“Nghiên cứu thiết kế và sử dụng sách giáo khoa điện tử trong dạy học phép biến hình trên mặt phẳng theo hướng tổ chức các hoạt động khám phá”

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO VIỆN KHOA HỌC GIÁO DỤC VIỆT NAM NGUYỄN NGỌC GIANG “Nghiên cứu thiết kế sử dụng sách giáo khoa điện tử dạy học phép biến hình mặt phẳng theo hướng tổ chức hoạt động khám phá” Chuyên ngành: Lý luận Phương pháp dạy học mơn Tốn Mã số: 62.14.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS TS ĐÀO THÁI LAI PGS TS TRẦN TRUNG HÀ NỘI - 2016 LỜI CÁM ƠN Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến thầy giáo ngồi Viện khoa học giáo dục Việt Nam, Trung tâm đào tạo bồi dưỡng Viện khoa học giáo dục Việt Nam hỗ trợ, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi thời gian tác giả làm nghiên cứu sinh đưa góp ý q báu q trình tác giả thực luận án Nhân dịp này, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS TS Đào Thái Lai PGS TS Trần Trung, người tận tình hướng dẫn, dìu dắt tác giả suốt thời gian qua Cuối cùng, tác giả xin chân thành cám ơn bạn bè, đồng nghiệp gia đình ln động viên, giúp đỡ để tác giả hoàn thành luận án Do điều kiện chủ quan khách quan, luận án chắn cịn thiếu sót Tác giả mong nhận ý kiến phản hồi để tiếp tục hoàn thiện, nâng cao chất lượng luận án Hà Nội, ngày tháng năm 2016 Tác giả Nguyễn Ngọc Giang LỜI CAM ĐOAN Tơi xin cam đoan luận án cơng trình nghiên cứu thực hướng dẫn PGS TS Đào Thái Lai PGS TS Trần Trung Các kết trình bày luận án trung thực, có nguồn trích dẫn Các kết cơng bố chung đồng nghiệp cho phép sử dụng đưa vào luận án Nghiên cứu sinh Nguyễn Ngọc Giang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ CHỮ VIẾT TẮT Ký hiệu, viết tắt Viết đầy đủ CNTT & TT Công nghệ thông tin truyền thông DHKP Dạy học khám phá DHPN Dạy học phân nhánh ĐC Đối chứng GV Giáo viên HS Học sinh KTĐT Kiểm tra điện tử NC Nghiên cứu NVTH Nhiệm vụ tự học SĐT Sách điện tử SGK Sách giáo khoa SGKĐT Sách giáo khoa điện tử THPT Trung học phổ thông TN Thực nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm MỤC LỤC Mở đầu 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Khách thể, đối tượng nghiên cứu 5 Nội dung phạm vi nghiên cứu 6 Phương pháp luận phương pháp nghiên cứu .7 Những đóng góp luận án 8 Ý nghĩa lí luận thực tiễn luận án Những luận điểm đưa bảo vệ 10 Cấu trúc luận án Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ SỬ DỤNG SÁCH GIÁO KHOA ĐIỆN TỬ TRONG DẠY HỌC PHÉP BIẾN HÌNH TRÊN MẶT PHẲNG THEO HƯỚNG TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG KHÁM PHÁ 10 1.1 Vấn đề đổi phương pháp dạy học .10 1.1.1 Nhu cầu đổi phương pháp dạy học .10 1.1.2 Định hướng đổi phương pháp dạy học .10 1.1.3 Dạy học tích cực 11 1.2 Tổ chức hoạt động khám phá cho học sinh 12 1.2.1 Dạy học khám phá 12 1.2.2 Các mức độ hoạt động khám phá .12 1.2.3 Quy trình, nguyên tắc đặc điểm dạy học khám phá .13 1.2.4 Tổ chức học theo hướng khám phá cho học sinh 19 1.3 Ứng dụng Công nghệ thông tin truyền thơng dạy học tốn trường Trung học phổ thông 21 1.3.1 Ứng dụng Công nghệ thông tin truyền thông đổi sâu sắc hệ thống phương pháp dạy học 21 1.3.2 Tổ chức hoạt động khám phá cho học sinh dạy học tốn với hỗ trợ cơng nghệ thơng tin 23 1.4 Một số vấn đề sách giáo khoa điện tử 25 1.4.1 Sách giáo khoa 25 1.4.2 Quan niệm sách giáo khoa điện tử 28 1.4.3 Đặc điểm sách giáo khoa điện tử 29 1.4.4 Phân loại sách giáo khoa điện tử 32 1.4.5 Cấu trúc sách giáo khoa điện tử theo hướng hỗ trợ hoạt động khám phá học sinh 34 1.4.6 Vai trò giáo viên học sinh dạy học sách giáo khoa điện tử 35 1.4.7 Quy trình thiết kế sách giáo khoa điện tử 37 1.4.8 Khả sử dụng sách giáo khoa điện tử hỗ trợ hoạt động khám phá học sinh 37 1.4.9 Những hạn chế nảy sinh sử dụng sách giáo khoa điện tử 38 1.5 Lí chọn phép biến hình mặt phẳng thiết kế sử dụng sách giáo khoa điện tử theo hướng tổ chức hoạt động khám phá trường Trung học phổ thông 39 1.5.1 Phép biến hình mặt phẳng thiết kế sách giáo khoa điện tử .39 1.5.2 Các hoạt động học tập phần phép biến hình 39 1.6 Các yêu cầu sư phạm sách giáo khoa điện tử hỗ trợ dạy học phép biến hình mặt phẳng theo hướng tổ chức hoạt động khám phá cho học sinh Trung học phổ thông 40 1.6.1 Các yêu cầu sư phạm chung sách giáo khoa điện tử hỗ trợ dạy học trường Trung học phổ thông 40 1.6.2 Các yêu cầu sư phạm đặc thù sách giáo khoa điện tử hỗ trợ dạy học phép biến hình mặt phẳng theo hướng tổ chức hoạt động khám phá 41 1.6.3 Sử dụng sách giáo khoa điện tử dạy học toán 43 1.7 Thực trạng sử dụng sách giáo khoa điện tử dạy học phép biến hình mặt phẳng trường Trung học phổ thông 43 1.7.1 Tình hình phát triển, sử dụng sách giáo khoa điện tử giới 43 1.7.2 Việc phát triển, sử dụng sách giáo khoa điện tử Việt Nam 45 Kết luận chương .51 Chương 2: NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ VÀ SỬ DỤNG SÁCH GIÁO KHOA ĐIỆN TỬ TRONG DẠY HỌC PHÉP BIẾN HÌNH TRÊN MẶT PHẲNG THEO HƯỚNG TỔ CHỨC CÁC HOẠT ĐỘNG KHÁM PHÁ .53 2.1 Khái quát chương trình hình học phẳng trường Trung học phổ thông 53 2.2 Nguyên tắc thiết kế sách giáo khoa điện tử hỗ trợ dạy học phép biến hình mặt phẳng theo hướng tổ chức hoạt động khám phá 58 2.2.1 Thiết kế sách giáo khoa điện tử đảm bảo chuẩn kiến thức, kĩ 58 2.2.2 Đảm bảo tính linh hoạt, khả cập nhật cao, tính mở, tạo khả liên kết với nguồn học liệu khác thiết kế sách giáo khoa điện tử hỗ trợ dạy học phép biến hình mặt phẳng 59 2.2.3 Đảm bảo tính tương tác cao, phối hợp nhiều dạng tương tác thiết kế sách giáo khoa điện tử hỗ trợ dạy học phép biến hình mặt phẳng theo hướng tổ chức hoạt động khám phá, tạo môi trường để học sinh hoạt động trải nghiệm 59 2.2.4 Đảm bảo khả lưu trữ kết thể tiến trình hoạt động học tập với sách giáo khoa điện tử học sinh 60 2.2.5 Đáp ứng yêu cầu dạy học phân hóa với mức độ phân nhánh phù hợp với đối tượng học sinh Trung học phổ thông .60 2.2.6 Cung cấp phản hồi kịp thời, đảm bảo khả điều hướng cho giáo viên học sinh, tạo tính thân thiện với người học dạy học với sách giáo khoa điện tử 61 2.3 Xây dựng sách giáo khoa điện tử hỗ trợ dạy học phép biến hình mặt phẳng theo hướng tổ chức hoạt động khám phá 61 2.3.1 Quy trình xây dựng sách giáo khoa điện tử phép biến hình mặt phẳng 61 2.3.2 Cấu trúc sách giáo khoa điện tử phép biến hình mặt phẳng 63 2.3.3 Cơ sở liệu sách giáo khoa điện tử 72 2.3.4 Các chức hỗ trợ dạy học phép biến hình mặt phẳng theo hướng dạy học khám phá sách giáo khoa điện tử 73 2.3.5 Các liên kết với nguồn học liệu bên 78 2.4 Sử dụng sách giáo khoa điện tử hỗ trợ dạy học phép biến hình mặt phẳng theo hướng tổ chức hoạt động khám phá 79 2.4.1 Tiến trình dạy học học sách giáo khoa điện tử theo hướng tổ chức hoạt động khám phá 79 2.4.2 Tiến trình học sinh học học sách giáo khoa điện tử theo hướng tổ chức hoạt động khám phá khơng có bước học lớp 104 Kết luận chương 104 Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 107 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 107 3.2 Nội dung phương pháp thực nghiệm sư phạm 107 3.2.1 Nội dung thực nghiệm sư phạm 107 3.2.2 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 108 Mở đầu Lí chọn đề tài Luật Giáo dục, điều 5.2 có ghi: Phương pháp giáo phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, tư sáng tạo người học; bồi dưỡng cho người học lực tự học, khả thực hành, lòng say mê học tập ý chí vươn lên [16] Chiến lược phát triển giáo dục 2011-2020 Thủ tướng Chính phủ phê duyệt nêu rõ: “Tiếp tục đổi phương pháp dạy học đánh giá kết học tập, rèn luyện theo hướng phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo lực tự học người học Đẩy mạnh ứng dụng CNTT & TT dạy học … Biên soạn sử dụng giáo trình, SGKĐT …” [52] Như vậy, chủ trương Đảng, Nhà nước đặt yêu cầu đổi theo hướng đại hóa nội dung chương trình, phương pháp dạy học kiểm tra đánh giá kết học tập Trong phải thường xuyên cải tiến nội dung, phương pháp dạy học, nhanh chóng bắt kịp xu đổi phương pháp dạy học đại nhằm hình thành, phát triển nhân cách, tính tích cực, động, sáng tạo lực giải vấn đề cho HS CNTT & TT ngày phát triển thâm nhập vào lĩnh vực khoa học đời sống Các phương tiện thiết bị đại máy tính, điện thoại thơng minh, Ipad, kết nối mạng Internet trở nên quen thuộc thiếu sống Có thể nói, CNTT & TT tạo nên xã hội phẳng, nơi người vùng miền khác có hội học tập, trao đổi thông tin, làm việc, tương tác giao lưu dễ dàng Kết NC cơng trình nước giới cho thấy, việc ứng dụng CNTT & TT dạy học giải khâu trình dạy học Chẳng hạn khâu chiếm lĩnh tri thức mới, rèn luyện kĩ năng, vận dụng kiến thức, kiểm tra, đánh phát triển ngôn ngữ, phát triển tư duy, phát triển lực tự học giáo dục nhân cách, đạo đức người học Chính CNTT & TT ngày đóng vai trị quan trọng giáo dục Theo Nguyễn Bá Kim [13], Lê Huy Hoàng [69] nhiều tác giả khác, ưu điểm trội CNTT trợ giúp dạy học gồm: Thứ nhất, việc ứng dụng CNTT dạy học khiến máy tính trở thành công cụ hỗ trợ đắc lực cho trình dạy học, cụ thể là: -1- Khả biểu diễn thơng tin: Máy tính cung cấp thơng tin dạng văn bản, đồ thị, hình ảnh, âm Sự tích hợp máy tính cho phép mở rộng khả biểu diễn thông tin, nâng cao việc trực quan hoá tài liệu dạy học Khả giải khối thống trình thơng tin, giao lưu điều khiển dạy học: Dưới góc độ điều khiển học q trình dạy học trình điều khiển hoạt động nhận thức HS Với chương trình phù hợp, máy tính điều khiển hoạt động nhận thức HS việc cung cấp thông tin, tổ chức hoạt động HS, thu nhận thông tin ngược, xử lý thông tin đưa đánh giá hỗ trợ cần thiết giúp hoạt động nhận thức HS đạt kết cao Tính lặp lại dạy học: Khác với GV, máy tính lưu trữ lượng thơng tin đó, cung cấp lặp lại cho HS đến mức đạt mục đích sư phạm cần thiết Trên sở này, phát triển cá thể HS trình dạy học trở thành thực Điều tạo điều kiện thuận lợi cho việc cá thể hoá q trình dạy học Khả mơ hình hố đối tượng: Đây khả lớn máy tính Nó mơ hình hố đối tượng, xây dựng phương án khác nhau, so sánh chúng từ tạo phương án tối ưu Khả lưu trữ khai thác thông tin: Với nhớ ngồi có dung lượng nay, máy tính lưu trữ lượng lớn liệu Điều cho phép thành lập ngân hàng liệu Các máy tính cịn kết nối với tạo thành mạng cục hay kết nối với mạng thơng tin tồn cầu Internet Đó tiền đề giúp GV HS dễ dàng chia sẻ khai thác thông tin xử lý chúng có hiệu [69] Thứ hai, ứng dụng CNTT dạy học hỗ trợ cho nhiều hình thức dạy học khác dạy học giáp mặt (face to face); dạy học từ xa (distance learning); phòng đào tạo trực tuyến (online training lab); học dựa công nghệ web (web based training); học điện tử (e-learning) đáp ứng nhu cầu học tập ngày cao thành phần khác xã hội [69] Thứ ba, ứng dụng CNTT dạy học dẫn đến việc giao cho máy tính thực số chức người thầy giáo khâu khác q trình dạy học Nhờ đó, xây dựng chương trình dạy học mà máy thay số công việc người GV [69] SGKĐT cụ thể hóa ứng dụng CNTT dạy học SGKĐT có ưu điểm trội mà SGK giấy khơng có như: nội dung thường định dạng để xem hình, đóng gói vận chuyển dễ dàng; có hình ảnh bắt mắt, cỡ chữ phóng to, thu nhỏ; tương tác, phản hồi; có video, hình ảnh, âm sống động SGKĐT bảo vệ quyền công nghệ kĩ thuật số không cho phép copy, in ấn (nếu chưa phép) nội dung cập nhật thường tải từ Internet Trên giới có nhiều nước quan tâm đặc biệt đến nghiên cứu thiết kế sử dụng SGKĐT: - Ý tưởng đời SGKĐT cho Bob Brown vào năm 1930 (ông viết ý tưởng The Readies, Rice University Press, 2009) [45] - Năm 1949, GV người Tây Ban Nha tên Angela Ruiz Robles muốn giảm số lượng sách HS mang đến trường nên sáng chế sách điện tử Cuốn sách có tên là: la Enciclopedia Mecánica [45] - Thập niên 1980, Bộ quốc phòng Mỹ bắt đầu phát triển ý tưởng thiết bị điện tử cầm tay lưu trữ thơng tin dự án có tên PEAM John K Harkins Stephen H Morriss coi cha đẻ sáng chế thiết bị PEAM hồn thành vào năm 1985 [45] - Vào khoảng tháng năm 2010, trang bán sách trực tuyến mạng tiếng Amazon tuyên bố, doanh số bán SĐT vượt qua doanh số bán sách giấy Theo Amazon, họ bán 140 đầu sách điện tử với 100 đầu sách bìa cứng [45] Ở nước ta, có số cơng trình nghiên cứu liên quan đến SGKĐT, chẳng hạn: - Hà Văn Quỳnh [18] làm chủ nhiệm đề tài cấp Viện, mã số V2013-04 (Viện KHGD Việt Nam năm 2013-2014): Nghiên cứu thực trạng xu hướng sử dụng sách điện tử giáo dục phổ thông đề cập đến số vấn đề khái niệm SĐT; SGKĐT; lịch sử hình thành phát triển SĐT; vai trị SGKĐT; ưu hạn chế SĐT SGKĐT; tranh thực