Tài liệu Sáng kiến kinh nghiệm xây dựng các bài toán nhận thức trong chương trình sinh học 12 nhằm phát triển năng lực nghiên cứu khoa học của học sinh

THÔNG TIN CHUNG VỀ SÁNG KIẾN 1. Tên sáng kiến: XÂY DỰNG CÁC BÀI TOÁN NHẬN THỨC TRONG CHƯƠNG TRÌNH SINH HỌC 12 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA HỌC SINH 2. Lĩnh vực áp dụng sáng kiến: Môn Sinh học. 3. Thời gian áp dụng sáng kiến: Từ ngày 05 tháng 09 năm 2012 đến ngày 07 tháng 03 năm 2015. 4. Tác giả: Họ và tên: Trần Thị Thanh Xuân Năm sinh: 1979 Nơi thường trú: Lô 30 – Lê Văn Hưu - Khu đô thị Hòa Vượng Trình độ chuyên môn: Thạc sĩ Chức vụ công tác: Tổ phó tổ chuyên môn Nơi làm việc: Trường THPT chuyên Lê Hồng Phong Địa chỉ liên hệ: Trường THPT chuyên Lê Hồng Phong - 76 Vị Xuyên Điện thoại: 0982826215 5. Đồng tác giả: Không có 6. Đơn vị áp dụng sáng kiến: Tên đơn vị: Trường THPT chuyên Lê Hồng Phong Địa chỉ: 76 Vị Xuyên – Nam Định Điện thoại: 0350 3640297 XÂY DỰNG CÁC BÀI TOÁN NHẬN THỨC TRONG CHƯƠNG TRÌNH SINH HỌC 12 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CỦA HỌC SINH I. Điều kiện hoàn cảnh tạo ra sáng kiến Trong đổi mới giáo dục, ở hầu khắp các nước trên thế giới rất quan tâm đến bồi dưỡng năng lực phát hiê ên và giải quyết vấn đề cho học sinh thông qua các môn học, thể hiện đặc biệt rõ nét ở trong quan điểm trình bày kiến thức và phương pháp dạy học thông qua chương trình, sách giáo khoa. Ở Việt Nam, định hướng đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục nước ta trong giai đoạn hiện nay là “chuyển mạnh quá trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện năng lực và phẩm chất người học”. Các Nghị quyết Hội nghị lần thứ tư khoá VII (1993), lần thứ hai khoá VIII (1997) của Ban chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam và Luật Giáo dục đã nêu rõ: “Cuộc cách mạng về phương pháp giáo dục hướng vào người học, rèn luyện và phát triển khả năng suy nghĩ, khả năng giải quyết vấn đề một cách năng động, độc lập, sáng tạo ngay trong quá trình học tập ở nhà trường phổ thông. Áp dụng những phương pháp giáo dục hiện đại để bồi dưỡng năng lực tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấn đề” (Văn kiện Hội nghị lần thứ hai Ban Chấp hành Trung ương khóa VIII, Nxb Chính trị Quốc gia, Hà Nội, tr.41). Trong Chiến lược phát triển giáo dục 2011 - 2020 đã được Thủ tướng Nguyễn tấn Dũng phê duyệt cũng nêu rõ: “Tiếp tục đổi mới phương pháp dạy học và đánh giá kết quả học tập, rèn luyện theo hướng phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo và năng lực tự học của người học”. Các dự án phát triển Giáo dục tiểu học, Trung học cơ sở và Trung học phổ thông ở nước ta hiện nay đang thực hiện đổi mới Giáo dục theo định hướng trên. II. Mô tả giải pháp 2.1. Thực trạng Mẫu phiếu điều tra năm 2013 tại các trường THPT chuyên Vĩnh Phúc, THPT chuyên Bắc Giang, THPT chuyên Nam Định, THPT chuyên Hòa Bình đã cho thấy, phần lớn giáo viên chưa nhận thức đầy đủ về khái niệm năng lực cũng như chưa quan tâm đến việc rèn năng lực cho học sinh. Tuy nhiên, những kĩ năng cấu thành năng lực thì ít nhiều cũng được giáo viên rèn luyện. Đặc biệt, vào đầu năm học 2014 – 2015, Bộ Giáo dục và đào tạo tổ chức tập huấn Đổi mới phương pháp dạy học và đánh giá năng lực học sinh đã có tác động tích cực đến việc giảng dạy và đánh giá của giáo viên. Qua phân tích kết quả điều tra nhận thấy, đa số giáo viên cho rằng, việc rèn luyện năng lực nghiên cứu khoa học chủ yếu là nhiệm vụ của các giảng viên ở các trường Cao đẳng, Đại học. Do vậy, việc rèn luyện năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh cấp THPT chưa thực sự được quan tâm. Tuy nhiên, một số kỹ năng như giải quyết vấn đề, viết báo cáo, thuyết trình cũng đã được giáo viên rèn luyện ở mức độ nhất định. 2.2. Mô tả giải pháp sau khi có sáng kiến Từ năm 2006 – 2010, Việt Nam chỉ có 5 bằng sáng chế được đăng ký tại Mỹ, trung bình mỗi năm có 1 bằng sáng chế. Trong khi đó, năm 2011, chúng ta không có bằng sáng chế nào được đăng ký. Những con số trên đã phản ánh năng lực nghiên cứu khoa học ở Việt Nam còn nhiều hạn chế. Phát triển năng lực nói chung và năng lực nghiên cứu khoa học của học sinh là việc làm cần thiết, phù hợp với chủ trương và định hướng đổi mới giáo dục. Với đối tượng học sinh chuyên thì việc phát triển năng lực nghiên cứu khoa học là rất cần thiết, nhằm phát hiện và bồi dưỡng những nhà khoa học chuyên ngành trong tương lai. Nghiên cứu khoa học là một hoạt động tìm kiếm, xem xét, điều tra, hoặc thử nghiệm. Dựa trên những số liệu, tài liệu, kiến thức,… đạt được từ các thí nghiệm nghiên cứu khoa học để phát hiện ra những cái mới về bản chất sự vật, về thế giới tự nhiên và xã hội, và để sáng tạo phương pháp và phương tiện kỹ thuật mới cao hơn, giá trị hơn. Con người muốn làm nghiên cứu khoa học phải có kiến thức nhất định về lĩnh vực nghiên cứu và cái chính là phải rèn luyện cách làm việc tự lực, có phương pháp từ lúc ngồi trên ghế nhà trường. Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1. Tổng quan nghiên cứu về năng lực nghiên cứu khoa học, bài toán nhận thức và mối quan hệ 1.1.1. Năng lực Khái niệm Khái niệm “năng lực” (tiếng Anh: competence) đầu tiên được nhà ngôn ngữ học người Mỹ N. Chomsky sử dụng để chỉ năng lực ngôn ngữ của một thành viên trong một cộng đồng ngôn ngữ nào đó, để đối lập với khái niệm “ngữ thi” (performance) tức là kết quả của một hoạt động ngôn ngữ. Sau đó, các nhà lý luận dạy học ngoại ngữ sử dụng rộng rãi thuật ngữ này để chỉ một năng lực nào đó trong quá trình lĩnh hội ngôn ngữ đích. Trong lý luận dạy học nói chung, khái niệm “năng lực” có nhiều định nghĩa khác nhau. X. Rogiers đã mô hình hoá khái niệm năng lực thành các kĩ năng hành động trên những nội dung cụ thể trong một loại tình huống hoạt động: “Năng lực chính là sự tích hợp các kĩ năng tác động một cách tự nhiên lên các nội dung trong một loạt các tình huống cho trước để giải quyết những vấn đề do tình huống này đặt ra”. Năng lực là khả năng cá nhân đáp ứng các yêu cầu phức hợp và thực hiện thành công nhiệm vụ trong một bối cảnh cụ thể” (OECD, 2002). Năng lực được xây dựng trên cơ sở tri thức, thiết lập qua giá trị, cấu trúc như là các khả năng, hình thành qua trải nghiệm/củng cố qua kinh nghiệm, hiện thực hóa qua ý chí (John Erpenbeck 1996). Năng lực là các khả năng và kĩ năng nhận thức vốn có ở cá nhân hay có thể học được… để giải quyết các vấn đề đặt ra trong cuộc sống. Năng lực cũng hàm chứa trong nó tính sẵn sàng hành động, động cơ, ý chí và trách nhiệm xã hội để có thể sử dụng một cách thành công và có trách nhiệm các giải pháp... trong những tình huống thay đổi (Weinert, 2001). Năng lực của người học là khả năng làm chủ những hệ thống kiến thức, kĩ năng, thái độ... phù hợp với lứa tuổi và vận hành (kết nối) chúng một cách hợp lí vào thực hiện thành công nhiệm vụ học tập, giải quyết hiệu quả những vấn đề đặt ra cho chính các em trong cuộc sống (Nguyễn Công Khanh, 2013). “Năng lực là khả năng cá nhân đáp ứng các yêu cầu phức hợp và thực hiện thành công nhiệm vụ trong một bối cảnh cụ thể”. Năng lực cần được xác định bởi một loạt các tình huống và các nhiệm vụ đó phải được làm chủ và đánh giá có thể được thực hiện bằng cách đối đầu với các sinh viên với một mẫu như (cuối cùng mô phỏng) các tình huống. Cấu trúc năng lực Năng lực của học sinh là một cấu trúc động (trừu tượng), có tính mở, đa thành tố, đa tầng bậc, hàm chứa trong nó không chỉ là kiến thức, kĩ năng,... mà cả niềm tin, giá trị, trách nhiệm xã hội... thể hiện ở tính sẵn sàng hành động của các em trong môi trường học tập phổ thông và những điều kiện thực tế đang thay đổi của xã hội. Các loại năng lực + Năng lực chung: ở các nhóm nước khác nhau có những năng lực chung khác nhau. Chương trình Việt Nam sau 2015 có 9 năng lực chung chia 3 nhóm. Năng lực chung là những năng lực cơ bản, thiết yếu để con người có thể sống và làm việc bình thường trong xã hội. Những năng lực chung này được hình thành và phát triển liên quan đến nhiều môn học, vì thế có nước gọi là năng lực xuyên chương trình. Mỗi năng lực chung cần: a) Góp phần tạo nên kết quả có giá trị cho xã hội và cộng đồng; b) Giúp cho các cá nhân đáp ứng được những đòi hỏi của một bối cảnh rộng lớn và phức tạp; c) Chúng có thể không quan trọng với các chuyên gia, nhưng rất quan trọng với tất cả mọi người. Có 8 năng lực sau đây được khá nhiều nước đề xuất/lựa chọn, gồm: (1) Tư duy phê phán, tư duy logic; (2) Sáng tạo, tự chủ; (3) Giải quyết vấn đề; (4) Làm việc nhóm - quan hệ với người khác; (5) Giao tiếp, làm chủ ngôn ngữ; (6) Tính toán , ứng dụng số; (7) Đọc - viết (literacy); (9) Công nghệ thông tin- truyền thông (ICT). Trong dự thảo “Mục tiêu và chuẩn trong chương trình giáo dục phổ thông sau năm 2015”, Việt Nam đề xuất 9 năng lực chung chia thành 3 nhóm năng lực. Mỗi môn học sẽ tham gia rèn luyện các năng lực chung này ở các mức độ khác nhau. + Năng lực đặc thù môn Sinh học: Theo nghiên cứu đề xuất của trường Đại học Victoria (Úc) thì hệ thống các năng lực Sinh học bao gồm 4 nhóm năng lực chính như sau: * Tri thức về sinh học (Biology knowledge): Kiến thức và kĩ năng cần thiết để có thể đảm nhận một công việc trong lĩnh vực sinh học (giáo viên sinh học, nhà nghiên cứu sinh học) hoặc có thể tiếp tục học sau đại học về lĩnh vực sinh học. - Kiến thức về sự đa dạng sinh học ở mọi cấp độ từ gen, tế bào, cơ quan, cơ thể, sự tương tác giữa các cá thể, quần thể, quần xã và hệ sinh thái. - Hiểu biết về các nguyên lí di truyền và cơ chế dẫn đến sự đa dạng đó (quy luật di truyền của Menđen, di truyền phân tử, di truyền quần thể…). - Áp dụng các nguyên lí của học thuyết và cơ chế tiến hoá để giải thích được sự đa dạng sinh học. - Hiểu biết về cấu trúc và chức năng của thực vật, động vật. - Sử dụng được những kiến thức về các lĩnh vực như toán học, vật lí, hóa học để giải quyết các vấn đề liên quan trong sinh học. - Hiểu biết về lịch sử nghiên cứu sinh học và vai trò to lớn của sinh học đối với xã hội. * Năng lực nghiên cứu: Hiểu biết và sử dụng được các nguyên lí của phương pháp nghiên cứu khoa học, áp dụng được các phương pháp thực nghiệm để giải quyết các vấn đề khoa học. - Nghiên cứu lí thuyết: Tổng hợp tài liệu và đánh giá được các tài liệu khoa học. - Thu thập số liệu, các bằng chứng khoa học thông qua việc quan sát và thực nghiệm, đề xuất được vấn đề nghiên cứu. - Đề xuất được các giả thuyết có khả năng kiểm chứng được bằng thực nghiệm, dự đoán được kết quả nghiên cứu. - Thiết kế được các thí nghiệm để kiểm chứng giả thuyết. - Biết cách quan sát và ghi chép, thu thập số liệu, kết quả nghiên cứu. - Sử dụng được toán xác xuất thống kê để phân tích và đánh giá dữ liệu thu được, từ đó đưa ra được các kết luận phù hợp. - Rút ra được kết luận - Truyền đạt kết quả và những ý tưởng rõ ràng và có hiệu quả vào báo cáo khoa học, văn bản và thuyết trình. - Thể hiện một mức độ hiểu biết sâu sắc về các nghiên cứu bằng cách đề xuất các bước trong tương lai cần thiết để tiếp tục các mục tiêu của thí nghiệm. * Năng lực thực địa: Sử dụng được các quy tắc và kĩ thuật an toàn để thực hiện các nghiên cứu trong môi trường. - Dự đoán, lập kế hoạch thực địa. - Chuẩn bị các phương tiện, thiết bị cần thiết để thực địa. - Sử dụng được bản đồ thực địa và xác định được đúng những vị trí cần nghiên cứu trong môi trường. - Sử dụng được các thiết bị thực địa để quan sát, xác định các thông số, thu thập và xử lí mẫu . . . * Năng lực thực hiện trong phòng thí nghiệm: Sử dụng được các quy tắc và kĩ thuật an toàn để thực hiện các nghiên cứu trong phòng thí nghiệm. - Thực hiện các quy tắc an toàn phòng thí nghiệm. - Vận hành máy móc trong phòng thí nghiệm theo đúng quy trình. - Sử dụng được thành thạo các thiết bị thí nghiệm thích hợp. - Tìm lỗi và tối ưu hóa các phương pháp và kĩ thuật. - Thực hiện các kĩ năng cơ bản liên quan các thí nghiệm theo các phương pháp và thủ tục tiêu chuẩn. Theo chuẩn năng lực của CHLB Đức, các năng lực người học cần đạt khi học Sinh học bao gồm: - Kiến thức môn học: Hiện tượng sinh học, khái niệm, nguyên tắc, biết sự kiện và khái niệm cơ bản liên quan - Nghiên cứu khoa học: Quan sát, so sánh, thử nghiệm, sử dụng các mô hình và áp dụng các kĩ thuật làm việc - Truyền thông: Thiết lập và trao đổi thông tin đề cập đến môn học - Đánh giá các quy chuẩn: Công nhận và đánh giá hiện trạng sinh học trong các bối cảnh khác nhau Theo tác giả Phan Thị Thanh Hội và Trần Khánh Ngọc ở trường phổ thông, các năng lực chuyên ngành Sinh học mà học sinh cần đạt được đó là: Năng lực kiến thức Sinh học; Năng lực nghiên cứu khoa học (Năng lực quan sát, năng lực thực nghiệm) và Năng lực thực hiện trong phòng thí nghiệm. - Năng lực kiến thức sinh học bao gồm các kiến thức về cấu tạo cơ thể thực vật, động vật, con người; kiến thức về các hoạt động sống của thực vật, động vật; kiến thức về đa dạng sinh học; kiến thức về các quy luật di truyền, tiến hoá và sinh thái học. Kiến thức về Sinh học hệ thống: các cấp độ từ phân tử - tế bào - cơ thể - quần thể/ loài - quần xã/ hệ sinh thái - sinh quyển. - Năng lực nghiên cứu khoa học bao gồm: Năng lực quan sát và năng lực thực nghiệm - Năng lực thực hiện trong phòng thí nghiệm bao gồm các kĩ năng chính như: Kĩ năng sử dụng kính hiển vi; kĩ năng thực hiện an toàn phòng thí nghiệm; kĩ năng thiết kế một số tiêu bản đơn giản; kĩ năng bảo quản một số mẫu vật thật. 1.1.2. Năng lực nghiên cứu khoa học * Khái niệm năng lực nghiên cứu khoa học - Khoa học: Từ “khoa học” xuất phát từ tiếng Latin “Scienta”, nghĩa là tri thức. Theo Webter’s New Collegiste Dictionary, “Khoa học” được định nghĩa là “những tri thức đạt được qua kinh nghiệm thực tế và nghiên cứu”. Theo Pieere Auger, khoa học là hệ thống tri thức về mọi loại quy luật của vật chất và sự vận động của vật chất, những quy luật của tự nhiên, xã hội, tư duy. Tri thức khoa học là những tri thức được tích lũy qua hoạt động nghiên cứu nghiên cứu khoa học, thông qua kết quả của việc quan sát, thí nghiệm các hiện tượng, sự kiện, hoạt động xảy ra trong các hoạt động xã hội và hoạt động tự nhiên. Dựa vào đối tượng nghiên cứu khoa học, có thể phân loại khoa học thành: khoa học tự nhiên và khoa học trừu tượng (khoa học chính xác); khoa học kĩ thuật và công nghệ (kĩ thuật điện tử, kĩ thuật di truyền), Theo J. Beillerot (1991), ở các nước phương Tây, từ “khoa học” được dùng chung với từ “nghiên cứu” từ những năm 1930, để chỉ một hoạt động tuân thủ một quy trình chặt chẽ và khách quan nhằm tìm hiểu những vấn đề mà nhà khoa học quan tâm. Vì thế, việc tự học về phương pháp nghiên cứu khoa học là điều kiện bắt buộc đối với nhà khoa học. Nghiên cứu khoa học là một quy trình chặt chẽ bao gồm nhiều công đoạn, nhiều thao tác và nhiều yêu cầu khác nhau. Trong Từ điển Nghiên cứu khoa học, Lefrançois (1991) định nghĩa hoạt động này như sau: “Nghiên cứu khoa học là mọi hoạt động có hệ thống và chặt chẽ bao hàm một phương pháp luận nghiên cứu phù hợp với một hệ vấn đề nhằm tìm hiểu một hiện tượng, giải thích hiện tượng và khám phá một số quy luật. Nghiên cứu khoa học là nơi đối chiếu giữa những tiền giả định lý thuyết và thực tế như nó được cảm nhận’. Theo Beillerot, xét ở góc độ hoạt động nghiên cứu và hoạt động trí tuệ, nghiên cứu khoa học bao gồm các tiêu chí sau đây: - Tiêu chí 1: đó là một hoạt động sản sinh ra kiến thức mới. - Tiêu chí 2: đó là một quy trình chặt chẽ. - Tiêu chí 3: phải có công bố kết quả. - Tiêu chí 4 : phải có nhận xét phê phán về nguồn gốc, phương pháp, cách thức tiến hành của nghiên cứu. - Tiêu chí 5: phải có tính hệ thống trong việc thu thập dữ liệu. - Tiêu chí 6: phải có diễn giải nghiên cứu theo các lý thuyết hiện hành khi xây dựng vấn đề nghiên cứu cũng như khi diễn giải các dữ liệu nghiên cứu. Để có thể làm nghiên cứu khoa học được, người nghiên cứu phải làm chủ được nhiều phương pháp nghiên cứu khác nhau, tùy theo tính chất của đề tài, mục tiêu nghiên cứu, cách tiếp cận nghiên cứu... Bao trùm các phương pháp đó là phương pháp khoa học, được GS. Lê Thành Khôi định nghĩa như sau: “Phương pháp khoa học chủ yếu không đưa ra kết luận nào mà không có chứng cứ; phải dựa trên những kết quả cụ thể, được kiểm soát một cách khách quan chứ không phải dựa trên những ý kiến cá nhân thường xuất phát từ kinh nghiệm hạn hẹp; phải phân biệt những dữ liệu và sự diễn dịch những dữ liệu đó, không gò các sự việc vào lý thuyết mà phải điều chỉnh lý thuyết cho phù hợp với sự việc; phải có tính phê phán, nghĩa là phải chấp nhận việc xem xét lại lý thuyết, dù cho nó đã hoàn chỉnh đến đâu chăng nữa” (Lê Thành Khôi, 1981, dẫn lại từ Tsafak G., 2001, tr.77). Theo tác giả Trần Thanh Ái, mục tiêu của nghiên cứu khoa học là sản sinh ra kiến thức mới. Vì thế, nhà khoa học phải có đủ kiến thức để phát hiện ra ranh giới giữa “cái đã biết” của khoa học và cái chưa biết. Để đạt được điều này, mỗi cá nhân phải tự học để bổ sung kiến thức khoa học chuyên ngành. Creswell định nghĩa: “Nghiên cứu là một quá trình có các bước thu thập và phân tích thông tin nhằm gia tăng sự hiểu biết của chúng ta về một chủ đề hay một vấn đề.” Nó bao gồm ba bước: Đặt câu hỏi, thu thập dữ liệu để trả lời cho câu hỏi, và trình bày câu trả lời cho câu hỏi đó. Nghiên cứu khoa học (scientific research) dựa vào việc ứng dụng các phương pháp khoa học, khai thác trí tò mò. Hình thức nghiên cứu này cung cấp thông tin và lý thuyết khoa học nhằm giải thích bản chất và tính chất của thế giới. Nó có thể giúp tạo ra những ứng dụng thực tiễn. Hoạt động nghiên cứu khoa học được tài trợ bởi các cơ quan chính quyền, các tổ chức tài trợ, và các nhóm tư nhân, bao gồm nhiều công ty. Hoạt động nghiên cứu khoa học có thể được phân loại tùy theo lĩnh vực học thuật và ứng dụng. Nghiên cứu khoa học là một tiêu chí được sử dụng rộng rãi trong đánh giá vị thế của một cở sở học thuật. Theo tác giả Nicole Wellnitz & Jürgen Mayer, năng lực nghiên cứu khoa học bao gồm: 1. Đặt câu hỏi 2. Đưa giả thuyết 3. Thiết kế: Lên kế hoạch, thực hiện và thu thập dữ liệu 4. Đánh giá Một số tác giả lại cho rằng, phương pháp nghiên cứu khoa học nói chung là một trình tự gồm sáu bước sau. Các bước cơ bản là: 1. Đặt vấn đề, mục đích, hoặc câu hỏi nghiên cứu Đặt vấn đề hay câu hỏi nghiên cứu là phần quan trọng nhất của phương pháp nghiên cứu khoa học. Mỗi một phần dự án của bạn được thực hiện để trả lời câu hỏi này. Các câu hỏi nghiên cứu đôi khi được hình thành như là một tuyên bố và được gọi là “vấn đề” hoặc “Báo cáo vấn đề’’ mục tiêu hay những ý tưởng mà bạn đang cố gắng để kiểm chứng là gì? câu hỏi khoa học mà bạn đang cố gắng trả lời là gì? 2. Những giả định Giả định là một dạng dự báo, được hình thành như một tuyên bố mà bạn đề nghị để dẫn tới câu trả lời cho câu hỏi nghiên cứu. Giải thích một cách thuyết phục các dự án mà bạn sử dụng để chứng minh cho mục đích của mình. Bạn nên cố gắng trình bày kỹ về các kết luận có được thông qua đo lường. Không phải lúc nào kết luận của bạn cũng phù hợp với giả thuyết của bạn. 3. Danh mục tài liệu Danh sách tất cả các vật tư thiết bị được sử dụng trong nghiên cứu hoặc thử nghiệm. Danh sách các tài liệu của bạn phải bao gồm các trình tự của tất cả thao tác. 4. Trình tự Là mô tả chi tiết, từng bước về cách bạn thực hiện thử nghiệm. Hãy mô tả rõ ràng cách mà bạn khống chế các biến số cũng như từng bước làm thế nào bạn lấy được kết quả cuối cùng thông qua đo lường để chứng minh hay bác bỏ giả thuyết của mình. Các tiến trình mà bạn thực hiện nên được đúc kết theo một phương pháp mà theo đó một người khác dễ dàng nên có thể thực hiện lại. Hình ảnh mô tả các thao tác được hiện rõ trên bảng hiển thị của bạn. 5. Tầm quan sát, dữ liệu, kết quả Các kết quả thường là dưới hình thức một tuyên bố để giải thích hoặc diễn giải dữ liệu. Kết quả thu được ở dạng dữ liệu thô, đồ thị, kết luận rút ra từ những dữ liệu bạn có. Hình ảnh cũng có thể được sử dụng ở đây. 6. Kết luận Kết luận là một bản tóm tắt các nghiên cứu và các kết quả của thử nghiệm. Đây là nơi bạn trả lời các vấn đề của bạn hay câu hỏi nghiên cứu. Bạn đưa ra một tuyên bố cho dù dữ liệu của bạn có hỗ trợ giả thuyết của bạn hay không. Bạn phải có đủ dữ liệu để chứng minh một phần hoặc phản bác toàn bộ giả thuyết của mình. Trong trường hợp này, bạn có thể giải thích tại sao có các kết quả khác nhau. Các phương pháp khoa học không phải là đúc bằng bê tông mà nó là một hệ thống, minh bạch và khá dễ để học hỏi và sử dụng mà không nhà khoa học nào có thể sử dụng nó cho lợi ích riêng của họ. - Năng lực nghiên cứu khoa học: Về năng lực nghiên cứu, theo A. Šeberová, đó là một hệ thống mở và không ngừng phát triển, bao gồm các kiến thức trong lĩnh vực nghiên cứu, các thái độ và sự sẵn sàng của cá nhân cho phép các giảng viên thực hiện một nghiên cứu giáo dục trong khuôn khổ hoạt động nghề nghiệp của họ. Nói một cách tổng quát, cũng như mọi năng lực khác, năng lực nghiên cứu khoa học bao gồm 3 thành tố chủ yếu: kiến thức, kỹ năng và thái độ. Nghiên cứu khoa học là một họat động tìm kiếm, xem xét, điều tra, hoặc thử nghiệm. Dựa trên những số liệu, tài liệu, kiến thức,… đạt được từ các thí nghiệm nghiên cứu khoa học để phát hiện ra những cái mới về bản chất sự vật, về thế giới tự nhiên và xã hội, và để sáng tạo phương pháp và phương tiện kỹ thuật mới cao hơn, giá trị hơn. Con người muốn làm nghiên cứu khoa học phải có kiến thức nhất định về lĩnh vực nghiên cứu và cái chính là phải rèn luyện cách làm việc tự lực, có phương pháp từ lúc ngồi trên ghế nhà trường. * Cấu trúc năng lực nghiên cứu khoa học Bao gồm một số kĩ năng: đặt câu hỏi, hình thành giả thuyết, xây dựng kế hoạch điều tra và xử lí số liệu (Möller, Grube, & Mayer, 2008; Möller, Grube, Hartmann, & Mayer, 2009). Mỗi học sinh được đưa vào nghiên cứu khoa học một cách chu kì và được kết hợp với lí luận khoa học nhằm phát triển kiến thức khoa học (Lederman, 2008). Theo tác giả Vũ Cao Đàm (1995), phương pháp nghiên cứu khoa học gồm các bước sau đây: Bước 1: Quan sát sự vật, hiện tượng và xác định vấn đề cần nghiên cứu. Bước 2: Thiết lập giả thuyết hoặc dự đoán về vấn đề nghiên cứu. Bước 3: Thu thập và xử lý thông tin cần nghiên cứu. Bước 4: Kết luận xác nhận hay phủ nhận giả thuyết về vấn đề nghiên cứu. Theo tác giả Trần Thanh Ái, hệ thống các kỹ năng của năng lực nghiên cứu khoa học bao gồm: 1. Kỹ năng xây dựng đề tài nghiên cứu Xây dựng đề tài nghiên cứu là một kỹ năng vô cùng quan trọng, vì nó quyết định sự thành công hay thất bại của nghiên cứu. Đề tài nghiên cứu không phải là cái có sẵn, mà là kết quả của cả một quá trình phức tạp và biện chứng, từ những ghi nhận có được trong quá trình lĩnh hội kiến thức chuyên ngành đến kỹ năng quan sát và phân tích thực tế và việc đối chiếu những phân tích đó với tình trạng kiến thức hiện tại, để phát hiện vấn đề nghiên cứu. 2. Kỹ năng thiết kế nghiên cứu Thiết kế một công trình nghiên cứu phải tương ứng với mục tiêu nghiên cứu của đề tài, loại dữ liệu định thu thập, phương pháp phân tích... Không có một công thức cố định như các công thức toán học để người nghiên cứu rập khuôn cho mọi nghiên cứu khác nhau. Vì thế, nhà nghiên cứu phải có kỹ năng thiết kế nghiên cứu để có thể tiến hành một cách độc lập. 3. Kỹ năng thu thập dữ liệu Nghiên cứu khoa học hiện đại phải dựa vào những dữ liệu thường nghiệm. Vì thế, việc thu thập dữ liệu là công đoạn rất quan trọng. 4. Kỹ năng phân tích dữ liệu và sử dụng công cụ phân tích Phân tích dữ liệu nhằm mục đích làm nổi bật những đặc điểm, đặc tính, tính chất của đối tượng nghiên cứu (nghiên cứu mô tả) hoặc nhằm giúp người nghiên cứu kiểm chứng giả thuyết (nghiên cứu giải thích). 5. Kỹ năng phê phán Kỹ năng phê phán dựa trên sự đối chiếu giữa kiến thức hiện hành với thực tế khách quan, để phát hiện ra sự bất lực của kiến thức hiện hành trong việc lý giải thực tế. Khoa học hiện đại dựa trên nguyên lý là kiến thức của nhân loại thì luôn lạc hậu với thực tế, vì vậy, nhân loại luôn luôn phải phát hiện ra những chỗ khiếm khuyết đó để không ngừng bổ sung kiến thức mới, bằng cách “phải chấp nhận việc xem xét lại lý thuyết, dù cho nó đã hoàn chỉnh đến đâu chăng nữa” (Lê Thành Khôi, 2001). 6. Kỹ năng lập luận Nghiên cứu khoa học dựa trên nền tảng thuyết phục bằng các lập luận và chứng minh. Những lập luận phải dựa trên cơ sở khoa học đã được cộng đồng khoahọc công nhận, chứ không phải dựa trên cảm nghĩ chủ quan, hay trên ý kiến của đám đông. Kỹ năng lập luận chẳng những giúp nhà khoa học xây dựng luận điểm của mình một cách chặt chẽ, thuyết phục mà còn có thể giúp họ phát hiện ra những bất cập giữa lý thuyết và thực tế, làm nền tảng cho những phát hiện khoa học có ý nghĩa. 7. Kỹ năng viết bài báo (báo cáo) khoa học Một công trình nghiên cứu phải được kết thúc bằng bài báo hoặc báo cáo khoa học. Việc trình bày bài viết đòi hỏi nhà nghiên cứu phải có kỹ năng thông tin, viết những gì cần viết, thể hiện chính xác bản chất của sự việc sao cho người đọc nào cũng hiểu giống nhau. Đầu tiên là các tiến trình hợp lý của phương pháp khoa học, cụ thể là xác định các vấn đề; hình thành giả thuyết; suy luận, thu thập và phân tích dữ liệu; và nguồn gốc của một kết luận. Thứ hai là việc sử dụng một khuôn khổ sử dụng các khái niệm về cấu trúc, quá trình và kết quả để hoàn thành các phương pháp khoa học và áp dụng các thực hành tốt hiện nay. Thứ ba là tầm quan trọng của việc phổ biến, và các kỹ năng cần thiết để viết một bài nghiên cứu. Andrea Möller, Christiane Grube, Stefan Hartmann & Jürgen Mayer, cho rằng, việc nghiên cứu khoa học có thể được miêu tả trong 4 kỹ năng: tạo câu hỏi, đưa giả thuyết, lên kế hoạch tìm hiểu và giải thích số liệu. Các tác giả đã tiến hành một nghiên cưau kiểm tra nhằm kiểm tra khả năng nghiên cứu của học sinh từ lớp 5 đến lớp 10 (10 đến 16 tuổi). Một bài kiểm tra giấy được tiến hành với 1129 học sinh vào lúc bắt đầu và kết thúc kỳ học. Kết quả nghiên cứu đã chỉ ra rằng: Khả năng nghiên cứu ở học sinh lớp 5 đến 8 tăng nhiều hơn so với lớp 9 và lớp 10. Nó có thể bởi vì các học sinh lớp lớn bị quá tải bởi những hiểu biết về phương pháp và bởi vì những cách dạy không dựa trên sự tự tìm hiểu của học sinh bị gây nên bởi chương trình học nặng tính học thuật. Khả năng nghiên cứu của học sinh ở các khối cho thấy, sự tăng lên nói chung chủ yếu là do sự cải thiện về các kỹ năng tạo câu hỏi, đưa giả thuyết, lên kế hoạch tìm hiểu. Khả năng của học sinh ở ba kỹ năng trên tăng đáng kể chỉ trong vòng một học kỳ. Khả năng nghiên cứu của học sinh ở các loại trường tốp đầu được tăng lên rất rõ, trong khi đó ở những trường thuộc tốp cuối thì không được cải thiện nhiều. Từ kết quả nghiên cứu trên, các tác giả cũng đề xuất giải pháp để nâng cao năng lực nghiên cứu khoa học của học sinh là phải tạo ra môi trường học tập có thể khuyến khích học sinh tham gia vào những quy trình nghiên cứu khoa học. Theo tác giả Phan Thị Thanh Hội và Nguyễn Thị Phương Thúy, quy trình nghiên cứu khoa học gồm các bước: Bước 1: Quan sát và xác định vấn đề nghiên cứu Bước 2: Đặt câu hỏi nêu vấn đề Bước 3: Nêu giải thuyết nghiên cứu Bước 4: Nghiên cứu tài liệu Bước 5: Thiết kế thí nghiệm Bước 6: Kết luận về vấn đề nghiên cứu Bước 7: Viết báo cáo và thuyết trình 1.1.3. Tổng quan về bài toán nhận thức Lịch sử ra đời bài toán nhận thức gắn liền với văn minh nhân loại. Bài toán nhận thức vừa là phương tiện, sản phẩm trung gian, là cầu nối trước khi con người nhận thức sự vật khách quan. Ở các trường phổ thông hiện nay, bài toán nhận thức được các giáo viên gia công trên cơ sở kinh nghiệm, Những thiết kế bài to án nhận thức dựa trên 3 tiền đề: dựa vào cái đã có, dựa vào cái chưa có, cái đã có nhưng chỉ giảng tiềm năng. Mỗi bài toán nhận thức có nhiều mức độ biểu hiện ở chỗ số lượng và chất lượng các ẩn số chứa đựng trong giả thuyết và kết luận. Việc giải bài toán đó phụ thuộc vào năng lực nhận thức của mỗi các nhân, cho nên trong dạy học, việc sử dụng bài tóan nhận thức đúng trình độ, phù hợp về số lượng và thời lượng sẽ tạo cơ hội phân hóa học sinh một cách tối ưu. Trong lĩnh vực Sinh học, Đacuyn đã xây dựng bài toán nhận thức là chứng minh sinh giới có tính thống nhất và đa dạng. Trên cơ sở các dữ kiện lẻ tẻ, rời rạc, các mẫu thu được trong ngoại cảnh, Đacuyn đã móc nối các sự kiện đã quan sát được thành một chỉnh thể logic và hình thành thuyết tiến hóa hoàn chỉnh. Ông đã thành công trong việc sử dụng chọn lọc tự nhiên để giải quyết bài toán nhận thức của mình. 1.1.4. Mối quan hệ giữa bài toán nhận thức và năng lực nghiên cứu khoa học Khi học sinh giải được các bài toán nhận thức thì sẽ tìm được nguồn tri thức mới cho học sinh rồi bằng quy trình chuyển vào bộ nhớ của mình thông qua thao tác tư duy logic. Nhiệm vụ của giáo viên là tạo ra tình huống để người học đưa ra các tri thức đã được tích lũy để vận dụng vào một mục đích nào đó. Điều này là hết sức cần thiết, nó là yếu tố quan trọng giúp cho học sinh ở trình độ nhận thức nào cũng biết vận dụng vào thực tiễn. Bài toán nhận thức được coi như là biện pháp tích cực để học sinh tiếp thu tri thức mới. Các bài toán nhận thức chứa đựng những yêu cầu, đòi hỏi học sinh phải đề xuất được các giả thuyết. Trên cơ sở đánh giá giả thuyết, học sinh sẽ tự đánh giá được kiến thức của mình ở mức độ nào, cần bổ sung ra sao và cần phải hợp tác với bạn bè như thế nào? Từ đó rèn luyện được biện pháp để nhận thức thế giới khách quan và biết rằng thế giới khách quan không cho sẵn chúng ta cái gì mà muốn nhận thức nó cần phải tạo cho mình một quy trình tiếp nhận và phải biết mổ xẻ để phân loại những dấu hiệu bản chất và không bản chất, đưa những hiệu bản chất theo một quy trình để bộc lộ những kiến thức cần lĩnh hội. Bài toán nhận thức thúc đẩy tính tích cực của học sinh. Bài tóan nhận thức kích thích định hướng rèn phương pháp nghiên cứu tài liệu. Ở đây, nó chứa đựng cả những vấn đề đã biết và những vấn đề chưa biết mà đòi hỏi người học cần khám phá. Cái chưa biết chính là kết luận. Vì vậy, bài toán nhận thức là phương tiện tốt nhất, hiệu quả nhất giúp học sinh tự giác nghiên cứu tài liệu, thu thập tài liệu, phân tích và rút ra được kết luận cho vấn đề nghiên cứu. 1.2. Cơ sở thực tiễn 1.2.1. Đặc điểm về tâm lí lứa tuổi đặc biệt từ đặc điểm về năng lực tư duy và nhận thức của học sinh trung học phổ thông. Học sinh trung học phổ thông ở lứa tuổi 16-18 đang ở giai đoạn phát triển cả về thể chất và tâm hồn có khả năng tự ý thức, tự đánh giá, tự điều chỉnh trong hoạt động học tập; tri giác có chủ định chiếm ưu thế, năng lực ghi nhớ tăng lên rõ rệt, sự tập trung chú ý cao hơn và có khả năng di chuyển, chú ý tốt: hoạt động học tập dần dần hướng vào thoả mãn nhu cầu nhận thức,… Mặt khác, do tiếp xúc với nhiều môn học, nhiều thầy, cô giáo, nhiều phương pháp dạy học,… nên đòi hỏi các em phải có những biến chuyển lớn về năng lực quan sát, ghi nhớ, tư duy lôgic, tính độc lập, kiên trì, tư duy phê phán,… . Những đặc điểm này tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành và phát triển năng lực giải quyết vấn đề, năng lực nghiên cứu khoa học. 1.2.2. Đặc điểm của học sinh trường THPT chuyên Dựa trên kết quả nghiên cứu của Bộ Giáo dục và Đào tạo năm 2013 về chỉ số IQ, AQ, EQ của học sinh trường THPT chuyên đã cho thấy, đối tượng học sinh này có tư duy logic, khả năng nhận thức tốt và đặc biệt là chỉ số vượt khó tương đối cao. Chương 2: THIẾT KẾ BÀI TOÁN NHẬN THỨC VÀ VẬN DỤNG 2.1. Nguyên tắc thiết kế bài toán nhận thức 1. Bài toán nhận thức phải chứa quy trình công nghệ nhận thức và ứng dụng vào thực tiễn. Bài toán nhận thức phải đảm bảo khi giải bài toán học sinh phải rút ra nhiều kiến thức nhất, nhiều quy trình công nghệ nhất tạo “vốn” cho người giải. Vốn đó chính là quy trình công nghệ để đi đến việc nhận thức được kiến thức đó. Muốn vậy, bài toán nhận thức phải có nhiều đại lượng, nhiều mối quan hệ. Các đại lượng phải chứa đựng phải chứa đựng các sự kiện cụ thể hoặc ở dạng tiềm ẩn rồi thông qua việc tìm tòi, gắn nối, lập luận logic dựa vào năng lực của mình để hiểu các giả thiết của đề bài. Các đại lượng vốn có của đề bài không phải là những sự kiện riêng lẻ mà chúng phải có mối quan hệ hữu cơ với nhau. Từ bản chất nhận thức một tri thức nào đó, thông qua bài toán nhận thức, dựa vào tri thức đó có thể phát hiện hàng loạt tri thức mới, đảm bảo người học phải áp dụng tri thức vào thực tiễn, mở rộng nâng cấp các tri thức để có thể giải quyết những tình huống mới trong thực tiễn. Ví dụ: Bài toán nhận thức về phép lai một cặp tính trạng của Menđen, từ kết quả kiểu hình ở F2 là 3 tính trạng trội : 1 tính trạng lặn. Menđen đã phát hiện ra sự vận động của các nhân tố di truyền ở tế bào F1 là đồng đều về 2 giao tử. 2. Bài toán nhận thức phải có tính khái quát cao Bài toán nhận thức gồm những bài tập cụ thể phù hợp nằm trong tọa độ nhất định, với trình độ nhận thức của người học, phù hợp với mục đích của người dạy. Hệ tọa độ của bài toán nhận thức càng rộng thì tính khái quát càng cao và ý nghĩa dạy học càng lớn. Điều này biểu hiện rõ trong bài toán nhận thức về ADN, ARN, Prôtêin: cấu trúc phù hợp với chức năng, mối quan hệ giữa gen và prôtein thông qua mARN. Bài toán nhận thức càng đặc trưng, ngắn gọn, điển hình và logic thì mức độ khái quát càng cao. 3. Bài toán nhận thức có khả năng huy động tính sáng tạo Bài toán nhận thức không chỉ dừng lại ở những hiểu biết đơn lẻ mà phải có nhiều khả năng huy động tính sáng tạo của học sinh. Trong việc sử dụng bài toán nhận thức để phát triển năng lực nghiên cứu khoa học cho học sinh thì đây là một yêu cầu bắt buộc, bởi chỉ có khả năng sáng tạo mới giúp nhà khoa học phát hiện ra và giải quyết được những vấn đề mới. 4. Bài toán nhận thức phải có đủ các yếu tố kích thích tính tích cực của người học Các giả thiết của bài toán phải bao gồm cả những tri thức cũ và những tri thức mới. Hai nội dung này phải có tỷ lệ tương ứng sao cho đủ kích thích người học vận dụng trí sang tạo, hứng khởi, tự tin tạo ra một quy trình để xâu chuỗi các kiến thức riêng rẽ từ các giả thiết, tạo ra một chuỗi logic hành động để tìm ra đáp số bài toán, tức là kiến thức cần lĩnh hội. Mục đích của dạy học không chỉ dừng lại ở việc dạy kiến thức mà quan trọng hơn là dạy phương pháp tự chiếm lĩnh tri thức, tự học, tự nghiên cứu suốt đời. 5. Bài toán nhận thức phải đảm bảo thiết lập một quy trình công nghệ hợp lí Khi xây dựng bài toán nhận thức thì người học phải có đủ tri thức, nguồn tư liệu, từ đó gia công tư liệu tạo biện pháp nhận thức hình thành năng lực thiết kế quy trình công nghệ để tìm ra đáp số bài to án từ logic chứa đựng một cách tiềm ẩn trong nội dung bài toán. 2.2. Quy trình thiết kế các bài toán nhận thức Bước 1: Phải xem xét nguồn kiến thức cần đưa vào bài toán. Kiến thức thuộc loại nào (khái niệm, cơ chế, quá trình, quy luật) và kiến thức nào học sinh đã biết, những kiến thức nào học sinh chưa biết, kiến thức nào là tổng hợp liên môn... Bước 2: Tách nhỏ các kiến thức chứa đựng trong bài toán thành các đơn vị cơ bản. Mỗi đơn vị có chức năng riêng nhưng phải có mối quan hệ mật thiết với nhau. Vì vậy, khi xây dựng bài toán nhận thức, người giáo viên phải thiết lập được quy trình công nghệ để tháo rời các bộ phận rồi lắp ráp thành tổng thể chung. Để phát triển được năng lực nghiên cứu cho học sinh, các bài toán nhận thức phải chứa đựng vấn đề nghiên cứu để học sinh phát hiện vấn đề, đề xuất hướng nghiên cứu và giải pháp thực hiện. Vì vậy, trong giả thuyết và kết luận của bài toán nhận thức đều là những vấn đề chưa tường minh với người học, tuy rằng giả thuyết là những điều đã biết còn kết luận là điều cần tìm. Giả thiết là những vấn đề học sinh phải tự tìm hiểu nên người giáo viên cần phải gia công chỉ số giữa cái biết và chưa biết sao cho đủ ngưỡng kích thích người học. Người giáo viên phải có các biện pháp định hướng để giúp người học biến đổi dần các vấn đề chưa biết từ giả thiết thành những vấn đề tường minh. Dưới đây là một số bài toán nhận thức nhằm phát triển một số kỹ năng trong năng lực nghiên cứu khoa học của học sinh: Bài toán 1: Trong một thí nghiệm sinh thái trên thực địa, một học sinh tiến hành loại bỏ một loài động vật ra khỏi khu vực thí nghiệm gồm nhiều loài thực vật trong một quần xã. Sau một số năm quay lại đánh giá số lượng các loài thực vật trong khu vực thí nghiệm, học sinh này nhận thấy số lượng loài thực vật đã giảm đi nhiều so với trước khi tiến hành thí nghiệm. a) Mục đích thí nghiệm của học sinh này là gì? Kết quả thu được có đáp ứng được mục tiêu đề ra hay không? Giải thích. b) Hãy đưa ra giả thuyết giải thích sự suy giảm số lượng loài trong thí nghiệm trên và nếu thấy cần thiết hãy mô tả thí nghiệm chứng minh giả thuyết của mình. Trả lời a. - Mục đích thí nghiệm của học sinh nêu trong bài là tìm hiểu vai trò sinh thái của loài động vật đó tác động tới các quần thể thực vật ra sao, liệu loài đó có phải là loài ưu thế hay loài chủ chốt (loài có ảnh hưởng sinh thái mạnh tới các loài khác của quần xã) hay không. - Kết quả thí nghiệm thu được không đáp ứng được mục tiêu đề ra vì học sinh đó không thiết kế lô đối chứng để so sánh mà lại so với số lượng loài trước khi tiến hành thí nghiệm. - Điều này sẽ không chính xác vì có thể trong thời gian tiến hành thí nghiệm nhiều yếu tố khác của môi trường không thuận lợi cũng làm giảm bớt số lượng loài thực vật trong khu thí nghiệm. b. - Kết quả trên cho thấy số lượng loài thực vật suy giảm có thể do tác động của việc loại bỏ loài động vật ra khỏi khu thí nghiệm khiến cho một trong số các loài thực vật trở nên có ưu thế cạnh tranh hơn với các loài khác. - Sự cạnh tranh này là cạnh tranh loại trừ dẫn đến loại trừ một số loài kém khả năng cạnh tranh hơn khỏi khu vực thí nghiệm. Tuy nhiên, việc biến mất của một số loài trong khu thí nghiệm cũng có thể do các yếu tố khác của môi trường trở nên bất lợi cho một số lời thực vật. - Để biết được nguyên nhân chính xác, cần phải thiết lập lô thí nghiệm có diện tích, số lượng loài thực vật với mật độ và các điều kiện khác của môi trường là y hệt như ở lô đối chứng, ngoại trừ lô đối chứng thì vẫn để loài động vật đó còn lô thí nghiệm thì rào lại để cách li khu vực thí nghiệm với loài động vật ta đang quan tâm. - Nếu kết quả thí nghiệm vẫn như kết quả của bạn học sinh đã làm thì loài động vật đó là loài chủ chốt có vai trò quan trọng khống chế loài thực vật ưu thế. Khi loài động vật khống chế loài thực vật có ưu thế bị loại bỏ khỏi khu thí nghiệm thì loài ưu thế phát triển mạnh có khả năng cạnh tranh tốt dẫn đến loại trừ một số loài khác (cạnh tranh loại trừ). → Bài toán trên sẽ rèn được kỹ năng phân tích, đánh giá kết quả thí nghiệm có phù hợp với giả thuyết đề ra hay không, đồng thời còn giúp cho học sinh định hướng hướng thiết kế thí nghiệm để chứng minh sự phù hợp với giả thiết. Bài toán 2: Trên một cánh đồng có 4 loài cỏ cùng sinh sống. Để xem xét thành phần các loài cỏ có bị thay đổi hay không khi bón thêm một loại phân nhất định trên cánh đồng này thì cần phải bố trí các thí nghiệm như thế nào? Giả sử kết quả thí nghiệm sau một thời gian dài bón phân mà số lượng loài bị giảm đi thì ta có thể giải thích như thế nào? Trả lời: - Cần bố trí thí nghiệm như sau: Chia diện tích nghiên cứu thành hai lô có thành phần loài và điều kiện môi trường như nhau, ngoại trừ ở một lô được bón thêm phân (lô thí nghiệm), còn lô kia không được bón phân (lô đối chứng). - Nếu kết quả thí nghiệm cho thấy ở lô đối chứng số loài không thay đổi còn ở lô thực nghiệm có số lượng loài bị giảm đi thì có thể kết luận những loài còn lại có khả năng cạnh tranh tốt trong điều kiện được bón phân nên phát triển mạnh dẫn đến cạnh tranh loại trừ khiến một số loài bị chết. → Bài toán trên sẽ rèn được kĩ năng thiết kế thí nghiệm và giải thích được kết quả thí nghiệm. Bài toán 3: Dựa vào kết quả thí nghiệm trên 3 loài động vật nguyên sinh thể hiện trên các hình dưới đây, hãy trả lời các câu hỏi: a. Mục đích của thí nghiệm là gì? Những nhận định gì có thể rút ra từ kết quả thí nghiệm này? Giải thích. b. Để đảm bảo tính xác thực và độ tin cậy của các nhận định rút ra từ việc nuôi chung các loài (các đồ thị ở hình b), cần phải bổ sung số liệu xác nhận điều gì? Giải thích. Trả lời: a. - Thí nghiệm nuôi chung, nuôi riêng như vậy thường được thiết kế để xác định mối quan hệ cạnh tranh giữa các loài với nhau. - Loài P. caudatum khi nuôi chung với loài P. aurelia thì bị suy giảm số lượng và bị diệt vong còn loài P. aurelia vẫn sinh trưởng bình thường chứng tỏ P. aurelia và loài P. caudatum có chung ổ sinh thái dẫn đến cạnh tranh loại trừ. - Khi P. caudatum nuôi chung với P. busaria và kết quả cho thấy mật độ quần thể của hai loài cùng bị giảm so với khi nuôi riêng chứng tỏ hai loài có chung một phần ổ sinh thái. Cụ thể mặc dù cùng chung ổ sinh thái chung (cơ bản) nhưng chúng không trùng nhau về ổ sinh thái riêng nên mức độ cạnh tranh hai loài với nhau chỉ làm giảm sự sinh trưởng của hai loài ở mức độ nhất định mà không dẫn đến cạnh tranh loại trừ. b. Nhận định trên chỉ được xác thực khi các yếu tố khác của ổ sinh thái đã được khống chế chặt chẽ. Ví dụ, loài P. aurelia tăng về số lượng trong khi loài P. caudatum giảm về số lượng và bị chết chỉ được xác định là do cạnh tranh về ổ sinh thái nếu ta biết chắc chắn là loài P. aurelia không ăn thịt loài P. caudatum. → Bài toán trên sẽ rèn được kĩ năng phân tích và giải thích kết quả thí nghiệm; đồng thời còn rèn kĩ năng xác định các yếu tố ảnh hưởng đến kết quả thí nghiệm (biến phụ thuộc). Đây là một yếu tố rất quan trọng trong năng lực chuyên ngành Sinh học, bởi Sinh học là một môn khoa học thực nghiệm và các thực nghiệm Sinh học bị chi phối bởi rất nhiều các yếu tố ngoại cảnh. Bài toán 4: Hiện nay, trên các cánh đồng lúa ở miền Bắc, nhiều nơi lúa bị chuột phá hoại rất mạnh. Bà con nông dân dùng nhiều biện pháp khác nhau để chống chuột. Có nơi sử dụng biện pháp dùng bẫy để diệt chuột, có nơi lại sử dụng biện pháp dùng ni lông bao quanh bờ ruộng để ngăn chuột ăn lúa. Dựa vào đặc điểm sinh học của chuột và xem xét ở góc độ sinh thái học, hãy đánh giá xem biện pháp nào trong hai biện pháp trên có hiệu quả cao hơn. Giải thích. Trả lời: - Chuột là loài sinh vật có tốc độ sinh sản tương đối nhanh, vì vậy sự điều hòa kích thước của quần thể bên cạnh các yếu tố khác có yếu tố điều hòa phụ thuộc vào mật độ quần thể. - Khi mật độ quần thể càng cao, kích thước quần thể càng tiến gần tới ngưỡng chịu đựng của môi trường (sức chứa) thì tốc độ sinh sản càng giảm và ngược lại khi kích thước quần thể càng thấp xa dưới ngường chịu đựng thì tốc độ sinh sản càng nhanh.