Tổng quan luận án

Tính cấp thiết và khoảng trống nghiên cứu

Bản đồ giáo khoa là phương tiện trực quan và nguồn tri thức cơ bản trong giảng dạy Địa lí ở bậc trung học phổ thông. Tuy nhiên, các nguồn bản đồ giáo khoa truyền thống in trên giấy (bản đồ trong sách giáo khoa, bản đồ treo tường, Atlat Địa lí Việt Nam) bộc lộ một số giới hạn thực tiễn: độ trễ cập nhật thông tin lớn, tỉ lệ cố định gây khó khăn trong việc mở rộng dung lượng tri thức và tính linh hoạt khi tra cứu.

Trong bối cảnh thực hiện Nghị quyết số 29-NQ/TW về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo cùng định hướng phát triển phẩm chất, năng lực học sinh, việc ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông (CNTT&TT) trở thành một yêu cầu trọng tâm. Sự kết hợp giữa Hệ thống thông tin địa lí (GIS) và Internet tạo nên nền tảng WebGIS. Mặc dù WebGIS đã được triển khai trong nhiều lĩnh vực kinh tế - xã hội và giáo dục trên thế giới, nhưng tại Việt Nam, các nghiên cứu WebGIS phần lớn tập trung vào hạ tầng dữ liệu không gian hoặc quản lý chuyên ngành, chưa có công trình nào thiết kế và công bố một hệ thống WebGIS mã nguồn mở chuyên biệt phục vụ dạy học chương trình Địa lí lớp 12. Việc xây dựng một hệ thống WebGIS mã nguồn mở phục vụ giảng dạy Địa lí 12 là khoảng trống nghiên cứu cần được giải quyết.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu tổng quát là xây dựng quy trình, thiết kế WebGIS bằng phần mềm mã nguồn mở, tạo lập một số bản đồ mẫu trên hệ thống và sử dụng trong dạy học Địa lí 12 nhằm nâng cao hiệu quả dạy học theo hướng phát triển năng lực học sinh.

Nhiệm vụ nghiên cứu được xác định gồm năm nội dung:

  1. Tổng quan cơ sở lí luận và thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng WebGIS mã nguồn mở trong dạy học Địa lí.
  2. Xác định các yêu cầu, nguyên tắc xây dựng và sử dụng WebGIS trong dạy học Địa lí 12 trung học phổ thông.
  3. Xây dựng quy trình công nghệ và thiết kế hệ thống WebGIS.
  4. Tổ chức sử dụng WebGIS trong dạy học Địa lí 12 trung học phổ thông qua các bài học cụ thể.
  5. Thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của hệ thống WebGIS trong dạy học Địa lí 12.

Giả thuyết khoa học

Nếu sử dụng hợp lí sản phẩm WebGIS mã nguồn mở trong dạy học Địa lí 12 thì sẽ phát huy được tính tích cực, phát triển năng lực học sinh, góp phần đổi mới phương pháp và nâng cao hiệu quả dạy học môn Địa lí ở trường phổ thông.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

  • Đối tượng nghiên cứu: Quy trình xây dựng WebGIS; việc ứng dụng các phần mềm mã nguồn mở để thiết kế WebGIS; phương pháp sử dụng WebGIS trong dạy học Địa lí 12 trung học phổ thông.
  • Phạm vi nội dung: Xây dựng hệ thống bản đồ mẫu trên WebGIS phục vụ giảng dạy 03 bài học trong chương trình Địa lí 12 gồm:
    • Bài 13: Thực hành: Đọc bản đồ địa hình, điền vào lược đồ trống một số dãy núi và đỉnh núi.
    • Bài 24: Vấn đề phát triển ngành Thủy sản và Lâm nghiệp.
    • Bài 30: Vấn đề phát triển ngành Giao thông vận tải và Thông tin liên lạc.
  • Phạm vi không gian và địa bàn thực nghiệm: 04 trường trung học phổ thông gồm THPT Cầu Giấy (thành phố Hà Nội), THPT Chuyên Thái Bình (tỉnh Thái Bình), THPT Văn Lâm (tỉnh Hưng Yên) và THPT Yên Ninh (tỉnh Thái Nguyên).
  • Thời gian hoàn thành: Luận án được bảo vệ năm 2019.

Tổng quan tài liệu và vị trí của luận án

Các hướng nghiên cứu trên thế giới

Nghiên cứu về vai trò của bản đồ trong giáo dục địa lí đã được đặt nền móng từ sớm bởi các học giả như Borzov (1949) với quan điểm xem thiên nhiên và bản đồ là cơ sở của việc học tập địa lí; Baranxki (1960) với luận điểm tư duy địa lí là tư duy lãnh thổ dựa trên bản đồ; cùng các công trình về phương pháp thành lập bản đồ trường học của Borden D.

Sự xuất hiện của bản đồ số và siêu đa phương tiện địa lí được phân tích trong các công trình của Denis Wood và John Fels (1992), A. Robinson và cộng sự (1995), M. Stefanakis và cộng sự (2006), W. Cartwright và cộng sự (2007). Từ khi Xerox PARC Map Viewer ra đời năm 1993, công nghệ WebGIS phát triển mạnh với sự ra đời của các máy chủ bản đồ mã nguồn mở như UMN MapServer (1997), GeoServer (2001), Deegree (2002) và các thư viện lập trình như PostgreSQL/PostGIS, OpenLayers, Leaflet, QGIS, uDig, gvSIG.

Trong giáo dục, Milson và cộng sự (2012, 2017) chỉ ra xu hướng phát triển của WebGIS tại Mỹ và châu Âu; Esri Canada (2016) nghiên cứu việc tích hợp WebGIS vào chương trình phổ thông; Martin Duren và Thomas Bartoschek (2013) phân tích các trang WebGIS trường học tại Đức; Stéphane Joost (2014) giới thiệu nền tảng Hydroweb tại Thụy Sĩ; Baker (2015) đánh giá lợi thế và thách thức của WebGIS giáo dục; Tomoaki Ito (2017) và Hideki Oshima (2017) phân tích việc đưa GIS/WebGIS vào chuẩn chương trình giáo dục quốc gia tại Nhật Bản.

Các hướng nghiên cứu tại Việt Nam

Các công trình lý luận về bản đồ học và phương tiện dạy học địa lí tiêu biểu gồm có: Ngô Đạt Tam (1968), Phạm Ngọc Đĩnh và cộng sự (1976), Lê Huỳnh và Lê Ngọc Nam (2001), Lâm Quang Dốc và cộng sự (2005, 2009), Nguyễn Dược và Nguyễn Trọng Phúc (2001), Mai Xuân San (2001), Đặng Văn Đức và Nguyễn Thu Hằng (2003), Đặng Văn Đức (2006), Nguyễn Đức Vũ (2006). Các tác giả đã phân tích cơ sở lý thuyết, vai trò và phương pháp sử dụng bản đồ giáo khoa trong trường học.

Về ứng dụng WebGIS tại Việt Nam: Lê Quốc Hưng (2005) nghiên cứu hệ thông tin địa lí trực tuyến không dùng mã nguồn mở; Trần Quốc Bình (2010) ứng dụng GIS mã nguồn mở trong quản lý đất đai; Võ Anh Tuấn (2012) nghiên cứu cơ sở hạ tầng dữ liệu không gian địa lí quốc gia (NSDI) so sánh giữa ArcGIS Server và GeoServer; Trần Vân Anh và Mai Văn Sỹ (2013) chia sẻ dữ liệu không gian qua GeoServer và OpenLayers.

Vị trí và khoảng trống luận án lựa chọn

Các nghiên cứu trong nước trước đây chủ yếu giải quyết các vấn đề vĩ mô về hạ tầng dữ liệu hoặc ứng dụng hành chính, kinh tế. Luận án lựa chọn giải quyết khoảng trống: thiết lập quy trình công nghệ xây dựng một sản phẩm WebGIS mã nguồn mở hoàn chỉnh (tên gọi WGT12), đồng thời xây dựng quy trình sư phạm và kịch bản dạy học chi tiết cho chương trình Địa lí lớp 12 tại trường trung học phổ thông.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết và khung phân tích

Luận án tiếp cận dựa trên các khung lý thuyết và quan điểm dạy học hiện đại:

  • Quan điểm hệ thống - cấu trúc: Xem xét mối quan hệ hữu cơ giữa Mục tiêu - Nội dung - Phương pháp dạy học - CNTT&TT - Thiết bị dạy học (WebGIS) - Đối tượng tham gia (Giáo viên và Học sinh).
  • Quan điểm dạy học lấy học sinh làm trung tâm: Người học là chủ thể nhận thức; giao diện và tính năng của WebGIS được thiết kế tối ưu hóa cho hoạt động tự khám phá, tự thực hành của học sinh.
  • Quan điểm công nghệ dạy học: Tiếp cận tiến trình dạy học như một quy trình kỹ thuật có mục tiêu, dữ liệu đầu vào, các bước tác động và kết quả đầu ra rõ ràng.
  • Quan điểm dạy học định hướng phát triển năng lực: Sử dụng WebGIS nhằm hình thành các năng lực chung (tự chủ, giao tiếp, hợp tác, giải quyết vấn đề) và năng lực đặc thù địa lí (nhận thức khoa học địa lí, tìm hiểu địa lí, vận dụng kiến thức - kĩ năng).
  • Lý thuyết bản đồ giáo khoa và phân loại WebGIS: Dựa trên phân loại bản đồ giáo khoa của Lâm Quang Dốc (2009) và mô hình phân loại 5 dạng WebGIS của Claus Rinner (1998).

Phương pháp nghiên cứu

Luận án kết hợp các phương pháp định tính và định lượng:

  • Phương pháp thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu: Xử lý hệ thống văn bản pháp quy, tài liệu lý luận dạy học, các công trình GIS và WebGIS trong và ngoài nước.
  • Phương pháp Graph (sơ đồ hóa): Trực quan hóa quy trình xây dựng công nghệ, cấu trúc hệ thống và các bước tiến trình dạy học.
  • Phương pháp bản đồ và ứng dụng GIS: Thu thập, số hóa, biên tập dữ liệu không gian và thuộc tính, thiết kế ký hiệu chuyên đề trên nền tảng phần mềm QGIS.
  • Phương pháp chuyên gia: Tham vấn ý kiến các chuyên gia về phương pháp dạy học địa lí, bản đồ học, GIS, công nghệ thông tin và giáo viên THPT để hoàn thiện sản phẩm.
  • Phương pháp điều tra, khảo sát: Điều tra thực trạng cơ sở vật chất, tình hình sử dụng thiết bị và mức độ ứng dụng CNTT&TT của giáo viên và học sinh tại 04 trường THPT; khảo sát đánh giá chất lượng phần mềm WebGIS sau thực nghiệm.
  • Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tổ chức dạy thực nghiệm có đối chứng (lớp thực nghiệm sử dụng WebGIS, lớp đối chứng dạy theo phương pháp thông thường) tại 04 trường THPT.
  • Phương pháp thống kê toán học: Dùng phần mềm Microsoft Excel và công cụ Data Analysis để tính điểm trung bình cộng ($\bar{X}$), độ lệch chuẩn ($S$), phân tích phương sai một nhân tố (ANOVA) để kiểm định sự khác biệt có ý nghĩa thống kê.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng WebGIS mã nguồn mở trong dạy học Địa lí 12 trung học phổ thông

Chương 1 hệ thống hóa cơ sở lý luận về đổi mới giáo dục phổ thông, bản đồ giáo khoa, công nghệ WebGIS và đánh giá thực trạng ứng dụng CNTT&TT tại các trường phổ thông.

1. Đổi mới giáo dục và vai trò của CNTT&TT

Luận án trích dẫn Nghị quyết 29-NQ/TW, Nghị quyết 88/2014/QH13 và Quyết định 404/QĐ-TTg, nhấn mạnh yêu cầu chuyển từ truyền thụ kiến thức sang phát triển phẩm chất và năng lực người học. Dạy học Địa lí cần hình thành ba năng lực chuyên biệt: nhận thức khoa học địa lí, tìm hiểu địa lí và vận dụng kiến thức, kĩ năng.

Nghiên cứu dẫn chứng số liệu thực nghiệm tâm lý học về mối liên hệ giữa các giác quan với hiệu quả tiếp thu và lưu giữ tri thức:

Giác quan tiếp nhận Tỉ lệ tiếp thu tri thức khi học Hình thức hoạt động Tỉ lệ lưu giữ tri thức sau khi học
Qua Nếm 1,0% Qua Nghe 20,0%
Qua Sờ 1,5% Qua Nhìn 30,0%
Qua Ngửi 3,5% Qua Nghe + Nhìn 50,0%
Qua Nghe 11,0% Qua Tự trình bày 80,0%
Qua Nhìn 83,0% Qua Trình bày và làm 90,0%

2. Bản đồ giáo khoa và định vị WebGIS

Theo Lâm Quang Dốc (2009), bản đồ giáo khoa được phân loại theo: tỉ lệ (lớn, trung bình, nhỏ), độ bao quát lãnh thổ (thế giới, châu lục, quốc gia, vùng, tỉnh), mục đích (cho giáo viên, cho học sinh), nội dung (tự nhiên, dân cư, kinh tế, văn hóa, hành chính - chính trị), đặc điểm sử dụng (treo tường, để bàn, mô hình), loại hình thể hiện (sách giáo khoa, treo tường, atlat, bản đồ câm). Luận án đề xuất xếp WebGIS vào nhóm bản đồ giáo khoa trực tuyến.

Về mặt công nghệ, phân loại của Claus Rinner (1998) xác định 5 dạng dịch vụ WebGIS:

Dạng WebGIS Quản lý dữ liệu Hiển thị Truy vấn Phân tích GIS
Geodata Server Có Không Không Không
Map Server Không Có Không Không
Online Retrieval System Không Có Có Không
Online GIS Không Có Có Có
GIS Function Server Không Có Có Có

3. Thực trạng ứng dụng tại trường phổ thông

Khảo sát thực tế tại các trường THPT thuộc Hà Nội, Thái Bình, Hưng Yên, Thái Nguyên cho thấy: hạ tầng CNTT đã bước đầu được trang bị (máy chiếu, phòng máy tính kết nối mạng), giáo viên có nhu cầu đổi mới phương tiện trực quan, tuy nhiên nguồn học liệu bản đồ số tương tác chuyên sâu còn thiếu, chủ yếu dùng lại hình ảnh tĩnh từ sách giáo khoa hoặc trình chiếu PowerPoint đơn giản.

Chương 2: Quy trình xây dựng và sử dụng WebGIS mã nguồn mở trong dạy học Địa lí 12 trung học phổ thông

Chương 2 trình bày giải pháp kỹ thuật xây dựng hệ thống phần mềm WGT12 và quy trình phương pháp sư phạm áp dụng vào 03 bài học.

1. Quy trình 7 bước xây dựng hệ thống WebGIS

Luận án thiết lập quy trình kỹ thuật gồm 7 bước:

  • Bước 1: Xác định mục đích, yêu cầu của hệ thống bản đồ dạy học Địa lí 12.
  • Bước 2: Xác định các lớp bản đồ và lớp thông tin thuộc tính cần thiết.
  • Bước 3: Thiết kế, thu thập, chuẩn hóa và biên tập dữ liệu không gian trên phần mềm QGIS.
  • Bước 4: Lựa chọn các giải pháp công nghệ mã nguồn mở: máy chủ web Apache, máy chủ bản đồ GeoServer, hệ quản trị cơ sở dữ liệu không gian PostgreSQL/PostGIS, các thư viện giao diện Heron MC và Leaflet, chuẩn tạo kiểu bản đồ Styled Layer Descriptor (SLD) bằng CSS.
  • Bước 5: Xây dựng kiến trúc hệ thống, tích hợp cơ sở dữ liệu và thiết kế giao diện người dùng.
  • Bước 6: Kiểm thử chức năng, tối ưu hóa hiển thị trên trình duyệt web.
  • Bước 7: Hoàn thiện sản phẩm và triển khai ứng dụng thực tế.

2. Các chức năng chính của sản phẩm WGT12

Sản phẩm WebGIS phục vụ dạy học Địa lí 12 (WGT12) cung cấp các công cụ tương tác:

  • Quản trị hiển thị các lớp bản đồ chuyên đề theo cấu trúc bài học.
  • Bật/tắt các lớp thông tin, phóng to, thu nhỏ, di chuyển khung nhìn.
  • Chức năng đánh dấu vị trí địa lí (Bookmark).
  • Chức năng chỉnh sửa (Edit): cho phép vẽ điểm, đường, vùng trực tiếp trên nền bản đồ (hỗ trợ xác định điểm cực, ranh giới).
  • Chức năng tạo ảnh bản đồ (Print) và xuất ảnh chụp màn hình phục vụ làm báo cáo học tập.
  • Chức năng tải tệp dữ liệu lên hệ thống (Upload).
  • Công cụ tìm kiếm đối tượng theo tên địa danh và định vị vị trí theo tọa độ địa lí.
  • Hiển thị thông tin thuộc tính đa phương tiện (bảng số liệu thống kê, biểu đồ, văn bản mô tả, hình ảnh).
  • Tạo bản đồ trống phục vụ các bài thực hành điền lược đồ.

3. Tiến trình và kịch bản dạy học có hỗ trợ của WebGIS

Tác giả xây dựng quy trình dạy học gồm hai hình thức chính:

  • Dạy học toàn lớp (phòng học thông thường với 01 máy tính và máy chiếu): Giáo viên điều khiển WebGIS, trình chiếu các lớp bản đồ, tạo tình huống có vấn đề; học sinh quan sát, phân tích và đại diện lên tương tác trực tiếp.
  • Dạy học nhóm nhỏ (phòng học bộ môn/phòng máy tính ICT): Mỗi nhóm học sinh trực tiếp thao tác trên một máy tính có kết nối WGT12, thực hiện nhiệm vụ theo phiếu học tập, bóc tách các lớp dữ liệu, phân tích biểu đồ thuộc tính và xuất bản đồ báo cáo.

Luận án xây dựng 03 kịch bản và giáo án mẫu chi tiết:

  • Bài 13: Học sinh sử dụng công cụ đo đạc, đọc lát cắt địa hình, dùng công cụ Edit điền tên và vị trí các đỉnh núi, dãy núi cánh cung lên nền bản đồ trống.
  • Bài 24: Khai thác các lớp bản đồ lâm nghiệp và thủy sản, đối chiếu sản lượng qua các năm bằng bảng thuộc tính và biểu đồ tích hợp, so sánh không gian giữa các vùng sinh thái.
  • Bài 30: Phân tích mạng lưới giao thông vận tải, định vị các tuyến quốc lộ huyết mạch, cụm cảng biển, sân bay quốc tế và các tuyến thông tin liên lạc.

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

Chương 3 trình bày việc tổ chức, thu thập dữ liệu và xử lý thống kê kết quả thực nghiệm sư phạm tại 04 trường THPT nhằm kiểm chứng giả thuyết nghiên cứu.

1. Tổ chức thực nghiệm

  • Địa bàn và đối tượng: Thực nghiệm được tiến hành song song tại 04 trường THPT (Cầu Giấy, Chuyên Thái Bình, Văn Lâm, Yên Ninh). Tại mỗi trường, lựa chọn các cặp lớp tương đương về trình độ học lực: một nhóm lớp thực nghiệm (học với sự hỗ trợ của WebGIS WGT12) và một nhóm lớp đối chứng (học theo phương pháp truyền thống với bản đồ giấy và Atlat).
  • Nội dung: Tiến hành dạy 03 bài học (Bài 13, Bài 24, Bài 30). Sau mỗi bài, học sinh cả hai nhóm đều làm bài kiểm tra đánh giá kiến thức và kỹ năng địa lí.

2. Kết quả đánh giá định lượng

Kết quả bài kiểm tra sau các bài thực nghiệm được xử lý bằng công cụ Data Analysis trong Excel:

Bài kiểm tra Nhóm Số lượng HS Điểm trung bình ($\bar{X}$) Độ lệch chuẩn ($S$) Giá trị $P$-value (ANOVA)
Bài số 1 (Bài 13) Thực nghiệm (TN)
Đối chứng (ĐC)		 165
162		 8,12
7,25		 1,18
1,35		 $P < 0,05$
Bài số 2 (Bài 24) Thực nghiệm (TN)
Đối chứng (ĐC)		 165
162		 8,34
7,41		 1,09
1,28		 $P < 0,05$
Bài số 3 (Bài 30) Thực nghiệm (TN)
Đối chứng (ĐC)		 165
162		 8,28
7,36		 1,12
1,31		 $P < 0,05$

Phân tích phương sai một nhân tố (ANOVA) ở cả 3 bài kiểm tra đều cho giá trị $P$-value nhỏ hơn 0,05 ($P < \alpha = 0,05$), chứng minh điểm trung bình của nhóm thực nghiệm cao hơn nhóm đối chứng một cách có ý nghĩa thống kê, không phải do ngẫu nhiên. Tỉ lệ học sinh đạt loại Giỏi và Khá ở nhóm thực nghiệm cao hơn nhóm đối chứng, trong khi tỉ lệ Trung bình và Yếu giảm rõ rệt.

3. Kết quả đánh giá định tính và đánh giá sản phẩm

  • Về phía học sinh: Học sinh nhóm thực nghiệm thể hiện sự hứng thú, chủ động thao tác tìm kiếm thông tin, phát triển kỹ năng đọc bản đồ số, kỹ năng phân tích mối quan hệ không gian và khả năng làm việc nhóm.
  • Về phía giáo viên: Khảo sát ý kiến của giáo viên tham gia dạy thực nghiệm tại 04 trường khẳng định WebGIS WGT12 có giao diện thân thiện, tốc độ tải dữ liệu ổn định, tích hợp đầy đủ thông tin chuyên đề Địa lí 12, hỗ trợ hiệu quả cho việc đổi mới phương pháp giảng dạy.

Kết quả và những đóng góp mới

Đóng góp mới về mặt lý luận

  1. Hệ thống hóa cơ sở lý luận về việc ứng dụng WebGIS mã nguồn mở trong giáo dục địa lí, làm rõ khái niệm, phân loại và vị trí của WebGIS như một dạng bản đồ giáo khoa trực tuyến.
  2. Xác định các yêu cầu và nguyên tắc sư phạm - công nghệ trong việc thiết kế và sử dụng WebGIS phục vụ giảng dạy môn Địa lí bậc trung học phổ thông.
  3. Đề xuất quy trình 7 bước xây dựng WebGIS bằng phần mềm mã nguồn mở và tiến trình tổ chức dạy học Địa lí định hướng phát triển năng lực.

Đóng góp mới về mặt thực tiễn

  1. Cung cấp bức tranh thực trạng về việc sử dụng thiết bị dạy học và ứng dụng CNTT&TT trong dạy học Địa lí lớp 12 tại một số trường THPT đại diện cho các vùng khác nhau.
  2. Thiết kế hoàn chỉnh sản phẩm phần mềm WebGIS mã nguồn mở WGT12 với đầy đủ cơ sở dữ liệu không gian, thuộc tính và các công cụ tương tác cho 03 bài học trọng tâm trong chương trình Địa lí 12.
  3. Cung cấp bộ kịch bản, giáo án minh họa và phiếu học tập chuẩn hóa; kết quả thực nghiệm sư phạm khẳng định tính khả thi và hiệu quả nâng cao chất lượng dạy học của hệ thống.

Khuyến nghị và giải pháp đề xuất

  • Đối với các cơ quan quản lý giáo dục (Sở GD&ĐT, Phòng GD&ĐT): Đầu tư hạ tầng mạng Internet, nâng cấp phòng máy tính bộ môn tại các trường THPT; tổ chức các khóa tập huấn bồi dưỡng kỹ năng ứng dụng GIS/WebGIS cho giáo viên Địa lí.
  • Đối với các trường THPT: Khuyến khích giáo viên linh hoạt tổ chức dạy học tại phòng ICT; tạo điều kiện cho học sinh sử dụng thiết bị số trong học tập có hướng dẫn.
  • Đối với giáo viên Địa lí: Chủ động tiếp cận các phần mềm mã nguồn mở, khai thác các tính năng tương tác của WebGIS vào thiết kế bài giảng thay vì chỉ dùng phương tiện trình chiếu tĩnh.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế của đề tài

  • Hệ thống cơ sở dữ liệu bản đồ trên WebGIS WGT12 mới chỉ tập trung thiết kế mẫu cho 03 bài học trong chương trình Địa lí 12, chưa bao phủ toàn bộ chương trình Địa lí cấp THPT.
  • Ứng dụng hoạt động dựa trên môi trường web nên phụ thuộc vào chất lượng kết nối Internet và cấu hình thiết bị đầu cuối tại các nhà trường.
  • Địa bàn thực nghiệm sư phạm mới chỉ giới hạn tại 04 trường THPT thuộc khu vực phía Bắc (Hà Nội, Thái Bình, Hưng Yên, Thái Nguyên).

Hướng nghiên cứu tiếp theo

  • Mở rộng xây dựng hoàn thiện cơ sở dữ liệu bản đồ cho toàn bộ các bài học trong chương trình Địa lí lớp 10, lớp 11 và lớp 12.
  • Nghiên cứu tích hợp thêm các công cụ phân tích không gian nâng cao trên WebGIS phù hợp với năng lực nhận thức của học sinh phổ thông.
  • Mở rộng phạm vi thử nghiệm và triển khai ứng dụng tại nhiều tỉnh, thành phố thuộc các vùng miền khác nhau trên cả nước.

Giá trị tham khảo

Đối tượng thụ hưởng

  • Nghiên cứu sinh, học viên cao học chuyên ngành Lí luận và Phương pháp dạy học Địa lí: Tham khảo khung lý thuyết, phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa công nghệ GIS và khoa học giáo dục, cùng phương pháp xử lý thống kê thực nghiệm sư phạm.
  • Giáo viên Địa lí tại các trường trung học phổ thông: Sử dụng trực tiếp quy trình, kịch bản dạy học, hệ thống bài tập và giáo án minh họa cho các bài thực hành và lý thuyết Địa lí 12.
  • Cán bộ quản lý giáo dục và chuyên viên phụ trách thiết bị dạy học: Tham khảo mô hình ứng dụng phần mềm mã nguồn mở nhằm tiết kiệm chi phí bản quyền khi hiện đại hóa thiết bị dạy học số.

Các nội dung có giá trị ứng dụng cao

  • Quy trình 7 bước kỹ thuật thành lập WebGIS bằng công nghệ mã nguồn mở (GeoServer, PostgreSQL/PostGIS, OpenLayers, Leaflet).
  • Kịch bản sư phạm tổ chức dạy học nhóm nhỏ và dạy học toàn lớp có sự hỗ trợ của bản đồ tương tác trực tuyến.
  • Bộ dữ liệu bản đồ chuyên đề đã được số hóa và chuẩn hóa phù hợp với nội dung chương trình Địa lí 12.

Câu hỏi thường gặp

1. Luận án đã sử dụng những công nghệ mã nguồn mở cụ thể nào để xây dựng hệ thống WebGIS WGT12?

Tác giả đã tích hợp các phần mềm và thư viện mã nguồn mở:

  • Phần mềm máy chủ web: Apache.
  • Hệ quản trị cơ sở dữ liệu không gian: PostgreSQL kết hợp module PostGIS.
  • Máy chủ xuất bản bản đồ: GeoServer.
  • Phần mềm biên tập dữ liệu: QGIS.
  • Thư viện giao diện phía máy khách (Client): Leaflet và Heron MC (trên nền JavaScript).
  • Ngôn ngữ định kiểu hiển thị: Styled Layer Descriptor (SLD) kết hợp CSS.

2. Hệ thống WebGIS của luận án được ứng dụng cụ thể vào những bài học nào trong chương trình Địa lí 12?

Hệ thống được thiết kế và ứng dụng thực nghiệm vào 03 bài học:

  1. Bài 13: Thực hành: Đọc bản đồ địa hình, điền vào lược đồ trống một số dãy núi và đỉnh núi.
  2. Bài 24: Vấn đề phát triển ngành Thủy sản và Lâm nghiệp.
  3. Bài 30: Vấn đề phát triển ngành Giao thông vận tải và Thông tin liên lạc.

3. Thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại những địa bàn nào và kết quả định lượng ra sao?

Thực nghiệm được triển khai tại 04 trường THPT: Cầu Giấy (Hà Nội), Chuyên Thái Bình (Thái Bình), Văn Lâm (Hưng Yên) và Yên Ninh (Thái Nguyên). Kết quả xử lý điểm số qua 3 bài kiểm tra cho thấy điểm trung bình của nhóm thực nghiệm ($\bar{X}$ từ 8,12 đến 8,34) cao hơn có ý nghĩa thống kê so với nhóm đối chứng ($\bar{X}$ từ 7,25 đến 7,41) với mức kiểm định ANOVA $P < 0,05$.

4. WebGIS mang lại những ưu thế gì so với bản đồ giáo khoa giấy truyền thống trong dạy học Địa lí?

WebGIS cho phép hiển thị dữ liệu theo nhiều lớp độc lập, dễ dàng bật/tắt để phân tích mối quan hệ không gian; tích hợp đa phương tiện (văn bản, số liệu, biểu đồ, hình ảnh); cho phép phóng to, thu nhỏ linh hoạt theo nhiều tỉ lệ; cung cấp các công cụ tương tác trực tiếp (đo đạc, vẽ, đánh dấu, tạo bản đồ trống); cập nhật thông tin nhanh chóng và cho phép nhiều học sinh truy cập cùng lúc qua mạng Internet.

Kết luận

Luận án đã giải quyết hoàn chỉnh vấn đề lý luận và thực tiễn về việc ứng dụng công nghệ WebGIS mã nguồn mở trong dạy học Địa lí 12 tại trường trung học phổ thông. Tác giả đã xây dựng thành công quy trình công nghệ 7 bước, thiết kế sản phẩm WGT12 và xây dựng hệ thống kịch bản dạy học tương tác cho 03 bài học trọng tâm. Kết quả thực nghiệm sư phạm tại 04 trường THPT khẳng định tính khả thi, độ tin cậy và hiệu quả rõ rệt của hệ thống trong việc nâng cao kết quả học tập và phát triển năng lực của học sinh. Công trình là tài liệu tham khảo có giá trị chuyên môn cao cho nghiên cứu phương pháp dạy học địa lí và triển khai chuyển đổi số trong giáo dục phổ thông.