Vận dụng lí thuyết graph trong dạy học phần di truyền học (sinh học 12 – thpt)

  • Số trang: 29 |
  • Loại file: DOCX |
  • Lượt xem: 29 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 26946 tài liệu

Mô tả:

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI NGUYỄN THỊ KHIÊN VẬN DỤNG LÍ THUYẾT GRAPH TRONG DẠY HỌC PHẦN DI TRUYỀN HỌC (SINH HỌC 12 – THPT) Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học Bộ môn Sinh học Mã số: 62.14.10.11 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SỸ GIÁO DỤC HỌC Hà Nội, 2014 1 Công trình được hoàn thành tại Khoa Sinh học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Lê Đình Trung Phản biện 1: PGS.TS. Nguyễn Quang Vinh Viện KHGD Việt Nam Phản biện 2: PGS.TS. Nguyễn Đình Nhâm Trường Đại học Vinh Phản biện 3: PGS.TS. Nguyễn Xuân Viết Trường ĐHSP Hà Nội Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trường họp tại: Trường Đại học Sư phạm Hà Nội. Vào hồi: ……giờ …… ngày …… tháng …… năm …… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Quốc gia Việt Nam 2. Thư viện trường Đại học Sư phạm Hà Nội 3. Thư viện trường Đại học Hải Dương 2 DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ 1. Nguyễn Thị Khiên (2009), “Quy trình sử dụng câu hỏi tình huống có vấn đề giúp học sinh tự lực nghiên cứu sách giáo khoa trong dạy học phần Tiến hóa – sinh học 12 THPT”, Tạp chí Giáo dục (216/6), tr47-49. 2. Nguyễn Thị Khiên (2011), “Phân loại graph và một số graph nội dung dạy học phần Di truyền học sinh học 12 THPT”, Tạp chí Giáo dục (số đặc biệt/12), tr 93-95. 3. Nguyễn Thị Khiên (2011), “Quy trình lập graph để phân tích bản chất và mối quan hệ giữa các khái niệm trong dạy học biến dị đột biến sinh học 12”, Tạp chí Giáo dục (số đặc biệt cuối năm), tr 72 – 74. 4. Nguyễn Thị Khiên (2012), “Xây dựng graph nội dung để dạy học phần Di truyền học sinh học 12”, Tạp chí Giáo dục (295/10), tr 43 – 45. 5. Nguyễn Thị Khiên (2012), “Nghiên cứu quy trình xây dựng graph nội dung dạy học phần Di truyền học 12 – THPT”, Báo cáo khoa học về nghiên cứu và giảng dạy Sinh học ở Việt Nam (Hội nghị khoa học Quốc gia lần thứ nhất, HN), tr 832 – 839. 6. Nguyễn Thị Khiên (2013), “Vận dụng lí thuyết graph để dạy các quy luật di truyền trong chương trình sinh học 12”, Tạp chí Giáo dục (318/9), tr 52 – 54. 7. Nguyễn Thị Khiên (2013), “Một số nghiên cứu về việc ứng dụng lí thuyết graph vào dạy học trên thế giới và tại Việt Nam”, Tạp chí Giáo dục (số đặc biệt/9), tr110 – 112. 3 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài 1.1. Xuất phát từ mục đích dạy học hiện nay Mục đích của việc dạy là làm cho HS biết học đúng cách. Điều này thể hiện ở chỗ HS bắt đầu biết được ý tưởng theo cách mà các nhà khoa học đã làm ra sản phẩm. Người dạy phải tự hỏi về những tác động của việc dạy của mình đối với việc học của HS như thế nào và trước hết có làm cho HS hiểu đúng không? Có dẫn tới một cách học của HS mà GV mong muốn hay không? 1.2. Xuất phát từ chủ trương, đường lối của Đảng và Chính phủ Mục tiêu của sự nghiệp đổi mới giáo dục hiện nay ở nước ta là đổi mới phương pháp dạy học được coi là một trong những nhiệm vụ chiến lược. Những chủ trương và cách thức như trên được đưa ra qua các sự chỉ đạo của Đảng và Nhà nước ta từ cuối thế kỉ XX đến nay như: Nghị quyết đại hội lần thứ II Ban chấp hành Trung ương Đảng cộng sản Việt Nam (khóa VIII, 1997); Đại Hội IX của Đảng (4/2001) và chiến lược phát triển giáo dục 2001-2010; Nghị quyết Hội nghị lần thứ 8, Ban Chấp hành Trung ương khóa XI (Nghị quyết số 29NQ/TW) ngày 04 tháng 11 năm 2013 về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo, đáp ứng yêu cầu CNH-HĐH trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng XHCN và hội nhập quốc tế; Luật giáo dục nước Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa Việt Nam đã quy định: “Phương pháp giáo dục phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, tư duy sáng tạo của người học; bồi dưỡng năng lực tự học, lòng say mê học tập và ý chí vươn lên”. 1.3. Xuất phát từ lợi thế của Graph trong dạy học Graph toán học là phương pháp khoa học có tính khái quát cao, có tính ổn định vững chắc để mã hóa các mối quan hệ của các đối tượng được nghiên cứu. Do đó sử dụng Graph trong dạy học di truyền học cho HS THPT sẽ giúp các em không chỉ thầy từng yếu tố riêng biệt một cách rời rạc, biệt lập mà còn thấy cả một hệ thống với những mạng lưới quan hệ chằng chịt của các cấp độ tổ chức sống và sự tồn tại các cấp độ tổ chức đó trong Sinh giới một cách khái quát, cụ thể và trực quan hơn. Nghiên cứu kĩ về lí thuyết Graph và vận dụng nó vào dạy học sẽ bảo đảm nâng cao chất lượng học các kiến thức Di truyền một cách tối ưu. 1.4. Xuất phát từ các đặc trưng cơ bản của phần Di truyền học (Sinh học 12 –THPT) Phần Di truyền học (DTH) (Sinh học 12 – THPT) nghiên cứu các vấn đề về cấu tạo, chức năng của cơ sở vật chất ở các cấp độ tổ chức sống và mối liên hệ giữa các cấp độ tổ chức sống đó từ cấp phân tử, tế bào, cơ thể, quần thể. Đó 4 là các kiến thức khái niệm, hiện tượng, quy luật, cơ chế, quá trình Sinh học của các cấp độ tổ chức sống khác nhau và ứng dụng vào thực tiễn. Vì vậy, việc tìm ra một cách dạy, cách học phù hợp với nội dung kiến thức Di truyền là rất quan trọng, đảm bảo cho học sinh vừa tiếp thu được nội dung kiến thức mới, vừa hệ thống được các kiến thức trong một logic chặt chẽ và biết vận dụng cơ chế vận động của chúng vào thực tiễn sản xuất chăn nuôi, trồng trọt và đời sống con người. Nếu sử dụng sơ đồ, bảng biểu, trong dạy học phần Di truyền sẽ rất thuận lợi trong việc mô hình hoá, hệ thống hoá kiến thức. Graph có nhiều điểm mạnh trong việc thể hiện mối quan hệ và tính tầng bậc trong phần Di truyền học. Do đó, sử dụng Graph trong dạy học Di truyền học cho HS THPT sẽ giúp các em không chỉ thấy từng yếu tố riêng biệt một cách rời rạc, biệt lập mà còn thấy cả một hệ thống với những mạng lưới quan hệ chằng chịt của các cấp độ tổ chức sống và sự tồn tại các cấp độ tổ chức đó trong Sinh giới một cách khái quát, cụ thể và trực quan hơn. Xuất phát từ những lí do đó, chúng tôi chọn đề tài “Vận dụng lý thuyết graph trong dạy học phần DTH (Sinh học 12 – THPT)”. 2. Mục đích nghiên cứu Vận dụng lý thuyết graph để cấu trúc hóa nội dung phần DTH thành graph nội dung theo logic hệ thống và sử dụng chúng vào quá trình dạy học vừa như là phương tiện, vừa như là phương pháp dạy học, nhằm tích cực hóa hoạt động học tập của HS để góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả của việc dạy và học phần Di truyền học (Sinh học 12 – THPT). 3. Đối tượng và khách thể nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu lí thuyết và cách thức vận dụng lí thuyết Graph vào dạy học phần DTH (Sinh học 12 – THPT). 3.2. Khách thể nghiên cứu Quá trình dạy học Di truyền học (Sinh học 12 – THPT). 4. Phạm vi nghiên cứu - Lí thuyết graph và ứng dụng của nó vào dạy học phần Di truyền học (Sinh học 12 – THPT). - Thực nghiệm sư phạm tại một số trường THPT tại hai tỉnh Hải Dương, Hải Phòng. 5. Giả thuyết khoa học Nếu đề xuất được quy trình xây dựng graph nội dung và xây dựng được một hệ thống các Graph nội dung mang tính khoa học và có phương pháp sử dụng hợp lí vào các khâu trong quá trình dạy học phần DTH (Sinh học 12 – THPT) vừa như là một phương tiện, một phương pháp phù hợp sẽ phát huy tính 5 tích cực, chủ động sáng tạo trong việc lĩnh hội kiến thức và kĩ năng học của HS theo tiếp cận lí thuyết Graph. 6. Nhiệm vụ nghiên cứu 6.1. Nghiên cứu lý thuyết graph và việc vận dụng lý thuyết graph trong dạy học nói chung và dạy học phần Di truyền học (Sinh học 12 – THPT) nói riêng; 6.2. Tìm hiểu thực trạng việc vận dụng graph trong dạy phần Di truyền học (Sinh học 12 – THPT) hiện nay của giáo viên; 6.3. Cấu trúc hóa nội dung phần DTH làm cơ sở xây dựng các graph nội dung theo từng chủ đề để thuần lợi cho việc tổ chức quá trình dạy học; 6.4. Xây dựng quy trình lập graph nội dung từ đó thiết kế các graph nội dung theo từng chủ đề để tổ chức dạy học phần DTH (Sinh học 12 – THPT); 6.5. Xây dựng quy trình sử dụng graph và đề xuất phương pháp sử dụng graph vào các khâu của quá trình dạy học đặc biệt là khâu dạy kiến thức mới; 6.6. Xác định các tiêu chí đánh giá hiệu quả dạy học bằng graph với một số kĩ năng cơ bản phát triển năng lực tư duy HS; 6.7. Thực nghiệm sư phạm để kiểm chứng hiệu quả của việc vận dụng dạy học graph phần DTH (Sinh học 12) theo giả thuyết đề ra. 7. Phương pháp nghiên cứu 7.1. Phương pháp nghiên cứu lí thuyết 7.2. Phương pháp điều tra sư phạm 7.3. Phương pháp chuyên gia 7.4. Phương pháp thực nghiệm sư phạm 7.5. Phương pháp xử lí số liệu 7.6. Phương pháp đánh giá 8. Đóng góp mới của luận án 8.1. Hệ thống, bổ sung, hoàn thiện cơ sở lí luận về lý thuyết graph gồm: Bản chất graph, cách phân loại graph, đặc điểm và vai trò của graph trong tổ chức các loại bài lên lớp; 8.2. Đề xuất các nguyên tắc, quy trình xây dựng graph nội dung làm khuôn mẫu cho việc định hướng mức độ cần đạt của người học sau mỗi hoạt động dạy học bằng phương pháp graph; 8.3. Cấu trúc hóa nội dung SGK phần Di truyền học làm cơ sở xây dựng graph tổng quát về cơ sở vật chất, cơ chế của hiện tượng di truyền và biến dị ở các cấp độ tổ chức sống từ phân tử đến quần thể về tính quy luật của hiện tượng di truyền, những ứng dụng của di truyền trong sản xuất và đời sống về di truyền học người, từ đó đã xây dựng được các graph nội dung chi tiết để tổ chức các hoạt động học theo phương pháp graph; 6 8.4. Xây dựng được hệ thống Graph nội dung phần DTH và sử dụng chúng như là phương tiện vào các khâu của quá trình dạy học góp phần hình thành cho người học năng lực tư duy hệ thống theo logic nội dung về ở các cấp độ tổ chức sống làm cơ sở thuận lợi giúp cho HS có hệ thống kiến thức để học tất cả các kiến thức phần Sinh thái học và Tiến hóa; 8.5. Luận án đã đề xuất nguyên tắc, quy trình triển khai sử dụng graph như phương tiện, một phương pháp vào các khâu của quá trình dạy học (đặc biệt là khâu nghiên cứu tài liệu mới) trong dạy học phần DTH (Sinh học 12) góp phần nâng cao chất lượng học tập qua việc rèn luyện các kĩ năng học bằng Graph; 8.6. Luận án bước đầu đã khẳng định vai trò của việc dạy - học bằng graph vừa như là một phương tiện, một phương pháp dạy học tạo điều kiện cho HS hình thành và phát triển tư duy phân tích, tổng hợp, khái quát hóa theo con đường quy nạp và diễn dịch có hiệu quả, góp phần nâng cao năng lực học cho HS trong dạy học Sinh học nói chung và dạy học phần DTH nói riêng ở trường phổ thông; 8.7. Xây dựng các giáo án thực nghiệm theo hướng nghiên cứu để triển khai thực nghiệm đã bước đầu khẳng định được vai trò to lớn của graph trong dạy học phần DTH (Sinh học 12 – THPT) và có giá trị làm tư liệu tham khảo cho các giáo viên THPT. Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC VẬN DỤNG LÍ THUYẾT GRAPH TRONG DẠY HỌC PHẦN DI TRUYỀN HỌC, SINH HỌC 12 - THPT 1.1. Lược sử nghiên cứu về lí thuyết graph ứng dụng vào dạy học 1.1.1. Nghiên cứu và ứng dụng graph trong dạy học trên thế giới Lý thuyết graph là một chuyên ngành của toán học được khai sinh kể từ công trình về bài toán “Bảy cây cầu ở Konigsburg” của Leonhard Euler (1707 – 1783), nhà toán học Thụy sỹ công bố vào năm 1736. Lý thuyết graph hiện đại bắt đầu được công bố trong cuốn sách “ Lý thuyết graph định hướng và vô hướng” của Comig, xuất bản ở Lepzic vào năm 1936. Năm 1958, tại Pháp Claude Berge đã viết cuốn “Lý thuyết graph và những ứng dụng của nó”. Trên mạng Internet, tính đến nay đã có hàng ngàn bài báo nghiên cứu về lý thuyết graph và những ứng dụng của nó được đăng tải trên các tạp chí như: Tạp chí lý thuyết Graph (Journal of Combinatorial Theory, Series B); Tạp chí Graph algorit và ứng dụng (Journal of Graph Algorith and Applications) và nhiều tạp chí nổi tiếng khác như: http://en.wikipedia.org/wiki/, “Graph theory”; http://www.students.ceid.upatras.gr/~papagel/project/contents/htm, “Some 7 graph theory algorithm animations”; http://www.graphtheory.com, Jonathan L Gross & Jay Yellen, Topological Graph Theory, New York USA. Hiện nay, trên thế giới có những nhóm tác giả nghiên cứu chuyển hóa lý thuyết graph vào những lĩnh vực khoa học khác nhau: nhóm nghiên cứu của giáo sư Dirk Janssens (trường Đại học tổng hợp Antrep – Bỉ (University of Antwerp); nhóm nghiên cứu của giáo sư Hartmut Ehrig trường Đại học kỹ thuật Beclin – Đức; giáo sư Grzegorz Rozenberg trường Đại học Tổng hợp Layden – Hà lan; giáo sư Francesco Parisi Presicce trường Đại học Roma (Italia). Ở Hoa kỳ có nhiều tác giả đã nghiên cứu sâu về lý thuyết graph. Nổi bật nhất là những công trình nghiên cứu của Jonathan L Gross (trường Đại học Columbia, Niu Yoc) và Jay yellen ( trường Rolin, Florida). Hai tác giả này đã công bố nhiều công trình về graph như: “sổ tay lý thuyết graph”; “ Lý thuyết graph và những ứng dụng của nó”. Tóm lại, lý thuyết grap và những ứng dụng của nó đã và đang được nghiên cứu để áp dụng vào các lĩnh vực khác nhau trong đó có lĩnh vực giáo dục. 1.1.1.2. Vận dụng lí thuyết graph vào dạy học trên thế giới Năm 1965-1966, nhà sư phạm Nga L.N Lanđa đã tiến hành thực nghiệm chuyển hoá phương pháp algôrit của toán học thành phương pháp dạy học chung cho nhiều môn khoa học, từ thời điểm đó, nhiều nhà khoa học Nga (Liên Xô cũ), Đức, Pháp, Thuỵ Sĩ... Năm 1965 A.M.Xokhor là người đầu tiên đã vận dụng một số quan điểm lí thuyết graph định hướng để mô hình hóa nội dung một tài liệu giáo khoa về một khái niệm, một định luật; nhà lí luận dạy học Hoá học V.X. Pôlôxin (1965) dựa vào cách làm của Xôkhor, đã diễn tả trực quan những diễn biến của một tình huống dạy học bằng sơ đồ trình tự những hành động của thày và trò trong một thí nghiệm hoá học. Các công trình khác cũng đề cập nghiên cứu về ứng dụng của graph như: Clauđơ Becgơ (1967) với "lí thuyết graph và những ứng dụng"; V.P.Garkunop (1972) đã sử dụng phương pháp graph để mô hình hoá các tình huống của dạy học nêu vấn đề. R.J Wilson (1977) với " Nhập môn lí thuyết graph"; L.Iu.Veregyna (1997) với công trình “Graph và ứng dụng của nó”. Một số công trình khác như " Graph và mạng lưới hữu hạn" của R.Baxaep, T.Xchi; "Lí thuyết graph" của V.V. Belop, E.M Vôpôbôep, V.E Xatlôp. Sự ứng dụng của graph ngày càng khảng định vai trò trong nghiên cứu khoa học và dạy học các bộ môn: Văn học, Vật lý, Sinh học, Giáo dục học… 1.1.2. Nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết graph dạy học các môn học ở Việt Nam 1.1.2.1. Nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết graph vào dạy học 8 Giáo sư Nguyễn Ngọc Quang đầu tiên nghiên cứu việc ứng dụng lí thuyết graph vào dạy học nói chung và dạy Hoá học nói riêng. Năm 1972 ông đã chọn phương pháp graph toán học làm đối tượng nghiên cứu thực nghiệm, chuyển hóa nó thành phương pháp dạy học Hóa học; năm 1979 ông cho ra mắt bạn đọc công trình “Lý luận dạy học – khoa học về trí dục và dạy học”; (1981), “Phương pháp graph vào giải bài toán Hóa học”; (1982), “Sự chuyển hóa phương pháp khoa học thành phương pháp dạy học”; Phạm Tư (1984), "dùng graph nội dung của bài lên lớp để dạy và học chương Nitơ- phôtpho ở lớp XI trường PTTH"; Nguyễn Giang Tiến (1985), “Hệ thống khái niệm và phương pháp hình thành khái niệm trong giáo trình địa lý kinh tế các nước các lớp 10, 11 trường THPT” Hoàng Việt Anh (1993), "Vận dụng phương pháp sơ đồ graph vào dạy học Địa lí các lớp 6 và 8 PTCS"; Nguyễn Thị Ban (2004), " Sử dụng graph trong dạy Tiếng Việt"; Phạm Minh Tâm (2002), với công trình nghiên cứu "Sử dụng graph vào dạy học Địa lí lớp 12 THPT” 1.1.2.2. Nghiên cứu vận dụng lí thuyết graph vào dạy Sinh học THPT Nguyễn Phúc Chỉnh (1999), “Sử dụng Graph nhằm tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học sinh thái học”; (2005), “Nâng cao hiệu quả dạy học giải phẫu sinh lý người ở trung học cơ sở bằng áp dụng phương pháp graph”; Trần Văn Kiên (2006.),” Vận dụng tiếp cận giải quyết vấn đề trong dạy học di truyền học ở trường THPT”. Ngoài ra, còn nhiều luận văn thạc sỹ nghiên cứu ứng dụng. Như vây, cho đến nay các nhà sư phạm đã vận dụng lí thuyết Graph vào dạy học ở nhiều môn học và ở các bậc học xem đó là một phương tiện, một phương pháp dạy học có hiệu quả. Tuy nhiên, đối với phần Di truyền học (Sinh học 12 – THPT) mới chỉ có một số luận văn thạc sỹ nghiên cứu vận dụng Graph vào dạy học ở mức khởi đầu như là phương tiện dạy học, chưa có tác giả nào đi sâu nghiên cứu một cách hệ thống việc vận dụng lí thuyết Graph vào giảng dạy phần Di truyền học (Sinh học 12 – THPT) vừa như là phương tiện, vừa như là phương pháp. 1.2. Cơ sở lý luận của lý thuyết graph vào dạy học 1.2.1. Khái niệm graph - Theo từ điển Anh – Việt, Graph (danh từ - noun) có nghĩa là: sơ đồ, đồ thị, mạch, mạng; khi là động từ, Graph (verb) có nghĩa là: vẽ sơ đồ, vẽ đồ thị, minh họa bằng đồ thị; vẽ mạng, vẽ mạch; còn khi là tính từ, Graphic (adjective) có nghĩa là: thuộc về sơ đồ, thuộc về đồ thị, thuộc về mạch mạng.... Theo lý thuyết toán, graph (đồ thị) là một cấu trúc rời rạc gồm các đỉnh và các cạnh nối các đỉnh đó được mô tả hình thức: G = (V, E). V gọi là tập các 9 đỉnh (Vertices) hoặc nút (Nodes) và E gọi là tập các cạnh (Edges) hoặc cung (arc). Cạnh có thể có hướng (cung) hoặc vô hướng. Đồ thị thường được vẽ dưới dạng một tập các điểm (các đỉnh) nối với nhau bằng các đoạn thẳng (các cạnh). Có thể coi E là tập các cặp (u,v) (u, v là hai đỉnh của V). Trong nhiều tình huống chúng ta thường vẽ những sơ đồ gồm những điểm biểu thị các đối tượng được xem xét và các đường lối các điểm với nhau tượng trưng cho một quan hệ nào đó giữa các đối tượng – đó chính là graph. 1.2.2 Bản chất của graph Graph được định nghĩa dựa trên hai tập hợp: Tập hợp các đỉnh và tập hợp các cạnh (cung). Như vậy, điều kiện để lập một graph phải có hai yếu tố: tập hợp các đỉnh và tập hợp các cung. Mỗi cung lại là tập hợp của hai đỉnh có quan hệ với nhau, hai đỉnh không quan hệ với nhau không lập thành một cung của graph. 1.2.3. Cơ sở khoa học về phân loại Graph 1.2.3.1. Phân loại theo cơ sở toán học - Graph vô hướng gồm đơn graph và đa graph - Graph có hướng gồm đơn graph và đa graph - Graph dạng cây gồm cây nhị phân và cây đa phân 1.2.3.2. Phân loại dựa vào hình thức, nội dung của graph - Phân loại theo mức độ hoàn thiện kiến thức trong graph gồm 3 loại: graph đủ, graph khuyết, graph câm. - Phân loại theo nội dung bài học phần DTH (Sinh học 12 – THPT) chứa trong graph gồm: Graph nội dung khái niệm; Graph nội dung cơ chế; graph nội dung quá trình, graph nội dung quy luật. 1.2.3.3. Phân loại theo lí luận dạy học gồm: Graph nội dung và Graph hoạt động 1.2.4. Cách biểu diễn graph 1.2.4.1. Ma trận liền kề (Ma trận kề) Xét một graph G = (V, E) là graph đơn có số đỉnh (kí hiệu |V|) là n, không mất tính tổng quát có thể coi các đỉnh được đánh số 1,2,3..n. Khi đó ta có thể biểu diễn graph bằng một ma trận kề (vuông) A = [aij] cấp n (nxn) có n hàng tương ứng với các đỉnh khởi đầu và n cột tương ứng với các đỉnh kết thúc. 1.2.4.2. Danh sách cạnh Trong trường hợp graph có n đỉnh, m cạnh, ta có thể biểu diễn đồ thị dưới dạng danh sách cạnh. Trong cách biểu diễn này, người ta liệt kê tất cả các cạnh của đồ thị trong một danh sách, mỗi phần tử của danh sách là một cặp (i,j) tương ứng với một cạnh của graph (trong trường hợp graph có hướng thì mỗi cặp (i,j) tương ứng với một cung, i là đỉnh đầu, j là đỉnh cuối của cung). 10 1.2.5. Đăc điểm của graph trong dạy học 1.2.5.1. Tính hệ thống, khái quát 1.2.5.2. Tính lôgíc 1.2.5.3. Tính trực quan 1.2.5.4. Tính ổn định và chuyển tải cao 1.2.6. Graph với quá trình dạy học 1.2.6.1. Vai trò của graph trong quá trình dạy học * Graph như là phương tiện Graph là phương tiện được GV sử dụng để khắc sâu kiến thức, cụ thể hoá, chính xác hoá nội dung trong quá trình dạy và HS dùng graph để học, để thu nhận được kiến thức, đạt được kĩ năng trong quá trình học. Có thể hình dung sự tác động qua lại giữa mục đích dạy học, phương tiện graph với việc dạy và học bằng sơ đồ sau (hình 1.27). GV (hoạt động dạy) Mục đích DH (kiếến thức, kyỹ năng, kyỹ xảo) HS (hoạt động học) Phương tện DH (graph và các phương tện khác) Hình 1.27: Mối quan hệ giữa phương tiện DH và mục đích DH trong quá trình DH *Graph như là phương pháp Khi giáo viên sử dụng graph để dạy, HS sử dụng graph để học thì khi đó graph là phương tiện; còn quá trình GV dẫn dắt HS tiếp nhận tri thức, nội dung bài học, bằng cách hình thành dần từng đỉnh của graph thì lúc này graph mang đặc điểm của một phương pháp (graph hoạt động). * Vai trò của việc vận dụng graph vào dạy học: Graph giúp xây dựng cấu trúc hợp lí bài lên lớp; Nâng cao chất lượng dạy và học trên lớp; Giúp HS tái hiện và lĩnh hội nội dung bài lên lớp tốt hơn; Sử dụng sách giáo khoa có hiệu quả trong dạy và học; Rèn luyện năng lực tư duy cho học sinh; Dùng graph hướng dẫn học sinh tự học. 1.2.6.2. Vai trò của graph trong dạy học phần di truyền học (Sinh học 12 THPT) Vận dụng graph có vai trò rất lớn giúp cấu trúc hóa, hệ thống hóa kiến thức phần DTH về cơ sở vật chất và chức năng của bộ máy di truyền ở các cấp độ tổ chức từ phân tử đến quần thể; xây dựng các loại graph nội dung kiến thức khái niệm, hệ thống các khái niệm, graph nội dung cơ chế, quá trình, quy luật 11 và hệ thống các quá trình, quy luật DT rất thuận lợi cho việc dạy học, việc tổ chức nhận thức cho học sinh một cách chủ động, sáng tạo và hiệu quả. 1.2.7. Nguyên tắc và điều kiện để xây dựng graph nội dung dạy học 1.2.7.1. Nguyên tắc xây dựng graph nội dung dạy học phần Di truyền học (Sinh học 12 – THPT) 1.2.7.2. Điều kiện xây dựng graph nội dung dạy học sinh học 12 1.3. Cơ sở thực tiễn của việc vận dụng lý thuyết graph trong dạy học phần Di truyền học (Sinh học 12 – THPT) 1.3.1. Điều tra việc dạy học của giáo viên 1.3.1.1. Tình hình sử dụng SGK trong dạy học Từ số liệu thu được cho thấy GV chủ yếu hướng dẫn HS sử dụng SGK vào việc tự học 68,9% và tóm tắt những nội dung kiến thức đơn giản 72,4% chứ chưa sử dụng SGK vào việc giải mã sơ đồ; phân tích tư liệu; gia công chuyển hóa nội dung SGK thành sơ đồ. 1.3.1.2. Tình hình sử dụng sơ đồ graph trong dạy học Sinh học của giáo viên Kết quả khảo sát cho thấy khả năng GV áp dụng graph vào các khâu của quá trình dạy học là rất thấp cụ thể nghiên cứu tài liệu mới là 17,2%; khâu củng cố là 27,6%; khâu kiểm tra đánh giá là 13,8%. 1.3.2 Kết quả học tập của học sinh về bộ môn Sinh học Kết quả thống kê cho thấy: Số đông HS chỉ coi việc học môn sinh học là nhiệm vụ (69,6%), HS yêu thích môn học (23,2%), đặc biệt vẫn còn một lượng đáng kể HS không yêu thích môn học. Tỉ lệ HS có kết quả học tập trung bình và yếu kém (37,6%). Đặc biệt HS chưa có thói quen học tập, hệ thống hoá kiến thức bằng sơ đồ. Vì vậy, việc phân tích, tổng hợp vấn đề trên cơ sở suy luận còn yếu. Chương 2: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG GRAPH ĐỂ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC PHẦN DI TRUYỀN HỌC (SINH HỌC 12 – THPT) 2.1. Xây dựng Graph nội dung dạy học phần Di truyền học (Sinh học 12 – THPT) 2.1.1. Phân tích cấu trúc, nội dung chương trình SGK phần Di truyền học (Sinh 12 - THPT) 2.1.1.1. Phân tích cấu trúc chương trình phần Di truyền học (Sinh học 12THPT) Phần năm - Di truyền học (Sinh học 12 – THPT) được đưa vào kì I và đầu kì II của lớp 12. Gồm 5 chương, 23 bài, được dạy trong 23 tiết chia làm 5 chương được chúng tôi trình bày cụ thể ở bảng 2.1. 2.1.1.2. Nội dung phần Di truyền học (Sinh học 12 – THPT) Nội dung phần DTH (Sinh học 12 – THPT) được chúng tôi cấu trúc hóa thành graph sau (hình 2.1- 2.3). Từ các graph chung đó chúng tôi có cơ sở để xây dựng các graph nội dung chi tiết cho từng nội dung của bài và hệ thống hóa các bài, các phần nội dung kiến thức DTH. 2.1.2. Quy trình lập graph nội dung 13 Dù graph chứa nội dung gì thì việc lập graph cho nội dung Sinh học phần DTH (Sinh học 12 – THPT) thực chất gồm một algôrit gồm các bước cơ bản sau (hình 2.3). Bước 1: Phân tch câếu trúc nội dung câần lập graph (lập danh mục kiếến thức cơ bản - xác định đ ỉnh c Kiểm tra tnh hợp lý của graph Bước 2: Xếếp đỉnh và lập cung cho graph Hợp lý Khống hợp lý Bước 3: Hoàn thiện graph (Bốế trí các đỉnh và cung lến mặt phẳng) Hình 2.3: Quy trình xây dựng graph nội dung 2.1.3. Xây dựng graph nội dung cho một số phần kiến thức Di truyền học (Sinh học 12 –THPT) Vận dụng quy trình xây dựng graph nội dung vào xây dựng các nội dung phần DTH (Sinh học 12 – THPT) gồm: 2.1.3.1 Xây dựng các graph nội dung khái niệm phần di truyền học (Sinh học 12- THPT) 2.1.3.2. Xây dựng graph nội dung về cơ chế, quá trình sinh học (Graph cơ chế, quá trình) 2.1.3.3. Xây dựng graph nội dung dạy học quy luật di truyền 2.1.3.4. Vận dụng để xây dựng graph nội dung bài toán di truyền Quy trình chung lập graph giải bài toán Di truyền tuân theo 3 bước: Bước 1: Phân tích nội dung đề bài (Xác định các yếu tố đã cho và yếu tố cần tìm); Bước 2: Lập graph đề bài; Bước 3: Lập graph giải bài tập 2.1.4. Số lượng các graph nội dung phần di truyền học sinh học 12 THPT được xây dựng Dựa trên quy trình xây dựng graph nội dung của từng loại kiến thức phần Di truyền học (Sinh học 12 – THPT) chúng tôi đã xây dựng được một số graph cụ thể được trình bày ở phần phụ lục 2. Số lượng cụ thể mỗi loại được trình bày trong bảng 2.3. 14 Bảng 2.2: Số lượng các loại graph trong phần DTH Số lượng các TT Nhóm graph nội dung graph đã XD 01 Graph nội Graph nội dung khái niệm phản ánh cấu trúc 4 dung khái cơ bản của vật chất di truyền ở cấp độ phân niệm tử, tế bào Graph nội dung khái niệm phản ánh các dấu 12 hiệu, hiện tượng sinh học Graph nội dung khái niệm phản ánh, cơ chế, 9 quá trình của các hiện tượng di truyền và biến bị, ở cấp độ phân tử, cấp độ tế bào 02 Graph nội Graph nội dung cơ chế, quá trình sinh học ở 6 dung cơ cấp độ phân tử 2 chế, quá Graph nội dung cơ chế, quá trình sinh học ở cấp độ tế bào trình HS 03 Graph nội - Quy luật di truyền của Menđen 5 3 dung quy - Quy luật di truyền tương tác gen 3 luật di - QLDT liên kêt gen - QLDT liên kết giới tính 2 truyền - QLDT TBC 2 04 Tổng 48 2.2. Sử dụng graph để tổ chức hoạt động dạy học phần Di truyền học (Sinh học 12 – THPT) 2.2.1. Các nguyên tắc sử dụng graph trong dạy học Không nên sử dụng graph một cách riêng lẻ; Tránh tính hình thức trong việc lập và sử dụng graph; Tránh lạm dụng graph; Graph phải được chọn lọc lọc mang tính khoa học và phải đảm bảo mục tiêu sư phạm. 2.2.2. Sử dụng graph trong dạy học phần Di truyền học (Sinh học 12 – THPT) 2.2.2.1. Hướng dẫn học sinh các kĩ năng học theo phương pháp Graph 1. Đọc graph; 2. Dịch graph; 3. Tự lập graph: Kĩ năng này đòi hỏi phải qua hai bước nhỏ: a. Lập lại graph đã cho bằng trí nhớ; b. Tự lập được graph của một nội dung dạy học mà HS chưa biết graph của nó. * Phương pháp học ở trên lớp bằng graph * Phương pháp học ở nhà bằng Graph 15 2.2.2.2. Sử dụng graph để dạy học kiến thức mới * Mức độ 1: GV tổ chức đưa ra nội dung kiến thức, GV tự lập graph nội dung theo trật tự logic của bài học, HS quan sát học cách lập graph của GV Mức 1 gồm các bước theo quy trình sau (hình 2.13). Hình 2.13: Quy trình dạy học bằng phương pháp graph ở mức 1 * Mức độ thứ hai: Giáo viên làm “mẫu” xây dựng một phần của Graph, phần còn lại học sinh tự lực xây dựng tiếp graph theo “mẫu” của giáo viên Mức 2 gồm các bước theo quy trình sau (hình 2.14). Hình 2.14: Quy trình dạy học bằng phương pháp graph ở mức 2 * Mức độ thứ ba: HS lập graph dưới sự hướng dẫn của giáo viên Mức 3 gồm các bước theo quy trình sau (hình 2.16). 16 Hình 2.16: Quy trình HS lập graph dưới sự hướng dẫn của giáo viên * Mức độ 4: Học sinh tự nghiên cứu SGK lập graph nội dung Bước 1 Từ mục tiêu và nội dung bài học, GV yêu cầu HS nghiên cứu SGK cấu trúc hóa nội dung thành graph Bước 2 HS tự cấu trúc hóa nội dung tìm kiến thức chốt, xác định các đỉnh, vị trí các đỉnh, các cung phù hợp cho mỗi đỉnh, lập graph nội dung Bước 3 GV kiểm tra graph đã lập của HS đưa ra nhận xét, chỉnh sửa hoàn thiện graph Bước 4 HS hoàn thiện graph của mình theo mẫu của GV, đọc và dịch graph Hình 2.18: Quy trình triển khai graph do HS tự lập graph nội dung ở trên lớp - Khi graph nội dung do học sinh tự lập trước ở nhà để học bài mới thì các bước thực hiện như sau: + Chuẩn bị: + Hoạt động ở lớp: Quy trình cụ thể như sau (hình 2.20) GV: Từ mục tếu và nội dung bài học, đưa ra những CH, BT yếu câầu HS nghiến cứu SGK trả lời CH, c Chuẩn bị ở nhà HS: Nghiến cứu tài liệu theo yếu câầu của GV, câếu trúc hóa nội dung, tm kiếếm kiếến thức chốết, xác đ ịnh các đ ỉnh, v GV: Kiểm tra graph đã lập của HS, gọi HS nhận xét, chỉnh sửa ho Hoạt động trên lớp HS hoàn thiện graph của mình theo graph mâỹu của GV, đọc v Hình 2.20: Quy trình thực hiện graph nội dung do HS lập trước ở nhà 17 2.2.2.3. Sử dụng phương pháp graph để ôn tập củng cố, hoàn thiện kiến thức * Mức độ thứ nhất: GV cho HS đọc lại graph đã được xây dựng trong dạy học kiến thức mới, rồi phân tích, giải thích nội dung của các đỉnh và mối quan hệ giữa các đỉnh thông qua các cung để xác định mức độ nhận thức tri thức của học sinh qua nội dung graph. * Mức độ thứ hai: GV sử dụng một graph nào đó đã được xây dựng trong dạy học bài mới, để trống tất cả các đỉnh của graph để học sinh điền vào các đỉnh (graph câm), hoặc graph thiếu, yêu cầu học sinh điền nội dung cho hoàn thiện cho các đỉnh còn trống, hoàn thiện các khái niệm cho từng nội dung tri thức cần ôn tập. * Mức độ thứ ba: GV cho tên các đỉnh sắp xếp lộn xộn, đề nghị học sinh xác định các loại đỉnh. Đỉnh xuất phát, đỉnh chính, đỉnh phụ, đỉnh nhánh, xác định mối liên hệ giữa các đỉnh (tức là xác định các cung) từ đó học sinh lập graph. * Mức độ thứ tư: Thiết lập graph chung của nội dung một bài học hay một số bài học mà các kiến thức có liên quan chặt chẽ với nhau. 2.2.2.4. Sử dụng graph trong khâu kiểm tra - đánh giá * Sử dụng graph như một công cụ (phương tiện) để kiểm tra – đánh giá - GV đưa ra graph hoàn chỉnh, yêu cầu học sinh đọc lại nội dung chứa đựng trong một graph cụ thể theo con đường diễn dịch. - Sử dụng graph khuyết làm đề kiểm tra để học sinh xác định các đỉnh, các cung còn thiếu. - Sử dụng graph câm làm đề kiểm tra để học sinh xác định toàn bộ các đỉnh, các cung của graph đề cập tới một nội dung nào đó của bài học, của chương. * Sử dụng graph như một phương pháp dạy học - Giáo viên đưa ra các đỉnh được chiết xuất từ một nội dung kiến thức, học sinh nghiên cứu nội dung kiến thức và sắp xếp các đỉnh, tạo ra các cung để tạo nên một graph phản ánh nội dung được nghiên cứu. - Cho một nội dung kiến thức HS xác định các kiến thức cốt lõi, từ đó xác định các loại đỉnh, mối quan hệ các đỉnh để hình thành các cung, từ đó HS tự xây dựng nên graph theo con đường quy nạp. - Từ một nội dung kiến thức, giáo viên đưa ra một graph có một số đỉnh không phù hợp (sai tên đỉnh hoặc sai vị trí đỉnh) học sinh tự nghiên cứu sửa chữa để tạo ra một graph mang nội dung chính xác. * Các hình thức kiểm tra- đánh giá bằng graph: - Hình thức thứ nhất: Dựa vào graph cho trước nêu mối quan hệ giữa các kiến thức (đọc và dịch Graph); 18 - Hình thức thứ hai. Học sinh tái hiện lại graph nội dung đã lĩnh hội rồi dùng ngôn ngữ bình thường, diễn đạt nội dung tài liệu giáo khoa; - Hình thức thứ ba. Giáo viên ra câu hỏi, học sinh dựa vào tri thức đã học để trả lời sau đó tóm tắt lại bằng graph nội dung; - Hình thức thứ tư. Kiểm tra khả năng tự lập graph nội dung của học sinh. Hình thức này có thể thể hiện ở 2 mức độ sau + Mức độ thứ nhất: Cho trước một graph câm, graph thiếu. Học sinh nghiên cứu SGK để cấu trúc hóa nội dung từ đó xác định các đỉnh, vị trí các đỉnh rồi tìm các từ, cụm từ phù hợp bổ sung hoàn thiện các đỉnh; + Mức thứ hai: Cho một nội dung của bài học, cả bài học, tùy thuộc vào trình độ học vấn của HS. Học sinh tự cấu trúc hóa lại nội dung, xác định các cung, các từ, cụm từ phù hợp cho mỗi đỉnh, thiết lập graph. Đây là hình thức cao nhất trong các hình thức sử dụng graph như là một phương pháp dạy học. 2.2.3. Xây dựng các tiêu chí đánh giá mức độ thành thạo các kĩ năng học bằng Graph 2.2.3.1. Nguyên tắc xây dựng các tiêu chí để đánh giá mức độ thành thạo các kĩ năng học của học sinh bằng Graph 2.2.3.2. Các tiêu chí được xây dựng để xác định mức độ thành thạo các kĩ năng học bằng Graph Dựa trên lí thuyết Graph và kiến thức Sinh học nói chung và kiến thức phần DTH nói riêng, chúng tôi chiết xuất ra được các thao tác mang tính kĩ năng gắn với tư duy logic của người học bằng Graph gồm 6 kĩ năng cơ bản, mỗi kĩ năng gồm các tiêu chí, mỗi tiêu chí tiêu biểu cho một mức độ kĩ năng đạt được, được kí hiệu M1, M2, M3, M4. Trên cơ sở các kĩ năng được xây dựng, chúng tôi đã xác định các tiêu chí cần đo cho mỗi kĩ năng khác nhau cụ thể được trình bày ở (bảng 2.4). 2.3. Một số giáo án thực nghiệm Để triển khai thực nghiệm sư phạm, đánh giá kết quả học bằng phương pháp Graph chúng tôi đã thiết kế một số giáo án ở một số bài thuộc chương 1, 2, 3 của phần DTH. Các giáo án biên soạn được thiết kế theo từng mức độ nhận thức nhằm rèn luyện từng kĩ năng, từ chỗ cho HS làm quen với các đỉnh, các cung của Graph,, đọc được Graph, phát triển Graph bằng lời rồi dần dần xây dựng được các đỉnh, các cung, cuối cùng xây dựng được toàn bộ Graph hoàn chỉnh. Cụ thể các giáo án được chúng tôi trình bày ở phụ lục 3. Chương 3: KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM 3.1. Mục đích và nguyên tắc thực nghiệm 3.1.1. Mục đích thực nghiệm 19 Triển khai dạy học bằng việc sử dụng Graph như là phương tiện, phương pháp để kiểm nghiệm tính khả thi của giả thuyết nêu ra. 3.1.2. Phương pháp thực nghiệm - Chọn đối tượng thực nghiệm: Chọn trường thực nghiệm; Chọn HS thực nghiệm; Chọn GV dạy thực nghiệm; - Bố trí thực nghiệm: Tiến hành dạy song song nhóm lớp ĐC và nhóm lớp TN trong cùng một trường. Nhóm lớp ĐC (dạy theo phương án ĐC) và nhóm lớp TN (dạy theo phương án TN). - Thời gian thực nghiệm: Chia 2 đợt thực hiện trong 3 năm học (2010 – 2011; 2011 – 2012; 2012 – 2013). 3.2. Nội dung thực nghiệm Tiến hành triển khai các giáo án thực nghiệm được thiết kế có sử dụng graph theo hướng nghiên cứu vào các khâu của quá trình lên lớp: dạy kiến thức mới, ôn tập, củng cố, hoàn thiện kiến thức và giải bài tập ở Sinh học 12 - THPT theo các mức như đã nêu ở chương 2 của luận án. - Các loại bài thực nghiệm bao gồm: làm quen với phương pháp sơ đồ hóa; Bài tìm cách phát triển nhận thức, tư duy học tập của học sinh ; Loại bài thực nghiệm tạo ra khả năng liên hợp kiến thức trong một bài, một chương giúp HS biết cách hệ thống hóa kiến thức sau nhiều bài học; Loại bài thực nghiệm ứng dụng đối với bài có tính chất hệ thống, ôn tập. - Cách đánh giá: Định lượng theo thang điểm 10 dựa vào kết quả trình bày thông qua việc xây dựng graph nội dung đạt được ở các mức độ trong các tiêu chí đánh giá và phân tích kết quả thu được bằng việc sử dụng phần mềm excel để xử lý các tham số thống kê x́ ; m; s ; s2 C(v%); td; Kết quả được trình bày từ bảng 3.2 đến bảng 3.14 và các biểu đồ từ hình 3.1 đến hình 3.6; Phân tích định tính kết quả học tập đạt được thông qua các bài kiểm tra để đánh giá chất lượng lĩnh hội kiến thức, năng lực tư duy và khả năng vận dụng kiến thức sau mỗi bài học và độ bền kiến thức sau khi học xong một số bài được thể hiện ở sự tổng hợp và khái quát hóa, hệ thống hóa kiến thức; Đánh giá các kĩ năng, gồm 6 kĩ năng: Kĩ năng cấu trúc hóa nội dung SGK; Kĩ năng xác định loại graph của nội dung SGK; Kĩ năng xác định các đỉnh, các cung của graph; Kĩ năng đọc graph theo ngôn ngữ kí hiệu (ôn tập, KT); Kĩ năng dịch graph theo kí hiệu ngôn ngữ thành lời văn (KT miệng); Kĩ năng lập graph nội dung. Mỗi kĩ năng lại dựa vào các tiêu chí đánh giá chia ra các mức độ nhận thức khác nhau (M1; M2; M3; M4…). Ngoài ra còn đánh giá khả năng tiếp thu của học sinh thông qua phiếu điều tra, khảo sát đối với HS và GV thực nghiệm; các ý kiến của các chuyên gia về khả năng vận dụng graph vào dạy học. 3.3. Kết quả thực nghiệm 20
- Xem thêm -