Tài liệu Xây dựng và sử dụng graph trong dạy học chương cơ chế di truyền và biến dị sinh học 12 trung học phổ thông

MỤC LỤC MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................ 1 2. Mục đích nghiên cứu .......................................................................................... 4 3. Đối tượng, khách thể và phạm vi nghiên cứu .................................................... 5 4. Phương pháp nghiên cứu .................................................................................... 5 5. Giả thuyết khoa học ........................................................................................... 6 6. Nhiệm vụ nghiên cứu ......................................................................................... 6 7. Đóng góp của đề tài............................................................................................ 7 8. Cấu trúc của luận văn ......................................................................................... 7 Chương 1. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI ...................... 8 1.1. Lược sử vấn đề nghiên cứu …………………………………………8 1.1.1 Trên thế giới .......................................................................................... 8 1.1.2. Ở Việt Nam ......................................................................................... 10 1.2. Cơ sở lý luận của đề tài ……………………………………………….11 1.2.1. Các khái niệm ..................................................................................... 11 1.2.2. Vai trò của graph trong dạy học ........................................................ 13 1.2.3. Phân loại graph trong dạy học .......................................................... 15 1.2.4. Các mô hình graph ............................................................................. 18 1.3. Cơ sở thực tiễn ………………………………………………………26 1.3.1. Điều tra tình hình giáo viên sử dụng các phương pháp, phương tiện, kỹ thuật dạy học ở trường phổ thông ........................................................... 26 1.3.2. Tình hình giáo viên sử dụng các graph trong dạy học chương “Cơ chế di truyền và biến dị”, Sinh học 12 THPT kiểu bài lên lớp .................... 29 1.3.3. Phân tích nguyên nhân thực trạng giáo viên sử dụng phương pháp graph như hiện nay ở trường phổ thông ...................................................... 32 7 Chương 2. XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG GRAPH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG “CƠ CHẾ DI TRUYỀN VÀ BIẾN DỊ”, SINH HỌC 12 THPT ............................... 35 2.1. Xây dựng graph dạy học 35 2.1.1. Vai trò của phương pháp graph trong dạy học ................................. 35 2.1.2. Các nguyên tắc xây dựng graph ........................................................ 38 2.1.3. Phân tích cấu trúc nội dung chương “Cơ chế di truyền và biến dị”, Sinh học 12 trung học phổ thông làm cơ sở xây dựng graph ...................... 39 2.1.4. Quy trình xây dựng graph dạy học .................................................... 41 2.1.5. Các graph được xây dựng từ nội dung kiến thức Chương: Cơ chế di truyền và biến dị, Sinh học 12 THPT ........................................................... 44 2.2. Sử dụng graph trong dạy học ………………………………………..54 2.2.1. Các nguyên tắc sử dụng graph trong dạy học ................................... 54 2.2.2. Quy trình sử dụng graph trong dạy học............................................. 55 2.2.3. Sử dụng các graph để thiết kế giáo án thực nghiệm 59 Chương 3. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ......................................................... 83 3.1. Mục đích thực nghiệm ……………………………………………….83 3.2. Nhiệm vụ thực nghiệm ……………………………………………….83 3.3. Nguyên tắc thực nghiệm ………………………………………………..83 3.4. Đối tượng thực nghiệm ……………………………………………….83 3.5. Khách thể thực nghiệm. ……………………………………………….83 3.6. Nội dung thực nghiệm ………………………………………………..84 3.6.1. Bố trí thực nghiệm .............................................................................. 84 3.6.2. Xử lý số liệu ........................................................................................ 86 3.7. Kết quả thực nghiệm ……………………………………………….88 3.7.1. Kết quả định lượng ............................................................................. 88 3.7.2. Kết quả định tính ................................................................................ 94 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ .................................................................. 100 1. Kết luận .......................................................................................................... 100 2. Khuyến nghị ................................................................................................... 101 8 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 102 PHỤ LỤC .......................................................................................................... 104 9 DANH MỤC CÁC KÍ HIỆU, CHỮ CÁI VIẾT TẮT DH : Dạy học ĐB : Đột biến ĐC : Đối chứng GV : Giáo viên HS : Học sinh NST : Nhiễm sắc thể PP : Phương pháp SGK : Sách giáo khoa THPT : Trung học phổ thông TN : Thực nghiệm KT : Kiểm tra NXB : Nhà xuất bản 4 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Điều tra tình hình sử dụng các phương pháp dạy học của GV Bảng 1.2. Điều tra tình hình sử dụng phương pháp graph trong dạy học chương “Cơ chế di truyền và biến dị”, Sinh học 12 THPT Bảng 1.3. Kết quả điều tra về học tập của học sinh đối với môn Sinh học Bảng 2.1. Graph phân biệt các dạng đột biến gen liên quan đến 1 cặp nuclêôtit Bảng 2.2. Vị trí và chức năng các vùng của gen cấu trúc Bảng 2.3. Phân biệt các dạng đột biến cấu trúc nhiễm sắc thể Bảng 3.1. Thống kê số bài kiểm tra đạt các điểm từ 1 đến 10 của HS Bảng 3.2. Tổng hợp điểm các bài kiểm tra của các lớp thực nghiệm và đối chứng qua 2 lần kiểm tra trong thực nghiệm Bảng 3.3. So sánh kết quả giữa nhóm thực nghiệm và đối chứng qua 2 lần kiểm tra trong thực nghiệm Bảng 3.4. Phân loại trình độ HS qua kiểm tra trong thực nghiệm Bảng 3.5. Tổng hợp điểm các bài kiểm tra của các lớp thực nghiệm và đối chứng qua 2 lần kiểm tra sau thực nghiệm Bảng 3.6. So sánh kết quả giữa nhóm thực nghiệm và đối chứng qua 2 lần kiểm tra sau thực nghiệm Bảng 3.7. Phân loại trình độ học sinh qua kiểm tra sau thực nghiệm 5 DANH MỤC CÁC BIỂU ĐỒ Biểu đồ 3.1. So sánh kết quả của 2 nhóm thực nghiệm và đối chứng Biểu đồ 3.2. So sánh kết quả của hai nhóm lớp thực nghiệm và đối chứng 6 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài 1.1. Xuất phát từ yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học hiện nay Sự thâm nhập sâu sắc và thường xuyên của khoa học vào nền đại công nghiệp đã làm xuất hiện một lĩnh vực khoa học chuyên biệt: Công nghệ. Tư tưởng công nghệ đã thâm nhập vào nhiều lĩnh vực sản xuất, kể cả nền sản xuất ra của cải tinh thần, trong đó có giáo dục. Ngày nay công nghệ dạy học hiện đại đã trở thành một xu thế chung của thế giới trong việc canh tân giáo dục. Việc chuyển hoá những thành tựu của rất nhiều ngành khoa học kỹ thuật khác nhau vào thực tiễn dạy học và lý luận dạy học là một tiềm năng vô tận và to lớn, tạo nên sức mạnh vô giá của công nghệ dạy học hiện đại. Nâng cao chất lượng giáo dục và đào tạo là một mục tiêu quan trọng của sự nghiệp đổi mới giáo dục hiện nay ở nước ta, trong đó đổi mới phương pháp dạy học được coi là một trong những nhiệm vụ chiến lược. Hiện nay, đổi mới phương pháp dạy học đang là một nhiệm vụ cấp thiết của ngành giáo dục trong bối cảnh áp dụng khoa học công nghệ tiên tiến vào dạy học đã trở thành một xu thế chung của thế giới. Xu thế chung của việc đổi mới phương pháp dạy học có nhiều tiềm năng phát huy cao độ tính tích cực, chủ động và sáng tạo của học sinh, chuyển từ hình thức giáo viên chỉ giới hạn vào việc truyền đạt thông tin cho học sinh sang hình thức giáo viên tổ chức hoạt động độc lập nhận thức của học sinh qua đó phát huy tính tích cực, độc lập và sáng tạo của học sinh. Chủ trương của Bộ Giáo dục và Đào tạo đó là phải đổi mới phương tiện, mục tiêu, phương pháp dạy học để hướng mọi hoạt động dạy học vào người học, lấy người học làm trung tâm, phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của người học, bồi dưỡng năng lực tự học, lòng say mê học tập và ý chí vươn lên cho người học. 10 Nghị quyết hội nghị lần thứ II Ban chấp hành Trung ương Đảng cộng sản Việt Nam (khoá VIII, 1997) khẳng định: “Phải đổi mới phương pháp giáo dục đào tạo, khắc phục lối truyền thụ một chiều, rèn luyện thành nếp tư duy sáng tạo của người học. Từng bước áp dụng các phương pháp tiên tiến và phương tiện hiện đại vào quá trình dạy học, bảo đảm điều kiện và thời gian tự học, tự nghiên cứu cho học sinh, nhất là sinh viên đại học”. 1.2. Xuất phát từ các đặc trưng cơ bản của chương trình Sinh học cấp trung học phổ thông Đó là các kiến thức khái niệm, hiện tượng, quy luật, cơ chế, quá trình Sinh học và kiến thức ứng dụng thực tiễn... đều xuất phát từ các kết quả thực nghiệm. Phần Di truyền học, đặc biệt là chương “Cơ chế di truyền và biến dị”, Sinh học 12 được trình bày logic và mang tính hệ thống cao, có mối liên hệ mật thiết, gắn kết với nhiều nội dung Sinh học khác, đồng thời cũng rất trừu tượng. Tuy nhiên, khối lượng kiến thức ấy lại có mối liên thông với nhau rất rõ ràng, logic. Nếu biết cách hệ thống hóa, khái quát hóa thành những sơ đồ, bảng biểu trong những hệ thống nhất điịnh thì lại đem lại hiệu quả cao đối với việc học của người học. Giúp HS rèn luyện được nhiều kĩ năng phát huy tính tích cực, chủ động trong học tập. Với đặc trưng các kiến thức chương như thế, GV cần có phương pháp, phương tiện dạy học phù hợp nhằm nâng cao chất lượng lĩnh hội kiến thức. Một trong những phương tiện, phương pháp phù hợp là sử dụng phương pháp graph. 1.3. Xuất phát từ tình hình và thực trạng dạy học hiện nay của giáo viên Tình hình và thực trạng dạy học hiện nay của GV mà cụ thể là GV bộ môn Sinh học cấp THPT là chưa tận dụng tối ưu và tối đa các phương pháp và phương tiện dạy học. Giờ học Sinh học từ trước đến nay chủ yếu vẫn là giảng dạy theo phương pháp truyền thống, thầy truyền đạt kiến thức, trò thụ động tiếp thu tri thức, ít tính 11 tích cực và sáng tạo. Các phương pháp dạy học tích cực ít được sử dụng hoặc chủ yếu chỉ sử dụng trong các giờ thao giảng. Vì vậy HS chưa yêu thích môn học và khả năng vận dụng kiến thức kém. Việc nghiên cứu tìm cách đưa các phương pháp hiện đại vào dạy học Sinh học nhằm phát huy tính tích cực và năng lực học tập của HS, tạo cho các em có cơ hội để tìm tòi nhận thức là hết sức cần thiết. 1.4. Xuất phát từ lợi thế của phương tiện graph trong dạy học Do lợi thế của phương tiện graph trong dạy học có thể đem lại hiệu quả cao: Mỗi graph được xây dựng phải trải qua các phân tích, so sánh, tổng hợp, phát hiện cái chung và cái riêng nên rất thuận lợi cho quá trình dạy học trong các khâu như dạy học hình thành kiến thức mới, dạy học củng cố, ôn tập, hoàn thiện kiến thức và trong kiểm tra, đánh giá. Việc chuyển hoá những thành tựu của rất nhiều ngành khoa học kỹ thuật khác nhau vào dạy học là một tiềm năng vô tận tạo nên sức mạnh cho công nghệ dạy học hiện đại. Trong đó đáng chú ý là việc chuyển hoá các thành tựu của toán học và công nghệ thông tin vào dạy học. Phương pháp graph cùng với phương pháp alglorit và tiếp cận môđun là những công cụ phương pháp luận đắc lực trong việc xây dựng quá trình dạy học thành quy trình công nghệ hoá. Hiện nay, việc sử dụng phương pháp graph trong dạy học không còn là điều mới mẻ. Tuy nhiên, về phương pháp xây dựng và cách sử dụng chúng như thế nào sao cho hiệu quả thì vẫn chưa được quan tâm nghiên cứu đúng mức, đặc biệt là trong lĩnh vực dạy học sinh học. Sinh học là môn khoa học nghiên cứu sự sống và các quá trình Sinh học ở các cấp độ tổ chức khác nhau, từ cấp độ phân tử đến cấp độ sinh quyển. Các mối quan hệ đó có thể diễn đạt dưới dạng sơ đồ, bản đồ khái niệm… Như vậy, nếu sử dụng sơ đồ, bản đồ khái niệm trong dạy học Sinh học sẽ rất thuận lợi trong việc mô hình hoá, hệ thống hoá kiến thức. 12 Việc xác định các nguyên tắc và quy trình áp dụng phương pháp graph vào dạy học là cần thiết để nâng cao tính tích cực, tự lực và sáng tạo của học sinh. Phương pháp grap có nhiều ưu điểm trong dạy học, vì đây là một phương pháp tư duy. Nếu sử dụng phương pháp này thường xuyên sẽ rèn luyện cho học sinh một phong cách học tập khoa học suốt đời. 1.5. Xuất phát từ thực trạng sử dụng phương pháp graph của giáo viên trung học phổ thông hiện nay Hiện nay, việc sử dụng phương pháp graph trong dạy học của GV không còn là điều mới mẻ. Tuy nhiên, về phương pháp xây dựng và cách sử dụng chúng như thế nào sao cho hiệu quả thì vẫn chưa được quan tâm nghiên cứu đúng mức, đặc biệt là trong lĩnh vực dạy học Sinh học và các graph được xây dựng chưa đảm bảo chuẩn mực chung bởi có thể giáo viên chưa nắm được lý thuyết graph và cac cơ sở thực thi nó. Là một GV THPT có tâm huyết với nghề và với chuyên môn mình giảng dạy, với nguyện vọng nâng cao chất lượng dạy và học Sinh học ở nhà trường THPT và muốn truyền tải rộng rãi phương tiện graph trong dạy học cho các đồng nghiệp và cao hơn cả là muốn học sinh được chủ động tích cực trong học tập, xuất phát từ các lí do trên, tôi đã chọn nghiên cứu đề tài: “Xây dựng và sử dụng graph trong dạy học chương “Cơ chế di truyền và biến dị”, Sinh học 12 THPT”, với mục tiêu vận dụng một phương pháp dạy học có nhiều tiềm năng phát huy năng lực nhận thức của HS, góp phần thiết thực vào việc đổi mới phương pháp dạy học Sinh học ở trường phổ thông. 2. Mục đích nghiên cứu Đề tài được nghiên cứu với mục đích vận dụng phương pháp graph vào quá trình dạy học bài lên lớp, ôn tập và kiểm tra đánh giá chương “Cơ chế di truyền và biến dị”, Sinh học 12 trung học phổ thông nhằm tích cực hóa hoạt 13 động học tập của học sinh, qua đó góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả của việc dạy và học Sinh học. 3. Đối tượng, khách thể và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: Lý thuyết graph và ứng dụng của nó trong dạy học Sinh học cấp trung học phổ thông cụ thể là chương “Cơ chế di truyền và biến dị”. - Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy học chương “Cơ chế di truyền và biến dị”, Sinh học 12 trung học phổ thông trên đối tượng giáo viên và học sinh. - Phạm vi nghiên cứu: Giới hạn trong nội dung của các bài thuộc chương “Cơ chế di truyền và biến dị”, Sinh học 12 trung học phổ thông. 4. Phương pháp nghiên cứu 4.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận - Nghiên cứu các văn bản, tài liệu chỉ đạo của Bộ Giáo dục và Đào tạo liên quan đến đổi mới phương pháp dạy học, đổi mới ra đề kiểm tra, danh mục thiết bị dạy học Sinh học trung học phổ thông... - Sách giáo khoa, sách giáo viên, phân phối chương trình, chuẩn kiến thức, kỹ năng môn Sinh học… - Phân tích tổng quan và khái quát hoá những lý thuyết về graph trong dạy học và những ứng dụng của nó trong thực tiễn cuộc sống và trong dạy học. - Phân tích, tổng hợp các tài liệu trên sách, báo, tạp chí, các công trình nghiên cứu các vấn đề liên quan trực tiếp đến phương pháp graph và việc đổi mới phương pháp dạy học nhằm đưa ra quy trình thiết kế và sử dụng graph. - Phân tích tổng hợp những quan điểm lý luận và hệ thống khái niệm có liên quan đến việc đổi mới giáo dục và việc dạy học môn sinh học. 14 4.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn - Phương pháp điều tra: Phát phiếu điều tra lấy ý kiến học sinh và giáo viên trước và sau giờ dạy đối chứng và thực nghiệm. - Phương pháp chuyên gia: Gặp gỡ, trao đổi, xin ý kiến các chuyên gia, đồng nghiệp, nhằm đánh giá thực trạng sử dụng phương pháp graph hiện nay và xây dựng các graph về kiến thức chương “Cơ chế di truyền và biến dị”, Sinh học 12 trung học phổ thông. 4.3. Phương pháp thực nghiệm sư phạm Tiến hành giờ dạy thực nghiệm và đối chứng tại trường trung học phổ thông Công Nghiệp và trung học phổ thông Yên thủy C, tỉnh Hòa Bình để kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài. 5. Giả thuyết khoa học Nếu đề xuất được nguyên tắc, quy trình xây dựng và xây dựng được một hệ thống graph nội dung chương “Cơ chế di truyền và biến dị” và sử dụng nó vào dạy học theo một quy trình hợp lý thì sẽ góp phần nâng cao hiệu quả dạy học ở trường trung học phổ thông hiện nay. 6. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn của việc xây dụng và sử dụng graph trong dạy học Sinh học nói chung và dạy học chương “Cơ chế di truyền và biến dị”, Sinh học 12 trung học phổ thông nói riêng. - Điều tra thực trạng việc dạy và học chương “Cơ chế di truyền và biến dị”, Sinh học 12 trung học phổ thông bằng sử dụng phương tiện graph. - Đề xuất các nguyên tắc, quy trình xây dựng graph nội dung trong dạy học chương “Cơ chế di truyền và biến dị”, Sinh học 12 trung học phổ thông. - Xây dựng các graph để sử dụng graph vào dạy học chương “Cơ chế di truyền và biến dị”, Sinh học 12 trung học phổ thông. 15 - Đề xuất các nguyên tắc và quy trình sử dụng graph vào dạy học chương “Cơ chế di truyền và biến dị”, Sinh học 12 trung học phổ thông vào các khâu của quá trình dạy học. - Sử dụng phương pháp graph để xây dựng các giáo án và triển khai thực nghiệm để chứng minh cho giả thuyết đã nêu ra. 7. Đóng góp của đề tài - Góp phần hoàn thiện cơ sở lý luận và thực tiễn của việc sử dụng graph trong dạy học Sinh học ở trường THPT. - Xây dựng nguyên tắc, quy trình xây dựng graph về nội dung kiến thức chương “Cơ chế di truyền và biến dị”, Sinh học 12 THPT. - Đề xuất các nguyên tắc, quy trình sử dụng graph vào các khâu của quá trình dạy học chương “Cơ chế di truyền và biến dị”, Sinh học 12 THPT. - Xây dựng các giáo án thực nghiệm theo hướng sử dụng các graph để triển khai thực nghiệm dạy học chương “Cơ chế di truyền và biến dị” đã bước đầu khẳng định được vai trò, giá trị thực sự của graph trong dạy học. 8. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần Mở đầu, Kết luận và khuyến nghị, Tài liệu tham khảo, Phụ lục, luận văn được trình bày trong 3 chương: Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài Chương 2: Xây dựng và sử dụng graph trong dạy học chương “Cơ chế di truyền và biến dị”, Sinh học 12 THPT Chương 3: Thực nghiệm sư phạm 16 CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Lược sử vấn đề nghiên cứu 1.1.1 Trên thế giới Trên thế giới lý thuyết graph là một lĩnh vực nghiên cứu đã có từ lâu và có nhiều ứng dụng hiện đại. Những tư tưởng cơ bản của lý thuyết graph được đề xuất vào những năm đầu của thế kỷ XVIII bởi nhà Toán học Thụy Sỹ Leonhard Euler. Chính ông là người đã sử dụng graph để giải bài toán nổi tiếng “Bảy cây cầu ở Konigsburg” (Công bố vào năm 1736). Trong những năm cuối thế kỷ XX, cùng với sự phát triển của Toán học và nhất là Toán học ứng dụng, những nghiên cứu về vận dụng lý thuyết graph đã có những bước tiến nhảy vọt. Sau khi lý thuyết graph hiện đại được công bố, nhiều nhà toán học trên thế giới đã nghiên cứu làm cho môn học này ngày càng phong phú. Năm 1958 tại Pháp, Claude Berge đã viết cuốn “Lý thuyết graph và những ứng dụng của nó”. Trong cuốn sách, tác giả đã trình bày những khái niệm và định lý toán học cơ bản của lý thuyết graph, đặc biệt là những ứng dụng của lý thuyết graph trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Hiện nay, nhiều trường đại học trên thế giới có những nhóm tác giả đang nghiên cứu về lý thuyết graph, về sự chuyển hoá của lý thuyết graph vào những lĩnh vực khoa học khác nhau, đơn cử như trường Đại học Antrep (Bỉ) có nhóm nghiên cứu của giáo sư Dirk Janssens; Trường Đại học Kỹ thuật Beclin (Đức) có nhóm nghiên cứu của giáo sư Hartmut Ehrig; Trường Đại học Tổng hợp Layden (Hà Lan) có giáo sư Grzegorz Rozenberg... Ở Hoa Kỳ có nhiều tác giả đã nghiên cứu sâu về lý thuyết graph làm cơ sở cho lý thuyết mạng máy tính và chuyển hoá vào các ngành khoa học khác. Trong đó nổi bật nhất là những công trình nghiên cứu của Jonathan L. Gross (Trường 17 Đại học Columbia, New York) và Jay Yellen (Trường Rolin, Florida). Hai tác giả này đã công bố nhiều công trình về graph... Lý thuyết graph và những ứng dụng của nó đã và đang được nghiên cứu một cách hết sức cẩn thận ở nhiều nước trên thế giới. Năm 1965, tại Liên Xô (cũ), A. M. Xokhor là người đầu tiên vận dụng một số quan điểm của lý thuyết graph để mô hình hoá nội dung tài liệu giáo khoa (Một khái niệm, một định luật…). Ông đã nghiên cứu sâu về lĩnh vực phương pháp dạy học Hoá học, ông đã sử dụng graph để mô hình hoá tài liệu giáo khoa môn hoá học. A. M. Xokhor đã diễn tả những khái niệm bằng những graph, trong đó các nội dung cơ bản của khái niệm được bố trí trong các ô và các mũi tên chỉ sự liên hệ giữa các nội dung. Theo ông đặc điểm khách quan đặc trưng nhất cho tính vừa sức của một tài liệu giáo khoa (được xây dựng theo một logic nào đó) là số lượng các cạnh của graph. Năm 1965, V. X. Poloxin dựa theo cách làm của A. M. Xokhor đã dùng phương pháp graph để diễn tả trực quan những diễn biến của một tình huống dạy học, tức đã diễn tả bằng một sơ đồ trực quan trình tự những hoạt động của giáo viên và học sinh trong việc thực hiện một thí nghiệm Hoá học. Ông cũng mô tả trình tự các thao tác dạy học trong một tình huống dạy học bằng graph. Năm 1972, V. P. Grakumop đã sử dụng phương pháp graph để mô hình hoá các tình huống của dạy học nêu vấn đề. Theo ông, trong việc tạo ra các mẫu của tình huống nêu vấn đề và giải quyết vấn đề, thì việc vận dụng lý thuyết graph có thể giúp ích rất nhiều cho các nhà lý luận dạy học. Năm 1973 cũng tại Liên Xô (cũ) tác giả Nguyễn Như Ất đã vận dụng phương pháp graph kết hợp với phương pháp ma trận như một phương pháp hỗ trợ để xây dựng logic cấu trúc các khái niệm “Tế bào học” trong giáo trình môn Sinh học đại cương trường phổ thông của nước Việt Nam. 18 1.1.2. Ở Việt Nam Việc vận dụng phương pháp graph trong dạy học được xem như là một trong những tiếp cận mới vừa bổ sung vào hệ thống các phương pháp dạy học tích cực, vừa làm phong phú thêm kho tàng các phương pháp dạy học nhằm nâng cao chất lượng dạy học ở trường THPT. Theo hướng này, có nhiều tác giả đã thành công trong việc nghiên cứu và vận dụng lý thuyết graph vào dạy học một số môn học ở trường phổ thông và bước đầu đã thu được một số kết quả tốt. Từ năm 1971, giáo sư Nguyễn Ngọc Quang là người đầu tiên nghiên cứu chuyển hoá graph toán học thành graph dạy học trong môn Hóa học và đã công bố nhiều công trình trong lĩnh vực này. Trong các công trình đó, ông đã nghiên cứu những ứng dụng cơ bản của lý thuyết graph trong khoa học giáo dục, đặc biệt trong giảng dạy Hoá học. Sau đó cũng đã có nhiều tác giả đi sâu nghiên cứu trong lĩnh vực này. Năm 1980, tác giả Trần Trọng Dương đã nghiên cứu đề tài: “Áp dụng phương pháp graph và algorit hoá để nghiên cứu cấu trúc và phương pháp giải, xây dựng hệ thống bài toán về lập công thức hoá học ở trường phổ thông”. Năm 1983, Nguyễn Đình Bào nghiên cứu sử dụng graph để hướng dẫn ôn tập môn Toán, Nguyễn Anh Châu đã nghiên cứu sử dụng graph hướng dẫn ôn tập môn Văn. Các tác giả này đã sử dụng sơ đồ graph để hệ thống hoá kiến thức mà học sinh đã học trong một chương hoặc trong một chương trình nhằm thiết lập mối liên hệ các phần kiến thức đã học, giúp học sinh ghi nhớ lâu hơn. Năm 1984, Phạm Tư đã nghiên cứu đề tài “Dùng graph nội dung của bài lên lớp để dạy và học chương Nitơ - Photpho ở lớp 11 trường phổ thông trung học”. Với thành công của ông, lý thuyết graph đã được vận dụng như một phương pháp dạy học Hoá học thực sự có hiệu quả. 19 Năm 1993, Hoàng Việt Anh đã nghiên cứu “Vận dụng phương pháp sơ đồ - graph vào giảng dạy Địa lý các lớp 6 và 8 ở trường trung học cơ sở”. Tác giả đã sử dụng phương pháp graph để phát triển tư duy của học sinh trong học tập Địa lý và rèn luyện kỹ năng khai thác SGK cũng như các tài liệu tham khảo khác. Trong lĩnh vực dạy học Sinh học ở trường phổ thông, phó giáo sư - tiến sĩ Lê Đình Trung cũng là một trong số những người đi sâu nghiên cứu một cách hệ thống về lý thuyết graph và ứng dụng lý thuyết graph trong dạy học Sinh học. 1.2. Cơ sở lý luận của đề tài 1.2.1. Các khái niệm 1.2.1.1. Khái niệm phương pháp graph Theo từ điển Anh - Việt, graph có nghĩa là đồ thị - biểu đồ gồm có một đường hoặc nhiều đường biểu thị sự biến thiên của các đại lượng. Nhưng, từ “graph” trong “lý thuyết graph” lại bắt nguồn từ từ “graphic” có nghĩa tạo ra một hình ảnh rõ ràng, chi tiết, sinh động trong tư duy. Phương pháp graph dạy học được hiểu là phương pháp tổ chức rèn luyện tạo được những sơ đồ học tập ở trong tư duy của học sinh. Trên cơ sở đó hình thành một phong cách tư duy khoa học mang tính hệ thống. Đây là phương pháp khoa học sử dụng sơ đồ để mô tả sự vật, hoạt động, cho phép hình dung một cách trực quan các mối liên hệ giữa các yếu tố trong cấu trúc của sự vật, cấu trúc logic của quy trình triển khai hoạt động (Tức là con đường từ lúc bắt đầu đến lúc kết thúc hoạt động) giúp con người qui hoạch tối ưu qua điều khiển tối ưu các hoạt động. Gragh là một cấu trúc gồm các đỉnh và các cạnh (vô hướng hoặc có hướng) nối các đỉnh đó. Người ta phân loại graph tùy theo số cạnh nối các đỉnh của graph hoặc các đặc tính của nó. Trong mỗi graph các cạnh của graph thẳng 20 hay cong không quan trọng, quan trọng là phương thức nối cạnh nào với đỉnh nào trên sơ đồ đang còn rời rạc trong tư duy. Vai trò của graph trong dạy học là rất lớn song hiệu quả đạt được lớn hay nhỏ là tùy thuộc vào phương pháp và biện pháp sử dụng graph. Trong dạy học, graph có thể được sử dụng ở tất cả các khâu: Hình thành kiến thức mới; Củng cố và hoàn thiện kiến thức; Kiểm tra đánh giá. Song nội dung, hình thức và phương pháp sử dụng graph thì khác nhau ở mỗi khâu. Khi sản phẩm hoạt động tư duy kết tinh lại thành ngôn ngữ sơ đồ thì cũng là lúc hoạt động bên trong (tư duy) và hoạt động bên ngoài (vật chất hóa) của học sinh được bộc lộ trong mối tác động qua lại với nhau. Quá trình này không chỉ tạo ra nguồn thông tin xuôi và ngược phong phú, giúp điều khiển quá trình dạy học một cách linh hoạt, hiệu quả mà còn phát triển năng lực nhận thức học sinh. Như vậy hiệu quả dạy học của graph được khai thác một cách triệt để. Đặc biệt giá trị dạy học của sơ đồ có thể còn tăng lên rất nhiều khi sơ đồ tĩnh được chuyển thành sơ đồ động thông qua kỹ thuật vi tính. 1.2.1.2. Khái niệm graph nội dung Graph nội dung là graph phản ánh một cách khái quát, trực quan cấu trúc lôgic phát triển bên trong của một tài liệu hay bài học. Nói cách khác, graph nội dung là tập hợp những yếu tố thành phần của một nội dung trí dục và mối liên hệ bên trong giữa chúng với nhau, đồng thời diễn tả cấu trúc logic của nội dung dạy học bằng một ngôn ngữ trực quan, khái quát và súc tích. Mỗi loại kiến thức có thể được mô hình hoá bằng một loại graph đặc trưng để phản ánh những thuộc tính bản chất của loại kiến thức đó. Trong dạy học, có thể sử dụng graph nội dung các thành phần kiến thức hoặc graph nội dung bài học. 21 1.2.1.3. Khái niệm graph hoạt động Graph hoạt động là graph mô tả trình tự các hoạt động sư phạm theo lôgic hoạt động nhận thức nhằm tối ưu hoá bài học. Graph hoạt động là mặt phương pháp, nó được xây dựng trên cơ sở của graph nội dung kết hợp với các thao tác sư phạm của thày và hoạt động học của trò ở trên lớp, bao gồm cả việc sử dụng các phương pháp và phương tiện dạy học. Thực chất graph hoạt động dạy học là mô hình khái quát và trực quan kiến thức được thể hiện của giáo án. Graph hoạt động là một dạng algorit hoá hoạt động dạy - học theo phương pháp đường găng (con đường tối ưu). 1.2.1.4. Mối quan hệ giữa graph nội dung và graph hoạt động trong dạy học Theo giáo sư Nguyễn Ngọc Quang, trong mỗi hoạt động bao giờ cũng có hai mặt, đó là mặt “tĩnh” và mặt “động”. Trong dạy học, mặt tĩnh là nội dung kiến thức, còn mặt động là các hoạt động của thầy và trò trong quá trình hình thành tri thức để nhận thức ra mặt tĩnh. Có thể mô tả mặt tĩnh của hoạt động dạy học bằng “graph nội dung” và mô tả mặt động bằng “graph hoạt động dạy học”. Như vậy, graph dạy học bao gồm: graph nội dung và graph hoạt động. Graph dạy học Graph nội dung Graph hoạt động Hình 1.1. Mối quan hệ giữa graph nội dung và graph hoạt động trong dạy học 1.2.2. Vai trò của graph trong dạy học Graph có vai trò quan trọng trong quá trình dạy học, đó là hiệu quả thông tin và hiệu quả phát triển năng lực nhận thức. Vai trò hiệu quả thông tin thể hiện ở khả năng chuyển tải thông tin nhanh chóng và chính xác, cụ thể, chi tiết và trực 22 quan. Hiệu quả phát triển năng lực nhận thức thể hiện ở khả năng phân tích, tổng hợp, so sánh, khái quát hóa... để tạo ra graph. 1.2.2.1. Hiệu quả thông tin Sinh học là một môn học nghiên cứu các đối tượng sống (đặc điểm cấu tạo, quá trình sinh lý, sinh hóa, mối quan hệ giữa các tổ chức sống với nhau và với môi trường sống) thì graph là một kênh chuyển tải thông tin có ưu thế tuyệt đối bởi những ưu điểm cơ bản sau: Ngôn ngữ graph vừa cụ thể, trực quan, chi tiết lại vừa có tính khái quát, trừu tượng và hệ thống cao. Graph cho phép tiếp cận với nội dung tri thức bằng con đường logic tổng - phân - hợp, tức là cùng một lúc vừa phân tích đối tượng nhận thức thành các sự kiện, các yếu tố cấu thành, lại vừa tổng hợp, hệ thống hóa các sự kiện, các yếu tố đó thành một chỉnh thể thống nhất thuận lợi cho việc khái quát hóa, hình thành khái niệm khoa học - sản phẩm của tư duy lý thuyết. Sơ đồ hóa cho phép phản ánh một cách trực quan cùng một lúc mặt tĩnh và mặt động của sự vật hiện tượng theo không gian, thời gian. Trong dạy học Sinh học, ưu việt này được khai thác một cách thuận lợi. Mặt tĩnh thường phản ánh yếu tố cấu trúc, mặt động phản ánh hoạt động giống như chức năng Sinh học của các cấu trúc đó. Như vậy, sơ đồ hóa nội dung kiến thức Sinh học là hình thức diễn đạt tối ưu mối quan hệ giữa các yếu tố cấu trúc, giữa các chức năng Sinh học, giữa cấu trúc với chức năng của đối tượng nghiên cứu. 1.2.2.2. Hiệu quả phát triển năng lực nhận thức của học sinh Hiệu quả này thể hiện rõ ở vai trò phát triển các thao tác tư duy cơ bản (phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tượng hóa, khái quát hóa, hệ thống hóa…) và khả năng hình thành năng lực tự học cho học sinh. Hiệu quả này lớn nhất khi việc graph hóa nội dung tri thức do học sinh tiến hành. Học sinh sử dụng ngôn ngữ sơ đồ để diễn đạt nội dung sách giáo khoa và tài liệu đọc được. Đây là quá 23