý môi trường 10 tiết; Lớp 11 và 12 gồm các chuyên đề từ 10 đến 15 tiết).
  • Bước 2: Tìm kiếm thông tin liên quan từ sách giáo trình và tài liệu tham khảo.
  • Bước 3: Sắp xếp và xử lý thông tin theo logic khoa học.
  • Bước 4: Viết bản thảo tài liệu chuyên đề.
  • Bước 5: Xin ý kiến chuyên gia.
  • Bước 6: Hoàn thiện tài liệu chuyên đề (tài liệu chi tiết gồm 30 trang tại Phụ lục).

Cấu trúc nội dung tài liệu chuyên đề "Công nghệ enzim" gồm 3 phần chính:

  • Phần I: Khái quát về enzim: Khái niệm, tính chất, cấu trúc, cơ chế tác động, các yếu tố ảnh hưởng đến hoạt tính của enzim (nhiệt độ, độ pH, chất ức chế/hoạt hóa, nồng độ enzim, nồng độ cơ chất) và triển vọng của công nghệ enzim.
  • Phần II: Quy trình công nghệ sản xuất enzim: Nguồn nguyên liệu thu enzim (động vật, thực vật, vi sinh vật; phân tích ưu điểm vượt trội của nguồn vi sinh vật) và quy trình sản xuất enzim từ vi sinh vật.
  • Phần III: Ứng dụng của công nghệ enzim: Ứng dụng trong công nghiệp thực phẩm, y dược và kỹ thuật di truyền.

2. Giai đoạn 2: Thiết kế các hoạt động của chuyên đề

Quy trình thiết kế hoạt động gồm 4 bước:

  • Bước 1: Xác định chuẩn kiến thức, kỹ năng, thái độ và năng lực hướng tới.
  • Bước 2: Xác định và mô tả mức độ yêu cầu (Nhận biết, Thông hiểu, Vận dụng, Vận dụng cao).
  • Bước 3: Biên soạn ngân hàng câu hỏi và bài tập (xây dựng ngân hàng gồm 15 câu hỏi/bài tập tương ứng với các mức độ nhận thức).
  • Bước 4: Thiết kế tiến trình dạy học theo chuyên đề.

3. Giai đoạn 3: Tổ chức dạy học chuyên đề

Tiến trình dạy học được cấu trúc thành 5 hoạt động theo Công văn số 5555/BGDĐT-GDTrH:

  • Hoạt động khởi động (HĐKĐ): Tổ chức trò chơi "Ai nhanh hơn" (Nhóm 1 kể tên thực phẩm ủ chua, Nhóm 2 kể tên các loại nước chấm) nhằm tạo mâu thuẫn nhận thức về vai trò xúc tác của enzim.
  • Hoạt động hình thành kiến thức (HĐHTKT):
    • Hoạt động 1: Tìm hiểu khái quát về enzim (áp dụng kỹ thuật sân khấu hóa trong 30 phút, thảo luận nhóm 4 người, phân tích đồ thị ảnh hưởng của nhiệt độ và pH).
    • Hoạt động 2: Tìm hiểu quy trình công nghệ sản xuất enzim công nghiệp từ vi sinh vật (đọc tài liệu, so sánh các nguồn thu enzim).
    • Hoạt động 3: Dạy học dự án về ứng dụng của enzim (chia nhóm thực hiện dự án ngoài giờ lên lớp trong 1–2 tuần; Nhóm 1 làm sản phẩm thực tế: sữa chua, siro quất, dưa chua; Nhóm 2 nghiên cứu ứng dụng y dược; Nhóm 3 thu thập video về kỹ thuật di truyền).
  • Hoạt động luyện tập (HĐLT): Hệ thống câu hỏi củng cố bản chất protein, cơ chế xúc tác, phân tích hiện tượng biến tính enzim khi nhiệt độ quá cao.
  • Hoạt động vận dụng (HĐVD) và Hoạt động tìm tòi - mở rộng (HĐTT-MR): Học sinh giải quyết tình huống thực tiễn như giải thích cơ chế "men sống tiêu hóa nhanh", thiết kế poster truyền thông về lợi ích của sữa chua, lập bảng quy trình kỹ thuật làm siro quất.

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

Nội dung thực nghiệm được thực hiện tại Trường THPT Ngô Gia Tự từ ngày 07/03/2019 đến ngày 05/04/2019 trên hai lớp 10A3 và 10A7 (hai lớp có trình độ nhận thức tương đương dựa trên kết quả khảo sát đầu vào).

Tác giả thu thập dữ liệu bằng quan sát, phỏng vấn và bài kiểm tra đánh giá năng lực học sinh sau chuyên đề.

Kết quả thống kê điểm bài kiểm tra sau thực nghiệm:

Phân loại kết quả học tập Điểm số Số lượng học sinh Tỉ lệ quy đổi (%)
Mức yếu Dưới 5,0 6 7,1%
Mức trung bình Từ 5,0 đến 6,5 25 29,4%
Mức giỏi Từ 8,0 đến 9,0 24 28,2%
Mức xuất sắc Trên 9,0 2 3,4%

(Ghi chú: Nhóm điểm khá nằm trong khoảng phân bố còn lại giữa mức trung bình và mức giỏi theo ghi nhận thống kê của tác giả).

Về mặt định tính, học sinh tham gia học tập tích cực, thể hiện sự hứng thú cao đối với các hoạt động trải nghiệm như sân khấu hóa, nghiên cứu tài liệu và hoàn thành các sản phẩm thực tế (dưa chua, siro quất, sữa chua).

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

  • Xác lập được quy trình khoa học gồm 6 bước biên soạn tài liệu chuyên đề và 4 bước thiết kế kế hoạch dạy học theo định hướng phát triển năng lực môn Sinh học.
  • Xây dựng hoàn chỉnh bộ tài liệu dạy học chuyên đề "Công nghệ enzim" (dài 30 trang) với cấu trúc 3 phần rõ ràng, đảm bảo yêu cầu cần đạt của Chương trình Giáo dục phổ thông mới.
  • Xây dựng bảng ma trận mục tiêu chi tiết theo 4 mức độ nhận thức và hệ thống ngân hàng gồm 15 câu hỏi, bài tập gắn liền với các tình huống thực tiễn đời sống.
  • Kiểm chứng tính hiệu quả qua thực nghiệm sư phạm tại 2 lớp THPT: tỉ lệ học sinh đạt điểm từ trung bình trở lên đạt 92,9%, trong đó nhóm đạt điểm giỏi và xuất sắc chiếm 31,6%.

Giải pháp và kiến nghị của tác giả

  • Nhà trường và tổ chuyên môn cần tăng cường sinh hoạt chuyên môn theo tinh thần Công văn số 5555/BGDĐT-GDTrH, tạo điều kiện cho giáo viên chủ động xây dựng chuyên đề dạy học.
  • Đa dạng hóa hình thức tổ chức dạy học: kết hợp học tập trên lớp với hoạt động dự án, trải nghiệm làm sản phẩm thực nghiệm ngoài giờ lên lớp.
  • Đầu tư cơ sở vật chất, hóa chất, dụng cụ thí nghiệm nhằm hỗ trợ học sinh thực hiện các thí nghiệm thực hành sinh học.

Đóng góp mới của đề tài

Hệ thống hóa cơ sở lý luận và xây dựng được tài liệu, giáo án thực nghiệm hoàn chỉnh về chuyên đề "Công nghệ enzim" trong giai đoạn giáo viên phổ thông chưa được tiếp cận sách giáo khoa mới, cung cấp tư liệu tham khảo thực tế cho quá trình đổi mới giáo dục bộ môn Sinh học.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế

  • Thời gian nghiên cứu và triển khai thực nghiệm sư phạm còn ngắn (khoảng 01 tháng, từ ngày 07/03/2019 đến ngày 05/04/2019).
  • Khảo sát thực trạng và thực nghiệm chỉ giới hạn tại một đơn vị trường học (Trường THPT Ngô Gia Tự, thị xã Từ Sơn, tỉnh Bắc Ninh) với 05 giáo viên và 85 học sinh tham gia điều tra ban đầu.
  • Nghiên cứu được thực hiện trước khi có sách giáo khoa chính thức của Chương trình Giáo dục phổ thông 2018, nguồn tài liệu học tập chủ yếu do tác giả tự tổng hợp từ các giáo trình đại học.

Hướng nghiên cứu tiếp

  • Mở rộng phạm vi và thời gian thực nghiệm sư phạm trên nhiều đối tượng học sinh ở các vùng miền khác nhau để tăng tính đại diện của dữ liệu.
  • Hoàn thiện và cập nhật tài liệu chuyên đề phù hợp với các bộ sách giáo khoa mới khi được ban hành chính thức.
  • Nghiên cứu thiết kế thêm các chuyên đề tự chọn khác trong chương trình Sinh học THPT (như Công nghệ tế bào, Sinh thái nhân văn, Sinh học phân tử).

Giá trị tham khảo

  • Giáo viên Sinh học THPT: Cung cấp quy trình biên soạn chuyên đề, ma trận câu hỏi đánh giá năng lực và kế hoạch bài dạy chi tiết 5 hoạt động theo Công văn số 5555/BGDĐT-GDTrH để áp dụng vào giảng dạy chuyên đề tự chọn lớp 10.
  • Sinh viên ngành Sư phạm Sinh học: Cung cấp tài liệu tham khảo về phương pháp xây dựng giáo án tích hợp, thiết kế hoạt động trải nghiệm, dạy học dự án và quy trình thực hiện khóa luận tốt nghiệp chuyên ngành Phương pháp dạy học.
  • Cán bộ quản lý chuyên môn: Tài liệu minh họa cụ thể cho việc tổ chức sinh hoạt chuyên môn đổi mới phương pháp giảng dạy tại các tổ bộ môn Khoa học tự nhiên.

Câu hỏi thường gặp

1. Quy trình thiết kế tài liệu chuyên đề trong khóa luận gồm các bước nào?
Tác giả đề xuất quy trình gồm 6 bước: (1) Xác định mục tiêu và yêu cầu cần đạt của chuyên đề; (2) Tìm kiếm thông tin liên quan đến nội dung chuyên đề; (3) Sắp xếp và xử lý thông tin; (4) Viết bản thảo chuyên đề; (5) Xin ý kiến chuyên gia; (6) Hoàn thiện tài liệu chuyên đề dựa trên góp ý.

2. Thực trạng phương pháp dạy học Sinh học tại trường THPT Ngô Gia Tự trước khi thực nghiệm như thế nào?
Khảo sát 85 học sinh cho thấy phương pháp hỏi - đáp được sử dụng nhiều nhất (47,06%), tiếp theo là làm thí nghiệm (20,0%), thuyết trình (17,64%), quan sát mẫu vật/tranh ảnh/video (10,6%) và các phương pháp khác (4,7%). 100% giáo viên đồng thuận nên dạy học theo chuyên đề nhưng mức độ thực hiện chỉ dừng lại ở mức thỉnh thoảng (60%) hoặc rất ít (40%).

3. Tiến trình tổ chức dạy học chuyên đề "Công nghệ enzim" được triển khai theo cấu trúc nào?
Tiến trình được tổ chức qua 5 hoạt động theo hướng dẫn của Công văn 5555/BGDĐT-GDTrH: Hoạt động khởi động (trò chơi "Ai nhanh hơn"), Hoạt động hình thành kiến thức (sân khấu hóa, nghiên cứu tài liệu, dạy học dự án), Hoạt động luyện tập (câu hỏi trắc nghiệm và tự luận), Hoạt động vận dụng (giải quyết tình huống thực tế) và Hoạt động tìm tòi - mở rộng (thực hiện quy trình làm sản phẩm lên men).

4. Học sinh được giao thực hiện những sản phẩm thực tế nào trong chuyên đề?
Trong hoạt động dự án và tìm tòi mở rộng, học sinh được phân công làm việc theo nhóm để tìm hiểu quy trình, giải thích vai trò của enzim và trực tiếp làm các sản phẩm: dưa chua, siro quất và sữa chua.

5. Kết quả điểm bài kiểm tra sau khi học sinh học chuyên đề tại trường THPT Ngô Gia Tự đạt mức nào?
Sau thực nghiệm tại 2 lớp 10A3 và 10A7, kết quả kiểm tra ghi nhận: Mức yếu (< 5,0 điểm) chiếm 7,1%; Mức trung bình (5,0–6,5 điểm) chiếm 29,4%; Mức giỏi (8,0–9,0 điểm) chiếm 28,2%; Mức xuất sắc (> 9,0 điểm) chiếm 3,4%.

Kết luận

Khóa luận của tác giả Đinh Thị Như Quỳnh đã hoàn thành mục tiêu hệ thống hóa cơ sở lý luận và thực tiễn về dạy học theo chuyên đề trong môn Sinh học THPT. Tác giả đã thiết kế thành công tài liệu và tiến trình dạy học chuyên đề "Công nghệ enzim" theo định hướng phát triển năng lực và bám sát tinh thần Công văn số 5555/BGDĐT-GDTrH. Kết quả thực nghiệm sư phạm tại Trường THPT Ngô Gia Tự (Bắc Ninh) đã khẳng định tính khả thi và hiệu quả của đề tài, tạo nguồn tài liệu tham khảo hữu ích cho việc đổi mới phương pháp giảng dạy Sinh học ở trường phổ thông.