Sử dụng bài toán nhận thức để phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học chủ đề Di truyền học quần thể, Sinh học 12

Bài viết Sử dụng bài toán nhận thức để phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học chủ đề Di truyền học quần thể, Sinh học 12 trình bày phân tích cấu trúc năng lực giải quyết vấn đề và quy trình phát triển năng lực cho học sinh trong dạy học, đề xuất biện pháp sử dụng bài toán nhận thức để phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học chủ đề di truyền học quần thể, Sinh học 12.

SỬ DỤNG BÀI TOÁN NHẬN THỨC ĐỂ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ DI TRUYỀN HỌC QUẦN THỂ, SINH HỌC 12 THÁI THỊ LAM Trường THPT Chuyên Nguyễn Tất Thành, Kon Tum Tóm tắt: Năng lực giải vấn đề (NLGQVĐ) lực quan trọng hệ thống lực chung học sinh (HS) phổ thông Nội dung phân tích cấu trúc lực giải vấn đề quy trình phát triển lực cho học sinh dạy học, đề xuất biện pháp sử dụng toán nhận thức để phát triển lực giải vấn đề dạy học chủ đề di truyền học quần thể, Sinh học 12 Từ khóa: Dạy học di truyền học quần thể; Phát triển lực giải vấn đề; Sinh học lớp 12; Bài toán nhận thức MỞ ĐẦU Giáo dục phổ thông nước ta thực bước chuyển từ giáo dục tiếp cận nội dung sang tiếp cận lực người học, nghĩa từ chỗ quan tâm đến việc học sinh học đến chỗ quan tâm HS vận dụng qua việc học Trong 09 lực chung Việt Nam đề xuất mà môn học tham gia phát triển cho HS, bao gồm: Năng lực tự học; lực giải vấn đề; lực tư sáng tạo; lực tự quản lý; lực giao tiếp; lực hợp tác; lực sử dụng công nghệ thông tin truyền thông (ICT); lực sử dụng ngơn ngữ; lực tính tốn Trong đó, lực giải vấn đề ba lực quan việc dạy học Để phát triển lực giải vấn đề cho HS có nhiều biện pháp Tùy theo đơn vị kiến thức, điều kiện sở vật chất, trình độ HS…, giáo viên lựa chọn, áp dụng biện pháp phù hợp Trong nội dung muốn giới thiệu đến biện pháp sử dụng toán nhận thức để phát triển lực giải vấn đề cho HS lớp 12 thông qua dạy học chủ đề Di truyền học quần thể mà thực có hiệu NỘI DUNG 2.1 Năng lực giải vấn đề (NLGQVĐ) 2.1.1 Định nghĩa NLGQVĐ khả cá nhân sử dụng hiệu trình nhận thức, hành động thái độ, động cơ, xúc cảm để giải tình vấn đề mà khơng có sẵn quy trình, thủ tục, giải pháp thông thường [3], [5] 2.1.2 Cấu trúc NLGQVĐ NLGQVĐ gồm bốn thành tố là: Tìm hiểu vấn đề; Thiết lập không gian vấn đề; Lập kế hoạch thực giải pháp; Đánh giá phản ánh giải pháp Mỗi thành tố bao gồm số hành vi cá nhân làm việc độc lập hoạt động nhóm q trình giải vấn đề Cụ thể hình [2] 339 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM – ĐẠI HỌC HUẾ CYS 2016 Hình Cấu trúc NLGQVĐ (4 kĩ thành phần 15 số hành vi) 2.2 Quy trình phát triển NLGQVĐ dạy học Sinh học Dựa quy trình chung phát triển NL cho người học Lê Đình Trung - Phan Thị Thanh Hội (2014) [4], xây dựng quy trình phát triển NLGQVĐ cho HS gồm có bước sau: Bước 1: Giáo viên giới thiệu khái quát NLGQVĐ GV giới thiệu khái quát NLGQVĐ gồm thành tố 15 số hành vi cần đạt (như trình bày hình 1.) để HS chủ động nắm bắt trước Đây phần định hướng cho HS bước vào trình phát triển NLGQVĐ Bước 2: Giáo viên hướng dẫn HS trải nghiệm hoạt động giải vấn đề (GQVĐ) GV phân tích nội dung học, xác định đơn vị kiến thức xây dựng thành cơng cụ như: câu hỏi, tập, tập tình huống, tốn nhận thức, dự án học tập, sơ đồ… kết hợp phương pháp kỹ thuật dạy học tích cực hướng dẫn HS hoạt động GQVĐ Giáo viên (GV) giới thiệu hoạt động GQVĐ cho HS thông qua tập, tập tình huống, tốn nhận thức… xây dựng HS xác định yêu cầu hoạt động GQVĐ Bước 3: HS lập kế hoạch thực giải pháp GQVĐ HS thảo luận, tiến hành hoạt động GQVĐ theo bước: 340 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TRẺ 2016 11/2016 GP chưa Tìm hiểu vấn đề Xác định cách thức GQVĐ, tìm giải pháp GP Thực bày giải vấn đề Sơ hiện, đồ trình Các bước hoạtpháp độngcho GQVĐ Khái quát hóa, mở rộng vấn đề Sơ đồ Các bước hoạt động GQVĐ Bước 4: Đánh giá hoạt động GQVĐ phát triển NL GV HS đánh giá hoạt động GQVĐ HS theo tiêu chí sau lần HS hoạt động, phân tích điểm đạt chưa đạt trình GQVĐ sở đánh giá việc rèn luyện kĩ GQVĐ với mục đích vừa phản hồi thơng tin để điều chỉnh thao tác, vừa cho HS thấy tiến việc sử dụng kỹ năng, để có động lực thúc đẩy việc học phát triển lực 2.3 Sử dụng toán nhận thức (BTNT) phát triển NLGQVĐ cho HS dạy học dạy học chủ đề Di truyền học quần thể, Sinh học 12 Bài tốn nhận thức dạng tập có mâu thuẫn điều biết điều chưa biết làm cho HS ý muốn khám phá, tìm tịi để giải vấn đề nêu [1] Như vậy, toán nhận thức vừa có chức định hướng tìm tịi, tức chức tổ chức hoạt động nhận thức, vừa mã hóa để tải dung lượng kiến thức, kĩ định Bài tốn nhận thức gia cơng sư phạm hợp lý động lực tâm lý kích thích tìm tịi, tranh cãi tìm cách giải đáp, phát vấn đề qua rèn luyện lực giải vấn đề Ví dụ 1: Sử dụng BTNT phát triển NLGQVĐ cho HS dạy nội dung quần thể tự phối - GV đưa toán nhận thức sau: BTNT: Một quần thể thực vật tự thụ phấn hệ xuất phát có 100% Aa - Xác định cấu trúc di truyền quần thể hệ Fn - Em có nhận xét từ kết trên? - GV chia lớp thành nhóm (mỗi nhóm 5-6 HS), tổ chức HS làm việc với sách giáo khoa, HS hoạt động nhóm hợp tác hồn thành nhiệm vụ * Tìm hiểu vấn đề - GV hướng dẫn HS hệ thống câu hỏi: Phân tích BTNT cho biết giả thiết yêu cầu cần thực gì? Thế quần thể tự thụ phấn? Trong quần thể có kiểu tự thụ phấn nào? Kết hệ kiểu tự thụ phấn đó? Rút nhận xét thành phần kiểu gen tần số alen qua hệ? 341 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM – ĐẠI HỌC HUẾ CYS 2016 - HS nghiên cứu Sách giáo khoa trang 82, thảo luận nhóm xác định cách thức, tìm giải pháp GQVĐ đặt dựa hệ thống câu hỏi định hướng giáo viên * Xác định cách thức GQVĐ, tìm giải pháp - Xác định kiểu tự thụ phấn quần thể kết kiểu tự thụ phấn đó: Bảng 2.3 Kết kiểu tự thụ phấn quần thể Các kiểu tự thụ phấn Thế hệ AA x AA AA aa x aa aa Aa x Aa 1 AA : Aa : aa 4 - Tỉ lệ kiểu gen quần thể tự thụ phấn hệ tổng tỉ lệ kiểu gen hệ xét tất kiểu tự thụ phấn tạo - Xác định tỉ lệ kiểu gen quần hệ cụ thể từ khái qt thành cơng thức tổng quát cho hệ thứ n Qua rút xu hướng di truyền quần thể tự phối * Thực hiện, trình bày giải pháp cho vấn đề Trình bày lời giải cho tốn: a) Lập bảng Bảng 2.4 Sự biến đổi thành phần kiểu gen QT tự thụ phấn qua hệ Thế hệ P F1 F2 F3 Tỉ lệ kiểu gen AA Aa aa 1 21 21 1 22 22 1 23 23 1 1 1 1 1 21 22 23 … Fn 2n 1 2n n n lớn Như qua b) Nhận xét: n lớn giá trị n nhỏ 2 hệ tự thụ phấn tỉ lệ kiểu gen dị hợp Aa giảm, đồng thời tỉ lệ kiểu gen đồng hợp (AA, aa) tăng 1 342 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TRẺ 2016 11/2016 * Khái quát hóa; mở rộng vấn đề Tổng hợp, khái qt hóa hình thành tri thức mới: + Quá trình tự phối làm cho quần thể phân thành dịng có kiểu gen khác + Cấu trúc di truyền quần thể tự phối biến đổi qua hệ theo hướng giảm dần tỉ lệ kiểu gen dị hợp tử tăng dần tỉ lệ đồng hợp tử + Quá trình tự phối không làm thay đổi tần số tương đối alen + Một quần thể tự phối hệ xuất phát có 100% Aa Cấu trúc di truyền quần thể 1 1 n 1 n AA : aa hệ n là: n Aa : 2 Mở rộng vấn đề, phát vấn đề mới: Xuất phát từ toán giải trên, GV hướng dẫn HS “thử” thay đổi, thêm bớt,… yếu tố hay điều kiện toán để phát toán tương tự tìm thấy tốn theo cách khái qt hóa, cá biệt hóa:  Thay đổi điều kiện toán từ hệ xuất phát 100% Aa thành hệ ban đầu có đủ kiểu gen AA, Aa, aa toán trở thành: (+) Dạng cụ thể: Một quần thể hệ ban đầu có cấu trúc di truyền là: 0,1AA : 0,4Aa : 0,5aa Hãy xác định cấu trúc di truyền quần thể sau hệ tự phối (+) Dạng tổng quát: Một quần thể hệ ban đầu có cấu trúc di truyền là: xAA : yAa : zaa Hãy xác định cấu trúc di truyền quần thể sau n hệ tự phối  Thay đổi điều kiện toán từ tự thụ phấn sang giao phối ngẫu nhiên Ví dụ 1: Một quần thể ngẫu phối hệ xuất phát có cấu trúc di truyền là: 0,3AA : 0,5Aa : 0,2aa Hãy xác định cấu trúc di truyền quần thể sau hệ Rút nhận xét từ kết GV hướng dẫn HS tự đặt vấn đề thực tiễn sống như: Hôn nhân cận huyết với bệnh tật di truyền đồng bào dân tộc thiểu số địa bàn tỉnh Kon Tum Ví dụ 2: Sử dụng BTNT phát triển NLGQVĐ cho HS dạy nội dung định luật Hardy Weinberg - GV đưa toán nhận thức sau: BTNT: Ở hệ xuất phát quần thể ngẫu phối có 0,4AA : 0,4Aa : 0,2aa Xác định thành phần kiểu gen hệ F1, F2, Fn Từ rút nhận xét gì? - GV chia lớp thành nhóm (mỗi nhóm 5-6 HS), tổ chức HS làm việc với sách giáo khoa đề GQVĐ tốn đặt * Tìm hiểu vấn đề - GV hướng dẫn HS tìm hiểu vấn đề hệ thống câu hỏi: Thế quần thể ngẫu phối? Trong quần thể có kiểu giao phối nào? Kết hệ kiểu giao phối đó? 343 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM – ĐẠI HỌC HUẾ CYS 2016 Làm để tìm thành phần kiểu gen hệ tiếp theo? Có nhận xét tần số alen thành phần kiểu gen quần thể qua hệ? - HS nghiên cứu Sách giáo khoa trang 85 86, thảo luận nhóm theo hệ thống câu hỏi định hướng giáo viên + Định nghĩa quần thể ngẫu phối + Xác định kiểu ngẫu phối quần thể + Để tìm thành phần kiểu gen QT hệ cần tính tần số alen hệ trước Sự ngẫu phối hệ trước kết hợp ngẫu nhiên loại giao tử đực tạo hệ * Xác định cách thức GQVĐ, tìm giải pháp - Xác định tần số alen hệ xuất phát, từ xác định thành phần kiểu gen hệ F1 tích tỉ lệ giao tử đực mang alen A, a với tỉ lệ giao tử mang alen A, a - Xác định tỉ lệ kiểu gen quần hệ cụ thể từ khái quát thành công thức tổng quát quần thể đạt trạng thái cân Qua rút xu hướng di truyền quần thể ngẫu phối * Thực hiện, trình bày giải pháp cho vấn đề Trình bày lời giải cho toán: Tần số tương đối alen hệ xuất phát: pA = 0,4 + 0, = 0,6 qa = – 0,6 = 0,4 Thành phần kiểu gen F1: ♂ 0,6A 0,4a 0,6A (0,6)2AA 0,6 × 0,4 Aa 0,4a 0,6 × 0,4 Aa (0,4) aa ♀ Cấu trúc di truyền QT F1: (0,6)2AA + (2 × 0,6 × 0,4) Aa + (0,4)2 aa =1 Có dạng: p2 AA + 2pq Aa + q2 aa = Tần số alen hệ F1: pA = (0,6)2 +  0,  0, = 0,6 qa = - 0,6 = 0,4 Tương tự ta có cấu trúc di truyền QT F2, Fn: (0,6)2 AA + (2 × 0,6 × 0,4) Aa + (0,4)2 aa =1 Có dạng: p2 AA + 2pq Aa + q2 aa = Nhận xét: - Tần số alen không đổi qua hệ 344 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TRẺ 2016 11/2016 - Cấu trúc di truyền quần thể không đổi từ hệ F1 trở có dạng: p2AA + 2pq Aa + q2 aa = * Khái quát hóa, mở rộng vấn đề - Tổng hợp, khái quát hóa hình thành tri thức mới: + Thành phần kiểu gen tần số tương đối alen quần thể ngẫu phối ổn định qua hệ điều kiện định + Xét gen với alen, QT đạt trạng thái cân Hardy - Weinberg thỏa mãn đẳng thức: p2AA + 2pqAa + q2aa = Trong đó: p tần số alen A, q tần số alen a; p+q =1 + Nếu quần thể chưa đạt trạng thái cân di truyền cần qua ngẫu phối quần thể đạt trạng thái cân hệ - Mở rộng vấn đề, phát vấn đề mới: Xuất phát từ toán giải trên, GV hướng dẫn HS “thử” thay đổi, thêm bớt,… yếu tố hay điều kiện tốn để phát tốn tương tự tìm thấy tốn theo cách khái qt hóa, cá biệt hóa: Tùy theo đối tượng HS mà mở rộng định luật Hardy - Weinberg theo hướng sau:  Cân Hardy - Weinberg với trường hợp dãy alen Hình 2.1 Nhóm máu ABO người BTNT: Nhóm máu ABO người alen khác (IA, IB i) gen qui định Mỗi alen qui định enzim xúc tác cho việc gắn loại arbohydrat đặc thù lên màng tế bào hồng cầu Nhóm máu (kiểu hình) người A, B, AB O Các chữ hai loại carbohydrat A carbohydrat B tìm thấy bề mặt tế bào hồng cầu - Công thức định luật Hardy - Weinberg viết trường hợp tính trạng nhóm máu trên? 345 TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM – ĐẠI HỌC HUẾ CYS 2016 - Cân Hardy - Weinberg với trường hợp tần số alen hai giới khác BTNT: Giả sử quần thể động vật giao phối ban đầu có tỉ lệ kiểu gen: - Ở giới cái: 0,36AA : 0,48Aa : 0,16aa - Ở giới đực: 0,64AA : 0,32Aa : 0,04aa Xác định cấu trúc di truyền quần thể hệ thứ thứ hai sau ngẫu phối Từ rút nhận xét cấu trúc di truyền quần thể? Cân Hardy - Weinberg với trường hợp gen liên kết với giới tính BTNT: Cơng thức định luật Hardy - Weinberg áp dụng cho quần thể ngẫu phối trạng thái cân bằng, locut nhiễm sắc thể thường có alen là: p2AA + 2pq Aa + q2 aa = (Trong p q tần số tương ứng alen A a) Công thức viết trường hợp locut gen nằm NST giới tính X (xét lồi giới đực dị giao tử XY tỉ lệ đực : = 1: 1) KẾT LUẬN Sử dụng BTNT theo quy trình phát triển NLGQVĐ cho HS dạy học Sinh học, tổ chức thực với chủ đề Di truyền học quần thể, Sinh học 12 số trường THPT tỉnh Kon Tum thu kết tốt Khả giải vấn đề HS cải thiện rõ rệt đồng thời kích thích ham muốn tìm hiểu khám phá, khơi dậy khả tiềm ẩn HS HS tự phát vấn đề từ kiến thức học, phát vấn đề có liên quan đến học từ thực tiễn sống để thảo luận, giải vấn đề từ tự thu nhận kiến thức TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] [2] [3] [4] [5] Bernde Meier, Nguyễn Văn Cường (2014), Lí luận dạy học đại, Nxb Đại học Sư phạm, Hà Nội Bộ Giáo dục Đào tạo (2014), Xây dựng chương trình giáo dục phổ thông theo định hướng phát triển lực học sinh, Tài liệu hội thảo, Đà Nẵng Nguyễn Trọng Khanh (2011), Phát triển lực tư kĩ thuật, Nxb Đại học Sư phạm, Hà Nội Lê Đình Trung, Phan Thị Thanh Hội (2014), Dạy học theo định hướng hình thành phát triển lực người học trường phổ thông (chuyên khảo), Nxb Đại học Sư phạm, Hà Nội Xavier Roegiers (Đào Trọng Quang, Nguyễn Ngọc Nhị dịch) (1996), Khoa sư phạm tích hợp hay Làm để phát triển lực nhà trường, Nxb Giáo dục, Hà Nội Title: THE APPLICATION OF COGNITIVE EXERCISES IN TEACHING THE ISSUE OF POPULATION GENETICS IN THE TEXTBOOK OF BIOLOGY FOR GRADE 12 TO DEVELOP STUDENTS’ PROBLEM-SOLVING CAPACITY Abstract: Problem-solving capacity is one of the most crucial competences expected from a high school student This article analysed the constituents of problem-solving capacity, proposed a students’ competence developing process and suggested applying cognitive exercises in teaching the issue of population genetics in the textbook of Biology for Grade 12 as to develop problem-solving capacity 346 KỶ YẾU HỘI NGHỊ KHOA HỌC TRẺ 2016 11/2016 Keywords: teaching population genetics; develop problem-solving capacity; Biology for Grade 12; cognitive math problems THÁI THỊ LAM Giáo viên trường THPT Chuyên Nguyễn Tất Thành, tỉnh Kon Tum Học viên Cao học, chuyên ngành Lý luận Phương pháp dạy học mơn Sinh học, khóa 23 (20142016) Số điện thoại: 01697304977; Email: thaithilamckt@gmail.com 347 ... để điều chỉnh thao tác, vừa cho HS thấy tiến việc sử dụng kỹ năng, để có động lực thúc đẩy việc học phát triển lực 2.3 Sử dụng toán nhận thức (BTNT) phát triển NLGQVĐ cho HS dạy học dạy học chủ. .. chủ đề Di truyền học quần thể, Sinh học 12 Bài toán nhận thức dạng tập có mâu thuẫn điều biết điều chưa biết làm cho HS ý muốn khám phá, tìm tịi để giải vấn đề nêu [1] Như vậy, tốn nhận thức. .. trình phát triển NLGQVĐ cho HS dạy học Sinh học, tổ chức thực với chủ đề Di truyền học quần thể, Sinh học 12 số trường THPT tỉnh Kon Tum thu kết tốt Khả giải vấn đề HS cải thiện rõ rệt đồng thời