Tài liệu Sử sụng kiến thức tiến hóa trong dạy học phần sinh thái học - sinh học 12, trung học phổ thông luận văn ths. giáo dục học

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC TRƢƠNG THỊ THU HẰNG SỬ DỤNG KIẾN THỨC TIẾN HÓA TRONG DẠY HỌC PHẦN SINH THÁI HỌC – SINH HỌC 12, TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN VĂN THẠC SĨ SƢ PHẠM SINH HỌC CHUYÊN NGÀNH LÝ LUẬN VÀ PHƢƠNG PHÁP DẠY HỌC BỘ MÔN SINH HỌC MÃ SỐ: 60 14 10 Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Đinh Quang Báo HÀ NỘI – 2013 LỜI CẢM ƠN Luận văn này là kết quả quá trình học tập, nghiên cứu tại trƣờng Đại học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội và quá trình công tác tại trƣờng THPT Trƣơng Định – Thành phố Hà Nội Trong suố t quá trin ̀ h ho ̣c tâ ̣p và hoàn thành luâ ̣n văn này , tôi đã nhâ ̣n đƣơ ̣c sƣ̣ hƣớng dẫn , giúp đỡ quý báu của các Thầy Cô giáo , các anh chị , các em và các ba ̣n . Với lòng kiń h tro ṇ g và biế t ơn sâu sắ c tôi xin đƣơ ̣c bày tỏ lới cảm ơn chân thành tới : Hội đồng Khoa học và Đào tạo của trƣờng Đại học Giáo dục – Đại học Quốc gia Hà Nội, các Thầy giáo, Cô giáo đã trực tiếp giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt khoá học. Bằng tình cảm chân thành, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS. Đinh Quang Báo – ngƣời đã dành nhiều thời gian, tâm huyết để trực tiếp hƣớng dẫn khoa học và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Xin chân thành cảm ơ n các Thầ y Cô trong hô ̣i đồ ng chấ m luâ ̣n văn đã cho tôi nhƣ̃ng đóng góp quý báu để hoàn chỉnh luâ ̣n văn này. Tôi cũng xin chân thành cảm ơn tới Ban Giám hiệu, cán bộ, giáo viên và học sinh các trƣờng THPT Trƣơng Định – Thành phố Hà Nội đã luôn tạo mọi điều kiện cho tôi tiến hành khảo sát tình hình thực tế dạy học và thực nghiệm sƣ phạm. Hà Nội, ngày 22 tháng 11 năm 2013 Tác giả luận văn Trương Thị Thu Hằng i DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT ĐC: Đối chứng GV: Giáo viên HS: Học sinh KT: Kiểm tra SGK: Sách giáo khoa SV: Sinh vật THPT: Trung học phổ thông TN: Thực nghiệm VD: Ví dụ ii MỤC LỤC Lời cảm ơn ................................................................................................................... i Danh mục các ký hiệu, các chữ viết tắt .......................................................................ii Mục lục ...................................................................................................................... iii Danh mục bảng ........................................................................................................... v Danh mục biểu đồ ..................................................................................................... vi MỞ ĐẦU ....................................................................................................................1 1. Lý do chọn đề tài .....................................................................................................1 2. Mục đích nghiên cứu ...............................................................................................2 3. Nhiệm vụ nghiên cứu ..............................................................................................2 4. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu ........................................................................3 5. Vấn đề nghiên cứu...................................................................................................3 6. Giả thuyết khoa học ................................................................................................3 7. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu .............................................................................3 8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài ................................................................3 9. Phƣơng pháp nghiên cứu .........................................................................................4 10. Cấu trúc của luận văn ............................................................................................4 Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ..............5 1.1. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu liên quan đến đề tài .......................................5 1.1.1. Tình hình nghiên cứu về dạy học sinh thái trên thế giới ...................................5 1.1.2. Tình hình nghiên cứu về dạy học sinh thái ở Việt Nam ...................................5 1.2. Cơ sở lý luận của việc vận dụng kiến thức tiến hóa để tổ chức học sinh lĩnh hội kiến thức sinh thái ..........................................................................................5 1.2.1. Cơ sở về lý luận dạy học ...................................................................................5 1.2.2. Cơ sở về mối quan hệ giữa tiến hóa và sinh thái học........................................6 1.2.3. Vận dụng kiến thức tiến hóa để giải thích các vấn đề của sinh thái học ..........7 1.3. Cơ sở thực tiễn của đề tài ...................................................................................13 1.3.1. Điều tra thực trạng dạy học sinh học nói chung và phần tiến hóa Sinh học 12 nói riêng .........................................................................................................13 1.3.2. Phân tích cấu trúc, nội dung phần tiến hóa - Sinh học lớp 12 ........................15 1.3.3. Phân tích cấu trúc, nội dung phần Sinh thái học – Sinh học 12 ......................30 iii Chƣơng 2: VẬN DỤNG KIẾN THỨC TIẾN HÓA ĐỂ TỔ CHỨC DẠY HỌC SINH PHẦN SINH THÁI HỌC - SINH HỌC 12 THPT ..........................46 2.1. Vận dụng kiến thức đã có về tiến hóa để tổ chức học sinh học sinh thái học ..........46 2.2. Ý nghĩa của việc vận dụng kiến thức tiến hóa để tổ chức học sinh học sinh thái học ......................................................................................................................53 2.3. Yêu cầu khi vận dụng kiến thức Tiến hóa để dạy học Sinh thái học .................54 2.4. Quy trình vận dụng kiến thức tiến hóa để tổ chức dạy học sinh thái học ..........54 2.5. Xác định phƣơng pháp dạy học phát huy tính tích cực của học sinh khi vận dụng kiến thức tiến hóa để tổ chức dạy học phần sinh thái học .........................55 2.5.1. Cơ sở lựa chon phƣơng pháp dạy học .............................................................55 2.5.2. Sử dụng câu hỏi để tổ chức học sinh nghiên cứu SGK ...................................55 2.6. Thiết kế một số giáo án thực nghiệm theo hƣớng nghiên cứu ...........................58 Chƣơng 3: THỰC NGHIỆM SƢ PHẠM ..............................................................59 3.1. Mục đích thực nghiệm .......................................................................................59 3.2. Phƣơng pháp thực nghiệm .................................................................................59 3.2.1. Chọn trƣờng, chọn lớp ....................................................................................59 3.2.2. Bố trí thực nghiệm ..........................................................................................59 3.2.3. Triển khai thực nghiệm ...................................................................................59 3.2.4. Xử lý số liệu ....................................................................................................60 3.3. Kết quả thực nghiêm ..........................................................................................61 3.3.1. Phân tích định lƣợng các bài kiểm tra .............................................................61 3.3.2. Phân tích định tính các bài kiểm tra ................................................................69 KẾT LUẬN CHƢƠNG 3..........................................................................................70 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .........................................................................71 TÀI LIỆU THAM KHẢO ......................................................................................73 PHỤ LỤC .................................................................................................................76 iv DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1: Nội dung và kết quả cần đạt đƣợc phần Tiến hóa theo chuẩn kiến thức và kĩ năng ............................................................................................... 17 Bảng 1.2: Nội dung và kết quả cần đạt đƣợc phần Sinh thái học theo chuẩn kiến thức và kĩ năng ................................................................................32 Bảng 2.1. Một số nội dung sinh thái học đƣợc giải thích bằng kiến thức tiến hóa. ........46 Bảng 3.1. Thành phần điểm của các bài kiểm tra trong thực nghiệm ......................62 Bảng 3.2. Phân phối tần suất kết quả kiểm tra tổng hợp trong thực nghiệm ............62 Bảng 3.3. Phân phối tần suất lũy tích tổng hợp kết quả kiểm tra trong thực nghiệm .....63 Bảng 3.4. So sánh kết quả của nhóm lớp TN và ĐC qua các lần KT trong TN ......63 Bảng 3.5. Phân loại trình độ học sinh qua các lần kiểm tra trong TN ......................65 Bảng 3.6. Thành phần điểm của các bài kiểm tra sau thực nghiệm ..........................66 Bảng 3.7. Phân phối tần suất kết quả kiểm tra tổng hợp sau thực nghiệm ...............66 Bảng 3.8. Phân phối tần suất lũy tích tổng hợp kết quả kiểm tra sau thực nghiệm .....67 Bảng 3.9. So sánh kết quả của nhóm lớp TN và ĐC qua các lần kiểm tra sau thực nghiệm ....67 Bảng 3.10. Phân loại trình độ của học sinh qua các lần kiểm tra sau TN .................68 v DANH MỤC BIỂU ĐỒ, ĐỒ THỊ Biểu đồ 3.1. So sánh kết quả kiểm tra trong TN của hai nhóm lớp TN và ĐC ........64 Biểu đồ 3.2. So sánh phân loại trình độ học sinh qua các lần kiểm tra trong TN .....65 Biểu đồ 3.3. So sánh kết quả kiểm tra sau TN của nhóm lớp TN và ĐC .................68 Biểu đồ 3.4. So sánh kết quả phân loại trình độ của học sinh qua các lần kiểm tra sau thực nghiệm. ................................................................................68 Đồ thị 3.1. Phân phối tần suất tổng hợp kết quả kiểm tra trong thực nghiệm ..........62 Đồ thị 3.2. Phân phối tần suất lũy tích tổng hợp kết quả kiểm tra trong TN ............63 Đồ thị 3.3. Phân phối tần suất tổng hợp kết quả kiểm tra sau thực nghiệm..............66 Đồ thị 3.4. Phân phối tần suất tổng hợp kết quả kiểm tra sau thực nghiệm..............67 vi MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Đổi mới giáo dục và đào tạo ở Việt Nam là một tất yếu khách quan thể hiện quy luật về quy định của xã hội đối với giáo dục. Nội dung, chƣơng trình giáo dục đƣợc xây dựng theo hƣớng chuẩn hóa, hiện đại hóa, tiếp cận với trình độ tiên tiến khu vực, thế giới, đáp ứng nhu cầu nguồn nhân lực chất lƣợng cao cho các lĩnh vực kinh tế, xã hội của đất nƣớc, nâng cao chất lƣợng toàn diện, chú trọng giáo dục thể chất và bồi dƣỡng nhân cách ngƣời học, phân bố thời lƣợng hợp lý tạo điều kiện phát triển năng lực tự học, năng lực tƣ duy, kỹ năng thực hành, xây dựng chƣơng trình và tài liệu dạy học của các môn, liên môn chuyên sử dụng thống nhất từ năm học 2008-2009. Đổi mới phƣơng pháp dạy học theo hƣớng phát huy tối đa năng lực tự học, tự nghiên cứu, tự thu nhận thông tin của học sinh, phát triển năng lực của mỗi cá nhân, tăng cƣờng tính chủ động, tự chủ, hình thành và nâng cao năng lực nghiên cứu khoa học, áp dụng kiến thức vào thực tiễn của học sinh trong quá trình học tập và tham gia các công tác xã hội. Trong chƣơng trình môn sinh học phổ thông, các kiến thức sinh học đƣợc trình bày theo các cấp độ tổ chức sống. Chƣơng trình đƣợc thiết kế theo mạch kiến thức và theo kiểu đồng tâm, mở rộng qua các cấp học: - Sinh học tế bào: Lớp 67 89101112 - Sinh học cơ thể đa bào: Lớp 67 891011 - Di truyền học: Lớp 912 - Tiến hóa: Lớp 6789101112 - Sinh thái học: Lớp 6789101112 Nội dung chƣơng trình giáo dục phổ thông môn Sinh học thể hiện các quan điểm sinh thái, tiến hóa: - Các đối tƣợng tìm hiểu đƣợc đặt trong mối quan hệ mật thiết giữa cấu tạo và chức năng, giữa cơ thể và môi trƣờng. - Các nhóm sinh vật về cơ bản đƣợc trình bày theo hệ thống tiến hóa từ nhóm có tổ chức đơn giản đến nhóm có tổ chức phức tạp. 1 Chƣơng trình giáo dục phổ thông môn Sinh học thể hiện mối liên quan về kiến thức giữa các phân môn, các vấn đề có quan hệ mật thiết nhƣ giữa tế bào học, sinh lý học, sinh thái học, di truyền học và tiến hóa, tâm lý học và giáo dục học. Theo GS.TS. Đinh Quang Báo, thực tiễn và lý luận đã đúc kết một trong những điều kiện đảm bảo thành công của tất cả các kiểu bài lên lớp là sử dụng các kiến thức từ các bài đã học và từ các môn học khác là yêu cầu sƣ phạm quan trọng trong dạy học sinh học. Sinh thái học là một khoa học tổng hợp từ nhiều nội dung của các môn khoa học khác, đặc biệt các môn khoa học chuyên khoa. Với đặc trƣng của kiến thức sinh thái là “tích hợp các khoa học sinh học”. Để làm rõ các vấn đề về sinh thái phải tìm trong các thành tựu của khoa học sinh học: tế bào học, sinh học cơ thể, phân loại học, di truyền học, tiến hóa… Trong đó kiến thức tiến hóa đƣợc tích hợp nhiều trong kiến thức sinh thái. Trong chƣơng trình Sinh học phổ thông, kiến thức tiến hóa và sinh thái đều đƣợc giảng dạy ở lớp 12. Phần tiến hóa đƣợc giảng dạy trƣớc phần sinh thái. Vì vậy, việc vận dụng kiến thức tiến hóa để tổ chức cho học sinh lĩnh hội kiến thức phần sinh thái là rất cần thiết và khả thi hiện nay. Xuất phát từ ý nghĩa trên, với mong muốn nâng cao hiệu quả dạy học Sinh thái học và tiến hóa, chúng tôi chọn đề tài: “Sử dụng kiến thức tiến hóa trong dạy học phần Sinh thái học – Sinh học 12, trung học phổ thông.” 2. Mục đích nghiên cứu Nghiên cứu những phƣơng pháp để tổ chức cho học sinh học phần Sinh thái học – Sinh học 12 trên cơ sở huy động kiến thức đã học về tiến hóa nhằm nâng cao chất lƣợng dạy và học kiến thức sinh thái, củng cố vững chắc kiến thức tiến hóa cho học sinh. 3. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu các cơ sở lý luận và thực tiễn có liên quan đến đề tài. - Phân tích cấu trúc nội dung chƣơng trình phần Sinh thái học Sinh học 12 làm cơ sở để vận dụng kiến thức tiến hóa khi giảng dạy phần này. - Phân tích các kiến thức tiến hóa có thể vận dụng để dạy nội dung kiến thức sinh thái. Từ đó tìm ra mối liên quan giữa kiến thức sinh thái với kiến thức tiến hóa để vận dụng vào việc tổ chức cho học sinh lĩnh hội một số kiến thức sinh thái học. 2 - Thiết kế các bài tập, câu hỏi để vận dụng kiến thức tiến hóa khi dạy sinh thái học. - Xác định các phƣơng pháp, biện pháp để vận dụng tiến hóa vào việc tổ chức học sinh lĩnh hội một số kiến thức sinh thái. - Thực nghiệm sƣ phạm để kiểm tra hiệu quả của phƣơng pháp đã đề xuất. 4. Khách thể và đối tƣợng nghiên cứu - Khách thể nghiên cứu: Học sinh lớp 12 THPT - Đối tƣợng nghiên cứu: Nội dung kiến thức tiến hóa tích hợp trong phần sinh thái và các phƣơng pháp vận dụng nó vào dạy học phần sinh thái học. 5. Vấn đề nghiên cứu Đề tài tập trung vào nghiên cứu hai vấn đề cơ bản sau: - Nội dung kiến thức tiến hóa có liên quan đến phần Sinh thái học Sinh học 12. - Phƣơng pháp vận dụng kiến thức tiến hóa để dạy học phần Sinh thái học Sinh học 12. 6. Giả thuyết khoa học Nếu có phƣơng pháp sử dụng kiến thức tiến hóa trong chƣơng trình Sinh học 12 để tổ chức cho học sinh lĩnh hội một số nội dung sinh thái thì sẽ nâng cao chất lƣợng dạy và học kiến thức sinh thái, củng cố vững chắc kiến thức tiến hóa cho học sinh và nâng cao nhận thức quan điểm tiến hóa, sinh thái trong dạy học môn Sinh học. 7. Giới hạn và phạm vi nghiên cứu Đề tài chỉ nghiên cứu phƣơng pháp tổ chức cho học sinh lĩnh hội một số kiến thức sinh thái học trong chƣơng trình Sinh học 12 bằng cách vận dụng kiến thức tiến hóa. 8. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài - Ý nghĩa lý luận: + Bƣớc đầu phân tích kiến thức tiến hóa tích hợp trong phần sinh thái + Bƣớc đầu đề xuất một số biện pháp, phƣơng pháp vận dụng tiếp cận tiến hóa để tổ chức cho học sinh lĩnh hội một số kiến thức phần sinh thái. -Ý nghĩa thực tiễn: Xây dựng một số giáo án theo hƣớng nghiên cứu. 3 9. Phƣơng pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng một số phƣơng pháp nghiên cứu sau: - Nhóm phương pháp nghiên cứu lý luận: + Nghiên cứu các văn bản về chủ trƣơng đƣờng lối chính sách của Đảng và Nhà nƣớc về giáo dục phổ thông, tổng hợp các quan điểm, lý luận, công trình liên quan đến vấn đề nghiên cứu. + Nghiên cứu nội dung kiến thức tiến hóa trong chƣơng trình THPT. + Nghiên cứu cấu trúc nội dung phần sinh thái trong chƣơng trình THPT. + Nghiên cứu khả năng vận dụng kiến thức tiến hóa để tổ chức hoạt động dạy học sinh thái. - Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn: + Điều tra thực trạng vận dụng kiến thức tiến hóa trong dạy học phần sinh thái học. + Điều tra chất lƣợng của học sinh thông qua quan sát, điều tra - khảo sát bằng phiếu hỏi, tìm hiểu vở ghi của học sinh. + Thực nghiệm sƣ phạm, tổng kết kinh nghiệm, + Tham vấn chuyên gia. - Nhóm phương pháp xử lý thông tin: Định lƣợng, định tính, thống kê và phân tích thống kê. 10. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận và khuyến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục, luận văn dự kiến đƣợc trình bày theo 3 chƣơng: Chương 1: Cơ sở lý luận và cơ sở thực tiễn của đề tài Chương 2: Vận dụng kiến thức tiến hóa để tổ chức dạy học phần Sinh thái học - Sinh học 12 THPT Chương 3: Thực nghiệm sƣ phạm 4 Chƣơng 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ CƠ SỞ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Tổng quan các vấn đề nghiên cứu liên quan đến đề tài 1.1.1. Tình hình nghiên cứu về dạy học sinh thái trên thế giới Trên thế giới đã có những công trình nghiên cứu dạy học các kiến thức sinh thái nhƣ B.P. Êxipôp “Những cơ sở của lý luận dạy học” (1971), Ko-dơ-lô-va-T.A (1978) với công trình “Các biện pháp sƣ phạm dạy học sinh lớp cuối cấp về mối quan hệ giữa sự kiện và lý thuyết”, Anataxo L.P trong “Công tác độc lập của học sinh về sinh học đại cƣơng” (1981), Gerhard Dietrich, Manfred Ackerman, Christa Hocke “Phƣơng pháp dạy học sinh học” (1984). 1.1.2. Tình hình nghiên cứu về dạy học sinh thái ở Việt Nam Ở Việt Nam có nhiều tài liệu nghiên cứu về phƣơng pháp dạy học sinh học trong đó có đề cập đến phƣơng pháp dạy học kiến thức sinh thái, nhƣ “Giáo trình dạy học sinh học”, “Dạy học giải quyết vấn đề trong bộ môn sinh học”, “Dạy học sinh học ở trƣờng THPT” của Trần Bá Hoành. Ngoài ra còn có một số luận văn thạc sĩ khoa học giáo dục nghiên cứu phƣơng pháp dạy học sinh thái nhƣ: Nhƣ vậy, việc nghiên cứu phƣơng pháp dạy học sinh thái đã đƣợc chú ý nhƣng còn rất hạn chế, Các nghiên cứu phƣơng pháp dạy học đã nêu chƣa đi sâu vào phân tích mối quan hệ giữa lý luận tiến hóa và sinh thái học. Do đó, việc vận dụng kiến thức tiến hóa để tổ chức học sinh lĩnh hội kiến thức sinh thái chƣa đƣợc nghiên cứu cụ thể. 1.2. Cơ sở lý luận của việc vận dụng kiến thức tiến hóa để tổ chức học sinh lĩnh hội kiến thức sinh thái 1.2.1. Cơ sở về lý luận dạy học Các nghiên cứu về giáo dục đã khẳng định rằng, quá trình dạy học có sự kế thừa, đó là một trong những nguyên tắc quan trọng của quá trình giáo dục. Việc sử dụng, vận dụng các kiến thức đã học có liên quan làm cơ sở để tổ chức học sinh lĩnh hội kiến thức mới là việc làm rất cần thiết vì nó phù hợp với con đƣờng nhận thức của học sinh. 5 Đối với dạy học sinh học, đặc biệt đối với kiểu bài lên lớp, GS.TS. Đinh Quang Báo đã khẳng định rằng thực tiễn và lý luận dạy học đã đúc kết một trong những điều kiện đảm bảo thành công của tất cả các kiểu bài lên lớp là sử dụng kiến thức từ bài đã học và từ các môn học khác là yêu cầu sƣ phạm quan trọng trong dạy học sinh học. Đối với nội dung sinh thái, nhƣ đã trình bày, nó chứa đựng các kiến thức sinh học khác, trong đó có kiến thức tiến hóa mà học sinh đã học. Do đó, việc vận dụng kiến thức tiến hóa để tổ chức học sinh lĩnh hội kiến thức sinh thái là điều cần thiết và mang lại hiệu quả cao trong quá trình giảng dạy. 1.2.2. Cơ sở về mối quan hệ giữa tiến hóa và sinh thái học Sinh thái học đƣợc xem là tích hợp các khoa học sinh học. Sinh thái học là vấn đề tổng hợp phức tạp. Với đặc trƣng nhƣ vậy, sự phát triển của sinh thái học phải dựa trên cơ sở của sự ra đời của các khoa học sinh học khác nhƣ: sinh lý, sinh hóa, tế bào, di truyền, tiến hóa... Trong đó tiến hoá đóng vai trò quan trọng trong việc giải thích các vấn đề sinh thái học. Đồng thời, sự ra đời của sinh thái học cũng góp phần củng cố lý luận tiến hóa. Nhà nghiên cứu Pháp, Buffon J.L (1707 – 1788), đã cho rằng những nguyên tắc cơ bản để từ một loài này tiến hoá thành loài khác là ảnh hƣởng của các yếu tố bên ngoài nhƣ nhiệt độ, khí hậu, thức ăn... Lamarck G.B. là tác giả của học thuyết tiến hóa đầu tiên, cho rằng ảnh hƣởng của các nhân tố bên ngoài là một trong những nguyên tắc quan trọng đối với sự thích nghi và sự tiến hóa của sinh vật. Sau đó, sự xuất hiện học thuyết Darwin Ch. Với tác phẩm nổi tiếng “Nguồn gốc các loài do chọn lọc tự nhiên hay là sự bảo tồn các nòi thích nghi trong đấu tranh sinh tồn” (1859) và một số tác phẩm khác của ông nhƣ “Những kiểu thích nghi của các loài lan đối với sự thụ phấn nhờ sâu bọ” (1862), “Thực vật ăn sâu bọ” (1875), “Về những dạng khác nhau trong các cây thuốc cùng loài” (1877), “Vai trò của giun đất trong sự hình thành đất trồng trọt” (1881)... là những bằng chứng cho học thuyết tiến hóa đã giải thích quá trình phát triển của sinh giới theo những qui luật khách quan. Sự ra đời của học thuyết này đƣợc xem là nền móng của sinh thái học. Học thuyết Darwin Ch. Bằng con đƣờng chọn lọc tự nhiên buộc các nhà sinh 6 thái học phải quan sát bằng cơ thể trong mối quan hệ chặt chẽ với môi trƣờng sống của nó nhƣ hình thái, tập tính thích nghi của cơ thể với môi trƣờng sống. Năm 1886, nhà sinh học Đức Haeckel E. (1831-1919) đã đề xuất thuật ngữ “sinh thái học” trong cuốn sách “Hình thái chung của các cơ thể”. Ông xác định sinh thái học là khoa học chung về quan hệ giữa sinh vật và môi trƣờng. Vì vậy, ông ủng hộ rất tích cực học thuyết tiến hóa của Darwin Ch.và cho rằng nó đã mở ra một kỷ nguyên mới trong khoa học. Ông cho rằng “Sinh thái học là môn nghiên cứu tất cả các mối quan hệ tƣơng tác phức tạp mà Darwin Ch. gọi là các điều kiện sống xuất hiện trong các cuộc đấu tranh sinh tồn”. Nhƣ vậy, có thể khẳng định lịch sử phát triển của sinh thái học gắn liền với lịch sử của phát triển lý luận tiến hóa, có lúc là nền tảng cho sự phát triển sinh thái học. 1.2.3. Vận dụng kiến thức tiến hóa để giải thích các vấn đề của sinh thái học Sinh thái học là môn khoa học nghiên cứu tất cả mối quan hệ tƣơng tác phức tạp mà Darwin Ch. gọi là các điều kiện sống xuất hiện trong cuộc đấu tranh sinh tồn. Học thuyết tiến hóa của Darwin Ch. bằng thuyết chọn lọc tự nhiên đã đặt nền móng cho việc nghiên cứu cơ thể trong mối quan hệ chặt chẽ với môi trƣờng sống nhƣ hình thái, tập tính thích nghi của cơ thể với môi trƣờng. 1.2.3.1. Các mối quan hệ tương tác giữa cơ thể với môi trường là phản ứng thích nghi của sinh vật được hình thành trong quá trình tiến hóa. Nguyên lý cơ bản của sinh thái học hiện đại là những khái niệm về sự thống nhất và đối lập một cách biện chứng giữa cơ thể và môi trƣờng. Mỗi cá thể, quần thể loài sinh vật bất kì nào, kể cả con ngƣời, đều sống dựa vào môi trƣờng đặc trƣng của mình, ngoài mối quan hệ tƣơng tác đó ra sinh vật không thể tồn tại đƣợc. Môi trƣờng ổn định, sinh vật sống ổn định và phát triển hƣng thịnh. Chất lƣợng môi trƣờng suy thoái thì sinh vật cũng bị suy giảm về cả số lƣợng và chất lƣợng. Nếu môi trƣờng bị hủy hoại thì sinh vật cũng bị chịu chung số phận với môi trƣờng. Trong mối tƣơng tác giữa cơ thể và môi trƣờng, sinh vật đều trả lời lại sự biến đổi của các yếu tố môi trƣờng bằng những phản ứng thích nghi về 7 sinh lý, sinh thái và tập tính thông qua hoạt động của hệ thần kinh – thể dịch, đồng thời chủ động làm cho môi trƣờng biến đổi nhằm giảm thấp các tác động bất lợi cho sự sinh tồn của mình (các nhà sinh thái gọi là “yếu tố bù”). Sinh vật sống trong tổ chức càng cao (quần thể, quần xã...) thì sự thích nghi và sức cải tạo môi trƣờng càng có hiệu quả. Sự thích nghi của sinh vật với môi trƣờng là cụ thể, đƣợc hình thành trong quá trình tiến hóa và mang tính tƣơng đối. Nếu tác động của các yếu tố vƣợt khỏi ngƣỡng thích nghi của sinh vật, buộc sinh vật rơi vào tình trạng diệt vong, nếu chúng không tìm đƣợc những điều kiện thích ứng một nơi nào khác để tồn tại, hoặc buộc sinh vật phải biến đổi cấu tạo, hoạt động chức năng và lối sống của mình cho phù hợp với điều kiện môi trƣờng mới. Lịch sử hình thành và phát triển của thế giới sinh vật đã chứng minh điều đó. Tất nhiên, quá trình tiến hóa, thích nghi của các loài diễn ra không phải nhanh chóng mà trải qua chặng đƣờng dài, dƣới sự kiểm soát của chọn lọc tự nhiên. 1.2.3.2. Bản chất của quần thể là một nhóm cá thể cùng loài thích nghi với môi trường sống. Mọi cấp độ tổ chức sống đều đƣợc hình thành qua quá trình lịch sử lâu dài của mối tƣơng tác qua lại giữa cá nhân tố sinh thái trong môi trƣờng sống của nó với nhau và với cấp độ tổ chức sống đó. Quần thể sinh vật cũng vậy, quá trình lịch sử hình thành các mối quan hệ nhƣ trên là nhờ chọn lọc tự nhiên, từ đó các cá thể trong quần thể tự thiết lập đƣợc các mối quan hệ với nhau và với môi trƣờng, thể hiện ở sự thích nghi của nhóm cá thể đó với môi trƣờng sống. Khi một nhóm cá thể cùng loài thích nghi đƣợc với môi trƣờng sống của nó thì mới có thể thực hiện đƣợc các chức năng sinh học của một tổ chức sống nhƣ: trao đổi chất, sinh trƣởng và phát triển, sinh sản v.v... Từ đó dẫn tới sự hình thành các đặc trƣng của quần thể sinh vật mà không có ở các cá thể riêng lẻ cũng nhƣ tập hợp các cá thể. Các đặc trƣng cơ bản này đƣợc hình thành qua quá trình chọn lọc tự nhiên thông qua mối tƣơng tác qua lại với nhau và với các nhân tố sinh thái trong môi trƣờng tạo nên quần thể sinh vật. 8 Quần thể là một tổ chức ở mức cao hơn, đƣợc đặc trƣng bởi những thuộc tính mà cá thể không bao giờ có nhƣ cấu trúc về giới tính, về tuổi, mức sinh sản, mức tử vong – sống sót và sự dao động số lƣợng cá thể của quần thể. Những thuộc tính đó của quần thể đƣợc xem là những hằng số sinh học có khả năng biến đổi điều chỉnh trong một giới hạn nhất định đảm bảo cho quần thể thích nghi với những biến cố của môi trƣờng, duy trì sự ổn định cho cả hệ thống. Chẳng hạn, điều kiện dinh dƣỡng của một quần thể nào đó tăng hay giảm thì lập tức mức sinh trƣởng của quần thể tăng nhanh hay chậm lại, kéo theo nó là dãy tuổi sinh sản lần đầu thu hẹp hay mở rộng và tốc độ sinh sản của các cá thể tăng lên hay giảm đi một cách tƣơng ứng, do đó, kích thƣớc quần thể đạt đƣợc trạng thái cân bằng với nguồn sống của môi trƣờng. Nhƣ vậy, nhờ chọn lọc tự nhiên mà mỗi quần thể sinh vật hình thành khả năng thích nghi riêng với môi trƣờng sống. Nghĩa là các cá thể của quần thể sinh vật tự thiết lập mối quan hệ với nhau và với môi trƣờng sống cùng với những đặc trƣng riêng quan hệ mật thiết với nhau. Đó chính là sự thích nghi của nhóm cá thể với môi trƣờng sống của nó, và là điều kiện đảm bảo nhóm cá thể cùng loài gắn bó tạo thành một hệ cấu trúc thực hiện chức năng sống của quần thể. Dấu hiệu này chính là điều kiện đủ để phân biệt quần thể sinh vật với tập hợp ngẫu nhiên các cá thể sinh vật cùng loài. 1.2.3.3. Sự hình thành, tồn tại và phát triển của quần xã sinh vật là kết quả của chọn lọc tự nhiên. Một quần thể không thể tự hoàn thiện chức năng sống của mình nên không tồn tại độc lập mà phải dựa vào những quần thể khác, tạo nên những tổ hợp các quần thể thuộc những loài khác nhau để hình thành một tổ chức cao hơn gọi là quần xã sinh vật. Quần xã không phải là một tập hợp máy móc ngẫu nhiên của các sinh vật cùng sống trong một sinh cảnh, mà quần xã là một tổ chức sống đƣợc hình thành trong một quá trình lịch sử nhất định. Quần xã có cấu trúc tƣơng đối ổn định với những đặc trứng cơ bản về số lƣợng, thành phần loài trong quần xã, 9 các mối quan hệ giữa các loài và giữa quần xã với môi trƣờng có sự trao đổi vật chất và truyền năng lƣợng. Các sinh vật trong quần xã có mối quan hệ sinh thái chặt chẽ với nhau, biểu hiện qua các quan hệ sinh thái hỗ trợ và đối kháng lẫn nhau. Các sinh vật trong quần xã có mối quan hệ gắn bó với nhau và với môi trƣờng sống của chúng thành một thể thống nhất và do vậy quần xã có cấu trúc tƣơng đối ổn định. Bằng con đƣờng chọn lọc tự nhiên trong điều kiện môi trƣờng thay đổi theo thời gian và không gian, các sinh vật tự dƣỡng và dị dƣỡng vừa tiến hóa, vừa củng cố di truyền của chúng nhờ quan hệ tƣơng hỗ. Sự chọn lọc đó tiến hành trong phạm vi từng nhóm, từng bậc của quần xã, sự tiến hóa của các quần thể bằng con đƣờng chọn lọc và đột biến trong điều kiện môi trƣờng thay đổi. Có quần thể tồn tại và phát triển bung ra, có những loài xuất hiện mới và phát triển mạnh, có loài khác giảm và mất đi. Chính vì thế quần xã luôn phát triển theo thời gian từ quần xã này sang quần xã khác, dần dần tiến đến một quần xã ổn định, biểu hiện là sự ổn định về cấu trúc quần xã, về các mối quan hệ sinh thái trong quần xã, tức là thiết lập đƣợc các hằng số sinh học của quần xã. 1.2.3.4. Tác động qua lại giữa sinh vật và môi trường là động lực thúc đẩy hệ sinh thái thích nghi và tiến hóa. Hệ sinh thái là tổ chức với đặc trƣng của một hệ thống gồm các yếu tố cấu trúc là các thành phần sinh vật (sinh vật sản xuất, sinh vật tiêu thụ, sinh vật phân hủy) và các yếu tố môi trƣờng của hệ sinh thái (các chất vô cơ, các chất hữu cơ, các yếu tố khí hậu), và các hoạt động chức năng là do các yếu tố cấu trúc đó phối hợp với nhau, tác động qua lại lẫn nhau tạo ra. Kết quả quan trọng từ sự phối hợp và tác động qua lại đó tạo nên vòng tuần hoàn vật chất và trao đổi năng lƣợng. Sự tác động qua lại giữa các thành phần của hệ sinh thái chứng tỏ rằng hệ sinh thái đang phát triển và luôn ở trạng thái động. Trong quá trình phát triển, sau một thời gian dài tiến hóa thích nghi, hệ sinh thái sẽ đạt trạng thái cân bằng ổn định, thể hiện ở khả năng tự điều chỉnh của hệ sinh 10 thái trong giới hạn xác định. Khi chịu tác động vừa phải từ bên ngoài, hệ sinh thái sẽ phản ứng lại một cách thích nghi bằng cách sắp xếp lại các mối quan hệ trong nội bộ và toàn thể hệ thống phù hợp với môi trƣờng thông qua những mối liên hệ ngƣợc để duy trì sự ổn định của mình trong điều kiện môi trƣờng biến động. đó chính là bản chất của diễn thế sinh thái. Những tác động quá lớn, vƣợt ra khỏi sức chịu đựng của hệ, hệ không thể tự điều chỉnh đƣợc và cuối cùng bị suy thoái rồi bị hủy diệt. Nhƣ vậy, chính sự tác động qua lại giữa sinh vật và môi trƣờng là động lực thúc đẩy các thành phần của hệ sinh thái thích nghi và tiến hóa tạo nên sự thích nghi và tiến hóa của hệ sinh thái để đạt đến trạng thái cân bằng ổn định và tồn tại vô hạn khi không chịu những tác động mạnh, vƣợt ngƣỡng chịu đựng của mình. 1.2.3.5. Sự tiến hóa của sinh vật dẫn đến những biến đổi của môi trường vật lý \và hóa học. Nhờ đó sinh quyển được khai sinh và tiến hóa Sự sống bao quanh trái đất tạo nên sinh quyển. Đó là một hệ sinh thái khổng lồ, duy nhất, đã trải qua quá trình tiến hóa hàng tỷ năm để đạt trạng thái cân bằng ổn định. Đó là quá trình phát triển của sinh vật qua các đại địa chất mà phần tiến hóa đã giới thiệu. Khi sự sống chƣa xuất hiện, trái đất còn là một hành tinh chết. Bao quanh nó là khí quyển đầy nitơ, hyđrô, cacbondioxit, amoniac, clo, ôxit lƣu huỳnh, hơi nƣớc... do núi lửa phun ra. Từ mặt trời, tia tử ngoại chiếu tràn trề xuống bề mặt hành tinh. Nhờ đó, hơi nƣớc bị phân ly, tạo ra một lƣợng ôxy không đáng kể và sự tiến hóa hóa học đƣợc khởi đầu. Nhiều chất hữu cơ phức tạp nhƣ axit amin, một thành phần quan trọng để cấu tạo nên các hệ thống sống nguyên thủy, xuất hiện. Lớp ozon hình thành tuy rất mỏng, song kết hợp với tầng nƣớc đã dệt nên bức màn chắn tia tử ngoại rất hiệu quả, tạo điều kiện thuận lợi cho sự sống đầu tiên ra đời ở vùng nƣớc nông của đại dƣơng cổ, cách chúng ta chừng 3 tỷ năm. Những mầm sống nguyên sơ là những thể kị khí tƣơng tự nhƣ nấm men, đã tồn tại một thời gian dài đầy khắc nghiệt nhờ 11 năng lƣợng kiếm đƣợc bằng con đƣờng lên men. Hiệu suất của dạng hô hấp này rất thấp so với hô hấp hiếu khí nên mầm sống nguyên thủy không thể tiến hóa xa hơn giai đoạn tồn tại của cơ thể Prokaryote. Sau đó, áp lực của chọn lọc tự nhiên do thiếu nguồn thức ăn hữu cơ đã thúc đẩy sự xuất hiện quá trình quang hợp. Nhờ vậy, lƣợng ôxy tăng lên đạt đến 3-4% của mức hiện nay hay khoảng 0,6% của khí quyển. Bộ mặt hành tinh có những biến đổi lớn, từ tiến hóa hóa học sang tiến hóa sinh học, từ tiến hóa dị dƣỡng sang kiểu tiến hóa tự dƣỡng nhờ sự ra đời và phân bố nhanh chóng của cơ thể Eukaryote trên bề mặt các đại dƣơng. Tiếp theo, thực vật đã tiến lên chiếm lục địa. Hô hấp hiếu khí và nguồn thức ăn sơ cấp ngày một phong phú, tạo khả năng cho sự ra đời và phát triển của những sinh vật đa bào phức tạp. Ở kỷ Cambri, sự bùng nổ tiến hóa của các dạng sống mới xảy ra nhƣ thân lỗ, san hô, thân mềm, rong biển, tổ tiên của thực vật có hạt và động vật cá dây sống. Trong các giai đoạn khác nhau của nguyên đại Cổ sinh (Palaeozoi), cuộc sống dƣới nƣớc và trên cạn trở nên đông đúc. Hàm lƣợng khí ôxy dần đạt đƣợc mức nhƣ hiện nay (20% thể tích khí quyển), chế độ tự dƣỡng thay thế cho chế độ dị dƣỡng và trở nên thống trị trên hành tinh. Sự phát triển ồ ạt của thực vật trên cạn đủ đảm bảo cho sự xuất hiện những nhóm động vật lớn nhƣ bò sát cổ đại, chim, thú và cuối cùng, một triệu năm trƣớc đây con ngƣời ra đời. Sự tiến hóa của sinh vật nhƣ đã phác thảo ở trên dẫn đến những biến đổi và thúc đẩy sự tiến hóa của môi trƣờng vật lý và hóa học. Nhờ đó, sinh quyển đƣợc khai sinh và tiến hóa. Từ sự phân tích nội dung tiến hóa nhƣ trên, có thể khái quát rằng nếu nhƣ sinh thái học nghiên cứu mối quan hệ giữa tổ chức sống với môi trƣờng, thì thuyết tiến hóa nghiên cứu về quy luật hình thành, vận động phát triển của các mối quan hệ đó. Sinh thái học nghiên cứu mối quan hệ đó ở từng cấp độ từ cơ thể, quần thể, quần xã – hệ sinh thái, sinh quyển; còn tiến hóa luận nghiên cứu quá trình hình thành các cấp độ tổ chức sống đó. Nhƣ vậy, sử 12 dụng kiến thức tiến hóa để nghiên cứu sinh thái bằng cách phân tích quá trình vận động tiến hóa thích nghi của các cấp độ tổ chức sống đó. Sinh thái học nghiên cứu nơi ở, tiến hóa luận nghiên cứu quá trình hình thành nơi ở. Dạy nơi ở bằng cách phân tích cơ chế hình thành nơi ở. Đó là cách vận dụng kiến thức tiến hóa để tổ chức dạy học sinh thái học. Ví dụ: Khi dạy khái niệm quần thể. Nếu không vận dụng kiến thức tiến hóa, học sinh sẽ chỉ thấy đƣợc bản chất của quần thể ở mức độ: các cá thể sinh vật cùng loài có mối quan hệ gắn bó sinh thái khăng khít tạo nên các đặc trƣng của quần thể đồng thời không thấy đƣợc quá trình hình thành và phát triển của quần thể. Nhƣng khi vận dụng kiến thức tiến hóa, học sinh không chỉ thấy đƣợc quá trình hình thành và phát triển của quần thể mà còn nắm đƣợc bản chất bên trong của quần thể là sự thích nghi của nhóm cá thể cùng loài với môi trƣờng sống. Tƣơng tự nhƣ vậy, sự thích nghi của quần xã, sinh quyển cũng là kết quả của sự tiến hóa hình thành các hệ cấu trúc và chức năng có khả năng tự điều chỉnh cân bằng xung quanh các đặc trƣng có tính hằng số. Quần thể, quần xã, sinh quyển là các cấp độ sống trên cơ thể đƣợc hình thành nhờ quá trình tiến hóa. 1.3. Cơ sở thực tiễn của đề tài 1.3.1. Điều tra thực trạng dạy học sinh học nói chung và phần tiến hóa Sinh học 12 nói riêng Chúng tôi tìm hiểu thực trạng dạy học sinh học nói chung, phần tiến hóa Sinh học 12 nới riêng bằng cách tiến hành quan sát sƣ phạm, dự giờ và trao đổi với giáo viên bộ môn, xem giáo án của giáo viên dạy môn sinh lớp 12 ở trƣờng THPT Trƣơng Định – Hà Nội. Sau quá trình điều tra, chúng tôi rút ra một số kết luận tóm tắt dƣới đây. 1.3.1.1. Phương tiện dạy học Hầu hết các lớp học của trƣờng THPT Trƣơng Định đều đƣợc trang bị phƣơng tiện dạy học khá đầy đủ, đảm bảo đáp ứng nhu cầu dạy và học cho giáo viên và học sinh hiện nay. 13