Thiết kế và sử dụng các tình huống dạy học nhằm hỗ trợ phát triển trí tưởng tượng không gian cho học sinh trong dạy học hình học ở trường trung học phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ĐẬU ANH TUẤN THIẾT KẾ VÀ SỬ DỤNG CÁC TÌNH HUỐNG DẠY HỌC NHẰM HỖ TRỢ PHÁT TRIỂN TRÍ TƯỞNG TƯỢNG KHƠNG GIAN CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC HÌNH HỌC Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGHỆ AN, 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH ĐẬU ANH TUẤN THIẾT KẾ VÀ SỬ DỤNG CÁC TÌNH HUỐNG DẠY HỌC NHẰM HỖ TRỢ PHÁT TRIỂN TRÍ TƯỞNG TƯỢNG KHƠNG GIAN CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC HÌNH HỌC Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học mơn Tốn Mã sớ: 9140111 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: GS.TS ĐÀO TAM PGS.TS NGUYỄN CHIẾN THẮNG NGHỆ AN, 2021 LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng tác giả hướng dẫn khoa học GS.TS Đào Tam, PGS.TS Nguyễn Chiến Thắng Các kết nghiên cứu số liệu nêu luận án hoàn toàn trung thực Nghệ An, tháng năm 2021 Tác giả Đậu Anh Tuấn i LỜI CÁM ƠN Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến GS.TS Đào Tam PGS.TS Nguyễn Chiến Thắng trực tiếp giảng dạy, hướng dẫn suốt thời gian học tập, nghiên cứu, hồn thành luận án Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy Cô giáo, nhà khoa học quan tâm, động viên có ý kiến đóng góp quý báu cho thân tơi q trình làm luận án Tơi xin chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Vinh, Phòng Đào tạo Sau đại học, Viện Sư phạm Tự nhiên, Bộ mơn Phương pháp giảng dạy Tốn tạo điều kiện cho tơi thực hồn thành chương trình nghiên cứu Tơi xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Cao đẳng Sư phạm Nghệ An, Sở Giáo dục Đào tạo tỉnh Nghệ An, bạn bè, đồng nghiệp gia đình ln tạo điều kiện thuận lợi, động viên, giúp đỡ tơi suốt q trình cơng tác nói chung q trình nghiên cứu, hồn thiện luận án Nghệ An, tháng năm 2021 Tác giả Đậu Anh Tuấn ii MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CÁM ƠN ii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT viii Chương ĐỊNH HƯỚNG NGHIÊN CỨU 1.1 Vấn đề nghiên cứu 1.2 Nhu cầu việc nghiên cứu phát triển trí tưởng tượng khơng gian học sinh dạy học hình học 1.3 Mục đích nghiên cứu luận án 1.4 Giả thuyết khoa học 1.5 Câu hỏi nghiên cứu 1.6 Các phương pháp nghiên cứu 1.6.1 Nghiên cứu lí luận 1.6.2 Nghiên cứu thực tiễn 1.6.3 Thực nghiệm sư phạm 1.7 Đóng góp luận án 1.8 Những luận điểm đưa bảo vệ 1.9 Cấu trúc luận án Chương CƠ SỞ LÍ LUẬN 2.1 Tổng quan nghiên cứu nhà giáo dục toán nội dung liên quan đến đề tài nghiên cứu 2.1.1 Những nghiên cứu vấn đề thiết kế tình dạy học 2.1.2 Các nghiên cứu liên quan đến trí tưởng tượng khơng gian 11 2.1.3 Tiểu kết tổng quan nghiên cứu liên quan đến thiết kế tình dạy học tốn trí tưởng tượng khơng gian 17 2.2 Tiếp cận quan điểm sư phạm trí tưởng tượng không gian 19 2.2.1 Biểu tượng 19 2.2.2 Khái niệm không gian 19 2.2.3 Khái niệm trí tưởng tượng 20 iii 2.2.4 Quan niệm trí tưởng tượng khơng gian 21 2.3 Đặc trưng trí tưởng tượng khơng gian 22 2.4 Mối liên hệ trực quan, trí tưởng tượng khơng gian tư tốn học dạy học hình học trường trung học phổ thơng 25 2.4.1 Khái niệm trực quan 26 2.4.2 Khái niệm tư lôgic 27 2.4.3 Quan niệm mối liên hệ trí tưởng tượng khơng gian tư trực giác 28 2.4.4 Mối liên hệ trực quan trí tưởng tượng không gian 29 2.4.5 Mối liên hệ tư lơgic trí tưởng tượng khơng gian 31 2.5 Các hoạt động hướng tới hình thành phát triển trí tưởng tượng khơng gian dạy học hình học trường trung học phổ thơng 34 2.6 Vai trị việc bồi dưỡng trí tưởng tượng không gian cho học sinh dạy học hình học trường trung học phổ thơng 36 2.6.1 Giáo dục học sinh nắm ý nghĩa vấn đề trước thực giải vấn đề hình học 36 2.6.2 Góp phần giáo dục tư sáng tạo 38 2.6.3 Giúp học sinh định hướng đưa phán đoán giả thuyết đối tượng, quan hệ, quy luật hình học 39 2.6.4 Giúp tiếp cận quan điểm dạy học kiến tạo quan điểm phát giải vấn đề dạy học hình học 40 2.6.5 Giúp phát sai lầm học sinh không ý đến nội dung (ngữ nghĩa) mà quan tâm đến mặt cú pháp (hình thức) phép toán 42 2.6.6 Giúp tiếp cận giải vấn đề thực tiễn 43 2.6.7 Tiềm phát triển trí tưởng tượng khơng gian cho học sinh trung học phổ thông mạch kiến thức Hình học Đo lường 45 2.7 Tình dạy học theo định hướng hỗ trợ phát triển trí tưởng tượng không gian 52 2.7.1 Tình dạy học 52 iv 2.7.2 Tình dạy học theo định hướng hỗ trợ phát triển trí tưởng tượng khơng gian dạy học hình học trường trung học phổ thơng 53 2.8 Vận dụng số phương pháp dạy học tích cực nhằm triển khai hoạt động dạy học theo định hướng hỗ trợ phát triển trí tưởng tượng khơng gian cho học sinh 54 Kết luận chương 55 Chương KHẢO SÁT THỰC TIỄN 56 3.1 Mục đích khảo sát 56 3.2 Nội dung khảo sát 56 3.3 Công cụ khảo sát 56 3.3.1 Các câu hỏi hướng đến tìm hiểu giáo viên khái niệm không gian, hiểu biết biểu tượng khơng gian khái niệm trí tưởng tượng khơng gian, đường hình thành phát triển trí tưởng tượng khơng gian 57 3.3.2 Nhóm câu hỏi tìm hiểu giáo viên biểu học sinh trí tưởng tượng khơng gian dạy học hình học 58 3.3.3 Nhóm câu hỏi xác minh hiểu biết giáo viên hoạt động nhằm phát triển trí tưởng tượng khơng gian học sinh 58 3.3.4 Nhóm câu hỏi tìm hiểu nhận thức giáo viên vai trò việc phát triển trí tưởng tượng khơng gian cho học sinh dạy học hình học 59 3.4 Tổ chức khảo sát 60 3.5 Khảo sát đối tượng học sinh 60 3.6 Đánh giá kết việc khảo sát giáo viên học sinh 62 3.6.1 Kết khảo sát tìm hiểu giáo viên khái niệm không gian, hiểu biết biểu tượng khơng gian khái niệm trí tưởng tượng khơng gian, đường hình thành phát triển trí tưởng tượng không gian 63 3.6.2 Kết khảo sát tìm hiểu GV làm sáng tỏ biểu học sinh trí tưởng tượng khơng gian dạy học hình học trường trung học phổ thông 64 v 3.6.3 Kết khảo sát xác minh hiểu biết giáo viên hoạt động nhằm phát triển trí tưởng tượng khơng gian học sinh 65 3.6.4 Kết khảo sát tìm hiểu nhận thức giáo viên vai trò việc phát triển trí tưởng tượng khơng gian cho học sinh dạy học hình học trường trung học phổ thông 66 3.6.5 Tiểu kết khảo sát đối tượng GV 68 3.6.6 Kết khảo sát tìm hiểu khả trí tưởng tượng khơng gian học sinh theo chương trình sách giáo khoa hành 68 3.6.7 Tiểu kết khảo sát đối tượng học sinh 71 Kết luận chương 72 Chương THIẾT KẾ VÀ SỬ DỤNG CÁC TÌNH HUỐNG DẠY HỌC HÌNH HỌC KHƠNG GIAN THEO ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN TRÍ TƯỞNG TƯỢNG KHƠNG GIAN CHO HỌC SINH TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 74 4.1 Chuẩn bị tri thức kĩ cho giáo viên việc thiết kế tình dạy học theo định hướng hỗ trợ phát triển trí tưởng tượng khơng gian 74 4.1.1 Về phương diện tri thức 74 4.1.2 Về mặt kĩ 75 4.2 Quy trình thiết kế sử dụng tình dạy học nhằm hỗ trợ phát triển trí tưởng tượng khơng gian dạy học hình học trường trung học phổ thông 76 4.2.1 Cơ sở khoa học thực tiễn để đưa bước thiết kế 76 4.2.2 Quy trình thiết kế tình dạy học hỗ trợ phát triển trí tưởng tượng khơng gian dạy học hình học trường trung học phổ thông 80 4.2.3 Quy trình sử dụng tình thiết kế vào dạy học hình học trường trung học phổ thơng theo hướng hỗ trợ phát triển trí tưởng tượng khơng gian 89 vi 4.3 Vận dụng quy trình thiết kế sử dụng tình vào dạy học tình điển hình dạy học hình học trường trung học phổ thơng theo định hướng phát triển trí tưởng tượng không gian 96 4.3.1 Vận dụng vào dạy học khái niệm 98 4.3.2 Vận dụng vào dạy học định lý 106 4.3.3 Vận dụng vào dạy học giải tập hình học 112 Kết luận chương 124 Chương THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 126 5.1 Mục tiêu thực nghiệm 126 5.2 Nội dung thực nghiệm 126 5.3 Hình thức thực nghiệm 130 5.4 Tổ chức thực nghiệm 130 5.5 Đánh giá kết thực nghiệm 131 5.5.1 Phân tích tiên nghiệm 131 5.5.2 Phân tích hậu nghiệm kết giải nhiệm vụ giáo viên học sinh 135 Kết luận chương 140 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 142 I Kết luận 142 II Kiến nghị 143 CÁC CƠNG TRÌNH ĐÃ CƠNG BỐ CỦA TÁC GIẢ LIÊN QUAN ĐẾN NỘI DUNG LUẬN ÁN 144 TÀI LIỆU THAM KHẢO 145 vii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ TTTKG Trí tưởng tượng khơng gian THPT Trung học phổ thơng THDH Tình dạy học GV Giáo viên HS Học sinh SGK Sách giáo khoa viii ... thiết kế tình dạy học hỗ trợ phát triển trí tưởng tượng khơng gian dạy học hình học trường trung học phổ thông 80 4.2.3 Quy trình sử dụng tình thiết kế vào dạy học hình học trường trung. .. tới hình thành phát triển trí tưởng tượng khơng gian dạy học hình học trường trung học phổ thơng 34 2.6 Vai trị việc bồi dưỡng trí tưởng tượng khơng gian cho học sinh dạy học hình học trường trung. .. trình thiết kế sử dụng tình dạy học nhằm hỗ trợ phát triển trí tưởng tượng khơng gian dạy học hình học trường trung học phổ thơng 76 4.2.1 Cơ sở khoa học thực tiễn để đưa bước thiết kế