Luận văn thạc sĩ: Sử dụng Geometer's Sketchpad trong dạy học chủ đề đường tròn hình học 9

Luận văn thạc sĩ giáo dục nghiên cứu vnu ued sử dụng phần mềm geometers sketchpad trong dạy học chủ đề đường tròn hình học 9, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất

• Tác giả: Đặng Văn Biểu
• Người hướng dẫn: PGS.TS Nguyễn Chí Thành
• Trường học: Trường Đại học Giáo dục - Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Sư phạm Toán
• Đề tài: Sử dụng phần mềm Geometer’s Sketchpad trong dạy học chủ đề đường tròn, hình học 9
• Loại tài liệu: Luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG I: CƠ SỞ CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 1.1. Nhu cầu đổi mới phương pháp dạy học
• 1.2. Cơ sở lý luận và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu
• 2. HƯỚNG TIẾP CẬN VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
• 2.1. Giả thuyết nghiên cứu
• 2.2. Mục tiêu nghiên cứu
• 2.3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 2.4. Phương pháp nghiên cứu
• 3. SỬ DỤNG PHẦN MỀM GEOMETER’S SKETCHPAD TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ ĐƯỜNG TRÒN, HÌNH HỌC 9
• 3.1. Giới thiệu phần mềm Geometer’s Sketchpad
• 3.2. Ứng dụng phần mềm trong dạy học hình học
• 3.3. Thiết kế các tình huống dạy học có sử dụng phần mềm
• 3.4. Thiết kế giáo án dạy học có sử dụng phần mềm
• 4. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
• 4.1. Mục đích kế hoạch của thực nghiệm sư phạm
• 4.2. Kế hoạch thực nghiệm
• 4.3. Nội dung thực nghiệm sư phạm
• 4.4. Đánh giá kết quả thực nghiệm
• 5. KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về ứng dụng Geometer s Sketchpad trong dạy học hình học 9

Phần mềm Geometer's Sketchpad (GSP) đã trở thành một công cụ hữu ích trong việc dạy học hình học, đặc biệt là cho học sinh lớp 9. GSP không chỉ giúp giáo viên dễ dàng minh họa các khái niệm hình học mà còn tạo điều kiện cho học sinh tự khám phá và thực hành. Việc sử dụng GSP trong dạy học hình học 9 không chỉ nâng cao hiệu quả giảng dạy mà còn kích thích sự sáng tạo và tư duy phản biện của học sinh.

1.1. Geometer s Sketchpad là gì và lợi ích của nó trong giáo dục

Geometer's Sketchpad là phần mềm hình học động, cho phép người dùng tạo ra và tương tác với các hình học một cách trực quan. Lợi ích của GSP trong giáo dục bao gồm việc giúp học sinh hình dung rõ hơn các khái niệm hình học, từ đó nâng cao khả năng tư duy và giải quyết vấn đề.

1.2. Tại sao dạy học hình học 9 cần ứng dụng công nghệ

Việc ứng dụng công nghệ trong dạy học hình học 9 là cần thiết để đáp ứng yêu cầu đổi mới phương pháp giáo dục. Công nghệ giúp tạo ra môi trường học tập tích cực, khuyến khích học sinh tham gia vào quá trình học tập và phát triển kỹ năng tư duy phản biện.

II. Thách thức trong việc áp dụng Geometer s Sketchpad vào dạy học hình học 9

Mặc dù GSP mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc áp dụng phần mềm này vào dạy học hình học 9 cũng gặp phải một số thách thức. Những thách thức này bao gồm sự thiếu hụt về cơ sở hạ tầng công nghệ, sự không quen thuộc của giáo viên với phần mềm, và sự khác biệt trong khả năng tiếp thu của học sinh.

2.1. Thiếu hụt cơ sở hạ tầng công nghệ trong trường học

Nhiều trường học vẫn chưa có đủ thiết bị công nghệ cần thiết để triển khai GSP. Điều này gây khó khăn cho giáo viên trong việc áp dụng phần mềm vào giảng dạy, dẫn đến việc không thể phát huy tối đa hiệu quả của GSP.

2.2. Khó khăn trong việc đào tạo giáo viên sử dụng GSP

Giáo viên cần được đào tạo bài bản về cách sử dụng GSP để có thể áp dụng hiệu quả trong giảng dạy. Tuy nhiên, nhiều giáo viên vẫn chưa có cơ hội tiếp cận các khóa đào tạo này, dẫn đến việc sử dụng phần mềm không hiệu quả.

III. Phương pháp dạy học hình học 9 hiệu quả với Geometer s Sketchpad

Để tối ưu hóa việc sử dụng GSP trong dạy học hình học 9, giáo viên cần áp dụng các phương pháp dạy học tích cực. Những phương pháp này không chỉ giúp học sinh hiểu bài tốt hơn mà còn khuyến khích sự tham gia và sáng tạo của các em.

3.1. Thiết kế bài học tương tác với GSP

Giáo viên có thể thiết kế các bài học tương tác, trong đó học sinh được tham gia vào việc tạo ra và khám phá các hình học thông qua GSP. Điều này giúp học sinh không chỉ tiếp thu kiến thức mà còn phát triển kỹ năng tư duy.

3.2. Sử dụng GSP để giải quyết bài tập thực tiễn

GSP có thể được sử dụng để giải quyết các bài tập thực tiễn trong hình học, giúp học sinh áp dụng kiến thức vào thực tế. Việc này không chỉ làm cho bài học trở nên thú vị hơn mà còn giúp học sinh thấy được giá trị của hình học trong cuộc sống hàng ngày.

IV. Kết quả nghiên cứu về ứng dụng Geometer s Sketchpad trong dạy học hình học 9

Nghiên cứu cho thấy việc sử dụng GSP trong dạy học hình học 9 đã mang lại nhiều kết quả tích cực. Học sinh không chỉ nắm vững kiến thức mà còn phát triển kỹ năng tư duy và khả năng giải quyết vấn đề. Các giáo viên cũng nhận thấy sự hứng thú và tham gia tích cực hơn từ học sinh.

4.1. Đánh giá hiệu quả học tập của học sinh

Các nghiên cứu đã chỉ ra rằng học sinh sử dụng GSP có kết quả học tập cao hơn so với những học sinh không sử dụng phần mềm này. Điều này cho thấy GSP thực sự là một công cụ hữu ích trong việc nâng cao chất lượng dạy học.

4.2. Phản hồi từ giáo viên và học sinh

Phản hồi từ giáo viên cho thấy họ cảm thấy tự tin hơn khi giảng dạy hình học nhờ vào GSP. Học sinh cũng bày tỏ sự thích thú và hứng khởi khi được học tập thông qua phần mềm này.

V. Kết luận và triển vọng tương lai của Geometer s Sketchpad trong dạy học hình học 9

Geometer's Sketchpad đã chứng minh được giá trị của mình trong việc dạy học hình học 9. Tương lai, việc ứng dụng GSP có thể mở rộng ra nhiều lĩnh vực khác trong giáo dục, góp phần nâng cao chất lượng dạy và học.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ trong giáo dục

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, GSP có thể được cải tiến và phát triển thêm nhiều tính năng mới, giúp giáo viên và học sinh có thêm công cụ hỗ trợ trong quá trình dạy học.

5.2. Khuyến khích áp dụng công nghệ trong giáo dục

Cần có các chính sách khuyến khích việc áp dụng công nghệ trong giáo dục, từ đó tạo điều kiện cho giáo viên và học sinh tiếp cận với các công cụ học tập hiện đại như GSP.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong chương trình Hình học lớp 9 bậc Trung học cơ sở, chủ đề đường tròn giữ vị trí trọng tâm với thời lượng 38 tiết trên tổng số 70 tiết toàn khóa, chiếm khoảng 54,3% khối lượng giảng dạy hình học lớp 9. Hệ thống kiến thức này quy tụ 10 định nghĩa nền tảng và 21 định lý, hệ quả cơ bản, đóng vai trò bản lề cho năng lực tư duy không gian và suy luận logic của học sinh trước khi chuyển cấp lên Trung học phổ thông.

Thực tiễn giảng dạy cho thấy phương pháp dạy học truyền thống với bảng đen và hình vẽ tĩnh gây ra nhiều trở ngại lớn. Học sinh thường tiếp nhận tri thức một cách thụ động, gặp khó khăn khi hình dung sự chuyển động của các điểm, đường và góc trong các bài toán quỹ tích, dựng hình hoặc vị trí tương đối. Nhằm giải quyết triệt để vấn đề này, đề tài nghiên cứu của tác giả Đặng Văn Biểu dưới sự hướng dẫn của Phó Giáo sư, Tiến sĩ Nguyễn Chí Thành tại Trường Đại học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội đã tập trung thiết kế các tình huống dạy học tích hợp phần mềm Geometer’s Sketchpad cho chủ đề đường tròn.

Nghiên cứu được triển khai thực nghiệm sư phạm tại Trường Trung học cơ sở Đông Dư, huyện Gia Lâm, thành phố Hà Nội. Mục tiêu cốt lõi là chuyển đổi mô hình dạy học từ truyền thụ thụ động sang kiến tạo chủ động, phát huy tối đa tính trực quan động để nâng cao năng lực khám phá tri thức của học sinh. Kết quả nghiên cứu khẳng định việc tích hợp công nghệ thông tin hợp lý giúp nâng tỷ lệ học sinh đạt mức độ hiểu và vận dụng tốt kiến thức hình học lên trên 85%, đồng thời tạo ra bước đột phá về hứng thú học tập trong các giờ học Toán.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên sự giao thoa chặt chẽ giữa các lý thuyết giáo dục hiện đại và lý luận dạy học bộ môn Toán:

• Lý thuyết tình huống Didactic của Guy Brousseau: Khung lý thuyết này phân tích tam giác Didactic gồm ba cực tương tác: Giáo viên, Học sinh và Tri thức trong mối quan hệ hữu cơ với môi trường học tập. Môi trường này đóng vai trò tạo ra các mâu thuẫn nhận thức, cung cấp phản hồi tích cực hoặc tiêu cực để học sinh tự điều chỉnh hành động, qua đó thực hiện quá trình đồng hóa và điều tiết tri thức.
• Thuyết kiến tạo trong giáo dục: Dựa trên nền tảng quan điểm của Jean Piaget và Ernst von Glasersfeld, nhấn mạnh việc người học tự chiếm lĩnh tri thức thông qua hoạt động tương tác trực tiếp với đối tượng học tập thay vì ghi nhớ thụ động.
• Lý luận về tích cực hóa hoạt động học tập: Kế thừa quan điểm của Giáo sư Nguyễn Bá Kim về việc tổ chức dạy học theo 3 tình huống điển hình gồm: dạy học khái niệm, dạy học định lý và dạy học giải bài tập toán học.
• Khái niệm phần mềm hình học động: Geometer’s Sketchpad được định nghĩa là công cụ mô phỏng động, cho phép bảo toàn các thuộc tính hình học cơ bản khi các yếu tố hình vẽ di chuyển tự do, tạo điều kiện thuận lợi cho hoạt động dự đoán, kiểm chứng và tìm vết quỹ tích.

Phương pháp nghiên cứu

Tác giả đã kết hợp hài hòa giữa phương pháp nghiên cứu lý luận, điều tra khảo sát thực tiễn và thực nghiệm sư phạm:

• Khảo sát thực trạng: Tiến hành dự giờ, phỏng vấn chuyên sâu và phát phiếu lấy ý kiến đối với 100% giáo viên dạy Toán cùng học sinh khối 9 tại một số trường Trung học cơ sở thuộc huyện Gia Lâm, Hà Nội nhằm đánh giá mức độ sử dụng công nghệ thông tin và nhận thức về phần mềm hình học động.
• Phân tích nội dung chương trình: Khảo sát chi tiết 167 bài tập trong sách giáo khoa Hình học 9, phân loại thành 5 nhóm bài toán điển hình để xây dựng kịch bản dạy học tương ứng.
• Phương pháp thực nghiệm: Tổ chức dạy học thực nghiệm có đối chứng, đánh giá kết quả học tập thông qua hệ thống phiếu học tập độc lập và bài kiểm tra định lượng. Dữ liệu thu thập được xử lý bằng phương pháp thống kê toán học với các tiêu chí định lượng chuẩn xác nhằm kiểm chứng tính khả thi của giả thuyết nghiên cứu trong mốc thời gian thực hiện năm 2016.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình điều tra thực trạng và thực nghiệm sư phạm đã ghi nhận những phát hiện mang tính quy luật và số liệu thực tế rõ nét:

• Khảo sát hệ thống bài tập trong sách giáo khoa cho thấy: Trong tổng số 167 bài tập thuộc chủ đề đường tròn, các bài toán chứng minh hình học chiếm tỷ trọng cao nhất với khoảng 52,7% (88 bài tập), trong khi các dạng toán quỹ tích, dựng hình và cực trị chiếm khoảng 12% đến 15%. Đây chính là nhóm bài tập mà trên 70% học sinh khảo sát ban đầu thừa nhận gặp nhiều rào cản nhận thức do không thể hình dung sự chuyển động của các yếu tố hình học trên trang giấy tĩnh.
• Thiết kế thành công 10 kịch bản dạy học khái niệm và 21 mô hình trực quan hóa định lý, hệ quả bằng Geometer’s Sketchpad. Phần mềm cho phép học sinh tự thao tác kéo thả các điểm chuyển động trên đường tròn để nhận ra tính bất biến của góc nội tiếp, góc tạo bởi tia tiếp tuyến và dây cung.
• Kết quả bài kiểm tra sau thực nghiệm sư phạm ghi nhận: Tỷ lệ học sinh đạt điểm khá và giỏi ở các lớp thực nghiệm đạt 84,6%, cao hơn 21,3% so với lớp đối chứng dạy theo phương pháp truyền thống. Tỷ lệ học sinh yếu kém ở lớp thực nghiệm giảm mạnh xuống dưới 3,5%.

Thảo luận kết quả

Bảng đối sánh kết quả học tập giữa lớp thực nghiệm và lớp đối chứng phản ánh sự chuyển biến rõ rệt về cấu trúc nhận thức của người học:

• Mức độ tiếp thu khái niệm và định lý: Khi có sự hỗ trợ của Geometer’s Sketchpad, môi trường học tập cung cấp chức năng phản hồi thị giác ngay lập tức. Thay vì phải thừa nhận định lý một cách áp đặt, học sinh tự đo đạc độ lớn các góc, độ dài đoạn thẳng và quan sát số liệu biến thiên liên tục trên màn hình. Quá trình này giúp giảm tới 40% thời gian giải thích lý thuyết trừu tượng của giáo viên, dành thời lượng cho học sinh thảo luận và rèn luyện kỹ năng chứng minh.
• Khả năng giải quyết bài toán quỹ tích: Biểu đồ phân bổ mức độ hoàn thành nhiệm vụ học tập cho thấy nhóm bài toán tìm quỹ tích có mức độ tiến bộ vượt trội nhất. Khả năng bật tính năng tạo vết chuyển động của phần mềm giúp học sinh nhanh chóng nhận diện quỹ đạo đường tròn hoặc cung chứa góc, từ đó tự tin xây dựng lời giải chặt chẽ cả hai chiều thuận và đảo.
• Tương tác sư phạm: Mối quan hệ trong lớp học chuyển dịch từ mô hình một chiều sang tam giác tương tác đa chiều. Giáo viên đóng vai trò thiết kế tình huống và điều khiển tiến trình, trong khi học sinh trở thành chủ thể tích cực tự chiếm lĩnh tri thức.

Đề xuất và khuyến nghị

Dựa trên kết quả nghiên cứu lý luận và thực nghiệm thành công, luận văn đưa ra 4 nhóm giải pháp hành động cụ thể nhằm nhân rộng mô hình:

• Bồi dưỡng năng lực công nghệ cho đội ngũ giáo viên: Các Phòng Giáo dục và Đào tạo cần tổ chức định kỳ 2 khóa tập huấn chuyên sâu mỗi năm học về kỹ năng khai thác phần mềm hình học động cho giáo viên Toán. Đảm bảo 100% giáo viên nắm vững kỹ thuật dựng hình cơ bản và quy trình 4 bước thiết kế bài giảng tương tác trên Geometer’s Sketchpad.
• Thực hiện nghiêm túc định mức bài giảng ứng dụng công nghệ: Nhà trường cần chỉ đạo mỗi giáo viên thực hiện tối thiểu từ 2 đến 4 tiết dạy có tích hợp công nghệ thông tin trong mỗi năm học, hướng tới mục tiêu 100% các tiết hội giảng, thi giáo viên dạy giỏi đều khai thác hiệu quả các phương tiện trực quan hiện đại theo đúng tinh thần Hướng dẫn số 9273 của Sở Giáo dục và Đào tạo Hà Nội.
• Xây dựng kho học liệu số dùng chung: Tổ chuyên môn Toán tại các trường Trung học cơ sở cần phối hợp biên soạn ngân hàng với ít nhất 50 tệp bài giảng động chuẩn hóa cho toàn bộ chương trình Hình học lớp 9, hoàn thành việc chia sẻ trên cổng thông tin giáo dục điện tử trong vòng 6 đến 12 tháng.
• Đầu tư nâng cấp cơ sở vật chất kỹ thuật: Ban giám hiệu nhà trường cần ưu tiên bố trí lịch thực hành tại phòng máy vi tính tối thiểu 1 tiết mỗi tháng cho môn Toán khối 9, tạo điều kiện để học sinh trực tiếp thao tác, khám phá hình học thay vì chỉ quan sát giáo viên trình chiếu đơn thuần.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Công trình nghiên cứu mang giá trị thực tiễn và lý luận cao, là tài liệu tham khảo giá trị cho các nhóm đối tượng:

• Giáo viên Toán Trung học cơ sở: Cung cấp trực tiếp các giáo án mẫu và quy trình thiết kế tình huống dạy học cụ thể cho chủ đề đường tròn, giúp tiết kiệm thời gian chuẩn bị bài giảng và nâng cao chất lượng dạy học hình học phẳng.
• Tổ trưởng chuyên môn và cán bộ quản lý giáo dục: Sử dụng tài liệu làm căn cứ chỉ đạo đổi mới phương pháp dạy học, xây dựng chuyên đề sinh hoạt chuyên môn theo hướng nghiên cứu bài học có ứng dụng công nghệ thông tin.
• Sinh viên và học viên cao học ngành Sư phạm Toán: Cung cấp khung phương pháp luận hoàn chỉnh về việc vận dụng Lý thuyết tình huống Didactic và Thuyết kiến tạo vào thực tiễn giảng dạy môn Toán tại trường phổ thông.
• Chuyên viên phát triển chương trình và học liệu số: Tham khảo các phân tích sư phạm để thiết kế các phần mềm giáo dục, bài giảng e-Learning và nền tảng tương tác môn Toán đạt chuẩn sư phạm.

Câu hỏi thường gặp

• Phần mềm Geometer’s Sketchpad mang lại ưu thế vượt trội gì so với bảng vẽ truyền thống? Phần mềm cho phép tạo ra các đối tượng hình học có khả năng chuyển động nhưng vẫn bảo toàn đầy đủ các mối quan hệ hình học đã thiết lập. Học sinh có thể quan sát hàng trăm trạng thái khác nhau của cùng một hình vẽ trong vài giây, giúp việc dự đoán và kiểm chứng tính chất hình học diễn ra tự nhiên và chính xác.

• Vì sao chủ đề đường tròn lớp 9 lại cần thiết tích hợp phần mềm hình học động? Chủ đề đường tròn chiếm tới 38 trên 70 tiết hình học lớp 9 với 21 định lý phức tạp. Việc sử dụng phần mềm giúp trực quan hóa sinh động các khái niệm trừu tượng như vị trí tương đối, góc nội tiếp, tiếp tuyến và quỹ tích, giúp học sinh vượt qua rào cản thị giác tĩnh của trang sách.

• Ứng dụng phần mềm có làm giảm khả năng rèn luyện tư duy suy diễn logic của học sinh không? Hoàn toàn không. Phần mềm đóng vai trò là phương tiện hỗ trợ giai đoạn trực quan sinh động và tìm kiếm con đường giải toán. Sau khi học sinh phát hiện ra quy luật trên mô hình động, giáo viên vẫn yêu cầu học sinh trình bày các bước chứng minh chặt chẽ theo đúng chuẩn mực suy luận toán học.

• Quy trình cơ bản để tích hợp phần mềm vào một tiết dạy hình học gồm những bước nào? Quy trình gồm 4 bước chính: Giáo viên giao nhiệm vụ và cung cấp mô hình động; Học sinh thực hiện thao tác kéo thả và quan sát sự biến thiên; Học sinh nêu giả thuyết, dự đoán quy luật; Giáo viên và học sinh cùng thể thức hóa tri thức và hoàn thiện chứng minh.

• Giáo viên cần bao nhiêu thời gian để làm chủ kỹ thuật thiết kế bài giảng trên Geometer’s Sketchpad? Do phần mềm đã được Việt hóa với giao diện thân thiện gồm thanh công cụ trực quan, giáo viên chỉ cần khoảng 8 đến 12 giờ tự học và thực hành là có thể thành thạo các kỹ năng dựng hình cơ bản và xây dựng các bài giảng hình học phẳng hoàn chỉnh.

Kết luận

• Luận văn đã hệ thống hóa sâu sắc cơ sở lý luận về dạy học tích cực, Lý thuyết tình huống Didactic và vai trò của phương tiện trực quan động trong giáo dục toán học.
• Khảo sát toàn diện 167 bài tập và 21 định lý chủ đề đường tròn lớp 9, xây dựng thành công bộ giáo án và tình huống dạy học điển hình bằng Geometer’s Sketchpad.
• Thực nghiệm sư phạm tại Trường Trung học cơ sở Đông Dư khẳng định tính khả thi vượt trội, nâng tỷ lệ học sinh khá giỏi lên 84,6% và kích thích mạnh mẽ năng lực tự học.
• Đóng góp quy trình 4 bước tích hợp công nghệ thông tin chuẩn mực, dễ dàng chuyển giao cho đội ngũ giáo viên Toán bậc Trung học cơ sở trên toàn quốc.
• Giáo viên và các nhà nghiên cứu giáo dục hãy tích cực ứng dụng các mô hình dạy học động để kiến tạo những giờ học Toán sáng tạo, chất lượng và hiệu quả.