Tài liệu Thiết kế thí nghiệm ảo trong dạy học phần thực hành sinh học trung học phổ thông

Header Page 1 of 128. LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo: Thạc sĩ Hoàng Thị Kim Huyền, người đã trực tiếp tận tình hướng dẫn em hoàn thành khóa luận tốt nghiệp. Em xin chân thành cảm ơn các thầy, cô giáo trong Tổ Phương pháp dạy học và khoa Sinh - KTNN, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 đã tạo điều kiện cho em hoàn thành khóa luận này. Tôi xin chân thành cảm ơn các bạn sinh viên đã giúp tôi hoàn thành khóa luận. Hà Nội, Tháng 05 năm 2013 Sinh viên Nguyễn Hải Phúc luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 1 of 128. Header Page 2 of 128. LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan khóa luận này là kết quả nghiên cứu riêng của bản thân tôi dưới sự hướng dẫn trực tiếp của cô giáo Thạc sĩ Hoàng Thị Kim Huyền giảng viên khoa Sinh - KTNN. Mọi kết quả nghiên cứu trong đề tài đều trung thực, không trùng với kết quả của tác giả nào, đề tài chưa từng được công bố tại bất kỳ một công trình nghiên cứu khoa học nào hoặc của ai khác. Hà Nội, Tháng 05 năm 2013 Sinh viên Nguyễn Hải Phúc luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 2 of 128. Header Page 3 of 128. DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TT Chữ viết tắt Đọc là 1 CNTT 2 ĐC Đối chứng 3 GV Giáo viên 4 HS Học sinh 5 KHKT Khoa học kĩ thuật 6 PPDH Phương pháp dạy học 7 PTTQ Phương tiện trực quan 8 PTDH Phương tiện dạy học 9 THPT Trung học phổ thông 10 SGK Sách giáo khoa 11 TN Công nghệ thông tin Thực nghiệm luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 3 of 128. Header Page 4 of 128. MỤC LỤC PHẦN I. MỞ ĐẦU ....................................................................................... 1 I. Lý do chọn đề tài ........................................................................................ 1 II. Mục đích nghiên cứu ................................................................................. 4 III. Giới hạn nghiên cứu ................................................................................. 4 IV. Nhiệm vụ nghiên cứu ............................................................................... 4 V. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 4 VI. Những đóng góp mới của đề tài................................................................ 5 PHẦN II. NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Chương 1: TỔNG QUAN TÀI LIỆU .......................................................... 6 1.1. Xu hướng nghiên cứu ứng dụng CNTT trong giáo dục ở một số nước trên thế giới ........................................................................................................... 6 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng CNTT trong dạy học ở Việt Nam ........................................................................................................... 9 1.2.1. Một số nghiên cứu về ứng dụng tin học trong dạy học các môn học ở trường phổ thông ............................................................................................. 10 1.2.2. Một số nghiên cứu về ứng dụng tin học trong dạy học Sinh học.. 11 1.3. Cơ sở lí luận .......................................................................................... 12 1.3.1. Thí nghiệm và vai trò của thí nghiệm trong dạy học Sinh học ..... 12 1.3.2. Thí nghiệm ảo và yêu cấu sư phạm của thí nghiệm ảo ................ 12 1.3.2.1. Khái niệm ............................................................................ 12 1.3.2.2. Yêu cầu sư phạm của thí nghiệm ảo .................................... 13 1.4. Cơ sở thực tiễn ...................................................................................... 14 1.4.1.Thực trạng sử dụng phần mềm Macromedia Flash ở các trường THPT..................................................................................................... 14 1.4.2. Nguyên nhân của thực trạng ....................................................... 14 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 4 of 128. Header Page 5 of 128. Chương 2: THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM ẢO TRONG DẠY HỌC PHẦN THỰC HÀNH SINH HỌC THPT ............................................................. 15 2.1. Sơ lược về Macromedia Flash [22], [23] ............................................... 15 2.1.1. Ảnh trong Flash .......................................................................... 15 2.1.2. Giao diện làm việc trong phần mềm Flash [15] .......................... 16 2.1.3. Thanh công cụ và cửa sổ trong Flash [14,15]............................. 16 2.2. Nguyên tắc và quy trình thiết kế mô hình động trên phần mềm Macromedia Flash 8 .................................................................................................................. 21 2.2.1. Nguyên tắc thiết kế mô hình động .................................................... 21 2.2.2. Quy trình chung .......................................................................... 23 2.3.Ví dụ về quy trình thiết kế thí nghiệm ảo trên phần mềm Macromedia Flash 8.......................................................................................................... 29 2.3.1.Phân tích thí nghiệm .................................................................... 29 2.3.2. Nội dung và cách tiến hành thí nghiệm ảo .................................. 30 2.4. Kết quả thiết kế thí nghiệm ảo trong chương trình Sinh học 10 và 11 .... 43 Phần III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .................................................... 45 1. Kết luận .................................................................................................... 45 2. Kiến nghị.................................................................................................. 45 TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 46 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 5 of 128. Header Page 6 of 128. PHẦN I. MỞ ĐẦU I. Lý do chọn đề tài 1. Sự phát triển của cuộc cách mạng KHKT Cuộc các mạng KHKT của thế giới hiện nay đã làm cho lượng thông tin khoa học nói chung và khoa học Sinh học nói riêng tăng như vũ bão. Một kiến thức được đưa vào nhà trường trước đây, sau 5 - 7 năm phát minh nay đã lạc hậu. Làm thế nào để giải quyết được mâu thuẫn vốn tiềm tàng trong giáo dục: khối lượng kiến thức tăng “siêu tốc” với quỹ thời gian học tập ở nhà trường có hạn; giáo dục cần cập nhập ngay được với những kiến thức hiện tại, nhưng để đưa kiến thức đó vào chương trình học tập cần phải cố một thời gian khá lớn. Một giải pháp duy nhất đó là đổi mới PPDH: Để trong cùng một thời gian lượng thông tin được cung cấp nhiều nhất; người học được trang bị khả năng tự lập nhật với thông tin hiện tại tốt nhât. 2. Yêu cầu đổi mới PPDH Định hướng đổi mới PPDH đã được xác định trong “Văn kiện đại hội đại biểu toàn quốc lần thứ X” của Đảng Cộng Sản Việt Nam là “Nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện; đổi mới cơ cấu tổ chức, cơ chế quản lí, nội dung, phương pháp dạy và học thực hiện chuẩn hóa, hiện đại hóa, xã hội hóa, chấn hưng nền giáo dục Việt Nam”[6]. Định hướng trên cũng được pháp chế hóa trong luật Giáo dục, mục 2 điều 4: “Phương pháp giáo dục phổ thông phải pháp huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của HS; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn, tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho HS”[19]. Như vậy, định hướng cơ bản của đổi mới PPDH là: hướng tới hoạt động học tập chủ động, chống lại thói quen học tập thụ động, đề cao khả năng tự học của người học và đề cao vai trò của người thầy về khả năng dạy cho người học các học hiệu quả nhất[10]. 1 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 6 of 128. Header Page 7 of 128. Một trong những hướng tiếp cận hiện tại để thực hiện chủ trương là ứng dụng những thành tựu của CNTT trong dạy học, Chỉ thị 58-CT/TW của Bộ Chính trị ngày 17/10/2000 đã chỉ rõ nhiệm vụ trọng tâm của ngành giáo dục: “…Đẩy mạnh ứng dụng CNTT trong công tác giáo dục và đào tạo ở mọi cấp học, bậc học và ngành học”[2]. Chỉ thị số 29/2001/CT Bộ Giáo dục và đào tạo cũng đưa ra các mục tiêu cụ thể: “ Đẩy mạnh ứng dụng CNTT trong giáo dục, đào tạo … theo hướng ứng dụng CNTT như là một công cụ hỗ trợ đắc lực nhất cho đổi mới phương pháp giáo dục, học tập ở tất cả các bộ môn”[3]. 3. Ưu điểm của việc ứng dụng CNTT trong dạy học PPDH đóng vai trò quan trọng trong việc giúp cho người học hiểu nhanh, nhớ lâu nội dung học tập. Giúp thầy tự nguyện từ bỏ vai trò chủ thể, tiến hành bài học không phải bắt đầu từ bài giảng, thuyết trình, độc thoại,… mà bằng vai trò đạo diễn, thết kế, tổ chức, kích thích, trọng tài, cố vấn… trả lại cho người học vai trò là chủ thể, không phải học thụ động bằng nghe thầy giảng, mà học tích cực bằng hành đọng của chính mình nhằm mục tiêu hình thành và phát triển nhân cách. “Trong những năm gần đây, do sự phát triển rất nhanh của nhiều ngành khoa học kĩ thuật, đặc biệt là trong lĩnh vực truyền thông đa phương tiện, các thiết bị nghe nhìn và máy tính, một yêu cầu bức bách đối với hệ thống giáo dục và đào tạo là phải mau chóng ứng dụng CNTT để tạo ra một bước đột phá nhằm đổi mới các phương pháp dạy học, giúp cho người học hiểu nhanh, nhớ lau các kiến thức mới và có thể áp dụng ngay các kĩ năng tiên tiến vòa công nghệ hàng ngày”[7]. Sự phát triển của các loại PTDH sẽ góp phần đổi mới các PPDH. Những năm gần đây, băng video, máy vi tính và hệ thống phương tiện đa năng (Multimedia) phát triển rất nhanh, tạo điều kiện cho các nhân hóa việc học tập; thầy giáo đóng vai trò người hướng dẫn nhiều hơn phải trực tiếp đứng giảng. 2 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 7 of 128. Header Page 8 of 128. 4. Ưu điểm của phần mềm Macromedia Flash 8 Phương pháp trực quan gắn liền với việc sử dụng các phương tiện trực quan. Ngoài các mô hình, tranh vẽ, các thí nghiệm thì phần mềm dạy học cũng đang dần thể hiện tính ưu việt của mình. Phần mềm dạy học là một phương tiện trực quan hữu hiệu có tác dụng kích thích tính tích cực, độc lập, sáng tạo của người học, giúp thực hiện tốt việc phân hóa, các thể hóa trong dạu học. Theo ý kiến của một số giáo viên dạy học ở các trường THPT thì các bài thực hành khá dài, thời lượng lượng một tiết khá ít không đủ để thực hiện trọn vẹn một bài thực hành. Ngoài ra, các thiết bị thí nghiệm ở các trường THPT chưa đủ ảnh hưởng đến việc tiến hành các thiết bị thí nghiệm dẫn đến HS gặp nhiều khó khăn trong việc lĩnh hội kiến thức, HS không hiểu hoặc hiểu không trọn vẹn. Khi đó, sự có mặt của các thí nghiệm ảo trở nên rất cần thiết. Phần mềm Macromedia Flash 8 là phần mềm thể hiện khá nhiều ưu điểm: Giúp tạo hình ảnh động cho tất cả các quá trình cần mô tả; tập tin kết xuất hiển thỉ được trên hầu hết các hệ điều hành máy tính, thiết bị cầm tay, điện thoại và cả tivi. Việt thiết lập và sử dụng các thí nghiệm ảo trong quá trình dạy thực hành sinh học sẽ giúp học sinh dễ tiếp thu, hiểu bài một cách sâu sắc hơn do việc thu nhận thông tin về sự vật, hiện tượng một cách sinh động, chính xác, đầy đủ. Từ đó, nâng cao hứng thú học tập môn học, nâng cao niềm tin của học sinh vào khoa học. 5. Thực trạng dạy - học hiện nay Trong chương trình sinh học 10, 11 có nhiều bài thực hành phức tạp, tốn kém , mất nhiều thời gian cùng với năng lực sử dụng, khai thác tổ chức HS nhận thức TN của GV còn hạn chế. Mặt khác, trong các trường THPT các dụng cụ thí nghiệm còn thiếu hoặc không đảm bảo chất lượng dẫn đến một số bài thực hành không được tiến hành, HS không lĩnh hội kiến thức một cách trọn vẹn. 3 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 8 of 128. Header Page 9 of 128. Như vậy, để khai thác hết giá trị dạy học của thí nghiệm, phát huy hết tính tích cực chủ động học tập của HS, cần phải tiến hành ứng dụng CNTT trong các bài thực hành. Với những lí do trên, chúng tôi chọn đề tài “Thiết kế thí nghiệm ảo trong dạy học phần thực hành Sinh học trung học phổ thông”. II. Mục đích nghiên cứu Thông qua việc sử dụng các thí nghiệm ảo trong các bài thực hành nhằm nâng cao chất lượng dạy học phần thực hành, góp phần nâng cao chất lượng dạy - học các bài thực hành thuộc chương trình SH 10, 11 THPT (CTC). III. Giới hạn nghiên cứu Nghiên cứu các bài thực hành trong chương trình SH 10, 11 (CTC) có thí nghiệm. IV. Nhiệm vụ nghiên cứu 1. Nghiên cứu cơ sở lý thuyết của việc thiết kế và sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học phần thực hành Sinh học 10, 11. 2. Tìm hiểu thực tiễn của việc thiết kế và sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học phần thực hành Sinh học 10, 11. 3. Phân tích quy trình thiết kế thí nghiệm ảo Sinh học 10, 11 trên phần mềm M. Flash. 4. Thiết kế thí nghiệm ảo Sinh học 10, 11 trên phần mềm M. Flash. V. Phương pháp nghiên cứu 1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết Nghiên cứu các tài liệu về lý luận dạy học Sinh học, sách giáo khoa Sinh học 11, 11, sách giáo viên; tài liệu về phần mềm Macromedia Flash, … để tìm hiểu cơ sở lý luận của đề tài. 4 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 9 of 128. Header Page 10 of 128. 2. Phương pháp điều tra thực trạng Thiết kế và sử dụng phiếu điều tra để tìm hiểu tình hình ứng dụng tin học trong dạy học SH và việc ứng dụng phần mềm Macromedia Flash để thiết kế thí nghiệm ảo trong giảng dạy phần thí nghiệm SH lớp 10,11. VI. Những đóng góp mới của đề tài 1. Hệ thống hóa xây dựng cơ sở lý luận của việc thiết kế mô hình động nói chung và vận dụng thiết kế mô hình động cho các bài thí nghiệm nói riêng trong dạy học sinh học 2. Xác định được thực trạng và nguyên nhân của việc giảng dạy phần thực hành chưa đạt hiệu quả 3. Xác định được nguyên tắc và quy trình thiết kế thí nghiệm ảo dùng trong dạy học SH. 4. Thiết kế được 11 thí nghiệm ảo dùng trong dạy học SH 10 và 11. 5 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 10 of 128. Header Page 11 of 128. PHẦN II. NỘI DUNG VÀ KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Chương 1 TỔNG QUAN TÀI LIỆU 1.1. Xu hướng nghiên cứu ứng dụng CNTT trong giáo dục ở một số nước trên thế giới Khoảng 20 năm gần đây, máy tính điện tử đã trở thành công cụ không thể thay thế được trong phát triển kinh tế, an ninh quốc phòng và nghiên cứu khoa học. Nhiều nước như Pháp, Anh, Nhật… đã xác định chiến lược phát triển ứng dụng CNTT, một mặt quan trọng của chiến lược đó là giáo dục tin học phổ thông. Vì vậy, họ đã đầu tư xây dựng các trung tâm máy tính điện tử cho các viện nghiên cứu và cho các trường học. Việc đưa tin học vào trường phổ thông trên thế giới hình thành hai xu hướng: Một là đưa tin học vào nội dung dạy học, hai là sử dụng máy vi tính như công cụ dạy học Người ta rất quan tâm đến việc phân biệt giữa dạy học về máy tính và dạy học với sự trợ giúp của máy tính. Nhật Bản đã xác định vai trò của máy tính dùng để hỗ trợ quá trình giáo dục là rất quan trọng và đã đầu tư theo hướng này với tốc độ phát triển nhanh chóng. Tuỳ từng điều kiện cụ thể, mỗi nước có cách đi và phương hướng phát triển riêng. Tuy nhiên, các nước trên đều có xu hướng chung là từng bước đưa nội dung tin học vào phổ thông nhằm nâng cao chất lượng giáo dục và sử dụng máy tính điện tử như công cụ trợ giúp cho dạy - học. Đa số các nước đều quan tâm đến phương pháp dạy học như thế nào để học sinh nhanh chóng lĩnh hội được tri thức cơ bản và tự học để hoàn thiện kiến thức. Trong đó, hầu hết các nước đều phát triển phương pháp dạy cách tự học cho học sinh. Cùng với sự phát triển của máy tính điện tử là sự phát triển của các 6 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 11 of 128. Header Page 12 of 128. phần mềm hệ thống và ứng dụng. Hầu hết người sử dụng máy tính trên thế giới đã quen với các phần mềm nổi tiếng như WinDows, Foxpro, Visual Basic... Từ nửa sau của thế kỉ 20 sự phát triển của CNTT đã tiến những bước nhảy vọt. Các phần mềm ứng dụng ngày càng được sử dụng nhiều hơn và ngày càng phát huy thế mạnh của chúng trong lĩnh kinh tế, kĩ thuật, khoa học và giáo dục. Nhiều phần mềm ứng dụng trong dạy học đã lần lượt ra đời. Phần mềm tin học là một chương trình cho máy tính để xử lý thông tin. Các phần mềm tin học được ứng dụng ngay từ khi có hệ thống phần cứng ra đời. Sự ra đời Internet đã kết nối toàn cầu thành một hệ thống thông tin khổng lồ. Việc trao đổi thông tin không chỉ là đơn lẻ một khu vực hay quốc gia mà rộng khắp thế giới. Thông tin trao đổi có thể trực tiếp, các thông tin thời sự và các kết quả nghiên cứu khoa học được cập nhật nhanh nhất. Các ngôn ngữ lập trình cũng được phát triển và hoàn thiện gần gũi với ngôn ngữ tự nhiên hơn tạo điều kiện cho việc phát triển các ứng dụng trên nền tảng phần cứng nhanh nhất và thuận tiện nhất. Các phần mềm có tính chất mở (người sử dụng có thể phát triển) nhiều hơn thuận tiện cho người sử dụng phát triển vào mục đích ứng dụng của mình. Trong dạy học, các phần mềm dùng để tham khảo và phổ biến kiến thức được xây dựng khá công phu và có ứng dụng rộng rãi thông qua mạng Internet, ví dụ các trang Web: http://www.encarta.com http://www.mcb.harvard.edu http://www.crlt.Umich Một số nước tiên tiến như Mỹ, Anh, Pháp, Đức, Australia, Ấn Độ... đã nghiên cứu xây dựng và đưa vào sử dụng nhiều phần mềm dạy học về mô phỏng, thí nghiệm ảo... trong dạy và học nhiều môn học ở trường phổ thông và cho kết quả tốt. Ví dụ, một số chương trình nghiên cứu ứng dụng 7 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 12 of 128. Header Page 13 of 128. CNTT vào dạy học như: - Đề án: “ Tin học cho mọi người” năm 1970 do Pháp xây dựng. - Chương trình MEP (Microelectonics Education Prorame) năm 1980 do Anh xây dựng. - Đề án: CLASS ( Computer Literacy And Studies in School ) của Ấn Độ năm 1985. - Chương trình phần mềm các môn học ở trung học của Australia do tổ chức NSCU ( Nationnal Software - Cadination Unit ) thành lập năm 1985. - Hội thảo xây dựng các PMDH của các nước khu vực Châu ÁThái Bình Dương (Trung Quốc, Nhật Bản, Triều Tiên, Thái Lan, Malaysia, Xerilanca) năm 1985 ở Malaysia. Việc đào tạo từ xa của các trường đại học cũng như các trung tâm nghiên cứu đã được thực hiện trên cơ sở xây dựng hệ thống thư viện điện tử và tra cứu thông tin qua mạng Internet. Hiện nay, đã có phần mềm hỗ trợ dạy và học các môn học ở mọi cấp học, trong đó có các phần mềm về lĩnh vực dạy học SH: - Phần mềm Biology trong Encarta (từ điển bách khoa toàn thư) gồm các kiến thức về phân loại thực vật, phân loại động vật, giải phẫu sinh lý, quá trình phát triển phôi sớm... - Phần mềm trong www.dnaftb.org xây dựng một số cấu trúc, cơ chế của sự di truyền như phiên mã, dịch mã; cấu trúc nhiễm sắc thể. Theo T.Leinonen [9] thì lịch sử ứng dụng CNTT trong giáo dục đã và đang trải qua 5 giai đoạn – xu hướng, đó là: 1. Cuối những năm 70 đến đầu những năm 80: Lập trình, luyện tập và thực hành; 2. Cuối những năm 80 đến đầu những năm 90: mô hình đào tạo với sự hỗ trợ của máy vi tính (Computer based training - CBT); 8 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 13 of 128. Header Page 14 of 128. 3. Đầu những năm 90: mô hình đào tạo dựa trên mạng Internet (Internet-based training - IBT); 4. Cuối những năm 90 đến đầu năm những năm 2000: mô hình e-Learning; 5. Và cuối những năm 2000: Mô hình của mạng xã hội và nội dung mở, miễn phí. Lịch sử ứng dụng CNTT trong dạy và học (được tham khảo theo T.Leinonen) Nhìn chung, phần mềm nước ngoài có giao diện sinh động, có âm thanh, màu sắc trung thực, nhưng bằng tiếng nước ngoài nên khả năng sử dụng cho GV và HS rất hạn chế. 1.2. Tổng quan tình hình nghiên cứu ứng dụng CNTT trong dạy học ở Việt Nam Từ những năm 60, nước ta đã bắt đầu sử dụng máy tính điện tử. Hội đồng chính phủ đã ra nghị quyết số 173- CP (1975) và 245- CP (1976) về tăng cường ứng dụng toán học và máy tính điện tử trong cả nước. Viện Công nghệ thông tin được thành lập và có những đề án nghiên cứu ứng dụng CNTT, đưa tin học vào nhà trường. 9 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 14 of 128. Header Page 15 of 128. 1.2.1. Một số nghiên cứu về ứng dụng tin học trong dạy học các môn học ở trường phổ thông Đã có nhiều tác giả nghiên cứu về việc ứng dụng tin học trong dạy học các môn học ở trường phổ thông. Năm 2002, Phạm Xuân Quế, Phạm Kim Chung đã thử nghiệm xây dựng trang Web dạy học chương “dao động cơ học” ở chương trình Vật lý 12 theo hướng phát triển hứng thú, tính tích cực, tự lực tham gia giải quyết vấn đề trong học tập của HS [18]. Năm 2004, Nguyễn Thị Côi và cộng sự đã khai thác và ứng dụng tiện ích của phần mềm Microsoft powerpoint để thiết kế các dạng sơ đồ, biểu đồ, tạo các hiệu ứng hoạt hình sinh động trong dạy học Lịch Sử ở trường phổ thông [5]. Hoàng Thị Quỳnh Anh đã sử dụng các phần mềm Maple, Cabri Geometry nhằm khắc sâu và mở rộng kiến thức đại số tuyến tính cho sinh viên [1]. Nguyễn Thiện Phúc và các cộng sự đã xây dựng các “ thiết bị ảo”, các mô hình 2D, 3D , sử dụng các phương pháp hiện đại về đồ hoạ và làm hoạt hình trên máy tính để giảng dạy kĩ thuật [16]. Năm 2005, Hoàng Trọng Phú đã ứng dụng phần mềm Working model để thiết kế các thí nghiệm mô phỏng trong dạy học Vật lý [15]. Theo tác giả thì những hiện tượng vật lý như được thu nhỏ lại trước màn hình giúp HS có thể theo dõi, quan sát hiện tượng ở nhiều góc độ khác nhau. Lê Công Triêm đã giới thiệu một số website điển hình dùng cho việc khai thác tư liệu hỗ trợ cho việc thiết kế bài giảng điện tử trong dạy học Vật lý [24]. Trịnh Thanh Hải đã khai thác phần mềm Cabri geometry để tạo các hình vẽ trực quan, hình động nhằm phát triển tư duy sáng tạo cho học sinh trong dạy học hình học [8]. Năm 2006, Trần Thị Trung Ninh và các cộng sự đã sử dụng phần mềm Macromedia Flash MX để minh hoạ một số cơ chế phản ứng hữu cơ trong dạy học hoá học [14]. Tác giả cho rằng: Chỉ cần những minh hoạ đơn giản, có 10 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 15 of 128. Header Page 16 of 128. thể hiểu được cơ chế của một số phản ứng hữu cơ xảy ra như nào, điều mà rất khó có thể chứng minh được bằng các thí nghiệm hoá học thông thường. Bùi Thị Hạnh đã nghiên cứu sử dụng phần mềm Microsoft Power point dạy học một số nôi dung trong bài “Ancol, giúp GV tiết kiệm được thời gian, nhấn mạnh được trọng tâm của vấn đề" [9]. Năm 2007, Nguyễn Mạnh Hưởng đã nghiên cứu thiết kế bài giảng cách mạng tháng Tám với sự hỗ trợ của phần mềm Microsoft power point [12].Theo tác giả, phần mềm này có vai trò, ý nghĩa to lớn trong việc giúp HS đi từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, hiểu đúng bản chất sự kiện, hiện tượng lịch sử. 1.2.2. Một số nghiên cứu về ứng dụng tin học trong dạy học Sinh học Hiện nay việc áp dụng công nghệ thông tin trong dạy học Sinh học đã giúp HS hiểu bài một cách dễ dàng, sâu sắc và chính xác. Đã có một số tác giả nghiên cứu về việc ứng dụng tin học trong dạy học Sinh học ở trường phổ thông. Năm 2002, Dương Tiến Sĩ đã sử dụng phần mềm Microsoft Powerpoint trong dạy khái niệm môi trường và các nhân tố sinh thái [2]. Tác giả đã thiết kế được một sơ đồ hoàn chỉnh bao gồm các nhân tố sinh thái tác động vào đời sống cây xanh, các nhân tố đó được xếp vào nhóm nhân tố vô sinh, nhân tố hữu sinh, nhân tố con người. Các câu hỏi được khắc họa cùng sơ đồ, hình ảnh, giúp HS tích cực suy nghĩ để giải quyết vấn đề mà GV đặt ra cho HS say mê, tích cực tìm tòi tự chiếm lĩnh kiến thức mới và phương pháp chiếm lĩnh kiến thức đó. Năm 2005, Nguyễn Như Quỳnh đã giới thiệu được quy trình thiết kế bài soạn bằng phần mềm Microsoft power point [20]. Năm 2006, Nguyễn Thị Phương đã nghiên cứu ứng dụng phần mềm FrontPage thiết kế giáo án điện tử trong giảng dạy phân loại đông vật (khoá phân loại họ rắn Hổ, họ rắn Giun, họ rắn Rầm ri, họ rắn Lục ở Việt Nam [17] 11 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 16 of 128. Header Page 17 of 128. Năm 2006, Đồng Thị Bích Nga đã nghiên cứu ứng dụng phần mềm Flash trong giảng dạy sinh học ở trường phổ thông [13]. Tác giả đã thiết kế mô hình động để dạy bài “Kỹ thuật di truyền” (Sinh học 12 - SGK hiện hành) và tổ hợp kiến thức về quang hợp ở cây xanh (Sinh học 11 - SGK mới) Mặc dù, đã có nhiều nghiên cứu về ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học sinh học. Tuy nhiên, chưa có các nghiên cứu về quy trình thiết kế các mô hình động mô phỏng các thí nghiệm trong dạy học Sinh học THPT. 1.3. Cơ sở lí luận 1.3.1. Thí nghiệm và vai trò của thí nghiệm trong dạy học Sinh học Thí nghiệm là phương pháp nghiên cứu đối tượng và hiện tượng trong những điều kiện nhân tạo. Trong phức hệ những điều kiện tự nhiên tác động lên cơ thể sinh vật, người nghiên cứu chỉ chọn một vài yếu tố riêng biệt để nghiên cứu lần lượt ảnh hưởng của chúng. Trong dạy học Sinh học thí nghiệm có vai trò rất quan trọng: - TN trong điều kiện tự nhiên là mô hình đại diện cho hiện thực khách quan, là điểm xuất phát cho quá trình nhận thức của HS, nguồn cung cấp thông tin. - TN là cầu nối giữa lí thuyết với thực tế. TN giúp HS trực tiếp tác động vào đối tượng bằng nhiều giác quan → lĩnh hội kiến thức. - TN là phương tiện giúp HS rèn luyện tư duy, kĩ năng, kĩ xảo thực hành sinh học và ứng dụng kiến tức SH vào sản xuất, đời sống. - TN giúp HS phát huy được tính tích cực học tập, tính độc lập trong học tập của HS đồng thời phát triển tư duy bồi dưỡng niềm tin khoa học. 1.3.2. Thí nghiệm ảo và yêu cầu sư phạm của thí nghiệm ảo 1.3.2.1. Khái niệm Thí nghiệm ảo là tập hợp các tài nguyên số đa phương tiện dưới hình thức đối tượng học tập nhằm mô phỏng các hiện tượng vật lý, hóa học, sinh học… xảy ra trong tự nhiên hay trong phòng thí nghiệm, có đặc điểm là có 12 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 17 of 128. Header Page 18 of 128. tính tương tác cao, giao diện thân thiện với người sử dụng và có thể mô phỏng những quá trình, điều kiện giới hạn khó xảy ra trong tự nhiên hay khó thu được trong phòng thí nghiệm. Nó giúp giảm thiểu việc học chay hay dạy chay thường gặp do thiếu phương tiện, điều kiện thí nghiệm giúp người học chủ động học tập phù hợp với tinh thần người học là trung tâm của giáo dục hiện đại. 1.3.2.2. Yêu cầu sư phạm của thí nghiệm ảo Một thí nghiệm ảo được xem là tốt, có ý nghĩa giáo dục và được đưa vào sử dụng trong quá trình dạy học cần đáp ứng đủ 8 tiêu chí sau: Các mặt Các tiêu chí đánh giá TC1: Sản phảm đó phải “chạy” tốt khi liên kết với các phần mềm trình diễn như Power Point, Violet… Mặt kỹ thuật TC2: Mức độ tương tác của người học với đối tượng tốt TC3: Kết hợp nhiều loại thông tin khác nhau như chữ (text), hình ảnh (image), tranh vẽ (picture), âm thanh (sound) để tạo thành một đoạn phim (movie) nhuyễn, đẹp. TC4: Sản phẩm phải chứa đựng tiềm năng tạo các tình huống có vấn đề, tổ chức dạy học khám phá… (tiềm năng tổ chức dạy học tích cực) Mặt sư TC5: Sản phẩm mô phỏng chính xác thí nghiệm. phạm TC6: Sản phẩm chứa đựng các thao tác tư duy thí nghiệm, rèn cho học sinh kỹ năng thực hành thí nghiệm bằng tư duy. TC7: Sản phẩm tải đến người học một modul hay một “liều” kiến thức nhất định Mặt thực tiễn TC8: Sản phẩm mô phỏng những thí nghiệm khó tiến hành trong thực tế hoặc tiến hành được nhưng khó thành công 13 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 18 of 128. Header Page 19 of 128. 1.4. Cơ sở thực tiễn 1.4.1.Thực trạng sử dụng phần mềm Macromedia Flash ở các trường THPT Để xác lập cơ sở thực tiễn cho việc bổ sung các thí nghiệm có sử dụng phần mềm Micromedia Flash vào quá trình giảng dạy phần thực hành chương trình sinh học phổ thông, chúng tôi đã tiến hành phương pháp điều tra thực trạng, phương pháp quan sát sư phạm, dự giờ, trao đổi với các giáo viên bộ môn Sinh học ở các trường THPT như: Quế Võ 1, Nguyễn Du (Thái Bình), Tiên Du 1 (Bắc Ninh), Văn Giang (Hưng Yên)… thông qua phương pháp phỏng vấn các sinh viên khoa Sinh về thực tập tại các trường. Kết quả cho thấy hiện nay các giáo viên THPT chưa áp dụng thí nghiệm ảo trong quá trình dạy học phần thực hành Sinh học. Các giáo viên chỉ dừng lại ở việc hướng dẫn bằng lời về các bước tiến hành theo SGK mà chưa có hình ảnh minh họa. 1.4.2. Nguyên nhân của thực trạng  Nguyên nhân khách quan Một là, cơ sở vật chất phục vụ cho việc áp dụng phần mềm ở nhiều trường THPT chưa đảm bảo (thiếu thiết bị hay có những thiết bị không sử dụng được). Hai là, còn quá ít tài liệu nghiên cứu và sản phẩm về thí nghiệm ảo để giáo viên có thể tham khảo và áp dụng.  Nguyên nhân chủ quan Phần mềm này tương đối khó sử dụng đối với giáo viên không chuyên về Tin học. Hơn nữa nhiều GV ngại khó, ngại đầu tư thời gian vào việc khai thác, sử dụng phần mềm đó trong dạy học. Từ kết quả điều tra, khảo sát thực trạng việc sử dụng thí nghiệm ảo trong quá trình dạy học sinh học ở trường THPT cho phép đi đến kết luận: việc bổ sung, sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học sinh học là cần thiết góp phần nâng cao chất lượng dạy học. 14 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 19 of 128. Header Page 20 of 128. Chương 2 THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM ẢO TRONG DẠY HỌC PHẦN THỰC HÀNH SINH HỌC THPT 2.1. Sơ lược về Macromedia Flash [22], [23] Khi làm việc trong Flash, có thể tạo ra đoạn phim bằng cách vẽ một ảnh, hay nhập một ảnh vẽ rồi sắp xếp nó trong một Stage, làm chuyển động ảnh với thanh thước thời gian (Timeline). Có thể tạo ra những vùng chuyển cảnh trong đoạn phim bằng cách dùng các Action (hành vi) để tạo ra đoạn phim trả lời lại các sự kiện theo nhiều cách đặc biệt. Khi đoạn phim được tạo xong có thể xuất nó thành đoạn phim Flashplayer độc lập với Flash. 2.1.1. Ảnh trong Flash Flash cung cấp nhiều phương pháp tạo ảnh gốc và xuất ảnh gốc này sang nhiều chương trình ứng dụng khác. Có thể tạo ra nhiều đối tượng bằng công cụ vẽ và tô, xác định thuộc tính của đối tượng đang tồn tại. Ngoài ra có thể đưa vào các ảnh đồ hòa (Bitmap) hay ảnh vectơ từ các chương trình ứng dụng khác và thay đổi ảnh nhập này vào trong Flash. Khi sử dung Flash có thể tạo ra đối tượng chuyển động làm cho chúng xuất hiện và di chuyển ngang qua khung Stage (Nơi trình chiếu) hoặc làm biến đổi hình dạng (Shape), kích thước (Size), màu sắc (Colour), hướng xoay (Rotation) và các thuộc tính khác. Có thể tạo ra ảnh chuyển động từ Frame (khung) sang Frame khác mà mỗi khung tạo ra một ảnh riêng lẻ. Ngoài ra, có thể tạo ảnh chuyển động kiểu Tween, trong kiểu này chỉ cần tạo ra Frame đầu và Frame cuối sau đó Flash sẽ tạo trực tiếp các Frame giữa để kết nối Frame đầu và cuối. Cũng có thể tạo ảnh chuyển động xuất hiện thành đoạn phim thông qua dùng các lệnh trong Setpropertyaction. 15 luan van thac si - luan van kinh te - khoa luan - tai lieu -Footer Page 20 of 128.