nghiên cứu khoa học phần mềm mathcloud

ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MATHCLOUD TRONG DẠY VÀ HỌC MÔN TOÁN I. Bối cảnh của đề tài • Hưởng ứng phong trào ứng dụng công nghệ thông tin để nâng cao chất lượng dạy và học, Khoa Toán-Tin Trường Đại học Sư phạm Hà Nội đã hợp tác cùng Mathcloud từ tháng 12/2013. Chương trình là sự kết hợp giữa hệ thống phần mềm giáo dục hiện đại và sự hấp dẫn của Mathcloud với thế mạnh và danh tiếng của khoa Toán-Tin trong nghiên cứu giảng dạy biên soạn chương trình và xây dựng nội dung dạy học môn Toán. Thông qua hợp tác, đối tác công tư chương trình hướng tới đặt nền tảng cho chương trình hàng đầu về nâng cao năng lực giáo viên và tăng cường chất lượng giáo dục môn Toán ở Việt Nam. • Đối tượng mà chương trình Mathcloud hướng tới phương pháp dạy học trực tuyến. II. Lí do chọn đề tài • Trong môn toán có rất nhiều khái niệm mà phần lớn học sinh không nắm bắt được hết. Nhiều học sinh phải vận lộn với toán học vì họ không nhận ra rằng một vấn đề bao gồm nhiều khái niệm. Vì vậy, cần phải tạo ra một cách học khái niệm mới mang lại hứng thú cho học sinh. • Mỗi học sinh với một tốc độ cá nhân và ở các cấp kiến thức, kĩ năng khác nhau. Khi một học sinh bị mất hoặc tụt lại phía sau , nó thường là khó khăn cho giáo viên để biết và can thiệp. Đôi khi học sinh không thể theo kịp hoặc bắt kịp với các bạn , học sinh đó có thể trở nên thất vọng và mất phương hướng. Vì vậy, cần có một cách thức mới để giao bài tập phù hợp với khả năng của từng học sinh . Đồng thời , thông qua đó khả năng quản lí lớp của giáo viên cũng được nâng cao. • Đôi khi, học sinh thực hiện còn kém các bài tập vì họ không chắc chắn những gì họ đang làm. Do đó, nên có một công cụ có khả năng đưa ra thông tin phản hồi trực tiếp để thúc đẩy sự tiến bộ của học sinh. • Với chương trình học Toán với Mathcloud, người dùng sẽ được học cách sử dụng Mathcloud trong dạy và học môn Toán. Không chỉ luyện tập với hệ thống bài tập, các bạn còn được hướng dẫn sử dụng phần mềm trong dạy học tương lai. • Học Toán với Mathcloud nâng cao chất lượng toàn diện của quá trình dạy học môn Toán. Đặc biệt, Mathcloud giúp người học có cách tiếp cận hoàn toàn mới trong việc học môn Toán. • Mathcloud giúp người học ứng dụng có hiệu qủa công nghệ thông tin trong việc học, thấy được trong từng vấn đề của môn Toán. • Bài tập trong Mathcloud có đầy đủ các chủ đề Toán học của cả chương trình THCS và THPT giúp cho người học không chỉ học được các khái niệm mà còn có những bài tập ứng dụng và gợi ý hướng dẫn để thực hành ngay dựa vào lí thuyết đã học. • Chương trình còn giúp giáo viên phân loại các nhóm học sinh trong cùng một lớp học và giao bài tập phù hợp. III. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu  Mục đích • Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Mathcloud trong dạy học môn Toán ở nhà trường phổ thông. • Nhằm nâng cao khả năng tư duy logic của học sinh . Trong suốt quá trình học tập phần mềm Mathcloud liên tục theo dõi kết quả học tập để xác định con đường học tập lí tưởng của mỗi học sinh. Thuật toán phân tích các mẫu dựa trên những phản hồi của mỗi học sinh, xác định mức độ hiểu biết của mỗi học sinh về các khái niệm toán học khác nhau và tạo ra các bài tập phù hợp cho từng học sinh. • Thiết kế, tạo ra những bài học trực tuyến cho học sinh có đầy đủ các chủ đề Toán học: Hình học, đại số, giải tích…Nhằm giúp từng học sinh nâng cao sự hiểu biết sâu rộng hơn về Toán, hiểu rõ hơn các khái niệm và áp dụng vào làm bài tập luyện tập một cách có hiệu quả. • Thiết kế các bài kiểm tra về từng chủ đề, đáp án và lời giải chi tiết của từng câu để học sinh có thể kiểm tra ngay trình độ của mình sau mỗi bài học và xem luôn được đáp án để tìm ra lỗi sai của mình nếu có.  Nhiệm vụ Để đạt được mục đích nghiên cứu, đề tài “Ứng dụng Mathcloud trong dạy và học môn Toán” cần giải đáp những câu hỏi khoa học sau: • Phần mềm Mathcloud là gì? Nó có tác dụng như thế nào trong dạy học? • Phần mềm Mathcloud được ứng dụng như thế nào trong dạy học ở trường THCS, THPT? • Giáo viên và học sinh có được những gì sau khi sử dụng phần mềm này? • Kết quả thu được từ việc ứng dụng Mathcloud trong giáo dục hiện nay? IV. Ưu, nhược điểm khi sử dụng Mathcloud  Ưu điểm • Mathcloud cung cấp con đường học tập cá nhân và giải quyết nhu cầu cá nhân • Mathcloud cho sinh viên và các nhà giáo dục một thư viện rộng lớn với hàng ngàn các khái niệm Toán học, các vấn đề và giải pháp. • Bằng cách áp dụng các thuật toán phức tạp, Mathcloud có thể giúp mỗi học sinh trong một hệ thống khái niệm Toán học đặc biệt. Kế hoạch bài học cá nhân và con đường học tập tùy theo mức độ hiện tại của mỗi học sinh. Những kiến thức và kĩ năng ở mức độ tăng dần của học sinh, các kinh nghiệm học tập trở nên khó khăn hơn. • Các tài liệu của Mathcloud có sẵn trực tuyến, học sinh có thể học toán ở bất cứ đâu và gần như bất cứ lúc nào. Ngoài ra, Mathcloud có thể truy cập được từ hầu hết các thiết bị nối với mạng Internet như máy tính để bàn, máy tính xách tay, máy tính bảng, điện thoại thông minh…. • Cá nhân có thể xem được tất cả các khái niệm Toán học quan trọng có liên quan. Các khái niệm được kết nối với nhau, bằng cách học tập các quan hệ giữa các chủ đề, học sinh có thể hiểu rõ hơn khi áp dụng các khái niệm trong giải quyết các vấn đề. Hầu hết các khóa học Toán học đi sâu và các chủ đề khác nhau, nhưng không cố giải thích làm thế nào các chủ đề phù hợp với nhau. • Để lấp đầy các khoảng trống, Mathcloud tạo ra được cá nhân hóa trực tuyến, trực quan bách khoa toàn thư bao gồm hàng chục, hàng ngàn chủ đề. Trong mỗi bài học, học sinh có thể nhấn vào biểu tượng đám mây thông minh “ Smartcloud “ để xem tất cả các khái niệm có liên quan tới chủ đề đó. Bằng cách nhấp qua các khái niệm liên quan, học sinh có thể đánh giá , tìm hiểu cách áp dụng các khái niệm khác nhau vào giải quyết vấn đề hiện tại. • Mathcloud đánh giá các kĩ năng, kiến thức của người dùng, sau đó, giúp họ thiết lập mục tiêu học tập. Báo cáo định kì cho người dùng thấy cách họ đang tiến triển hướng tới đạt được những mục tiêu đó. Khi thấy được sự tiến bộ, họ được khuyến khích để đạt được và vượt mục tiêu, đôi khi ở một tốc độ nhanh hơn. • Mathcloud còn giúp giáo viên quản lí lớp học, theo dõi được trình độ của mỗi học sinh, kịp thời đề ra các giải pháp thích hợp để giúp đỡ các học sinh tiến bộ.  Nhược điểm Tuy nhiên, phần mềm vẫn còn một số hạn chế nhất định : • Không kiểm soát được việc học sinh làm bài hộ cho nhau. Học sinh có thể trao đổi tài khoản cho nhau để giúp nhau làm bài. • Ở vùng nông thôn,vùng sâu vùng xa,khả năng ứng dụng công nghệ thông tin của mọi người còn kém, điều kiện cơ sở vật chất còn thiếu thốn nên việc sử dụng phần mềm còn khó khăn. • Phầm mềm còn mất phí khá cao khi sử dụng. V. Định hướng con đường học tập của Mathcloud • Mathcloud giúp bạn nắm vững kiến thức toán bằng cách: - Xác định điểm mạnh và điểm yếu về Toán học của bạn. - Tạo mục tiêu học tập môn Toán cho mỗi cá nhân. - Thực hiện một kế hoạch giúp bạn đạt được mục tiêu học tập của bạn. - Hiểu khái niệm giúp bạn giải quyết các vấn đề toán học. - Hiểu biết rõ hơn trong toán học bằng cách cho bạn các bài tập và bài tập được thiết kế để khắc phục điểm yếu của bạn - Tìm hiểu một cách độc lập tốc độ riêng của bạn. - Cải thiện điểm số của bạn về các câu hỏi, các bài kiểm tra, thi cử và thẻ báo cáo. • Mathcloud giúp bạn trở thành một sinh viên học toán tốt hơn, bằng cách giúp bạn cải thiện kĩ năng toán học của bạn và hiểu tốt hơn về toán. • Mathcloud bắt đầu với một bài kiểm tra trực tuyến trong đó xác định điểm mạnh và điểm yếu của bạn, dựa vào kết quả đó để tạo ra một kế hoạch học tập cá nhân dành riêng cho bạn • Mathcloud giúp học sinh thiết kế các mục tiêu học tập, sau đó cung cấp các bài học và bài tập giúp tăng cường kĩ năng học toán của mỗi học sinh. • Tiến độ hàng ngày: Mathcloud cho bạn thấy chính xác sự tiến bộ mà học sinh thực hiện mỗi ngày để đạt được mục tiêu học tập của mình. • Cá nhân trực quan: Mathcloud bao gồm một từ điển bách khoa gọi là Smartcloud. Ngoài việc cung cấp các định nghĩa và giải thích tất cả các chủ đề toán học, từ điển bách khoa cũng cho thấy các khái niệm toán học có liên quan đến nhau. • Thuận tiện trực tuyến: Người dùng có thể truy cập vào hệ thống bất cứ lúc nào, bất cứ nơi nào. Mathcloud là một môi trường học tập hoàn toàn linh hoạt phục vụ cho lịch trình cá nhân. VI. Phương pháp nghiên cứu  Phương hướng giải quyết Xuất phát tài liệu nghiên cứu của Bộ giáo dục và đào tạo liên quan đến đổi mới phương pháp dạy học, sử dụng thiết bị trong dạy và học môn Toán, ứng dụng công nghệ thông tin vào trường học. Phần mềm Mathcloud đã vận dụng những điều này để cung cấp cho người dùng các khái niệm và hệ thống bài tập với tất cả các chủ đề của môn Toán.  Phương pháp cụ thể được áp dụng Thực hiện bằng phương pháp lí luận, cụ thể là đọc và phân tích lí luận dạy học môn Toán, luận án, bài báo về ứng dụng các thiết bị vào dạy học môn Toán, tài liệu liên quan tới phần mềm Mathcloud về nội dung, cách sử dụng và ứng dụng của nó trong dạy học để trả lời các câu hỏi. Còn sử dụng phương pháp thực nghiệm sư phạm (chọn hai lớp có trình độ học toán như nhau. Một lớp cho ứng dụng phần mềm Mathcloud, lớp còn lại chỉ học trên lớp bình thường ) và phương pháp quan sát (sau một kì thực nghiệm, kiểm tra, đánh giá chất lượng học sinh của hai lớp ) để giải quyết nhiệm vụ cuối cùng. VII. Điểm mới của Mathcloud • Mục đích của nghiên cứu khoa học là giới thiệu các nghiên cứu có tính sáng tạo về phần mềm Mathcloud. Chương trình nâng cao năng lực của giáo viên trong dạy học hiện tại và tương lai, đồng thời hỗ trợ học sinh, sinh viên nâng cao hiểu biết và ứng dụng toán học trong học tập và cuộc sống. • Mathcloud giúp người học có cách tiếp cận hoàn toàn mới trong việc học toán. Phần mềm có sử dụng ngôn ngữ tiếng anh ở một số chủ đề giúp người học vừa học toán ,vừa nâng cao khả năng tiếng anh. Chương trình hỗ trợ người học hiểu các khái niệm toán học đằng sau các vấn đề và mối tương quan giữa chúng. Hệ thống Mathcloud luôn thích ứng với kết quả hoạt động của người học, cung cấp phần luyện tập cần thiết giúp người học hiểu các khái niệm và áp dụng ngay để giải quyết vấn đề. • Giáo viên có thể sử dụng Mathcloud để cung cấp cho học sinh những kinh nghiệm học tập cá nhân và theo dõi hiệu suất của từng người. Mỗi bài học được xây dựng dựa trên các bước sau, nhưng học sinh có thể chọn từng bước theo hướng dẫn: 1. Bắt đầu với Startmath cloud 2. Tiếp theo là Stormmath cloud 3. Tạo Assignments math cloud • Mathcloud là một phần mềm học trực tuyến: học trực tuyến là một công cụ học tập không thể tách rời của nhiều học sinh để bổ sung kiến thức trên lớp vì nó dễ dàng và dễ tiếp cận; thực hiện nhanh chóng và hiệu quả; đáp ứng nhu cầu của mỗi cá nhân. • Giao diện đẹp, sinh động mang lại hứng thú cho người học. • Mathcloud phù hợp với các tiêu chuẩn của Mỹ cho môn Toán. Các tiêu chuẩn xác định chủ đề và kĩ năng của học sinh cần phải hiểu và có chứng minh ở mỗi cấp lớp. Các tiêu chuẩn cung cấp hướng dẫn về làm thế nào để đánh giá học sinh hoặc làm thế nào để thu hẹp khoảng cách kĩ năng cho học sinh ở mức độ kém hơn. • Mỗi học sinh được trình bày câu hỏi kiểm tra dựa trên câu trả lời của học sinh đó ở nhưng câu trước. Tùy thuộc vào việc mà mỗi học sinh cung cấp câu trả lời đúng hay sai, câu hỏi sẽ tăng hoặc giảm sự khó khăn. Kết quả có sẵn cho học sinh, giáo viên đánh giá ngay sau khi họ vừa hoàn thành. Dựa trên sự đánh giá, Mathlcloud sau đó sẽ tạo ra một chương trình cải tiến trực tuyến cá nhân được giả quyết nhu cầu cụ thể của học sinh. • Đặc biệt, giáo viên còn có thể quản lí thông tin từng học sinh, năng lực làm bài của từng em, tần suất truy cập vào làm bài tập, và kết quả học tập của từng học sinh để giao bài tập phù hợp. VIII. Mathcloud với một số phần mềm hỗ trợ học Toán hiện nay Hiện nay có rất nhiều phần mềm hỗ trợ học sinh trong việc học Toán ví dụ như Mathematica, Mapple, Matlab, MathAssisstant,…Các phầm mềm này cũng có khá đầy đủ các chủ đề về Toán học, bài tập đa dạng phù hợp với trình độ của từng cấp học. Tuy nhiên, các phần mềm này còn có nhiều hạn chế như: • Đây là các sản phẩm thương mại nên giá thành sử dụng rất cao. • Chỉ có các bài tập mà không có sự nhắc lại các khái niệm nên mỗi khi gặp vấn đề với một bài toán nào đó, học sinh sẽ mất nhiều thời gian tìm hiểu về các khái niệm, nguồn gốc thực sự để giải quyết được vấn đề mà mình không hiểu. Điều này sẽ khiến nhiều học sinh cảm thấy chán khi không làm được bài, và bỏ dở giữa chừng. • Có những phần mềm còn chưa thực sự trực quan và gần gũi với người dùng như MathAssisstant. • Khi học sinh làm bài xong thì hầu như chỉ có kết quả mà không có hướng dẫn cách làm, ở mỗi câu sai học sinh không thể biết được mình sai ở đâu, phải tìm hiểu lại từ đầu để tìm được lỗi sai. Đặc biệt, hầu như các phần mềm không có sự tương tác trực tuyến với người dùng, không có bài kiểm tra trình độ sau mỗi phần học. Trong khi đó, phầm mềm học toán với Mathloud tuy cũng có một số hạn chế nhất định nhưng đã khắc phục gần như đầy đủ các hạn chế của các phần mềm khác. Ngoài những ưu điểm đã nêu ở trên như cung cấp cho người dùng các khái niệm Toán học, bài tập luyện tập, bài tập đề xuất, các bài kiểm tra sau mỗi chủ đề một cách trực tuyến…thì Mathcloud còn có sự tương tác trực tiếp với mỗi học sinh sau mỗi bài tập. Với phầm mềm Mathcloud, trước khi học sinh làm bài tập thì có phần học khái niệm của chủ đề đó, bào gồm các khái niệm quan trọng và khái niệm có liên quan, bên cạnh đó có những bài tập cụ thể áp dụng trực tiếp những điều vừa học, có lời giải chi tiếp, các bước làm ở đó. Sau đó, khi bắt tay vào làm bài tập ở nhiệm vụ đầu thì ở mỗi câu hỏi đều có sự gợi ý bằng cách nhắc lại các khái niệm đã được học ở góc màn hình với biểu tượng Smartcloud – đám mây thông minh, học sinh hoàn thành xong các câu hỏi thì đáp án sẽ được lưu lại và có kết quả ngay lập tức. Học sinh có thể xem lại lời giải của các bài tập mình đã làm, và thấy được lỗi sai nếu có. Đến nhiệm vụ thứ hai, là những bài khó hơn, và nếu học sinh trả lời sai ở nhiệm vụ đầu thì ở nhiệm vụ này ứng với mỗi câu trả lời sai đều có hai bài tập tương tự cùng dạng để học sinh hiểu cách làm bài. Nhiệm vụ cuối giúp kiểm tra toàn bộ kiến thức học sinh đã học được sau hai nhiệm vụ trên. Đặc biệt, phầm mềm này còn giúp giáo viên quản lý lớp học và giao bài tập trực tuyến cho học sinh theo trình độ của từng em mà chưa phần mềm nào có. Các phần mềm khác hạn chế lớn nhất của việc học trực tuyến là chưa có sự tương tác hai chiều giữa người học - người dạy,thì với phần mềm Mathcloud thì đã bắt đầu tiếp cận tới sự tương tác hai chiều, học sinh làm bài đã có sự trả lời trực tiếp, cụ thể về bài làm, vấn đề chưa hiểu, giáo viên có thể thấy được kết quả học tập của học sinh để có cách thức giao bài phù hợp với trình độ của từng học sinh, giúp học sinh thấy khả năng của mình và có kế hoạch phấn đấu trong việc học Toán. Dự kiến cấu trúc của báo cáo khoa học  CHƯƠNG I: Giới thiệu chung 1.1 Khái niệm 1.2 Tác dụng trong dạy học - Quản lí lớp học - Giao bài tập - Quản lí học tập - Xem và chỉnh sửa thông tin tài khoản  CHƯƠNG II: Ứng dụng phần mềm Mathcloud 2.1 Đối với học sinh 2.2 Đối với giáo viên  CHƯƠNG III: Thực nghiệm sư phạm 3.1 Mục đích thực nghiệm 3.2 Triển khai thực nghiệm 3.3 Đánh giá kết quả thực nghiệm 3.4 Kết luận về thực nghiệm  CHƯƠNG IV: Kết luận và kiến nghị của báo cáo khoa học . dạy và học môn Toán” cần giải đáp những câu hỏi khoa học sau: • Phần mềm Mathcloud là gì? Nó có tác dụng như thế nào trong dạy học? • Phần mềm Mathcloud được ứng dụng như thế nào trong dạy học. Điểm mới của Mathcloud • Mục đích của nghiên cứu khoa học là giới thiệu các nghiên cứu có tính sáng tạo về phần mềm Mathcloud. Chương trình nâng cao năng lực của giáo viên trong dạy học hiện tại. phân loại các nhóm học sinh trong cùng một lớp học và giao bài tập phù hợp. III. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu  Mục đích • Nghiên cứu ứng dụng phần mềm Mathcloud trong dạy học môn Toán ở nhà