dạy học chủ đề hàm số luỹ thừa hàm số mũ hàm số logarit theo hướng phát triển năng lực mô hình hoá toán học cho học sinh luận văn thạc sĩ sư phạm toán học

Trong thông tư có đề cập đến: “Chương trình giáo dục phô thông bảo đảm phát triển phẩm chất và năng lực người học thông qua nội dung giáo dục với những kiến thức, kỹ năng cơ bản, thiết t

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

HÓA TOÁN HỌC CHO HỌC SINH

LUẬN VĂN THẠC sĩ su PHẠM TOÁN HỌC

CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHUONG PHÁP DẠY HỌC

Bộ MÔN TOÁN HỌC

Mã số: 8140209.01

Người hướng dẫn khoa học: TS NGUYỄN TRUNG HIẾU

HÀ NỘI - 2024

LỜI CAM ĐOAN

Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác già,được hoàn thành với sự hướng dẫn và giúp đỡ của TS Nguyễn Trung Hiếu.Các số liệu, kết quả được trình bày trong luận án là trung thực

Tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm trước lời cam đoan của mình

Hà Nội, ngày 20 tháng 12 năm 2023

Học viên

Trần Đức Hiếu

LỜI CẢM ƠN

Sau một thời gian tiến hành triển khai nghiên cứu, tôi đã hoàn thành nội dung luận văn “Dạy học hàm số lũy thừa, hàm số mũ, hàm số logarit theo hướng phát triển năng lực mô hình hóa toán học cho học sinh” Luận vănđược hoàn thành không chỉ nhờ tác giả mà còn nhờ sự hồ trợ tích cực của nhiều cá nhân và tổ chức

Lời đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn tới TS Nguyễn Trung Hiếu, ngườitrực tiếp hướng dẫn cho luận văn cho tôi Tôi đã nhận được nhiều ý kiến vànhận xét quan trọng từ thầy, cũng như nhiều thời gian và tâm sức để chỉnh sữamột số chi tiết nhỏ trong luận văn, điều này đã giúp luận văn của tôi trở nênhoàn thiện hơn về mặt nội dung và hình thức Thầy đã giúp tôi định hướng và

có một góc nhìn toàn diện đúng đắn về đề tài nghiên cứu và các kiến thứcchuyên môn Thầy luôn giúp đỡ, hỗ trợ tôi hoàn thành luận văn đúng tiến độ

và có trách nhiệm với đề tài cùa mình

Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu trường Đại họcGiáo dục - Đại học quốc gia Hà Nội, khoa sau đại học đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại trường Bên cạnh đó tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới quý thầy cô giảng viên đã tận tình giảng dạy,truyền thụ kiến thức và kinh nghiệm quý báu, đồng thời mớ rộng, khắc sâukiến thức chuyên môn về chuyên ngành lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Toán cho sinh viên

Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình, bạn bè, các anh/chị cùng lớp cao học lớp Lí luận và Phương pháp dạy học Toán khóa QH

- 2022 vì đã luôn động viên, quan tâm giúp đỡ tôi trong quá trình học tập vàthực • •hiện luận văn.•

MỤC LỤC

Trang

Lời cam đoan i

Lời cảm ơn ii

Danh mục các chữ viết tắt iii

Danh mục các bảng vi

Danh mục biểu đồ và sơ đồ vii

MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG 1: Cơ SỞ LÝ LUẬN CỦA VẤN ĐÈ NGHIÊN cứu 6

1.1 Lịch sử nghiên cứu liên quan đến đề tài 6

1.2 Mô hình hóa toán học 7

1.2.1 Mô hình hóa 7

1.2.2 Mô hình hóa toán học 9

1.2.3 Quy trình mô hình hoá toán học 10

1.2.4 Một số nguyên tắc mô hình hoá Toán học 13

1.2.5 Năng lực mô hình hóa toán học 15

1.2.6 Dạy học phát triển năng lực 18

1.3 Cơ sở đánh giá năng lực mô hình hóa toán học cho học sinh 20

1.3.1 Yêu cầu cần đạt đối với năng lực mô hình hóa cấp THPT 20

1.3.2 Cấp độ và biểu hiện của năng lực mô hỉnh hóa toán học trong dạy học 22

1.4 Phân tích nội dung chủ đề hàm sổ lũy thừa, hàm sổ mũ, hàm số logarit trong chương trình giáo dục THPT 26

1.5 Thực trạng vấn đề nghiên cứu 29

1.5.1 Một số kết quả từ các nghiên cứu trước đây 29

1.5.2 Mục tiêu khảo sát 30

1.5.3 Hình thức khảo sát 30

1.5.4 Nội dung điều tra 31

1.5.5 Phân tích kết quả điều tra 31

KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 37

CHƯƠNG 2: BIỆN PHÁP DẠY HỌC CHỦ ĐÉ HÀM SÓ LŨY THỪA,

HÀM SỐ MỦ, HÀM SÓ LOGAR1T THEO HƯỚNG PHÁT TR1ÉN

NĂNG Lực MÔ HÌNH HÓA TOÁN HỌC CHO HỌC SINH 39

2.1 Các nguyên tắc đề xuất biện pháp dạy học 39

2.1.1 Nguyên tắc 1: Đảm bảo tính mục tiêu 39

2.1.2 Nguyên tắc 2: Đảm bảo tính thực tiễn 41

2.1.3 Nguyên tắc 3: Đảm bảo tính tích cực, chủ động và sáng tạo trong học tập 42

2.1.4 Nguyên tắc 4: Đảm bảo tính khả thi 44

2.2 Biện pháp dạy học chủ đề hàm số lũy thừa, hàm số mũ, hàm số logarit nhằm phát triển năng lực mô hình hóa toán học cho học sinh 45

2.2.1 Biện pháp 1 Rèn luyện kì năng xác định định biến, đặt biến cho học sinh trong dạy học chù đề hàm số lũy thừa, hàm số mũ, hàm số logarit 45

2.2.2 Biện pháp 2 Sử dụng phương pháp bắc giàn giáo trong quá trình mô hình hóa bài toán cho học sinh 50

2.2.3 Biện pháp 3 Xây dựng hệ thống bài tập nhàm phát triển năng lực mô hình hóa toán học• • • •cho học sinh dựa trên các mức độ 54

KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 64

CHƯƠNG 3: THựC NGHIỆM SƯ PHẠM 66

3.1 Mục tiêu, nội dung thực nghiệm SU’ phạm 66

3.1.1 Mục tiêu thực nghiệm sư phạm 66

3.1.2 Nội dung thực nghiệm sư phạm 66

3.1.3 Đối tượng thực nghiệm sư phạm 67

3.2 Tổ chức thực nghiệm sư phạm 67

3.3 Kết quả và đánh giá thực nghiệm SU’ phạm 68

3.3.1 Đánh giá định tính 68

3.3.2 Đánh giá định lượng 69

KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 74

KẾT LUẬN CHUNG VÀ ĐÁNH GIÁ 75

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78

PHỤ LỤC

V

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 1.1 Yêu câu cân đạt đôi với NL MHH ở câp trung học phô

thông (Ministry of Education and Training, 2018, p.l 1).20Bảng 1.2 Bảng mô tả NL thành phần, tiêu chí và kĩ năng ứng với

tùng NL thành phần 21Bảng 1.3 Thang đánh giá NLMHHTH của Ludwig và Xu (2010) 22Bảng 1.4 Mô tả cấp độ và biểu hiện năng lực mô hình hóa toán học

của học sinh 23Bảng 1.5 Nội dung chủ đề hàm số lũy thừa, hàm số mũ, hàm số logarit 27Bảng 3.1 Bảng phân bố tần số kết quả của bài kiểm tra lóp lực thực

nghiệm (TN) và lớp đối chứng (ĐC) 69Bảng 3.2 Bảng phân bố tần số (ghép lóp) kết quả của bài kiểm tra

lóp thực nghiệm và lóp đối chứng 69Bảng 3.3 Bảng phân bố (ghép lớp) tần suất điểm kiểm tra 69Bảng 3.4 Bảng phân bố tần số kết quả trung bình của bài kiểm tra theo

từng bài của lóp thực nghiệm (TN) và lóp đối chứng (ĐC) 69

I

DANH MỤC BIÊU ĐỒ VÀ sơ ĐỒ

Biểu đồ 1.1 Biểu đồ thống kê mong muốn được biết thêm các ứng

dụng thực tế của những kiến thức Toán học 32Biểu đồ 1.2 Biểu đồ thống kê của HS về mức độ thường xuyên tự tìm

hiếu những ứng dụng trong thực tiễn của môn Toán 32Biêu đô 1.3 Biêu đô thông kê vê mức độ thường xuyên sử dụng bài

toán thực tiễn trong dạy học của thầy cô 33Biểu đồ 1.4 Biểu đồ thống kê ý kiến của giáo viên về mức độ quan

tâm đến việc dạy dạy học theo hướng tăng cường mối liên

hệ toán học và thực tiễn 34Biểu đồ 1.5 Biểu đồ thống kê mức độ thường xuyên tìm hiểu ứng dụng

của Toán học trong thực tiễn có liên hệ với kiến thức toán học ở trường phổ thông của GV 34

Biểu đồ 1.6 Biểu đồ thống kê mức độ thường xuyên tự thiết kế các bài

toán thực tế khi dạy học một chủ đề nào đó 35Biểu đồ 3.1 Phân bố tần số điểm bài kiểm tra 70Biểu đồ 3.2 Biểu đồ phân bố kết quả (ghép lớp) của lớp thực nghiệm

và lớp đối chứng 70Biểu đồ 3.3 Biểu đồ phhân bố tần xuất điểm kiểm tra lớp thực nghiệm

và lớp đối chửng 71Biểu đồ 3.4 Biểu đồ phân bố điểm trung bình theo tùng bài trong đề

kiểm tra 71

Sơ đồ 1.1 MHH trong thực tế 11

MỞ ĐÀU

1 Lý do chọn đề tài

Đối mới, cải tiến giáo dục vẫn luôn là một trong những ưu tiên hàng đầucủa Đảng và nhà nước kể từ trước đến nay - khi chúng ta đang trong qua trình thực hiện sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa Con người là một thành tổkhông thể thiếu, cốt lõi cho sự phát triển bền vững, lâu dài cho xã hội Việt Nam.Chính bởi lẽ đó, cùng với quá trình hội nhập quốc tế, đất nước Việt Nam nóichung và nền giáo dục nói riêng luôn phải làm mới, học hỏi, trau dồi đế đào tạo,giáo dục một đội ngũ nhân lực lao động có đầy đủ năng lực và cả phẩm chất:chủ động, sáng tạo, tự chủ, trách nhiệm trong công việc để không bị tụt hậu trên đường đua cạnh tranh trí tuệ trong thời đại 4.0 hiện nay

Chính vì vậy việc đối mới giáo dục, cụ thể hơn là việc đối mới phươngpháp dạy và học để tiếp cận trình độ giáo dục phổ thông của các nước pháttriển, đồng thời cung cấp cho học sinh những kiến thức, cách thức tiếp cận vớihọc liệu nước ngoài là một nhiệm vụ mang tính thời sự và tính tất yếu nhằmnâng cao chất lượng giáo dục thế hệ trẻ trong giai đoạn mới có đủ năng lực, trí tuệ có thề đáp ứng những yêu cầu của xã hội

Bộ Giáo Dục và Đào Tạo đã ban hành Chương trình Giáo dục phổthông mới môn Toán ban hành kèm theo Thông tư số 32/2018/TT-BGDĐTvào ngày 28/2/2018 Trong thông tư có đề cập đến: “Chương trình giáo dục phô thông bảo đảm phát triển phẩm chất và năng lực người học thông qua nội dung giáo dục với những kiến thức, kỹ năng cơ bản, thiết thực, hiện đại; hài hoà đức, trí, the, mĩ; chú trọng thực hành, vận dụng kiến thức, kỹ năng đã học đê giải quyết vẩn đề trong học tập và đời song; tích hợp cao ở các lóp học dưới, phân hoá dần ở các lớp học trên; thông qua các phương pháp, hình thức tô chức giáo dục phát huy tính chủ động và tiềm năng của mỗi học sinh, các phương pháp đánh giá phù hợp với mục tiêu giáo dục và phương pháp giáo dục đê đạt được mục tiêu đó ” Đặc biệt thông tư có nói cụ thể về những

1

yêu cầu, mục tiêu đối với môn Toán như sau: “Môn Toán giúp cho học sinh

có cái nhìn tương đối tổng quát về toán học, hiểu được vai trò và những ímg dụng cùa toán học trong thực tiễn, những ngành nghề có liên quan đến toán học đê học sinh cỏ cơ

sở định hướng nghề nghiệp, cũng như có khả năng tự mình tìm hiếu những vấn đề có liên quan đến toán học trong suốt cuộc đờĩ\ “ Môn Toán ờ trường phô thông góp phần hình thành và phát triển các phẩm chất chủ yếu, năng lực chung và năng lực toán học cho học sình; phát triển kiến thức, kỹ năng then chốt và tạo cơ hội để học sinh được trải nghiêm, vận dụng toán học vào thực tiễn; tạo lập sự kết nối giữa các ý tưởng toán học, giữa Toán học với thực tiễn, giữa Toán học với các môn học và hoạt động giáo dục khác Nhưng chương trình toán phố thông hiện hành tập trung vào kiến thức lý thuyết nên học sinh gặp nhiều vấn đề trong việc tiếp nhận tri thức và phát triển tư duy cánhân Đe cải thiện sự húng thú, tính tích cực và chủ động trong quá trình tiếp thu tri thức toán, giáo viên ở trường phổ thông cần vận dụng linh hoạt các học liệu nước ngoài đã được nâng cấp và cải tiến Theo Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể, trong dạyhọc Toán, một trong những năng lực cần hình thành cho học sinh (HS) là năng lực môhình hóa (MHH) toán học [2] Theo [3], các thành tố của năng lực MHH trong dạy học Toán gồm:

- Đơn giản hóa toán học, loại bỏ các yêu tố phi toán học, xử lý yêu cầu của bài toán;

- Làm rõ mục tiêu của bài toán, ý nghĩa của bài toán;

- Đặc biệt tình huống thực tế; xác định biến, tham số và hằng số liênquan Tôi muốn tìm một cách để liên hệ với các biến số; lựa chọn mô hìnhtoán học; mô hinh hình bằng biểu đồ, đồ thị, xử lý số liệu thực tế;

- Kết hợp các vấn đề trong thực tế Vì vậy, để đạt được năng lực này,bạn phải thực hiện các hoạt động saư:

+ Mô tả các tình huống đặc biệt bằng cách sử dụng các mô hình toán học như công thức, phương trình, bàng biểu, đồ thị, trong bài toán thực tế;

+ Giải quyết các vấn đề toán học trong mô hình đã bị lỗi;

2

+ Thực hiện và đánh giá lời giải trong bối cảnh thực tiễn và cải tiến.Điều chỉnh mô hình bằng cách sử dụng giải quyết không phù họp.

Thông qua hoạt động MHH toán học đề mô tả các tình huống đưa ra,giải quyết các bài toán thực tiễn, giúp HS không những nắm vững kiến thức, mối liên hệ giữa toán học với thực tiễn mà còn hình thành và phát triển nănglực MHH cho các em Trong chương trình môn Toán ở lóp 12, khái niệm

“hàm số luỳ thừa, hàm số mũ, hàm số logarit” có mối liên hệ chặt chẽ với các hiện tượng thực tiễn và có ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khoa học; có thể biểu diễn đồ thị của hàm số thông qua hình vẽ, sơ đồ Do vậy, trong luận văn này, tôi đề cập việc dạy học chủ đề “hàm số luỹ thừa, hàm số mũ, hàm sốlogarit” (Đại số và Giải tích 12) nhằm phát triển năng lực mô hình hóa toánhọc• •cho học sinh

2 Mục tiêu nghiên cứu

Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là dựa trên cơ sở nghiên cứu lí luận

và thực tiễn dạy và học bộ môn Toán, từ đó đề xuất một số biện pháp dạy họcchủ đề hàm số luỹ thừa, hàm số mũ, hàm số logarit, nhằm phát triển năng lực

mô hình hóa toán học cho học sinh Từ đó, nâng cao hiệu quả trong quá trìnhdạy và học, giúp phát triển kỳ năng năng dạy học của giáo viên và tạo hứngthú học tập, nâng cao khả năng giải quyết vấn đề toán học cho học sinh

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

-Tìm hiểu lý luận về mô hình hoá Toán học

-Tìm hiểu thực trạng dạy học chủ đề hàm số lũy thừa, hàm số mũ, hàm

số logarit trong các trường THPT hiện nay

-Nghiên cứu và phân tích các khó khăn mà học sinh thường gặp phảitrong quá trình học tập các chủ đề này, từ đó đề xuất các giải pháp để giúp họcsinh vượt qua những khó khăn này và tiếp cận với môn học một cách hiệu quả

-Đề xuất một số biện pháp sư phạm hồ trợ giáo viên vận dụng trong dạy chù đề hàm số luỳ thừa, hàm số mũ, hàm số logarit nhằm phát triển năng

3

lực mô hình hóa toán học cho học sinh, từ đó nâng cao chât lượng dạy và học.

-Tiến hành thực nghiệm những biện pháp đề xuất ở trường THPT

4 Khách thế và đối tượng nghiên cứu

- Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy học chủ đề hàm số luỳ thừa, hàm số mũ, hàm số logarit tại trường THPT

- Đối tượng nghiên cứu: Một số biện pháp dạy học trong chủ đề hàm

số luỹ thừa, hàm số mũ, hàm số logarit nhằm phát triển năng lực mô hình hóa toán học cho học sinh tại trường THPT

6 Giă thuyết khoa học

Nếu đề xuất được các phương pháp, công cụ và biện pháp sư phạm đểdạy học chủ đề hàm số lũy thừa, hàm số mũ, hàm số logarit một cách hợp lí,hiệu quả, phù hợp với mục tiêu, yêu cầu của Chương trình Giáo dục phổthông môn Toán 2018 sẽ nâng cao chất lượng dạy và học môn Toán ờ THPT,giúp lớp học trở nên chủ động hơn và chuyển đổi vai trò của giáo viên trong lớp học, kích thích niềm dam mê, tính tích cực, phát triển năng lực mô hình hóa toán học, khả năng tư duy, lập luận cũng như tự nghiên cứu của học sinhtrong bộ môn Toán học

7 Giới hạn và phạm vi nghiên cứu

Đồ xuất một số biện pháp trong dạy học chủ đề hàm số luỹ thừa, hàm

số mũ, hàm số logarit theo sách giáo khoa Đại số và Giải tích lớp 12 theo

4

hướng phát triên năng lực mô hình hóa toán học cho học sinh.

8 Phương pháp nghiên cứu

• Phương pháp nghiên cứu lý luận: Tìm hiếu, nghiên cứu các công trìnhkhoa học, tài liệu, luận án liên quan đến mô hình hoá toán học

• Phương pháp điều tra quan sát: Tổ chức khảo sát thực trạng áp dụng

kỹ thuật dạy học mô hình hoá Toán học trong dạy và học Toán tại trường THPT Chuyên Hà Nội Amsterdam Quan sát thái độ học tập của học sinh qua các giờ học Điều tra mức độ phát triển tư duy phản biện cùa học sinh thôngqua các bài kiểm tra

• Phương pháp thực nghiệm sự phạm: Thực nghiệm sư phạm để kiểm nghiệm tính khả thi của đề tài

• Thống kê toán học: Dùng phương pháp thống kê toán học để xử lý sốliệu trước và sau khi thực nghiệm sư phạm

9 Cấu trúc luận văn

Ngoài phần Mở đầu, Ket luận và Tài liệu tham khảo, luận văn dự kiếngồm 3 chương:

Chương 1 Cơ sở lí luận và thực tiễn

Chương 2 Một số biện pháp dạy học chủ đề hàm số lũy thừa, hàm số

mũ, hàm số logarit theo hướng phát triển năng lực mô hình hóa toán học chohọc sinh

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

5

Lý do cơ bản dẫn các nhà giáo dục đến với việc dạy học phát triển mô hình

7 7

hóa toán học chính• •là câu hỏi ‘Đâu là kiêu giáo dục cân được thực hiện • • • đê học•sinh có thể tiếp thu kiến thức toán học và kỳ năng tư duy toán học mà chúng

có thế áp dụng vào cuộc sống thực tế?’

Theo Sagirh (2010) [22]; một trong những câu hỏi được học sinh tiểu học hỏi nhiều nhất khi học toán là ‘ứng dụng của kiến thức toán này là gì ?’ Thật sự, học sinh hỏi câu này là một chuyện hết sức bình thường Nó là bởi vìtoán học đang bị tách khởi cuộc sống thực tế và chỉ được thể hiện ra ớ môi trường trường học Tuy nhiên, toán học là một cách tư duy có hệ thống nhằmtạo ra giải pháp cho các vấn đề trong đời sống thực tế thông qua mô hình hóa (Niss,1989) [18] Ngày nay, nhu cầu ngày càng tăng đối với những cá nhân có khả năng kết họp hài hòa với công nghệ trong kỳ thuật, kiến trúc, kinh tế,công nghệ và nhiều lĩnh vực khác cũng như phát triển kỳ năng giải quyết vấn

đề và lập mô hình toán học Vì vậy việc nâng cao năng lực mô hình hóa toán học trong giáo dục là hoàn toàn cần thiết

Ớ Việt Nam, đã có rất nhiều nghiên cứu về năng lực mô hình hóa vàcách phát triển năng lực mô hình hóa Những nghiên cứu nổi bật có thể kể đếnnhư nghiên cứu của Nguyễn Danh Nam (2015) [8], (2016) [9], Nguyễn ThịTân An (2012) [1] và Nguyễn Thị Tuyết Mai (2018) [7] Các nghiên cứu đều chú trọng đến việc phát triển năng lực mô hình hóa toán học cho học sinhthông qua các bài toán thực tiễn, giúp học sinh có thề vận dụng kiến thức toán học vào giải quyết các vấn đề trong cuộc sống Trong các bài nghiên

6

cứu, định nghĩa, quy trình mô hình hóa toán học và một sô biện pháp pháttriển năng lực mô hình hóa toán học cho học sinh đã được đưa ra Tuy nhiên, chưa có nghiên cứu cụ the nào nghiên cứu sâu về việc thiết kế và xây dựng các biện pháp chi tiết cho việc dạy học chủ đề hàm số lũy thừa, hàm số mũ vàhàm số logarit theo hướng phát triển năng lực cho học sinh.

Đễ có thể phát triển năng lực mô hình hóa toán học, trước tiên chúng ta

sẽ cần phân biệt các thuật ngữ "mô hình", "mô hình hóa toán học", "năng lực"

và "năng lực mô hình hóa toán học"

1.2 Mô hình hóa toán học

• Mô hình

Mô hình là một đại• • •diện hoặc bản • sao thu nhỏ của một• • đối tượng, hệ •thống hoặc quá trình thực tế Mô hình có thể được sử dụng để mô tà, hiểu, giải thích, dự đoán hoặc kiểm soát đối tượng, hệ thống hoặc quá trình thực tế đó

Theo Blum và Jensen (2007) [12], mô hình là một cấu trúc trừu tượng, được xây dựng dựa trên kiến thức và kinh nghiệm của con người, để mô tả một đối tượng, hệ thống hoặc quá trình thực tế Mô hình có thể được biểudiễn dưới nhiều hình thức khác nhau, bao gồm:

• Mô hình vật lý: Là một bản sao vật lý của đối tượng, hệ thống hoặcquá trình thực tế

• Mô hình toán học: mô tả mối quan hệ giữa các đại lượng của đối tượng,

hệ thống hoặc quá trình thực tế thông qua hệ thống các biểu thức toán học

• Mô hình mô phỏng: Là một hệ thống máy tính mô phỏng hoạt động của đối tượng, hệ thống hoặc quá trình thực tế

• Mô hình ngôn ngữ: Là một mô tả bằng ngôn ngừ của đối tượng, hệthống hoặc quá trình thực tế

• Mô hình hóa

Mô hình hóa là một quá trình sáng tạo và suy luận, trong đó người ta

7

sử dụng kiến thức, kinh nghiệm và trí tưởng tượng để xây dựng một mô hình Theo Sterman (2000) [20], mô hình hóa là quá trình chuyển đổi một hệ thốngthực tể thành một mô hình trùn tượng, sử dụng các khái niệm và công cụ củamột lĩnh vực cụ thể để mô tả và nghiên cứu hệ thống đó.

Mặc dù các thuật ngữ “mô hình” và “mô hình hóa” có vẻ là những thuật ngữ phổ biến nhưng chúng là những khái niệm kết hợp các ý nghĩa khác nhau

Mô hình đề cập đến một sản phẩm xuất hiện do quá trình mô hình hóa trong khi

mô hình hóa đề cập đến một quy trình Mô hình có nghĩa là thế hiện những thực

tế thuộc về đời sống vật chất bằng một số biểu tượng có ý nghĩa và đơn giản hóa nhũng gì phức tạp Chúng ta có thể bắt gặp những mô hình trong cuộc sống hàngngày trong những tình huống không thề phản ánh hiện thực hoặc khả năng tiếpcận• thực • tế bị hạn • • chế trong thời điểm 4^2 cụ• thể đó Ví dụ:• một kiến trúc• sư có thể minh họa các đặc điểm của tòa nhà mà anh ấy/cô ấy muốn bán bằng cách lập môhình tòa nhà mà anh ấy/cô ấy sẽ xây dựng

Bằng cách yêu cầu người mẫu mặc trang phục mà họ muốn trưng bày,các nhà thiết kế thời trang có thể cho phép người khác đưa ra ý kiến về trang phục của họ trông như thế nào Trẻ có thể gặp các mô hình thực tế (ô tô, xetải, tàu hỏa, v.v.) trong đồ chơi của mình Nhiều ví dụ nữa có thể được đưa raliên quan đến cách các mô hình xuất hiện trong cuộc sống hàng ngày củachúng ta Tuy nhiên, sẽ có hai điểm chung trong tất cả các ví dụ được đưa ra Điểm chung đầu tiên là các mô hình được hình thành để có thể đáp ứng đượcthực tế hoặc tư duy về thực tế Điểm chung thứ hai là các mô hình là dạng đơn giản hơn hoặc lý tưởng hóa hơn của một số thứ (Lingefjard 2007; Reported by Sagirli, 2010)

Nhìn chung, mô hình hóa là quá trình chuyến đổi một hệ thống thực tế thành một mô hình trừu tượng, sử dụng các khái niệm, công cụ của một lĩnh vực cụ thể để mô tả và nghiên cứu hệ thống đó Mô hình hóa có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, trong đó có toán học Tiếp theo, tiếp

8

theo chúng ta sẽ đi đên khái niệm của mô hình hóa toán học

1.2.2 Mô hình hóa toán học

Mô hình hóa toán học là khả năng sử dụng toán học đê giải quyêt các vấn đề thực tiễn Đây là một năng lực quan trọng trong thế giới hiện đại, khi

mà toán học được sử dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của đời sống

Đôi tượng của mô hình hóa toán học:

Đôi tượng của mô hình hóa toán học là các hệ thông thực tê Hệ thông thực tế là bất kỳ hệ thống nào tồn tại trong thế giới thực, bao gồm các hệthống vật lý, sinh học, xã hội, kinh tế,

• Mục đích của mô hình hóa toán học:

Mô tả và nghiên cứu hệ thông thực tê Mô hình toán học giúp chúng ta hiểu rõ hom về hệ thống thực tế, từ đó có thể đưa ra các dự đoán, giải phápcho các vấn đề liên quan đến hệ thống đó

• Công cụ cùa mô hình hóa toán học là các khái niệm, công cụ của toánhọc Các khái niệm, công cụ của toán học được sử dụng đê mô tả các đặcđiểm, mối quan hệ của hệ thống thực tế

Như vậy, mô hình hóa toán học là một quá trình sử dụng các khái niệm, công cụ của toán học để mô tả và nghiên cứu các hệ thống thực tế Mô hình toán học giúp chúng ta hiểu rõ hon về hệ thống thực tế, từ đó có thể đưa racác dự đoán, giải pháp cho các vấn đề liên quan đến hệ thống đó

Theo Blum và Jensen (2007) [12], năng lực mô hình hóa toán học baogồm các thành phần sau:

• Khả năng nhận biêt và xác định vân đê: Học sinh cân có khả năngnhận biết và xác định vấn đề cần giải quyết, bao gồm cả các yếu tố liên quanđến vấn đề, mục tiêu cần đạt được,

• Khả năng xây dựng mô hình toán học: Học sinh cân có khả năng xây dựng mô hình toán học để mô tả vấn đề thực tiễn, bao gồm việc xác định cácđại lượng, môi quan hệ giữa các đại lượng,

9

• Khả năng giải quyêt bài toán toán học: Học sinh cân có khả năng giảiquyết bài toán toán học được xây dựng từ mô hình, bao gồm việc sử dụng các

kiến thức, kỳ năng toán học để tìm ra lời giải

• Khả năng kiểm tra và đánh giá mô hình: Học sinh càn có khả năng kiểm tra và đánh giá mô hình toán học, bao gồm việc xác định các sai sót, hạn

chế của mô hình và đề xuất các giải pháp để cải thiện mô hình

Năng lực mô hình hóa toán học có the được phát triển thông qua các hoạt động học tập tích cực, trong đó học sinh được tham gia vào quá trình giải

quyết các vấn đề thực tiền bằng toán học Các hoạt động này cần được thiết

kế phù hợp với trình độ và khả năng của học sinh, đồng thời khuyến khích

học sinh sử dụng các kiến thức, kỹ năng toán học một cách sáng tạo

Theo nghiên cứu của Lê Thị Hoài Châu (2014) [4], mô hình hóa toánhọc được mô tả theo bốn bước như sau:

• Bước 1: Xác định các thành phần chính của hệ thống và xác định các quy tắc cần thiết để mô phỏng vấn đề

• Bước 2: Tạo ra mô hình toán học cho vấn đề đang được xem xét; cụ thể, mô tả lại vấn đề bằng ngôn ngữ toán học để mô hình phỏng thực tế được

tạo ra Lưu ý rằng có thể có nhiều mô hình toán học khác nhau được sử dụng

để giải quyết vấn đề đang xem xét, tùy theo các yếu tố của hệ thống và các

mối quan hệ được coi là quan trọng

• Bước 3: Giải quyết bài toán và khảo sát đã được tạo ở bước hai bằngcác công cụ toán học

• Bước 4: Phân tích và kiểm định lại các kết quả thu được ở bước 3.Tuy nhiên, để học sinh phổ thông dễ hiểu, quy trình mô hình hóa trong

thực tế dạy học thường được điều chỉnh theo hướng đơn giản hóa và dễ tiếp

cận R Lesh (2010)

10

3 Giải quyết mô hình toán học: Học sinh giải quyết các mô hình toán bằng cách sử dụng các khái niệm và phương pháp toán học.

4 Diễn giải kết quả: Học sinh giải thích cách mô hình toán học đãđược sử dụng để giải quyết một vấn đề thực tế

5 Xem xét lại mô hình: Học sinh xem xét lại mô hình bằng phươngpháp toán học để đánh giá mức độ phù hợp của nó với vấn đề thực tế

Từ những bước trên, Nam, N D (2015) [8,Tr 01-10], đã cụ thể hóa quá trình mô hình hóa như sơ đồ sau:

Xây dựng mô hĩnh

► Toán học Thục tiễn

Hiếu tình huống trong thực tế

11

vực khác có thể gây ra các vấn đề.

Bước 2: Giả thuyết về tình huống

Sau khi xác định vấn đề thực tiễn, cần đưa ra các giả thuyết về tình huống Giả thuyết là những dự đoán về mối quan hệ giữa các yếu tố trong tình huống

Bước 3: Diễn đạt bằng ngôn ngữ toán học

Tiếp theo, cần diễn đạt các giả thuyết bằng ngôn ngừ toán học Ngônngữ toán học là hệ thống các ký hiệu, quy tắc và định nghĩa được sử dụngtrong toán học

Bước 4: Trình bày lòi giải

Sau khi diễn đạt các giả thuyết bàng ngôn ngữ toán học, cần giải các phương trình toán học để tìm ra lời giãi Lời giải toán học là các giá trị củacác biến trong mô hình toán học

Bước 5: Lời giải có ý nghĩa thực tiễn không ?

Cần kiểm tra xem lời giải toán học có ý nghĩa thực tiễn không Vì mục đích chính của MHH được cho là giải quyết các vấn đề thực tiễn nên nếu lời giải không có ý nghĩa thực tiễn, cần điều chỉnh lại mô hình toán học

Bước 6: Kết quả và dự đoán về thực tiễn

Sau khi đã xác định được lời giài có ý nghĩa thực tiễn, cần rút ra kết quả và dự đoán về thực tiễn Ket quả là các giá trị của các biến trong mô hìnhtoán học sau khi giải các phương trình toán học Dự đoán là các kết luận vềtình huống thực tiễn dựa trên lời giải toán học

Các bước trong mô hình hóa toán học có mối quan hệ chặt chẽ vớinhau Mồi bước đều đóng vai trò quan trọng trong quá trình xây dựng môhình toán học và giải quyết vấn đề thực tiễn

Đối chiếu với các bước trên thì một• ví dụ mô• hình hóa toán học• có thể được xây dựng như ví dụ về dự đoán số lượng khách du lịch như sau:

Ví dụ về MHH

• vẩn đề: Dự đoán số lượng khách du lịch đến một điểm du lịch trong

12

dự kiến với số lượng khách du lịch thực tế trong các năm trước.

lượng khách du lịch đến điểm du lịch trong năm tới

1.2.4 Một so nguyên tắc mô hình hoả Toán học

• Nguyên tắc thực tế

Mô hình toán học phải mô tả chính xác hệ thống thực tế mà nó đại diện

Đẻ đảm bảo nguyên tắc này, cần thu thập đầy đủ thông tin và dữ liệu về hệthống thực tế Thông tin và dữ liệu được thu thập phải chính xác và phù hợpvới thực tế

Ví dụ, khi mô hình hóa một hệ thống kinh tế, cần thu thập thông tin vềcác yếu tố ảnh hưởng đến hệ thống đó, chẳng hạn như sản lượng, giá cả, lãisuất, Thông tin và dữ liệu được thu thập phải chính xác và phù hợp với xu hướng thực tế của hệ thống

Mô hình toán học phải đơn giản, dễ hiếu và dễ sử dụng Điều này sẽ giúp học sinh dễ dàng tiếp cận và sữ dụng mô hình

Ví dụ, khi xây dựng một mô hình toán học để giải bài toán tính diện tích hình chữ nhật, có thể sử dụng công thức tính diện tích hình chữ nhật Công thức này đơn giãn và dễ hiểu, vì vậy học sinh có thể dễ dàng sủ' dụng để

13

giải bài toán.

lý không chính xác, kết quả của mô hình sẽ không phù hợp với thực tế

Mô hình toán học phái linh hoạt, có thể được sử dụng để giải quyếtnhiều vấn đề khác nhau Điều này sẽ giúp học sinh áp dụng mô hình vào nhiều tình huống thực tế khác nhau

Ví dụ, khi xây dựng một mô hình toán học để mô tả sự phát triến củamột loài động vật, mô hình này có thể được sử dụng để giải thích sự phát triếncủa nhiều loài động vật khác nhau

• Nguyên tắc kiểm tra

Mô hình toán học phải được kiểm tra để xác định mức độ chính xác vàphù hợp của mô hình Điều này sẽ giúp học sinh đánh giá được chất lượngcủa mô hình và đưa ra quyết định sử dụng mô hình một cách phù hợp

Ví dụ, khi kiểm tra một mô hình toán học để dự đoán doanh số bán hàng,

có thể sử dụng dữ liệu thực tế để so sánh với kết quả của mô hình Nếu kết quảcủa mô hình khớp với dữ liệu thực tế, thì mô hình được coi là chính xác

Ngoài ra, cần lưu ý một số vấn đề sau khi thực hiện mô hình hóa toán học:

• Mô hình toán học không phải là bản sao chính xác của hệ thống thực

tế Mô hình toán học chỉ là một đại diện của hệ thống thực tế, vì vậy mô hình toán học có thể không chính xác hoàn toàn

14

• Mô hình toán học có thể được sử dụng để giải quyết nhiều vấn đềkhác nhau Một mô hình toán học có thể được sử dụng để giài quyết nhiềuvấn đề khác nhau, vì vậy cần lựa chọn mô hình toán học phù hợp với vấn đềcần giải quyết.

• Mô hình toán học có thể được sử dụng để dự đoán tương lai Mô hình toán học có thể được sử dụng để dự đoán tương lai của hệ thống thực tế, vìvậy cần thận trọng khi sử dụng mô hình toán học đế dự đoán tương lai

1.2.5 Năng lực mô hình hóa toán học

1.2.5.1 Năng lực

Năng lực là một khái niệm phức tạp, được định nghĩa theo nhiều cách khác nhau Một số định nghĩa phổ biến bao gồm:

• Nãng lực là khả năng thực hiện một hành động hoặc nhiệm vụ thành công

• Năng lực là sự kết hợp của kiến thức, kỹ năng và thái độ cần thiết đểthực hiện một hành động hoặc nhiệm vụ

• Năng lực là khả năng ứng dụng kiến thức và kỳ năng vào các tình huống thực tế

Nhìn chung, năng lực có thể được hiểu là khả năng thực hiện một hành động hoặc nhiệm vụ một cách hiệu quả, phù họp và có trách nhiệm Năng lực

có thể được phân loại thành nhiều loại khác nhau, dựa trên các tiêu chí như lĩnh vực kiến thức, mức độ phức tạp, mức độ cần thiết

Có rất nhiều nghiên cứu về năng lực đã được thực hiện Một số nghiên cứu đáng chú ý, có thể kể đến một số nghiên cứu sau:

• Nghiên cứu của Bloom (1956) [13] đã phân loại năng lực thành baloại: nhận thức, vận động và cảm xúc

• Nghiên cứu của Gagne (1985) [14] đã phân loại năng lực thành chínloại: nhận thức, vận động, trí nhớ, nhận thức, tạo lập, trí tuệ, xã hội, cảm xúc

và ý chí

• Nghiên cứu của Shulman (1986) [21] đã phân loại năng lực thành năm loại: kiến thức, kỳ năng, thái độ, khả năng thích ứng và khả năng vận dụng

15

Trong bài nghiên cứu này, tôi sẽ lựa chọn định nghĩa và cách phân loạicủa Shulman để đưa ra khái niệm về năng lực mô hình hóa toán học Cụ thể,năm thành tố trong năng lực của Shulman bao gồm:

• Kiến thức: Đây Ụ là • hiểu biết• về một• lĩnh vực hoặc • chủ đề cụ thể.Trong bối cảnh mô hình hóa toán học, kiến thức bao gồm kiến thức về các khái niệm toán học, các phương pháp mô hình hóa và các ứng dụng của môhình hóa toán học

thế Trong bối cảnh mô hình hóa toán học, kỳ năng bao gồm kỳ năng xác địnhvấn đề, xây dựng mô hình, giãi quyết vấn đề và đánh giá mô hình

• Thái độ: Đây là nhũng niềm tin, giá trị và quan điểm dần đến hành vi Trong bối cảnh mô hình hóa toán học, thái độ bao gồm thái độ tích cực đốivới toán học, tinh thần hợp tác và khả năng giãi quyết vấn đề sáng tạo

vào các tình huống mới Trong bối cảnh mô hình hóa toán học, khả năng thích ứng bao gồm khả năng áp dụng các mô hình toán học vào các vấn đề thực tế

và khả năng giải quyết các vấn đề mới phát sinh trong quá trình mô hình hóa

để đạt được kết quả Trong bối cảnh mô hình hóa toán học, khả năng vậndụng bao gồm khả năng sử dụng mô hình toán học để đưa ra quyết định và

z

• 9 •

4-giài quyêt vân đê

1.2.5.2 Năng lực mỏ hình hóa toán học

• Khái niệm

Năng lực mô hình hóa toán học là khả năng sử dụng toán học để mô tả,giải thích các hiện tượng trong thực tế nhằm mục đích giải quyết vấn đề đặt rahoặc đưa ra các dự đoán cho hiện tượng, sự việc trong tương lai Có rất nhiềunghiên cứu về năng lực mô hình hóa toán học đã được thực hiện Một trong số

16

đó có thể kể đến là nghiên cứu của Lesh và Doerr (2003) [15], đã đề xuất một

mô hình năng lực mô hình hóa toán học bao gồm ba thành phần chính:

• Kiến thức: bao gồm kiến thức về các khái niệm toán học, các phươngpháp mô hình hóa và các ứng dụng của mô hình hóa toán học

• Kỳ năng: bao gồm kỹ năng xác định vấn đề, xây dựng mô hình, giải quyết vấn đề và đánh giá mô hình

• Thái độ: bao gồm thái độ tích cực đối với toán học, tinh thần hợp tác

và khả năng giải quyết vấn đề sáng tạo

Có thể thấy, năng lực mô hình hóa toán học là sự kết họp cùa các yếu

tố thuộc các loại năng lực khác nhau Neu theo như nghiên cứu của Shulman thì ta có thể thêm một số các thành tố sau vào năng lực mô hình hóa toán học:

• Kiến thức về các khái niệm toán học, các phương pháp mô hình hóa

và các ứng dụng của mô hình hóa toán học

• Vai trò của năng lực mô hình hóa toán học.

Theo nghiên cứu cùa NCTM (2000) và NCTM (2014), năng lực môhình hóa toán học có vai trò to lớn trong đời sống và công việc, không nhũnggiúp học sinh phát triển tư duy logic và giải quyết vấn đề mà còn là một nềntảng quan trọng cho việc học toán nâng cao

• Giải quyết các vẩn đề thực tiễn một cách đơn giản và hiệu quả:

17

Toán học là một công cụ mạnh mẽ có thể được sử dụng để giải quyếtnhiều vấn đề thực tiễn trong cuộc sống Năng lực mô hình hóa toán học giúphọc sinh và sinh viên có thể sử dụng toán học để mô tả, giãi thích và dự đoán các hiện tượng, quá trình thực tế Điều này giúp họ có thể đưa ra quyết định

và giải quyết vấn đề một cách hiệu quả

• Phát triển tư duy logic và năng lực giải quyết vấn đề:

Quá trình mô hình hóa toán học đòi hỏi học sinh và sinh viên phải suy nghĩ một cách logic và sáng tạo để giải quyết các vấn đề Năng lực này giúp

họ phát triến khả năng tư duy logic và giải quyết vấn đề, là những kỳ năng quan trọng trong cuộc sống

• Tạo nền tảng phát triển việc học toán nâng cao cho HS:

Năng lực mô hình hóa toán học là một nền tảng quan trọng cho việc học toán nâng cao Nó giúp học sinh và sinh viên có thế tiếp thu và vận dụng kiến thức toán học một cách hiệu quả hoai

1.2.6 Dạy học phát triển năng lực

1.2.6.1 Dạy học

Dạy học là một quá trình tương tác giữa hai chủ thế: giáo viên và học sinh Trong quá trình này, giáo viên đóng vai trò chủ đạo, là người truyền đạt kiến thức, hướng dẫn, hỗ trợ học sinh học tập Học sinh là những người chủđộng; họ tiếp thu và áp dụng thông tin để giải quyết vấn đề Các hoạt động học tập và giảng dạy của học sinh tương tác và ăn khớp với nhau Học sinh sẽ học tập hiệu quả hơn với sự hồ trợ của giáo viên giảng dạy tốt Học sinh tích cực học tập sẽ giúp giáo viên dạy tốt hơn

1.2.6.2 Dạy học phát triền năng lực

Dạy học phát triển năng lực là một phương pháp giáo dục hiện đại, đặt mục tiêu phát triển toàn diện cho học sinh về kiến thức, kỳ năng và phẩm chất Phương pháp này có nhiều ưu điểm, giúp học sinh phát huy tối đa tiềm năng của bản thân, đáp ứng yêu cầu của cuộc sống hiện đại Theo đó, giáo viên cũng

18

không chỉ còn là người truyền đạt kiến thức mà thầy cô sẽ là người hướng dẫn,đồng hành cùng trẻ trong quá trình tìm hiểu và xây dựng kiến thức mới Phương pháp dạy học phát triển năng lực có nhũng đặc điểm nổi bật sau đây:

về mục tiêu: Mục tiêu của dạy học phát triển năng lực là giúp học sinhphát triển toàn diện về kiến thức, kỳ năng và phẩm chất Cụ thể, học sinhđược trang bị kiến thức nền tảng, phát triển các kỹ năng cần thiết và hìnhthành các phẩm chất tốt đẹp

về nội dung giáo dục: Nội dung giáo dục cần được xây dựng theo định hướng phát triển năng lực, tập trung vào việc giúp học sinh có thể vận dụng kiến thức vào thực tế cuộc sống Qua đó, học sinh được khuyến khích tư duy sáng tạo, phát triển khả năng giải quyết vấn đề theo cách riêng của mình

về phương pháp dạy học: Trong phương pháp dạy học phát triển nănglực, học sinh là chủ thể của quá trình học tập Giáo viên đóng vai trò là ngườiđịnh hướng, tổ chức và hỗ trợ học sinh trong việc khám phá, tìm hiếu và xây dựng kiến thức

về giáo án: Giáo án được thiết kế theo từng nhóm học sinh, tuỳ thuộcvào khả năng và đặc điểm riêng cùa từng nhóm Điều này tạo điều kiện rất lớncho sự phát triển cá nhân của từng em trong quá trình tiếp thu kiến thức mới

về hình thức tổ chức buổi học: Các hoạt động học tập được đẩy mạnh, tạo ra các tình huống thực tế, nhằm cung cấp cơ hội cho học sinh tìm hiểu và xây dựng kiến thức mới Việc tạo ra những bối cảnh học tập đa dạng và thú vị giúphọc sinh phát triến khả năng tư duy sáng tạo và kỳ năng giải quyết vấn đề

cởi mở Môi trường học tập không chỉ giới hạn trong không gian lớp họctruyền thống, mà còn được mở rộng ra các không gian khác như công viên,phòng thí nghiệm, phòng thực hành, hay hội trường lớn Sự đa dạng vàphong phú của môi trường học tập mang lại nhiều lợi ích cho học sinh, ví

dụ như mớ rộng không gian học tập và tạo điều kiện giúp học sinh nâng

19

cao trải nghiệm thực tê.

về tiêu chi đánh giá năng lực: Việc đánh giá kết quả học tập không chỉ dựa trên kiểm tra truyền thống mà còn tập trung vào tiêu chí đánh giá dựa trên yêu cầu chuẩn đầu ra môn học và khả năng áp dụng vào thực tiễn Họcsinh được khuyến khích tự đánh giá và đưa ra quan điếm dựa trên các tiêu chí

rõ ràng, đồng thời nhận được ý kiến từ giáo viên nhằm phát triển và tiến bộ trong quá trình học tập

1.3 Cơ sở đánh giá năng lực mô hình hóa toán học cho học sinh

1.3.1 Yêu cầu cần đạt đối với năng lực mô hình hóa cap THPT

Chương trình GDPT 2018 [2] đã quy định những biểu hiện cụ thể vàyêu cầu cần đạt đối với NL MHH ở cấp trung học phổ thông (THPT) như Bảng dưới đây

(Ministry of Education and Training, 2018, p.ll)

Thể hiện của NL MHH Yêu câu A cân đạt A

- Xác định được MHH toán học, bao

gồm phương trình, công thức, bảng

biểu và đồ thị, cho tình huống xảy ra

trong bài toán thực tế

- Giải quyết các vấn đề toán học

trong mô hình

- Trình bày và đánh giá lời giải trong

bối cảnh thực tế, sau đó xem xét khả

năng cải tiến mô hình

- Mô tả tình huông được đặt ra trong một sôbài toán thực tế bằng ngôn ngừ toán học, và

mô hình toán học Mô hình này có thế bao gồm phương trình, công thức, sơ đồ, hình vè, bảng biểu và đồ thị

- Giải quyết bài toán toán học được đặt ra saukhi mô hình hóa

- Giải thích và diễn giải tính có nghĩa của lời giải (những kết luận từ các tính toán có ý nghĩa hay không) Đặc biệt, hiếu cách đơn giản hóa và thay đổi các yêu cầu thực tiễn để giải quyết các bài toán

Dựa trên các phân tích của Maab (2006) [17], theo tác giả Lê Thị Hoài

20

Châu (2019)[5] và các bước thực hiện một quá trình MHH đã chia NLMHH gồm 5 năng lực thành phần và mô tả tiêu chí, biểu hiện cụ thể như sau:

- Đơn giản giả thiết: phân biệt thông tin liên quan khỏi thông tin không liên quan -Làm rõ mục tiêu (cần thiết cho đề bài) - Hiểu tình huống, đưa ra giả định đơn giảnhóa tình huống và thể hiện

và mối quan hệ giữachúng bằng toán học

- Chọn tham số, hằng số và biến (kèmtheo điều kiện)

- Thiết lập mệnh đề toán học (thiết lậpquan hệ giữa các biến hoặc hàm)

- Lập luận toán học logic

- Chọn và sử dụng các chiến lược và công

cụ toán học phù hợp để giải quyết bài toán

- Liên kết mô hình hóa toán học với vấn

NL thành phần Tiêu chí Kĩ năng thành phần (biểu hiện cụ thể)

quả và đề xuất

các thay đổi đối

với mô hình nếu

xem lại các giả thuyết, xem lại các công

1.3.2 Cấn độ và biếu hiện của năng lực mô hình hóa toán học trong dạy học

Trong một số tài liệu, một số tác giả đã có các cách tiếp cận khác nhau

đế đánh giá một cách tổng quát năng lục mô hình hóa toán học cho học sinh Một trong các cách tiếp cận đó, có thể kế đến thang đánh giá của Ludwig và

Xu (2010) [16] mà tôi giới thiệu ở dưới, thang đánh giá trực tiếp có thể căn cứ trên bài làm của HS sau khi thực hiện quá trình MHH và có thế đánh giá một cách tổng quát NL MHH của HS

Băng 1.3 Thang đánh giá NLMHHTH của Ludwig và Xu (2010)

Mức Biếu hiện • • của học sinh

0 HS không thể mô tả hoặc mô tả cụ thể vấn đề vì họ không hiểu tình huống

1 HS hiểu tình huống thực tế được cung cấp, nhưng không thể tổ chức và đơn

giản hóa nó hoặc tìm ra liên quan đến bất kỳ khái niệm toán học nào

2 Sau khi tìm hiểu vấn đề thực tể, HS đà cấu trúc và đơn giản hóa mô hình

thực, nhưng anh ấy không biết làm thế nào để chuyển đổi nó thành một vấn

đề toán học.•

3 HS cũng có thể phiên dịch tình huống thành một vấn đề toán học, nhưng HS

không thể làm việc chính xác với nó về mặt toán học

22

Mức Bỉếu hiện • • của học sinh

4 Đe giải quyết vấn đề toán thực tế, HS có thể sử dụng kiến thức của mình để

giải quyết bài toán và đạt được kết quả cụ thể

5 Học sinh có thể kiểm tra quá trình MHH toán học và kiểm tra lời giải bài

toán trong các tình huống được cung cấp

Vì đánh giá qua bài làm của HS thường là hình thức đánh giá phổ biếnnhất của GV, thang đánh giá này giúp GV thực hành Thang này, tuy nhiên, khá chung chung, không làm rõ các kỳ năng thành phần và cách đánh giá việc đạt được các kỹ năng năng lực mô hình hóa Toán học Theo cách tiếp cận củaLudwig & Xu (2010) [16] và dựa theo các thành tố, biểu hiện NLMHH của

HS vừa xác định, tôi đánh giá năng lực MHHTH theo bốn mức độ kiến thức của HS để dễ dàng tiếp thu các bước quá trình giải quyết vấn đề thực tiễn Tôi

đã gộp hai năng lực, "phiên dịch kết quả toán học" và "đánh giá kết quả vànếu cần chỉnh sửa mô hình", thành "phân tích kiểm định lại các kết quả thu được" trong bảng này, cụ thể như sau:

Đơn giản giả thiết (loại bở các yếu tố ảnh hưởng,phân biệtthông tinliên quan và không liên

Mức 2

Nhận ra một

số thông tin

cơ bản về tỉnh huống nhưng chỉhiểu đượcmột hoặc haithông tin

Mức 3

Nhận ra toàn

bộ thông tinchính về tình huống vàhiểu đúng bathông tin

Mức 4

Nhận ra và hiểu đúng tất

cả thông tin quan trọng

về tinhhuống

23

Các thành

tố của NL

MHHTH

Biểu hiện củaHS

Cấp độ và bi

Mức 1

quan)

Làm rõ mục • tiêu (xácđịnh đốitượng cần tìm, đốitượng đã cung cấp và đối tượng chưa biết có liên quan đến đốitượng cần tìm; sau đó,nói lại• vấn

đề một cách

rõ ràng, dễ hiểu)

Chưa xácđịnh được mục tiêu

- Không tìmđược đốitượng

- Không biếtđối tượng đã cung cấp vàđối tượng chưa biết có liên quan đến đốitượng cầntìm không

- Không đưa

ra câu hỏi

Đưa ra giả định để đơn giản tìnhhuống

- Không có giả định nào

iểu hiện năng lực • mô hình hóa toán học •

Mức 2 Mức 3 Mức 4

Xác định được mộtphần cụ thểcủa mục• tiêu:

- Chọn đốitượng cần tìm

- Xác địnhđược đốitượng đãcung cấp nhưng

không xácđịnh đượcđối tượng chưa biết có liên quan

tượng cần tìm

- Lập luận sai

Xác địnhđược hầu hết các mụctiêu, đặc biệt là:

- Xác định đối tượng cần tìm

Xác định đốitượng đã cho

và đối tượng chưa biết có liên quan

tượng cần tìm

Vấn đề được trìnhbày chính xác nhưngkhó hiểu

Xác địnhmục tiêu rõ ràng, chính xác và cụ • thể:

- Xác địnhđối tượng cần tìm: Xácđịnh đượcđối tượng đã cung cấp và đối tượng chưa biết có liên quan

tượng cần tìm

- Phát biểu

ỉ X

/V -X /V /V Jvân đê mộtcách chínhxác, dề hiểu

và rõ ràng

- Nêu giả định saihoặc khôngliên quan

hình

- Mô hìnhliên quanđến giả định

- Mặc dù giả định • là chính

- Mô hình liên quan đến giả định

- Hiểu rõ cácgiả định, đưa

24

Các thành

Biểu hỉện củaHS

Cấp độ và bi

tố của NL

(2) NL giải Tạo• ra mô HS có thể

quyết các bài hình toán thiết lập mô

mô hình toán nhưnghọc trong không thểthực tế) làm như vậy

(3) NL giãi Giải quyết Các công cụ

thích kết quả vấn đề toán và phương

toán học của bằng cách sử pháp toán

mô hình, mô dụng các học không

tả vấn đề công cụ và được sử

thực tế cho phương pháp dụng để giải

mô hình thực• toán học phù quyết các

thuyết phục

ra và cung cấp lời giải thích thuyếtphục dựatrên các sự kiện thực tế

Mặc dù HSlàm việctrong thếgiới toán học, xácđịnh vấn đề trong môhình nhưngchỉ truyền đạt một phần thông tin từcác trườnghợp thực tế

về mô hình toán học

HS đã xácđịnh vấn đề

và mô tả các yếu tố thựctiễn Tuynhiên, họ đà chuyển đổimột phầnthông tin từtình huống thực tiễn

hình toán học • một9

cách sai sót

HS đưa cácyếu tố thựctiễn vào môhình phùhợp bằng cách sửdụng tìnhhuống thực

tế trong môhình toán học

Sử dụng phương

pháp toánhọc và công

cụ không phù hợp để giải quyết các vấn đề toán học

Giải quyết vấn đề toánhọc trong

mô hình—

có thể không chính xác sử dụng công

phương

Giải quyết vấn đề toán học trong

mô hìnhbằng cách sử dụng công

phươngpháp toán

25

Các thành

tố của NL

MHHTH

Biểu hỉện củaHS

- Diễn giải kết quả toánhọc • theocách phùhợp với tình huống thực

tế ban đầu

- Kiểm tra

và phản hồilời giải thực

tế, cải tiến

mô hình

Không trảlời được đạilượng cần tìm trong tình huống thực tế

iểu hiện năng lực • mô hình hóa toán học •

Mức 2 Mức 3 Mức 4

trong môhình

pháp toánhọc phù hợp

học phù hợp

Trả lờiđược đạilượng cần tìm trong tình huống thực tế

Nhưng chưa xét đếntính hợp lí trong thựctế

Trả lời được đạilượng cầntìm trong tình huống thực tế

- Kiểm trađược đến tính họp lí trong thực

tế, có đặt câu hởi về

mô hình và lời giải

Trả lờiđược đại lượng cầntìm trong tình huống thực tế

- Trình bàykết quả, giảithích ýnghĩa, dự

hướng, nâng cao hiệu quả

hoặc xây dựng môhình mới phù họp với nhu cầu thực tế

1.4 Phân tích nội dung chú đề hàm số lũy thừa, hàm số mũ, hàm số logarit trong chưong trình giáo dục THPT

Theo Chương trình giáo dục phồ thông kèm theo Quyết định16/2006/QĐ- BGDĐT ngày 05/5/2006 chủ đề “hàm số mũ, hàm số logarit” được đề cập trong chương trình toán bậc phổ thông ở chương II SGK - Giải tích lớp 12 chương trình chuẩn và tài liệu chuẩn kiến thức kỳ năng; theo chương trình giáo dục phố thông kèm theo Thông tư số 32/2018/TT- BGDĐT ngày

26

26/12/2018 chủ đề “hàm số mũ, hàm số logarit” được đề cập trong chương trình toán bậc phổ thông ở lóp 12 với một số nội dung cụ thể như sau:

Bảng 1.5 Nội dung chủ đề hàm số lũy thừa, hàm so mũ, hàm so logarit

- Học• sinh cần hiểu rõ cách xácđịnh và tính giá trị cùa luỹ thừa với số mũ nguyên, hừu tỉ và thực

về kỹ năng:

- Biết cách đơn giản hóa cácbiểu thức bằng cách sử dụng các tính chất của luỹ thừa và so sánh các biểu thức có chứa luỹ thừa

Được trình bày ở §1 Luỹ thừa (2 tiết) và §2 Hàm số lũy thừa (2 tiết) đối vói chương trình cơ bản

- Hiều luỹ thừa với số mũ nguyên củacác số thực khác; luỹ thừa với số mũhữu tỉ; và luỹ thừa với số mũ thực của các số thực dương

- Trình bày các đặc điểm của các phương pháp tính luỹ thừa với số mũnguyên, luỹ thừa với số mũ hữu tỉ và luỹ thừa với số mũ thực

- Tính toán giá trị các biểu thức số vàrút gọn các biểu thức chứa biến bằngcách sử dụng tính chất cùa phép tínhluỹ thừa (tính viết và tính nhẩm, tínhnhanh hợp lý)

- Tìm được giá trị của biểu thức số có chứa phép tính luỹ thừa bằng máytính cầm tay

- Nhận biết các khái niệm logarit

- Phát biểu được định nghĩa về logarit

- Có thể giải thích các tính chất của phép tính logarit bằng cách sử dụngcác định nghĩa hoặc các tính chất màbạn đã biết trước đó

- Tính toán và rút gọn các biếu thứcdựa vào các tính chất của logarit

27

- Tính toán các biếu thức chứalogarit bằng cách vận dụng các tính chất của logarit.

Được trình bày ở §3 logarỉt (2 tiết) đối với chương trình cơ bản

- Tính toán được gần đúng giá trị của logarit sử dụng máy tính cầm tay

- Giải quyết được một số vấn đề liênquan đến các môn học khác hoặc thực tiễn liên quan đến phép tính logarit(ví dụ: bài toán về độ pH trong hóahọc, )

- Vể được đồ thị hàm số mũ và hàm số logarit

- Phân biệt được sự giống và khác nhau giữa đồ thị hàm số mũ và hàm

số logarit

- Chỉ ra được các tính chất và đặc điểm của hàm số mũ và logarit thông qua đồ thị

- Giải quyết được một số vấn đề liênquan đến các lĩnh vực khác hoặc thực

tế liên quan đến hàm số mũ và hàm sốlogarit (ví dụ: lài suất, chu kì bán rã, )

Được trình bày ở §5 Phương

- Có thế giải được phương trìnhlogarit, bất phương trình mũ, ở dạngđơn giản

28

và bất phương trình logarit (2 tiết) đối với chương trình cơ bản

- Giải quyết được một số vấn đề gắnvới phương trình, bất phương trình

mũ và logarit (ví dụ: bài toán về độ

pH, độ rung chấn, V.V.)

1.5 Thực trạng vân đê nghiên cứu

1.5.1 Một so kết quả từ các nghiên cứu trước đây

Trong những năm gần đây, việc dạy học phát triển năng lực mô hìnhhóa Toán học trong dạy học trường THPT đã được quan tâm và triến khai ở nhiều nơi Tuy nhiên, thực trạng việc áp dụng mô hình hóa Toán học trongdạy học trường THPT hiện nay vẫn còn một số hạn chế

Theo nghiên cứu của Nguyễn Thị Tuyết Mai (2018), [7,Tr 51-56] đượcthực hiện với 100 học sinh lớp 12 ở trường THPT chuyên Đinh Tiên Hoàng, thành phố Huế, học sinh chưa có nhiều kiến thức và kỳ năng về năng lực môhình hóa Toán học Cụ thể, học sinh chưa hiểu rõ về khái niệm, vai trò và cácbước xây dựng mô hình Toán học Khả năng lựa chọn và sử dụng các môhình Toán học đễ giải quyết các vấn đề thực tế của học sinh còn hạn chế.Nguyên nhân của những hạn chế này có thế được giải thích như sau:

• Giáo viên chưa được đào tạo về mô hình hóa Toán học

Nhiều giáo viên chưa được đào tạo bài bản về mô hình hóa Toánhọc, vì vậy họ chưa có kiến thức và kỹ năng đế áp dụng phương pháp nàytrong dạy học Trong bài nghiên cứu của Nguyễn Thị Mai Hương (2017) [8], tác giả cũng đề cập đến nguyên nhân về kiến thức và kĩ năng mô hìnhhóa Toán học của giáo viên còn chưa hoàn chỉnh Điều này cho thấy giáoviên thực sự chưa có kiến thức và kĩ năng mô hình hóa đầy đủ để áp dụng trong dạy học Toán

• Tài liệu và phương tiện dạy học phát triên mô hình hóa Toán học còn hạn chế.

Tài liệu và phương tiện dạy học phát triển mô hình hóa Toán học còn hạn chế, nên giáo viên gặp khó khăn trong việc lựa chọn và triến khai các hoạt động mô hình hóa Toán học

• Hạn chế về thời lượng học.

Thời gian dạy học ở trường THPT là quá ngắn, nên để đảm bảo được khối lượng kiến thức cần truyền tải, giáo viên khó có thề dành thời gian cho các hoạt động mô hình hóa Toán học

Theo đó, tôi cũng đã cho khảo sát về nhu cầu cùng như thực trạng dạyhọc phát triển năng lực mô hình hóa toán học tại trường THPT chuyên Hà Nội - Amsterdam và thu được kết quả như sau:

1.5.2 Mục tiêu khảo sát

Mục tiêu của khảo sát nhằm tìm hiểu về thực trạng liên hệ toán học vớithực tế của GV, đồng thời tìm hiểu thực trạng về sự hứng thú của HS khi áp dụng toán học vào các vấn đề thực tiễn nói chung, đồng thời xác định rõ khó khăn mà HS gặp phải trong quá trình học tập và quá trình giải các bài toánthực tế, đặc biệt đối với chủ đề hàm số lũy thừa, hàm số mũ, hàm số logarit

Từ đó, tôi đề xuất các biện pháp dạy học nhằm mục tiêu phát triển năng lực

mô hình hóa toán học cho HS trong dạy học chủ đề này

1.5.3 Hình thức khảo sát

- Địa bàn: Trường THPT Chuyên Hà Nội Amsterdam, Hà Nội

- Đối tượng khảo sát: 30 GV Toán và 100 HS lớp 12 của Trường THPTChuyên Hà Nội Amsterdam, Hà Nội

- Phương thức thực hiện+ Trao đổi trực tiếp với giáo viên tham gia dự án và trình bày qua đểgiáo viên đó có sự chuẩn bị hợp lý

+ Phương pháp nghiên cứu sản phẩm: ngoài việc phân tích bài kiểm tra

30

thu được sau dự án, tôi còn dựa vào các quan sát trên lớp để đánh giá học sinh qua cả quá trình học.

+ Phương pháp xử lý số liệu: tính tỉ số phần trăm, so sánh và đối chiểu

tỉ lệ giữa 2 lớp thực nghiệm và đối chứng

1.5.4 Nội dung điều tra

Nội dung điều tra được thu thập thông qua hai loại phiếu: phiếu điều tradành cho giáo viên và phiếu điều tra dành cho học sinh Phiếu điều tra đượctrình bày chi tiết và đầy đủ ở phần phụ lục

Một phiếu điều tra dành cho giáo viên đã được thiết kế để thu thập ý kiến của các giáo viên về ba vấn đề sau:

• Mức độ thiết yếu của việc liên hệ toán học với các vấn đề thực tiễntrong dạy học môn Toán

• Tần suất thiết kế các bài tập, nhiệm vụ giúp học sinh ứng dụng toánhọc vào thực tiễn

• Tầm quan trọng của mô hình hóa toán học trong dạy học toán ở trường, đặc biệt là trong chủ đề khó tiếp cận là “Hàm số lũy thừa, hàm số

Sau khi thu thu lại phiêu từ 100 HS lớp 12 tại trường THPT Chuyên Hà Nội Amsterdam, tôi đã tính số lượng câu trả lời cho mồi phương án của mồi câu hỏi và thu được kết quả như dưới đây.

Biêu đô 1.1 Biêu đô thông kê mong muôn được biêt thêm các ứng dụng thực tê

■ Chtra bao giờ

39'0

của nhũng kiên thức Toán học

7990

■ Chưa bao giờ ■ Thỉnh thoảng ■ Thường xuyên ■

Biểu đồ 1.2 Biểu đồ thống kê của HS về mức độ thường xuyên tự tìm hiểu

những ứng dụng trong thực tiễn của môn Toán

Điều tra cho thấy rằng rất nhiều học sinh muốn biết những ứng dụng thực tiễn của toán học và họ cũng thích khám phá các bài toán thực tế Tuy nhiên, các em HS không thường xuyên chủ động tìm hiểu những ứng dụngthực tiễn của toán học

32