Ứng dụng công nghệ thông tin để dạy học xác suất thống kê tại trường đại học hải phòng

Trong bối cảnh đó, để giáo dục phổ thông đáp ứng được đòi hỏi cấp thiết của công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước chúng ta cần cải cách phương pháp dạy học theo hướng vận dụng

Năm bảo vệ: 2012

Abstract: Tìm hiểu cơ sở lí luận và thực tiễn của việc ứng dụng công nghệ thông tin

(CNTT) vào dạy học xác suất thống kê (XSTK) ở trường Đại học Hải Phòng (ĐHHP) Nghiên cứu các kỹ thuật khai thác một số phần mềm phục vụ cho việc thiết kế xây dựng một số bài giảng XSTK tại trường ĐHHP có ứng dụng CNTT Tiến hành thực nghiệm thiết kế một số bài giảng cụ thể trong phần XSTK ở trường ĐHHP có ứng dụng CNTT Đề xuất phương án ứng dụng CNTT để dạy học XSTK tại trường ĐHHP để nâng cao hiệu quả của quá trình dạy học XSTK tại trường ĐHHP

Keywords: Xác suất thống kê; Công nghệ thông tin; Phương pháp dạy học; Toán học

Content

1 Lý do chọn đề tài

Sự bùng nổ của CNTT đang tác động mạnh mẽ vào sự phát triển của tất cả các ngành trong đời sống xã hội Trong bối cảnh đó, để giáo dục phổ thông đáp ứng được đòi hỏi cấp thiết của công cuộc công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước chúng ta cần cải cách phương pháp dạy học theo hướng vận dụng CNTT và các trang thiết bị dạy học hiện đại nhằm nâng cao chất lượng dạy học

Dạy học toán với sự hỗ trợ của CNTT (nói chung) và các phần mềm dạy học (nói riêng) góp phần tạo nên môi trường học tập có tính tương tác cao, giúp SV học tập hiệu quả hơn, tích cực hơn và đạt được hiệu quả như mong muốn

Xuất phát từ những ưu điểm của CNTT mà Đảng, Nhà nước và Bộ Giáo dục và Đào tạo đặc biệt quan tâm và xác định ứng dụng CNTT trong giáo dục là một chính sách quan trọng, điều này được thể hiện:

+ Chỉ thị số 58 của Bộ Chính trị, ký ngày 17/10/2000 về đẩy mạnh ứng dụng và phát triển

CNTT phục vụ sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá nêu rõ: "Đẩy mạnh ứng dụng CNTT trong

công tác giáo dục và đào tạo ở các cấp học, bậc học, ngành học Phát triển các hình thức đào tạo từ

+ Chỉ thị số 29 của Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo ký ngày 30/7/2001 về việc tăng cường giảng dạy, đào tạo và ứng dụng CNTT trong ngành giáo dục giai đoạn 2001-2005 nêu rõ:

“Đối với giáo dục và đào tạo, CNTT có tác động mạnh mẽ, làm thay đổi nội dung, phương pháp phương thức dạy và học CNTT là phương tiện để tiến tới một “xã hội học tập” Mặt khác giáo dục và đào tạo đóng vai trò quan trọng bậc nhất thúc đẩy sự phát triển của CNTT thông qua việc cung cấp nguồn nhân lực cho CNTT”

+ Chỉ thị số 40/CT-TW của Ban chấp hành TW Đảng ra ngày 15/6/2004 về việc xây dựng, nâng cao chất lượng đội ngũ nhà giáo và cán bộ quản lý giáo dục đã nêu rõ: Ứng dụng CNTT

trong dạy học toán “Tích cực áp dụng một cách sáng tạo các phương pháp tiên tiến, hiện đại, ứng

dụng CNTT vào hoạt động dạy và học”

Như vậy với mục tiêu nâng cao chất lượng đào tạo, đổi mới phương pháp giảng dạy thì một trong các biện pháp khả thi là biết kết hợp các phương pháp dạy học truyền thống và không truyền thống trong đó có sử dụng CNTT như một yếu tố không thể tách rời Trong những năm gần đây, phong trào đổi mới phương pháp dạy học đã được đẩy mạnh ở tất cả các cấp học, bậc học và đã đạt được những thành tựu đáng kể

Tại các trường đại học phong trào đổi mới phương pháp dạy học diễn ra rất mạnh mẽ Rất nhiều khoa, trường chuyên nghiên cứu về phương pháp dạy học đã được thành lập GV các trường đã đi sâu vào nghiên cứu và áp dụng các phương pháp dạy học vào dạy học toán và đã đạt được những chuyển biến tích cực

Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của tin học các tác giả nghiên cứu lâu năm về môn XSTK đã kịp thời bổ sung vào nội dung dạy học của mình toán XSTK gắn liền với tin học Có rất nhiều phần mềm dạy học XSTK như R, SAS, Excel, Matlab Do đó, với môn XSTK thì việc sử dụng CNTT như: Excel, Word, Powerpoint, R có ý nghĩa rất lớn trong quá trình dạy học Phần mềm Excel và R giúp cho các số liệu được tính toán một cách chính xác và nhanh gọn hơn Các hàm thống kê trên Excel và R rất đơn giản, kết quả thu được chính xác Nếu không sử dụng phần mềm thì việc tra cứu các thông số thống kê chỉ hạn chế trong bảng của sách giáo trình Đó là những mặt rất tiện

3

ích của CNTT, điều đó giúp cho SV nắm vững hơn nội dung tin học, giúp cho tính tích cực học tập của

SV có điều kiện tăng lên rất nhiều so với việc không sử dụng CNTT

Xuất phát từ những lí do trên, tôi chọn đề tài nghiên cứu là: “Ứng dụng công nghệ thông

tin để dạy học xác suất thống kê tại trường Đại học Hải Phòng”

Quá trình dạy học XSTK tại trường ĐHHP với sự hỗ trợ của CNTT

3.2 Đối tượng nghiê cứu

Hoạt động học tập và nghiên cứu của GV và SV trường ĐHHP khi dạy học nội dung

“XSTK” với sự hỗ trợ của CNTT

4 Giả thuyết khoa học

Ứng dụng CNTT để dạy học XSTK tại trường ĐHHP sẽ nâng cao được chất lượng đào tạo học phần XSTK tại trường ĐHHP

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tìm hiểu cơ sở lí luận và thực tiễn của việc ứng dụng CNTT vào dạy học XSTK ở trường ĐHHP

- Nghiên cứu các kỹ thuật khai thác một số phần mềm phục vụ cho việc thiết kế xây dựng một số bài giảng XSTK

- Thiết kế một số bài giảng cụ thể trong phần XSTK ở trường ĐHHP có ứng dụng CNTT

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Nghiên cứu lý luận: Nghiên cứu các sách, báo, tạp chí thuộc 4 loại:

6.1.1 Các văn kiện của Đảng và nhà Nước, của Bộ GD- ĐT có liên quan đến việc dạy và học toán

6.1.2 Các sách, bài báo, về khoa học toán học liên quan đến đề tài

6.1.3 Các sách, bài báo về giáo dục học môn toán, về tâm lý học, giáo dục học liên quan đến đề tài

6.1.4 Các công trình nghiên cứu, các vấn đề có liên quan trực tiếp đến đề tài của luận văn

6.2 Phương pháp quan sát - điều tra

Thăm lớp, dự giờ, quan sát việc dạy của GV và việc học của SV trong quá trình dạy học XSTK có và không có sự hỗ trợ của CNTT

4

6.3 Thực nghiệm sư phạm

6.3.1 Tổ chức thực nghiệm sư phạm có đối chứng thông qua các lớp học thực nghiệm và các lớp học đối chứng trên cùng một lớp đối tượng nhằm kiểm chứng hai quá trình dạy học XSTK tại trường ĐHHP có sử dụng CNTT và không sử dụng CNTT

6.3.2 Phân tích xử lý kết quả điều tra của GV thực nghiệm sư phạm

6.4 Phương pháp toán thống kê

Sử dụng phương pháp toán thống kê trong xử lý kết quả thực nghiệm sư phạm đối với SV trong dạy học XSTK tại trường ĐHHP với sự hỗ trợ CNTT

7 Đóng góp của luận văn

Về mặt lý luận

+ Làm sáng tỏ những quan điểm về ứng dụng CNTT và vai trò của CNTT trong dạy học toán + Chỉ ra được thực trạng, những khó khăn, thách thức gặp phải khi dạy học XSTK tại ĐHHP

+ Giới thiệu và hướng dẫn cách sử dụng phần mềm Excel và R trong dạy học XSTK

Về mặt thực tiễn

+ Tổ chức dạy học các tiết cụ thể theo định hướng đã nêu, biên soạn tài liệu hướng dẫn GV

và SV sử dụng CNTT đặc biệt phần mềm Excel, R khi dạy học XSTK

+ Luận văn góp phần đổi mới cách thức của phương pháp dạy học XSTK, chứng minh tính hiệu quả của việc ứng dụng CNTT khi dạy học XSTK

8 Cấu trúc của luận văn

Luận văn gồm: phần mở đầu, kết luận, khuyến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục, với nội dung chính được trình bày trong ba chương:

Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của đề tài

Chương 2: Dạy học xác suất thống kê tại trường ĐHHP có ứng dụng CNTT

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

bài giảng và bài giảng với nhau, để xây dựng một "kho tài nguyên" khổng lồ phục vụ cho việc

5

giảng dạy của mỗi người SV cũng có thể thông qua các mạng xã hội để trao đổi những kiến thức

về học tập và thi cử

1.1.2 Ứng dụng CNTT trong dạy học của GV

1.1.2.1 Phát triển và hoàn thiện tài liệu dạy học

Có hai cách thức khác nhau mà GV có thể sử dụng CNTT để soạn tài liệu hướng dẫn cho SV: Phát triển tài liệu hướng dẫn dựa trên cơ sở CNTT và Mô phỏng

1.1.2.2.Đánh giá kết quả học tập của SV

CNTT giúp cho GV: Theo dõi được luồng suy nghĩ của SV; thu thập được thông tin phản hồi tức thì từ các loại đối tượng SV; lưu giữ và truy cập được công việc của SV kèm với nhận xét kịp thời; đặt ra được những mục tiêu cho từng cá nhân và đề xuất các hướng dẫn cần thiết

1.1.2.3 Mở rộng kiến thức của GV

Các hệ thống viễn thông đang giúp GV cởi bỏ sự biệt lập truyền thống để tăng cường giao tiếp với đồng nghiệp và chuyên gia khác CNTT có thể tạo mối tiếp cận với các chuyên gia về chủ đề mà

GV đó đang tiến hành giảng dạy

1.1.2.4.Chia sẻ kinh nghiệm với đồng nghiệp

Một trong những lý do hạn chế hiệu quả trong công việc của GV là tình trạng ít cơ hội trao

đổi với đồng nghiệp khi gặp các vấn đề trọng tâm trong chương trình hoặc phương pháp dạy học

1.1.2.5 Tích hợp CNTT vào lớp học

Tích hợp CNTT vào lớp học là một biện pháp làm tăng hiệu quả sử dụng công nghệ trong dạy và học

1.1.3.Ứng dụng CNTT trong học tập của SV

CNTT cũng hỗ trợ cho hoạt động học tập của SV, góp phần làm tăng hiệu quả giáo dục

1.2 Vai trò của CNTT trong dạy học Toán

1.2.1 Vấn đề khai thác sử dụng CNTT trong dạy học toán

Tài liệu The free NCET (1995) leanet đã mô tả 6 hướng cơ bản trong việc sử dụng CNTT

nhằm cung cấp các điều kiện cho người học toán, cụ thể: Học tập dựa trên thông tin ngược; Khả

năng quan sát các mô hình; Phát hiện các mối quan hệ trong toán học; Thao tác với các hình động;

Khai thác tìm kiếm thông tin; Dạy học với máy tính; Sử dùng đồ hoạ với máy tính

1.2.2 Tổ chức dạy học toán trong môi trường CNTT

1.2.2.1 Sử dụng phương tiện CNTT trong các giờ lên lớp với số đông SV

Hình thức này được áp dụng với quy mô số SV từ 40 đến 60

+ Hình thức này có những đặc điểm sau:

- GV trực tiếp lên lớp khai thác các tính năng của CNTT để trình bày kiến thức một cách sinh động Một số trường hợp, GV có thể chuẩn bị sẵn hình vẽ, bảng biểu, để rút ngắn thời gian thao tác với máy tính

6

- SV quan sát và phán đoán theo sự định hướng của GV SV ít được trực tiếp thao tác với máy tính

+ Xu hướng diễn ra trong lớp học như sau:

- Từng SV làm việc gần như "độc lập" với nhau, cùng tập trung vào quan sát, xử lý những

thông tin trên màn hình

- Những SV khá, giỏi chưa được phát huy tối đa khả năng của bản thân vì cả lớp cùng được

giao một nhiệm vụ cụ thể như nhau

- Trong lớp học giữa các SV sẽ có sự ganh đua với nhau, do vậy để dễ so sánh, phân loại GV thường có xu hướng tập trung vào giảng dạy về kỹ năng thực hành, gợi lại kiến thức cũ và hệ

thống lại kiến thức của SV

1.2.2.2 Tổ chức hoạt động học "cộng tác " theo nhóm nhỏ

SV được chia thành các nhóm nhỏ không quá 7 SV

+ Hình thức này có những đặc điểm sau:

Sự thành công của toàn nhóm, trách nhiệm của mỗi cá nhân trong nhóm và điều quan trọng

là mọi thành viên trong nhóm đều có cơ hội thành công bình đẳng như nhau

+ Hình thức làm việc "Cộng tác" theo nhóm nhỏ có những ưu điểm sau:

- Có nhiều cơ hội để thể hiện, trao đổi những suy nghĩ của bản thân

- Mỗi cá nhân ngoài điều kiện làm việc trực tiếp với phần mềm, còn có khả năng nhận được sự

hỗ trợ không chỉ ở một mình GV mà của cả nhóm, qua đó làm tăng hiệu quả học tập của cả SV được giúp đỡ và những SV đi giúp đỡ

Hình thức học "cộng tác" chỉ thực sự phát huy tác dụng nếu ta đảm bảo được các yếu tố quan trọng sau:

 Thiết lập sự phụ thuộc tích cực giữa các thành viên trong nhóm

 GV hình thành và phát triển được kỹ năng hợp tác của mỗi SV

 Khẳng định rõ ràng trách nhiệm của từng cá nhân trong nhóm

 Tạo được môi trường tương tác giữa các thành viên trong nhóm

 Hình thành kỹ năng giao tiếp, ứng xử cho SV trong học tập

 Hình thức phân chia nhóm

1.2.2.3 Hình thức SV làm việc độc lập tại lớp

- Mỗi SV được sử dụng một máy tính Lớp học được tổ chức tại phòng máy tính của trường

- Nhiệm vụ của cả lớp được phân thành các nhiệm vụ nhỏ để giao cho các cá nhân

+ Hình thức này có các đặc điểm chính sau:

- SV có điều kiện phát huy hết khả năng của bản thân

- Trong một thời điểm có thể giải quyết nhiều bài toán khác nhau

7

- Phù hợp với việc nhận thức chênh lệch trong một lớp Tuỳ mức độ khả năng của bản thân mà SV được khuyến khích đảm nhận những nhiệm vụ vừa sức

- Đòi hỏi trình độ phân tích, tổng hợp vấn đề của GV ở mức cao

1.2.2.4 Sử dụng phương tiện CNTT dạy một nội dung ngắn

Quỹ thời gian sử dụng phương tiện CNTT chỉ khoảng 1 đến 3 phút Hình thức này thường được sử dụng trong hình thức tổ chức lớp học với số đông GV cho một vài SV trực tiếp thao tác với máy tính Hình thức này tận dụng được thời gian lên lớp và phù hợp hơn cả là các tiết học nội dung bài mới

1.2.2.5 Sử dụng phương tiện CNTT để dạy học trọn vẹn một phần của bài học

Với mục đích sử dụng phần mềm để giải quyết trọn vẹn một nội dung cụ thể trong tiết học nên quỹ thời gian sử dụng phương tiện có thể kéo dài từ 5 đến 10 phút Qua việc thao tác với phần mềm,

SV phát hiện và giải quyết trọn vẹn một vấn đề Hình thức này có thể sử dụng trong cả hình thức tổ chức lớp số đông hoặc học tập theo nhóm Hoạt động sử dụng, khai thác phần mềm được tiến hành đan xen với các hoạt động khác nên giờ học rất sinh động phù hợp với tâm sinh lý của lứa tuổi SV

1.2.2.6 Sử dụng phương tiện CNTT dạy trọn vẹn một tiết học

Trong hình thức này bài giảng được thiết kế thành một hệ thống liên kết chặt chẽ phối hợp

đan xen các hoạt động của thầy và trò để đạt được mục đích của giờ giảng

1.2.2.7 Sử dụng CNTT trong kiểm tra, đánh giá

Hoạt động chính của nội dung này là sử dụng MTĐT trợ giúp SV giải bài tập, kiểm tra nhận thức của bản thân

1.3 Nhận định

Việc khai thác có hiệu quả sự hỗ trợ của CNTT sẽ tác động một cách tích cực tới hoạt động

dạy và học bởi các yếu tố sau: Tính linh động, mềm dẻo; Tính hệ thống; Tính kết hợp; Tính mục đích; Tính đàm thoại; Tính ngữ cảnh; Tính phản ảnh

1.4 Vị trí của XSTK trong chương trình dạy học ở Đại học Hải Phòng

- GV và SV có thể dễ dàng tìm kiếm những thông tin liên quan đến bài học qua mạng Internet không dây của trường hoặc qua hệ thống máy vi tính ở nhà

- Những thí nghiệm, tài liệu được cung cấp bằng nhiều kênh làm cho người học dễ thấy, dễ tiếp thu và bằng suy luận có lý, SV có thể có những dự đoán về các tính chất, những quy luật mới

- Kĩ thuật đồ họa nâng cao có thể giúp mô phỏng nhiều quá trình, hiện tượng trong tự nhiên, xã hội, trong cơ thể con người

1.4.2.2 Các thách thức:

- Tuy CNTT mang lại rất nhiều thuận lợi cho việc dạy học nhưng trong một mức độ nào

đó, thì công cụ hiện đại này cũng không thể hỗ trợ GV hoàn toàn trong các bài giảng của họ

- Kiến thức, kỹ năng về CNTT ở một số GV vẫn còn hạn chế, chưa đủ vượt ngưỡng để đam mê và sáng tạo

- Các phương tiện, thiết bị phục vụ cho việc đổi mới phương pháp dạy học bằng phương tiện chiếu projector… còn thiếu, chưa đồng bộ và sử dụng chưa đạt được hiệu quả

- Việc kết nối và sử dụng Internet chưa được thực hiện triệt để và có chiều sâu Công tác đào tạo, công tác bồi dưỡng, tự bồi dưỡng đội ngũ GV chỉ mới dừng lại ở việc mức độ ban đầu nên một số GV còn mất nhiều thời gian và công sức để sử dụng CNTT trong lớp học một cách có hiệu quả

- Phần lớn GV vẫn còn thói quen dạy học theo kiểu truyền thụ kiến thức một chiều

- Trong thực tế đã có những giờ dạy học, GV còn lạm dụng CNTT, sử dụng không đúng lúc, đúng chỗ, không phối hợp với các phương tiện khác, làm cho giờ dạy học thụ động, ít kiến tạo được tri thức

- Tồn tại lớn nhất của SV là thói quen thụ động, quen nghe, quen chép, ghi nhớ và tái hiện

lại một cách máy móc, rập khuôn những gì GV đã giảng, chỉ biết những kiến thức mà GV đã cung cấp

9

Luận văn đã chỉ ra những khó khăn, thách thức trong việc ứng dụng CNTT trong giảng dạy XSTK tại trường Đại học Hải Phòng

CHƯƠNG 2 DẠY HỌC XÁC SUẤT THỐNG KÊ TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG

CÓ ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THÔNG TIN 2.1 Một số phần mềm có thể sử dụng để khai thác và thiết kế một bài giảng XSTK

2.1.1 Sử dụng Power Point trong thiết kế bài giảng XSTK

2.1.2 Sử dụng Excel trong thiết kế bài giảng XSTK

2.1.2.1 Bảng phân phối tần số và tần suất

Nhập dữ liệu: Dùng hàm FREQUENCY(data_array, bins_array)

Trong đó: Data_array: Địa chỉ mảng dữ liệu

Bins_array: Địa chỉ mảng các giá trị khác nhau của dữ liệu

2.1.2.2 Đặc trưng mẫu

Ví dụ 2.2: Tính đặc trưng mẫu của dữ liệu sau:

12 13 11 13 15 12 11 10 14 13 12 15

+ Nhập dữ liệu trong cột A2:A13

+ Chọn menu Tools/Data Analysis/Descriptive Statistics

+ Nhập các mục:

Input Range: Địa chỉ tuyệt đối chứa dữ liệu $A$2:$A$13

Output Range: Địa chỉ xuất kết quả

Confidence Level for Mean (Độ tin cậy cho trung bình)

2.1.2.3 Ước lượng tham số

Để ước lượng trung bình đám đông a ta thực hiện các bước sau:

Nhập dữ liệu và xử lý mẫu bằng thống kê mô tả (Descriptive Statistics)

Tính khoảng ước lượng trung bình a theo:

2.1.2.4 Kiểm định giả thiết

* So sánh hai trung bình với phương sai đã biết hay mẫu lớn  n  30 

+ Ta đi kiểm định hai giả thiết và đối thiết sau: H0:  1 2; H1:  1  2

+ Tiêu chuẩn kiểm định: 1 2

2 2

1 2

1 2

x x z

Dùng phần mềm Excel ta kiểm định như sau:

Menu: Tools/ Data Analysis/ z-test: Two Sample for Means

Ở đây phân vị hai phía z/ 2là: z Critical Two-tail

Ví dụ 2.5: Người ta chọn 2 mẫu, mỗi mẫu 10 máy, từ hai lô (I và II được sản xuất với phương sai

biết trước tương ứng là 1 và 0,98),   0,05, để khảo sát thời gian hoàn thành công việc (phút) của chúng:

I 6 8 9 10 6 15 9 7 13 11

II 5 5 4 3 9 9 6 13 17 12 Hỏi khả năng hoàn thành công việc của hai máy có khác nhau hay không?

Giả thiết: H0:a1  a2 “Khả năng hoàn thành công việc của 2 máy như nhau”

Đối thiết: H1:a1 a2 “Khả năng hoàn thành công việc của 2 máy khác nhau”

+ Để kiểm định cặp giả thiết trên ta chọn tiêu chuẩn kiểm định:

+ Vì zqs  z0.025 nên “Khả năng hoàn thành công việc của 2 máy khác nhau”

* So sánh 2 trung bình với dữ liệu từng cặp

Dùng khi mẫu bé, phụ thuộc, phương sai hai mẫu không bằng nhau và mỗi phần tử khảo sát chỉ có hai chỉ tiêu X (trước), Y (sau) khi thay đổi điều kiện thí nghiệm

+ Ta kiểm định giả thiết và đối thiết sau: H0:  1 2; H1:  1 2

12

Đặt D  X  Y thì việc kiểm định cặp giả thiết và đối thiết trên tương đương với việc kiểm định cặp giả thiết và đối thiết sau:H0: D  0; H1: D  0

Ta có cách kiểm định như sau:

+ Tiêu chuẩn kiểm định:

  chưa có cơ sở để bác bỏ giả thiết H0

Dùng phần mềm Excel ta kiểm định như sau:

Dùng Menu: Tools/ Data Analysis/ t-test: Paired Two Sample for Means

Ở đây phân vị hai phía , 1

2

t   n  

 là: t Critical Two-tail

* So sánh 2 trung bình với phương sai bằng nhau

Được dùng khi 2 mẫu bé, độc lập và phương sai hai mẫu bằng nhau

+ Ta kiểm định giả thiết và đối thiết sau: H0:  1 2; H1:  1 2 + Tiêu chuẩn kiểm định:   2   2