Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông (ICT) trong giáo dục là chủ trương lớn của Đảng và Nhà nước Việt Nam, được cụ thể hóa qua nhiều văn bản quy phạm pháp luật như Nghị quyết Chính phủ về chương trình quốc gia đưa CNTT vào giáo dục đào tạo (1993), Nghị quyết Trung ương 2 khóa VIII, Luật Giáo dục (1998, sửa đổi 2005), Nghị quyết 81 của Thủ tướng Chính phủ, Chỉ thị 29 và Chỉ thị 55 (giai đoạn 2008–2012) của Bộ Giáo dục và Đào tạo, cùng Chiến lược phát triển giáo dục 2001–2010 và 2011–2020.

Tại Trường Đại học Sư phạm Thành phố Hồ Chí Minh (ĐHSP TP.HCM), từ năm 2010, nhà trường chuyển đổi sang phương thức đào tạo theo hệ thống tín chỉ. Sự thay đổi này đòi hỏi giảm số tiết lý thuyết trên lớp và tăng thời lượng tự học của sinh viên. Trong chương trình đào tạo cử nhân Sư phạm Hóa học, học phần "Tin học ứng dụng trong Hóa học" (THUDH) giữ vai trò rèn luyện kỹ năng ứng dụng công nghệ vào giảng dạy bộ môn Hóa học ở trường phổ thông. Tuy nhiên, giáo trình học phần còn trong giai đoạn hoàn thiện, hệ thống câu hỏi kiểm tra và bài tập thực hành còn hạn chế, điều kiện chia sẻ học liệu và tương tác trực tiếp giữa giảng viên với sinh viên còn nhiều bất cập về hạ tầng. Do đó, việc xây dựng tài liệu tự học có hướng dẫn theo môđun (THM) kết hợp triển khai trên hệ thống quản lý học tập mã nguồn mở Moodle là yêu cầu thực tiễn cấp thiết.

Mục tiêu nghiên cứu: Sử dụng hệ thống quản lý học tập Moodle để hỗ trợ sinh viên Khoa Hóa học, Trường ĐHSP TP.HCM tự học có hướng dẫn theo môđun trong học phần "Tin học ứng dụng trong Hóa học".

Nhiệm vụ nghiên cứu:

  1. Nghiên cứu hệ thống cơ sở lí luận làm nền tảng cho đề tài.
  2. Nghiên cứu cơ sở lí luận và thực tiễn của việc áp dụng phương pháp tự học có hướng dẫn theo môđun.
  3. Nghiên cứu lí luận về hệ thống quản lý học tập (LMS) và LMS mã nguồn mở Moodle.
  4. Sử dụng Moodle để thiết kế và hỗ trợ sinh viên tự học có hướng dẫn theo môđun trong học phần THUDH.
  5. Tiến hành thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi và hiệu quả của hệ thống, xử lý số liệu thống kê và rút ra kết luận.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu:

  • Khách thể nghiên cứu: Quá trình đào tạo giáo viên Hóa học tại Trường ĐHSP TP.HCM.
  • Đối tượng nghiên cứu: Việc sử dụng LMS Moodle hỗ trợ sinh viên tự học có hướng dẫn theo môđun học phần THUDH.
  • Phạm vi nội dung: Tập trung biên soạn và triển khai 3 môđun trọng tâm trong chương trình học phần:
    • Môđun 5: Thiết kế và sử dụng mô phỏng hóa học (Phần 1: Sử dụng phần mềm Microsoft PowerPoint).
    • Môđun 6: Thiết kế và sử dụng trò chơi dạy học có ứng dụng ICT trong dạy học Hóa học.
    • Môđun 7: Thiết kế và sử dụng bài giảng có ứng dụng ICT (BGICT).
  • Đối tượng khảo sát và thực nghiệm: Sinh viên Khoa Hóa học, Trường ĐHSP TP.HCM tham gia học phần THUDH trong năm học 2014–2015.
  • Thời gian thực hiện: Từ ngày 29/07/2014 đến ngày 30/04/2015.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và mô hình tiếp cận:

  • Lý luận về tự học: Kế thừa tư tưởng tự học của J.A. Comenius, N.A. Rubakin, Raja Roy Singh, báo cáo giáo dục thế kỷ XXI của UNESCO (chủ trì bởi Jacques Delors với 4 trụ cột học tập), và các quan điểm phân loại tự học của GS. TSKH Nguyễn Cảnh Toản cùng PGS. Trịnh Văn Biểu (chia tự học thành 3 hình thức: tự học không có hướng dẫn, tự học có hướng dẫn từ xa, và tự học có hướng dẫn trực tiếp kết hợp).
  • Lý luận đổi mới phương pháp dạy học (PPDH): Dựa trên 8 xu hướng đổi mới PPDH và PPDH Hóa học do PGS. Trịnh Văn Biểu tổng kết, trọng tâm là chuyển từ dạy học lấy giáo viên làm trung tâm sang dạy học định hướng người học, cá thể hóa học tập và tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin.
  • Lý thuyết dạy học theo môđun: Định nghĩa môđun dạy học là đơn vị chương trình học tập tương đối độc lập, tích hợp mục tiêu, nội dung, phương pháp và công cụ đánh giá theo cấu trúc 3 phần: Hệ vào – Thân môđun – Hệ ra.
  • Khung công nghệ LMS Moodle: Khai thác nền tảng Moodle (Modular Object-Oriented Dynamic Learning Environment) do Martin Dougiamas sáng lập năm 1999, dựa trên các tài nguyên tĩnh (Page, File, Label, Book, Folder...), tài nguyên tương tác hệ thống (Quiz, SCORM, Assignment, Choice, Lesson...) và tương tác người dùng (Forum, Chat, Wiki, Workshop, Glossary).

Phương pháp nghiên cứu:

  • Phương pháp nghiên cứu lý luận: Thu thập, phân tích, tổng hợp và hệ thống hóa các tài liệu về PPDH Hóa học, dạy học theo môđun, ứng dụng ICT và hệ thống LMS.
  • Phương pháp điều tra thực tiễn: Khảo sát bằng phiếu hỏi trực tuyến trên mạng Internet đối với sinh viên Sư phạm Hóa học; kết hợp phỏng vấn, thu thập ý kiến mở để đánh giá thực trạng học tập và khó khăn của sinh viên.
  • Phương pháp chuyên gia và thiết kế: Ứng dụng các phần mềm chuyên dụng và nền tảng Moodle để thiết kế cấu trúc tài liệu THM, xây dựng hệ thống website học tập Chemlearning.vn.
  • Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tổ chức dạy học thực nghiệm có hỗ trợ của Moodle, ghi chép nhật ký sư phạm, đo lường sự tiến bộ về kỹ năng và kết quả học tập của sinh viên.
  • Phương pháp thống kê toán học: Xử lý và phân tích dữ liệu định lượng thu được trước và sau thực nghiệm.

Nguồn dữ liệu:

  • Dữ liệu khảo sát thực trạng từ 122 sinh viên Khoa Hóa học Trường ĐHSP TP.HCM (đợt 1 thu 71/76 phiếu; đợt 2 thu 51/54 phiếu).
  • Dữ liệu truy cập máy chủ, nhật ký hoạt động (log files), kết quả làm bài trắc nghiệm tự động (Quiz) và bài tập tương tác (SCORM) trên hệ thống Chemlearning.vn trong năm học 2014–2015.

Nội dung chính theo từng chương

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

Chương 1 hệ thống hóa các vấn đề lý luận về đổi mới PPDH Hóa học với sự hỗ trợ của ICT, làm rõ vai trò của ICT theo chuẩn 9 năng lực của Bộ Giáo dục và Đào tạo, đồng thời chỉ ra các thuận lợi, khó khăn và lưu ý sư phạm nhằm tránh lạm dụng công nghệ. Tác giả phân tích sâu về phương pháp tự học có hướng dẫn theo môđun (khái niệm, đặc trưng, cấu trúc Hệ vào – Thân – Hệ ra, ưu điểm và hạn chế) và tổng quan về LMS Moodle so với các hệ thống thương mại như Blackboard, WebCT.

Chương này cũng phân tích vị trí học phần THUDH (2 tín chỉ, gồm 8 môđun nội dung) và công bố số liệu khảo sát thực trạng học tập của 122 sinh viên Sư phạm Hóa học tại ĐHSP TP.HCM:

Tiêu chí khảo sát thực trạng Phân bố tỷ lệ (%)
Quan điểm về phương pháp học tập - Tự học với nhiều nguồn tài liệu dưới sự hướng dẫn của GV: 40,2%
- Kết hợp tự học và học trên lớp: 35,2%
- Chủ yếu học trên lớp là đủ: 13,1%
- Chủ yếu tự nghiên cứu tài liệu: 11,5%
Thời gian dùng máy tính hàng ngày - Từ 1 đến 2 giờ: 50,0%
- Dưới 1 giờ: 19,7%
- Từ 2 đến 4 giờ: 17,2%
- Trên 4 giờ: 13,1%
Trang bị thiết bị & Internet - Có Laptop cá nhân: 82,8%; Có máy tính bàn: 5,7%
- Luôn kết nối Internet: 60,3%; Thỉnh thoảng kết nối: 39,7%
Kết quả học phần Tin học đại cương - Đạt điểm giỏi (> 8 điểm): 43,4%
- Đạt điểm khá (7 – 8 điểm): 29,5%
- Đạt điểm trung bình - khá (5,5 – 7 điểm): 23,0%
- Đạt điểm dưới 5: 4,1%
Khó khăn chính khi học THUDH - Chưa thành thạo thao tác trên các phần mềm: 25,6%
- Không gặp khó khăn: 24,0%
- Thiếu tài liệu hướng dẫn/phương pháp: 15,7%
- Trình độ tin học còn hạn chế: 14,9%
- Khó khăn khi cài đặt phần mềm: 7,4%

Chương 2: Sử dụng Moodle hỗ trợ việc tự học có hướng dẫn theo môđun học phần “Tin học ứng dụng trong Hóa học”

Chương 2 trình bày giải pháp thiết kế tài liệu THM và quy trình triển khai trên Moodle. Tác giả xác lập 6 nguyên tắc xây dựng tài liệu THM: (1) Đảm bảo tính khoa học, hiện đại, phù hợp đối tượng; (2) Đảm bảo tính logic, hệ thống của kiến thức; (3) Tăng cường vai trò chủ đạo của lý thuyết; (4) Đảm bảo tính hệ thống của câu hỏi và bài kiểm tra; (5) Đảm bảo các yêu cầu về hình thức; (6) Hỗ trợ quá trình tự học của sinh viên.

Cấu trúc chuẩn của một môđun THM gồm 7 thành phần được ánh xạ trực tiếp sang các công cụ của Moodle:

Thành phần môđun THM Chức năng sư phạm Công cụ/Môđun Moodle tương ứng
1. Mục tiêu Xác định chuẩn kiến thức, kỹ năng, thái độ cần đạt Trang web (Page) / Nhãn (Label)
2. Tài liệu tham khảo Cung cấp bài giảng, video hướng dẫn, tài liệu chi tiết Page, Tập tin (File), Thư mục (Folder)
3. Hướng dẫn tự học Câu hỏi định hướng, nhiệm vụ lý thuyết và thực hành Page, File
4. Kiểm tra lần 1 Tự đánh giá kiến thức thu nhận sau khi nghiên cứu Đề thi (Quiz), Gói SCORM tương tác
5. Thông tin phản hồi Cung cấp chuẩn kiến thức cốt lõi, giải đáp lỗ hổng Page, File
6. Kiểm tra lần 2 Kiểm tra đánh giá sau khi đọc phản hồi Đề thi (Quiz) chấm điểm tự động
7. Bài tập vận dụng Bài tập tổng hợp rèn luyện kỹ năng thực hành Bài nộp (Assignment), Diễn đàn (Forum)

Khóa luận thiết kế chi tiết 3 môđun:

  • Môđun 5: Thiết kế và sử dụng mô phỏng hóa học (Phần 1: Sử dụng Microsoft PowerPoint): Cung cấp quy trình thiết kế mô phỏng 5 bước (Xác định mục tiêu -> Chọn nội dung -> Viết kịch bản -> Dùng phần mềm xây dựng -> Chạy thử và chỉnh sửa); kỹ thuật vẽ dụng cụ bằng Shapes, tô màu Gradient Fill, chỉnh độ trong suốt Transparency; kỹ thuật thiết lập hiệu ứng chuyển động Motion Path, Spin, Smooth start/end; hướng dẫn 7 mô phỏng mẫu (thí nghiệm bắn phá lá vàng của Rutherford, tìm ra electron của Thomson, mô hình nguyên tử He, lai hóa obitan, thử tính dẫn điện dung dịch NaCl, dung dịch sôi/đổi màu, dụng cụ thí nghiệm).
  • Môđun 6: Thiết kế và sử dụng trò chơi dạy học có ứng dụng ICT: Rèn luyện kỹ năng sử dụng PowerPoint, Violet, Proshow Gold, Hot Potatoes để thiết kế trò chơi hóa học.
  • Môđun 7: Thiết kế và sử dụng bài giảng có ứng dụng ICT (BGICT): Hướng dẫn phối hợp các tư liệu, mô phỏng và trò chơi vào một tiến trình dạy học hoàn chỉnh.

Quy trình tổ chức tự học trên trang web Chemlearning.vn được chuẩn hóa theo tiến trình: Giảng viên thiết lập khóa học, phân phối thời gian biểu theo tuần, đăng tải học liệu -> Sinh viên đăng nhập, cập nhật thông tin cá nhân, tự học tài liệu tham khảo theo câu hỏi hướng dẫn -> Sinh viên làm bài kiểm tra trắc nghiệm 1 và bài tương tác SCORM -> Đối chiếu thông tin phản hồi -> Làm bài kiểm tra 2 và bài tập vận dụng -> Thảo luận, đánh giá chéo trên diễn đàn "Trao đổi, thảo luận" và "Tài nguyên môn học".

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

Chương 3 trình bày việc tiến hành thực nghiệm sư phạm tại Khoa Hóa học Trường ĐHSP TP.HCM năm học 2014–2015 nhằm kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của hệ thống Chemlearning.vn. Tác giả thu thập và phân tích các nhóm chỉ số:

  • Mức độ tương tác hệ thống: Thống kê số lượt xem các trang tài liệu THM, số lượt truy cập diễn đàn và số bài đăng trao đổi chuyên môn giữa sinh viên với sinh viên và với giảng viên.
  • Kết quả bài kiểm tra: So sánh điểm trung bình và tỷ lệ xếp loại giữa bài kiểm tra trắc nghiệm 1 (trước khi nhận phản hồi) và bài kiểm tra trắc nghiệm 2 (sau khi nghiên cứu thông tin phản hồi) ở Môđun 5 và Môđun 6 cho thấy điểm số có sự cải thiện rõ rệt, tỷ lệ điểm giỏi tăng lên.
  • Đánh giá sự tiến bộ về kỹ năng ICT của sinh viên: So sánh mức độ thành thạo trước thực nghiệm (TTN) và sau thực nghiệm (STN) trên thang đánh giá ở 4 nhóm kỹ năng:
    1. Kỹ năng thiết kế và sử dụng mô phỏng hóa học bằng PowerPoint.
    2. Kỹ năng thiết kế và sử dụng trò chơi có ứng dụng ICT.
    3. Kỹ năng thiết kế và sử dụng sơ đồ, bảng biểu trong PowerPoint.
    4. Kỹ năng thiết kế và sử dụng bài giảng có ứng dụng ICT (BGICT).
  • Khảo sát đánh giá định tính của sinh viên: Kết quả đánh giá về chất lượng nội dung tài liệu THM (tính rõ ràng, tính sư phạm, tính vừa sức) và sự hài lòng đối với giao diện, tính năng của hệ sinh thái LMS Moodle Chemlearning.edu.vn; trích xuất nhật ký giảng dạy của giảng viên và ghi nhận các góp ý mở từ người học.

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính:

  • Đã xây dựng hoàn chỉnh hệ thống học tập trực tuyến Chemlearning.vn trên nền tảng Moodle với cấu trúc khoa học, tích hợp đầy đủ các khối chức năng, diễn đàn tương tác, hệ thống bài giảng, đề thi trắc nghiệm khách quan chấm tự động và bài tập tương tác đóng gói chuẩn SCORM.
  • Xây dựng thành công bộ tài liệu THM chi tiết cho 3 môđun cốt lõi (Môđun 5, 6, 7) với cấu trúc 7 phần rõ ràng, kết hợp văn bản hướng dẫn, hình ảnh minh họa và video thị phạm.
  • Dữ liệu thực nghiệm chứng minh hệ thống nâng cao rõ rệt hiệu quả tự học: sinh viên có mức độ tương tác cao trên hệ thống; điểm số bài kiểm tra lần 2 cao hơn bài kiểm tra lần 1; mức độ thành thạo các kỹ năng thiết kế mô phỏng, trò chơi dạy học, sơ đồ bảng biểu và BGICT sau thực nghiệm đạt mức tiến bộ vượt trội so với trước thực nghiệm.

Đóng góp của đề tài:

  • Về mặt lý luận: Đề tài cụ thể hóa phương pháp tự học có hướng dẫn theo môđun vào một môn học ứng dụng công nghệ đặc thù trong đào tạo giáo viên; xây dựng khung ánh xạ logic giữa cấu trúc sư phạm của môđun tự học với các công cụ hoạt động/tài nguyên trên LMS Moodle.
  • Về mặt thực tiễn: Cung cấp một nguồn học liệu số hóa chất lượng cao và môi trường tự học trực tuyến linh hoạt cho sinh viên Sư phạm Hóa học Trường ĐHSP TP.HCM, góp phần giải quyết tình trạng thiếu thốn tài liệu hướng dẫn và bất cập về thời lượng tiếp xúc trên lớp trong đào tạo theo học chế tín chỉ.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế:

  • Do giới hạn về mặt thời gian và nguồn lực của một khóa luận tốt nghiệp (thực hiện từ 29/07/2014 đến 30/04/2015), đề tài mới chỉ biên soạn tài liệu THM và triển khai thực nghiệm trên 3/8 môđun của học phần "Tin học ứng dụng trong Hóa học".
  • Phạm vi thực nghiệm mới dừng lại ở các lớp học phần THUDH tại Khoa Hóa học, Trường ĐHSP TP.HCM trong một năm học (2014–2015).

Hướng nghiên cứu tiếp:

  • Tiếp tục biên soạn tài liệu THM và số hóa toàn bộ 5 môđun còn lại của học phần THUDH để hoàn thiện khóa học trực tuyến đồng bộ.
  • Mở rộng ứng dụng mô hình THM kết hợp LMS Moodle sang các học phần chuyên ngành khác trong chương trình đào tạo Sư phạm Hóa học (như Hóa Vô cơ, Hóa Hữu cơ, Thí nghiệm PPDH Hóa học).
  • Tối ưu hóa hạ tầng kỹ thuật máy chủ và mở rộng quy mô thực nghiệm cho các khóa sinh viên sư phạm tiếp theo.

Giá trị tham khảo

Tài liệu này có giá trị tham khảo thiết thực cho:

  • Sinh viên ngành Sư phạm Hóa học và Sư phạm Khoa học Tự nhiên: Nguồn học liệu tham khảo trực tiếp về kỹ thuật thiết kế mô phỏng thí nghiệm bằng PowerPoint, quy trình xây dựng trò chơi dạy học và phương pháp biên soạn bài giảng có ứng dụng ICT.
  • Giảng viên và nhà nghiên cứu phương pháp dạy học: Tài liệu tham khảo về quy trình 6 nguyên tắc xây dựng tài liệu THM và phương pháp ánh xạ cấu trúc sư phạm của môđun bài học vào các tính năng kỹ thuật của LMS Moodle (Quiz, SCORM, Assignment, Forum, Page).
  • Cán bộ quản lý đào tạo và phát triển E-learning: Mô hình thực tế về việc kết hợp đào tạo tín chỉ với hệ thống LMS mã nguồn mở nhằm nâng cao năng lực tự học cho sinh viên đại học.

Câu hỏi thường gặp

1. Một môđun tài liệu tự học có hướng dẫn (THM) trong khóa luận được thiết kế gồm những thành phần nào? Mỗi môđun THM được cấu trúc thống nhất thành 7 phần: (1) Mục tiêu; (2) Tài liệu tham khảo; (3) Hướng dẫn tự học; (4) Kiểm tra lần 1 (trắc nghiệm và tương tác); (5) Thông tin phản hồi; (6) Kiểm tra lần 2; (7) Bài tập vận dụng.

2. Khảo sát thực trạng cho thấy sinh viên gặp những khó khăn lớn nhất nào khi học môn THUDH? Khảo sát 122 sinh viên chỉ ra khó khăn lớn nhất là chưa thành thạo thao tác trên các phần mềm chuyên dụng (25,6%), thiếu tài liệu tổng hợp hướng dẫn phương pháp học tập (15,7%), trình độ tin học còn hạn chế (14,9%) và gặp khó khăn khi cài đặt phần mềm (7,4%).

3. Khóa luận tập trung xây dựng và thực nghiệm những môđun cụ thể nào của học phần? Trong tổng số 8 môđun của học phần THUDH, đề tài tập trung vào 3 môđun: Môđun 5 (Thiết kế và sử dụng mô phỏng hóa học - Phần 1: Sử dụng PowerPoint); Môđun 6 (Thiết kế và sử dụng trò chơi dạy học có ứng dụng ICT trong DHHH); Môđun 7 (Thiết kế và sử dụng bài giảng có ứng dụng ICT).

4. Quy trình thiết kế một mô phỏng hóa học trên PowerPoint được tác giả đúc kết gồm mấy bước? Quy trình thiết kế gồm 5 bước: (B1) Xác định mục tiêu bài học; (B2) Chọn nội dung mô phỏng; (B3) Viết kịch bản chương trình mô phỏng; (B4) Sử dụng các phần mềm hỗ trợ để xây dựng chương trình mô phỏng; (B5) Chạy thử chương trình mô phỏng và chỉnh sửa.

5. Moodle đã hỗ trợ tự động hóa khâu kiểm tra, đánh giá trong mô hình THM như thế nào? Moodle sử dụng môđun "Đề thi" (Quiz) để tạo đề trắc nghiệm tự động chấm điểm và phản hồi đáp án ngay sau khi nộp bài, kết hợp với môđun "Gói SCORM" để sinh viên thực hiện các bài tập tương tác trực tiếp trên máy tính, giúp người học tự nhận diện lỗ hổng kiến thức và hỗ trợ giảng viên theo dõi tiến độ của từng cá nhân.

Kết luận

Khóa luận tốt nghiệp của sinh viên Vũ Vân Long đã giải quyết thành công vấn đề nâng cao năng lực tự học cho sinh viên Sư phạm Hóa học thông qua việc tích hợp phương pháp tự học có hướng dẫn theo môđun trên hệ thống quản lý học tập Moodle (Chemlearning.vn). Đề tài đã xây dựng cơ sở lý luận vững chắc, khảo sát thực trạng toàn diện và thiết kế chi tiết 3 môđun học phần mang tính ứng dụng cao trong giảng dạy hóa học. Kết quả thực nghiệm sư phạm trong năm học 2014–2015 khẳng định tính khả thi, độ tin cậy và hiệu quả rõ rệt của mô hình trong việc cải thiện kết quả học tập và chuẩn hóa kỹ năng ứng dụng công nghệ thông tin cho giáo viên tương lai.