Dạy học toán cho học sinh trung học phổ thông chuyên lí, hóa, sinh theo định hướng bồi dưỡng năng lực khám phá và chiếm lĩnh tri thức

i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN TRẦN LÂM DẠY HỌC TOÁN CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THƠNG CHUN LÍ, HĨA, SINH THEO ĐỊNH HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC KHÁM PHÁ VÀ CHIẾM LĨNH TRI THỨC LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGHỆ AN - 2019 i BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN TRẦN LÂM DẠY HỌC TỐN CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THƠNG CHUN LÍ, HÓA, SINH THEO ĐỊNH HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC KHÁM PHÁ VÀ CHIẾM LĨNH TRI THỨC Chuyên ngành: LL & PPDH mơn Tốn Mã số: 9.14.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Văn Thuận GS TS Đào Tam NGHỆ AN- 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan cơng trình nghiên cứu tơi với hướng dẫn TS Nguyễn Văn Thuận GS TS Đào Tam Các số liệu Luận án trung thực Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm kết nghiên cứu Luận án Nghệ An, ngày tháng năm 2019 Tác giả Luận án Nguyễn Trần Lâm ii LỜI CÁM ƠN Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới TS Nguyễn Văn Thuận, GS TS Đào Tam, tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tạo điều kiện tốt để hoàn thành Luận án này; Việc hoàn thành Luận án gặp nhiều khó khăn khơng tạo điều kiện Lãnh đạo quan công tác, quan chủ quản; Tổ chun mơn Tốn – Tin, Tổ chun mơn Lí, Hóa, Sinh Trường THPT Chun Đại học Vinh; Tổ Bộ môn Phương pháp dạy học Bộ mơn Tốn Viện Sư Phạm Tự nhiên Trường Đại học Vinh; bạn bè, đồng nghiệp; em học sinh trường THPT Chuyên Đại học Vinh, trường THPT chuyên khác địa bàn ba tỉnh Nghệ An, tỉnh Hà Tĩnh tỉnh Thanh Hóa Tơi xin trân trọng cảm ơn tất lòng Đặc biệt Gia đình, Người thân ln đồng hành, động viên, điểm tựa vững khuyến khích tơi q trình học tập hoàn thành Luận án Nghệ An, ngày 2019 tháng năm Tác giả Luận án Nguyễn Trần Lâm iii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT viii DANH MỤC CÁC BẢNG ix DANH MỤC CÁC HÌNH x DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ xiii MỞ ĐẦU 1 Lí chọn đề tài Mục đích nghiên cứu Giả thuyết khoa học 4 Nhiệm vụ nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Những đóng góp Luận án ý nghĩa đề tài Những nội dung đưa bảo vệ Cấu trúc Luận án Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 1.1.1 Năng lực 1.1.1.1 Các nghiên cứu giới 1.1.1.2 Các nghiên cứu nước 1.1.2 Các nghiên cứu “khám phá”, “chiếm lĩnh” tri thức 11 1.1.3 Quan điểm dạy học theo định hướng phát triển lực 12 1.1.3.1 Trên giới 12 1.1.3.2 Ở nước 14 1.2 Năng lực khám phá chiếm lĩnh tri thức 15 1.2.1 Hoạt động, hoạt động nhận thức 15 iv 1.2.1.1 Hoạt động 15 1.2.1.2 Hoạt động nhận thức 16 1.2.2 Hoạt động khám phá chiếm lĩnh tri thức 20 1.2.3 Vai trò, ý nghĩa việc tổ chức HĐ khám phá chiếm lĩnh tri thức cho học sinh trong dạy học Toán 26 1.2.4 Khái niệm lực khám phá chiếm lĩnh tri thức 28 1.3 Biểu lực thành tố, HĐ tương thích lực khám phá chiếm lĩnh tri thức người học dạy học Toán 29 1.3.1 NLTT1: NL trải nghiệm, khám phá tình huống, phát vấn đề, phát mâu thuẫn xuất TH, VĐ 32 1.3.2 NLTT2: NL quan sát, trực giác vấn đề, xây dựng thực việc xem xét, giải VĐ theo logic hợp lí chung cho vấn đề loại 34 1.3.3 NLTT3: NL dự đốn suy luận có lí, liên tưởng huy động kiến thức, thực thao tác tư trình chiếm lĩnh tri thức 38 1.3.4 NLTT4: Năng lực sử dụng ngơn ngữ giao tiếp Tốn học 40 1.3.5 NLTT5: Năng lực mơ hình hóa Toán học vấn đề thực tiễn 42 1.3.6 NLTT6: Năng lực phản biện sáng tạo 44 1.4 Cấp độ lực khám phá chiếm lĩnh tri thức dạy học Toán trường phổ thông 47 1.5 Đặc điểm học sinh THPT chun Lí, Hóa, Sinh 49 1.5.1 Đặc điểm phát triển trí tuệ HS trung học phổ thông 49 1.5.2 Đặc điểm HS trung học phổ thơng chun Lí, Hóa, Sinh 50 1.6 Quan điểm dạy học toán cho HS THPT chuyên theo định hướng phát triển lực khám phá chiếm lĩnh tri thức 51 1.7 Thực trạng việc bồi dưỡng cho học sinh lực khám phá chiếm lĩnh tri thức dạy học mơn Tốn trường THPT chuyên 53 1.8 Kết luận Chương 60 Chương MỘT SỐ BIỆN PHÁP SƯ PHẠM GÓP PHẦN BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC KHÁM PHÁ VÀ CHIẾM LĨNH TRI THỨC CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG CHUYÊN 62 v 2.1 Định hướng xây dựng 62 2.1.1 Đảm bảo phù hợp với mục tiêu, nội dung chuẩn kiến thức, kĩ chương trình mơn Tốn 62 2.1.2 Quán triệt quan điểm HĐ hình thành phát triển NL khám phá chiếm lĩnh tri thức 62 2.1.3 Xây dựng mơi trường học tập hợp tác tích cực, HS trung tâm, ln khuyến khích trải nghiệm - trao đổi - thảo luận - tìm tòi - khám phá chiếm lĩnh tri thức 63 2.1.4 Chú trọng giúp HS tạo mối liên hệ nội dung Toán học, trọng liên hệ Toán học mơn Khoa học tư nhiên góp phần chiếm lĩnh tri thức, liên hệ vận dụng với thực tiễn, phát phát triển ý tưởng trình dạy học 63 2.2 Các biện pháp sư phạm 64 2.2.1 Biện pháp 1: Tạo hội cho học sinh luyện tập hoạt động tương thích với lực thành tố lực khám phá chiếm lĩnh tri thức thông qua cài đặt vào tình dạy học khám phá, dạy học phát giải vấn đề 64 2.2.2 Biện pháp 2: Tăng cường HĐ sử dụng PTTQ, công cụ dạy học, hoạt động liên quan đến khám phá chất vấn đề để HS rèn luyện khả quan sát chủ động, hứng thú trọng việc chiếm lĩnh tri thức 74 2.2.3 Biện pháp 3: Tổ chức hoạt động dạy học theo hướng tích hợp phân hóa, trọng tốn dạng mơ hình hóa tốn học vấn đề thực tiễn chủ đề học tập theo định hướng STEM 79 2.2.4 Biện pháp 4: Tổ chức cho học sinh luyện tập thao tác tư số hoạt động trí tuệ khác để rèn luyện khả khám phá, xác định chất vấn đề theo lôgic bước giải vấn đề mở rộng vấn đề 98 2.2.5 Biện pháp 5: Tăng cường hoạt động tạo hội cho học sinh tranh luận, học tập cá nhân, hoạt động phát sửa chữa sai lầm, nhằm chiếm lĩnh tri thức rèn luyện tư phản biện 106 vi 2.2.6 Biện pháp 6: Tổ chức cho HS HĐ phân tích, xác định mối quan hệ, HĐ chuyển đổi ngơn ngữ góc nhìn khác nhau, trọng tương tác giao tiếp TH, nhằm làm phong phú cách diễn đạt tăng hội GQVĐ, góp phần rèn luyện TD phản biện sáng tạo 2.3 Kết luận chương 125 Chương THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 127 3.1 Mục đích thực nghiệm 127 3.2 Nội dung thực nghiệm 127 3.3 Tổ chức thực nghiệm 127 3.4 Đánh giá định tính theo q trình thực nghiệm 128 3.5 Đánh giá qua kiểm tra 131 3.5.1 Nội dung đề kiểm tra 131 3.5.2 Đánh giá định tính đề kiểm tra 137 3.5.2.1 Đánh giá nội dung đề kiểm tra 137 3.5.2.2 Đánh giá định tính kết kiểm tra 145 3.5.3 Đánh giá định lượng kết kiểm tra 146 3.6 Kết luận chung thực nghiệm 153 KẾT LUẬN 154 DANH MỤC CÁC CƠNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ĐÃ CƠNG BỐ 156 TÀI LIỆU THAM KHẢO 157 PHẦN PHỤ LỤC 173 4.1 Phụ lục 1: Một số chủ đề, cách tổ chức q trình dạy học góp phần bồi dưỡng NLKP CLTT 173 4.1.1 Chủ đề 1: Dạy chủ đề thể tích khối đa diện theo hướng tăng cường HĐ vii trải nghiệm nhằm bồi dưỡng NL khám phá chiếm lĩnh tri thức cho HS 173 4.1.2 Chủ đề 2: Dạy học định lí Hàm số liên tục, SGK Đại số giải tích 11 theo hướng bồi dưỡng HS giỏi Toán 182 4.1.3 Chủ đề 3: Dạy học chủ đề tọa độ theo hướng rèn luyện NL khám phá chiếm lĩnh tri thức 189 4.1.4 Chủ đề 4: Tổ chức dạy học theo dự án nội dung kiến thức “Hệ thức lượng tam giác” dạy học Hình học lớp 10 trung học phổ thông 195 4.1.5 Chủ đề 5: Dạy học chủ đề đạo hàm theo mối quan hệ liên mơn với Vật lí cho HS hệ chun Lí 207 4.2 Phụ lục 2: Phiếu xin ý kiến 212 viii DANH MỤC CÁC CHỮ CÁI VIẾT TẮT STT Chữ v BT DĐ ĐC ĐL GQVĐ GV HĐ HĐNT HS 10 HT 11 KP & CLTT 12 MHH 13 MHHTH 14 NL 15 NLKP CL 16 NLTT 17 NT 18 PP 19 PPDH 20 PTTQ 21 QT 22 THH 23 TD 24 TN 25 THPT 26 VĐ Cần trọng tập luyện cho HS HĐ SLCL, 228 dự đoán tình thích hợp Làm cho HS ý thức ý nghĩa HĐ suy luận có lí dự đoán học tập thực tiễn Chú trọng việc rèn luyện ngôn ngữ cho HS, chỉnh sửa sai lầm hình thức chất cho em Tập luyện HĐ chuyển đổi ngôn ngữ, diễn đạt theo nhiều cách khác nhau, hướng tới cách diễn đạt gần với việc GQVĐ 10 Sử dụng PTTQ, phần mềm dạy học để phân tích, tìm tòi, khám phá chiếm lĩnh TT Sử dụng PTTQ, phần mềm DH để tìm 11 hướng GQ BT đỡ khó khăn hơn, cách lập luận có xác đáng hơn, sai sót tính tốn mắc sai lầm 12 13 14 Vận dụng dạy học khám phá, trải nghiệm nhằm tăng cường tính chủ động cho HS Có quan điểm, thái độ mực với việc tập luyện cho HS HĐ phê phán Cần quan tâm tập luyện cho HS cách tự đặt câu hỏi cho trả lời câu hỏi Tạo hội cho HS tìm kiếm, phân tích 15 lập luận có GQVĐ xem xét cách GQVĐ khác Thiết kế tình HĐ HT hợp tác để 16 cho HS tranh luận tìm giải pháp, trình bày, đánh giá giải pháp đưa Chú ý việc khai thác sử dụng hợp lí 17 tập có ưu rèn luyện HĐ phê phán QTDH 229 18 Hướng dẫn HS tự tìm tòi, sưu tầm tốn, tình dạng MHH Tốn học Chú ý sử dụng hợp lí hình thức DH phân 19 hóa, cá thể hóa nhằm tạo điều kiện cho HS phát huy khả Chú ý tới yêu cầu: tính giáo dục, tính 20 kịp thời, tính xác q trình phát sửa chữa sai lầm cho HS GV thiết kế tình DH dễ dẫn đến 21 sai lầm để HS thử thách với sai lầm 22 Tạo tình cho HS bộc lộ kĩ tự kiểm tra, tự đánh giá Quan tâm mức HĐ gợi động cơ, 23 gây hứng thú, kĩ thuật sư phạm phù hợp dạy học 24 Phối hợp PPDH tích cực, trọng phát huy vai trò trung tâm, chủ động HS Những HĐ khác (Xin ghi rõ) 4.2.4 Kết xử lí số liệu câu hỏi HS Câu hỏi 1: Khi học Toán, em thực HĐ sau: STT HĐ Dự đoán phương hướng giải toán thường trực việc kiểm tra dự đoán Chọn cách giải tốt phù hợp với tri thức có Nhận sửa chữa sai sót lập luận, chứng minh Biết cách giải thích, vận dụng nội dung tốn học giải yêu cầu liên môn khác Biết diễn đạt BT theo cách khác cho có lợi cho VĐ cần giải Biết sử dụng máy tính điện tử, máy tính cá nhân, PTTQ, phần mềm DH làm công cụ hỗ trợ cho việc KP CLTT Biết phối hợp nhóm, làm việc nhóm để giải yêu cầu, dự án, … Huy động LT kiến thức liên quan để phát đường lối giải BT Biết hợp tác bạn để tranh luận tìm hướng GQ BT Tìm tòi, KP chất, mở rộng 10 tốn, GQVĐ theo cách khác nhau, trọng tìm tòi, mở rộng tốn 11 12 Biết đánh giá tự đánh giá làm bạn Các HĐ khác (xin ghi rõ) Câu hỏi 2: Trong dạy học Thầy/Cô thực HĐ sau đây? (Các em đánh dấu vào ô theo mức độ ghi bảng) 231 STT Các HĐ GV Tăng cường sử dụng nội dung liên mơn DH Tốn Tăng cường sử dụng yếu tố trực quan tranh ảnh, bảng biểu, phần mềm DH để tăng cường khả KP HS Tổ chức DH theo PP trải nghiệm DH theo dự án, … Tổ chức HĐ để HS giải mở rộng toán theo nhiều cách khác Tổ chức cho HS độc lập rèn luyện HĐ mày mò, tìm tòi, dự đốn huy động kiến thức Các HĐ thích nghi, phản biện đánh giá lời giải, phát sửa chữa sai lầm Tổ chức giải tốn có nội dung thực tiễn, tốn xây dựng mơ hình cho nội dung học tập HĐ tìm kiếm mơ hình, kiến thức thực tiễn liên quan đến nội dung học tập Tổ chức HĐ nhằm tăng tính tương tác học tập HS học tập theo nhóm, 10 Yêu cầu HS diễn đạt nội dung 232 toán học nhiều dạng khác cho có lợi cho VĐ cần GQ Tổ chức HĐ đặc thù hệ chuyên việc khuyến 11 khích, tạo đam mê môn học: xác định vai trò tốn học GQ nội dung mơn Lí, Hóa, Sinh Tìm cách giải thích, mơ hình 12 Tốn học cho tượng, VĐ nội dung kiến thức liên quan đến Lí, Hóa, Ssinh Đề nghị học sinh giải thích 13 chất bước giải lớp BT cơng thức tốn học 14 Yêu cầu HS phân tích đáp án giải tập TNKQ Tổ chức học ngoại 15 khóa, trải nghiệm mà HS sử dụng kiến thức môn học để khám phá, chiếm lĩnh vấn đề Những HĐ khác (xin ghi rõ) Câu hỏi 3: Em mong muốn việc dạy học Thầy/Cô giáo nào? (Các em đánh dấu vào ô theo mức độ ghi bảng) STT Các HĐ GV Tăng cường sử dụng nội dung liên môn dạy học toán Tăng cường sử dụng yếu tố trực quan tranh ảnh, bảng biểu, phần mềm DH để tăng cường khả KP HS Tổ chức DH theo PP trải nghiệm DH theo dự án, … Tổ chức HĐ để HS giải mở rộng toán theo nhiều cách khác Tổ chức cho HS độc lập rèn luyện HĐ mày mò, tìm tòi, dự đốn huy động kiến thức Các HĐ thích nghi, phản biện đánh giá lời giải, phát sửa chữa sai lầm Tổ chức giải tốn có nội dung thực tiễn, tốn xây dựng mơ hình cho nội dung học tập HĐ tìm kiếm mơ hình, kiến thức thực tiễn liên quan đến nội dung học tập Tổ chức HĐ nhằm tăng tính tương tác học tập HS học tập theo nhóm, Yêu cầu HS diễn đạt nội dung 10 toán học nhiều dạng khác cho có lợi cho VĐ cần GQ 11 Tổ chức HĐ đặc thù hệ chuyên việc khuyến khích, tạo đam mê mơn học: xác định vai trò Tốn học GQ nội dung mơn học Lí, Hóa, Sinh Tìm cách giải thích, mơ hình 12 Toán học cho tượng, VĐ nội dung kiến thức liên quan đến Lí, Hóa, Sinh Đề nghị học sinh giải thích 13 chất bước giải lớp BT cơng thức tốn học 14 Yêu cầu học sinh phân tích đáp án giải tập TNKQ Tổ chức học ngoại khóa, 15 trải nghiệm mà HS sử dụng kiến thức môn học để khám phá, chiếm lĩnh VĐ Những HĐ khác (xin ghi rõ) 235 TÀI LIỆU THAM KHẢO ... GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH NGUYỄN TRẦN LÂM DẠY HỌC TOÁN CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THƠNG CHUN LÍ, HĨA, SINH THEO ĐỊNH HƯỚNG BỒI DƯỠNG NĂNG LỰC KHÁM PHÁ VÀ CHIẾM LĨNH TRI THỨC Chun... chun Lí, Hóa, Sinh 50 1.6 Quan điểm dạy học toán cho HS THPT chuyên theo định hướng phát tri n lực khám phá chiếm lĩnh tri thức 51 1.7 Thực trạng việc bồi dưỡng cho học sinh lực khám. .. phá chiếm lĩnh tri thức 20 1.2.3 Vai trò, ý nghĩa việc tổ chức HĐ khám phá chiếm lĩnh tri thức cho học sinh trong dạy học Toán 26 1.2.4 Khái niệm lực khám phá chiếm lĩnh tri