8. Cấu trúc luận văn
1.2. Cơ sở thực tiễn của dạy học tích hợp
1.2.3. Một số định hướng dạy học Sinh học theo quan điểm tích hợp
1.2.3.1. Dạy học Sinh học theo quan điểm tích hợp là cần thiết
Sinh học tập trung nghiên cứu sự sống ở cấp vi mô và vĩ mô: cho đến thế kỷ XVIII, sinh học mới chỉ nghiên cứu các hệ trong (cơ thể, cơ quan). Ngày nay, sinh học hướng vào nghiên cứu các hệ nhỏ (tế bào, phân tử) và các hệ lớn (loài, quần xã, hệ sinh thái, sinh quyển).
Có sự xâm nhập ngày càng mạnh mẽ của các nguyên lý, phương pháp của nhiều ngành khoa học khác vào Sinh học. Các phương pháp thực nghiệm lý hóa giúp hiểu sâu vào cấu trúc tế bào của các tổ chức sống, cơ chế của quá trình sống ở cấp tế bào và phân tử làm cho Sinh học ngày càng trở thành khoa học chính xác. Các phương trình tốn học, điều khiển học giúp cho việc mơ hình hóa các tổ chức sống phức tạp và tìm hiểu quy luật vận động của chúng, đưa Sinh học từ trình độ thực nghiệm – phân tích lên tổng hợp - hệ thống. Nếu trước kia sinh học phát triển dựa vào các phương pháp thuần túy sinh học thì ngày nay các phương pháp phi sinh học có vai trị to lớn, sinh học ngày càng thu hút sự đóng góp rộng rãi của các nhà khoa học thuộc các ngành khoa học khác.
Sinh học hiện đại trở thành một lực lượng sản xuất trực tiếp, phục vụ đắc lực không những cho sản xuất nơng, lâm, ngư nghiệp mà cịn đối với công nghiệp, kỹ thuật đặc biệt là Y học. Những thành tựu có ý nghĩa thực tiễn to lớn đều liên quan đến việc ứng dụng các tri thức Sinh học, chẳng hạn: chọn giống cây trồng vật nuôi đối với việc giải quyết các nhu cầu lương thực, thực phẩm trước sức ép dân số; cân bằng sinh thái với bảo vệ khai thác nguồn tài nguyên sinh vật; điều chỉnh hiệu suất quang hợp với năng suất cây trồng; di truyền học với tư vấn hơn nhân, gia đình và bảo vệ tương lai di truyền loài người; phỏng sinh vật học với thiết kế các máy móc, thiết bị cực nhạy.
Sinh học hiện đại đang phát triển với tốc độ rất nhanh, vừa phân hóa thành ngành nhỏ, vừa hình thành những lĩnh vực liên ngành, gian ngành.
Nếu ở thế kỷ XIX trên thế giới bình qn có vài ngàn thơng báo phát minh sinh học thì đến giữa thế kỷ XX con số đó là 10 vạn đến năm 2000 con số đó là 1 triệu. Chưa đầy 10 năm, khối lượng tri thức Sinh học đã tăng gấp đơi.[3]
Vì những đặc trưng như trên, việc dạy học Sinh học ở trường phổ thông không thể tách rời, cô lập với việc giảng dạy các môn khoa học khác hay đối với thực tiễn đời sống.
Còn một lý do quan trọng nữa khiến cho việc dạy học Sinh học cần theo quan điểm tích hợp là: với sự bùng nổ của các phương pháp thực nghiệm, Sinh học đã được phân chia thành các lĩnh vực nhỏ như Di truyền học, Sinh lý học, Sinh thái, Tế bào học v.v…và vì thế chương trình đào tạo cũng bị phân thành các mảng kiến thức tương đối tách rời nhau. Kết quả là học sinh phải học một khối lượng kiến thức rất lớn nhưng khá tách rời, cô lập. Xu hướng hiện nay trong đào tạo sinh học nói riêng và trong các lĩnh vực khoa học nói chung, người ta cố gắng trình bày cho học sinh thấy mối liên hệ hữu cơ giữa các lĩnh vực không những của sinh học với nhau mà còn giữa các ngành khoa học khác nhau như Sinh học, Hóa học, Tốn học, Vật lý …
1.2.3.2. Một số định hướng dạy học Sinh học theo hướng tích hợp
Thơng qua việc dự giờ và giảng dạy trong suốt quả trình thực tập và cơng tác tại trường THPT, có thể rút ra một số nhận xét như sau:
Ý thức học tập của học sinh chưa tốt, điều này có thể là do đặc điểm tâm lý lứa tuổi, các em đang ở trong tuổi ham chơi. Đa số các em thích học những mơn tốn, lý, hóa mà ít có hứng thú với mơn Sinh học. Cũng chính vì lẽ đó mà khi đến lớp nhiều em học bài cũ và chuẩn bị bài mới chưa cẩn thận. Phần lớn các em học là để đối phó, vì điểm tốt, do sợ cha mẹ, thầy cô chứ khơng phải do có hứng thú tìm hiểu bộ mơn Sinh học.
Trong suốt thời gian thực tập, chúng tơi có quan sát và trị chuyện với nhiều đối tượng học sinh và đặc biệt trong quá trình dạy học chúng tơi có điều kiện kiểm tra kiến thức của các em cũng như trực tiếp cảm nhận được
thái độ học tập của các em đối với môn Sinh học. Thực tế cho thấy phần lớn các em đều “học trước quên sau” và tiếp thu bài một cách thụ động. Do tiếp thu bài một cách thụ động nên hiểu bài một cách máy móc, khơng hiểu được bản chất vấn đề.
Chính vì những lý do trên, vần đề tích hợp trong dạy học Sinh học lại trở nên có ý nghĩa hơn bao giờ hết.
Chương trình đào tạo Sinh học của chúng ta hiện nay được xây dựng theo kiểu tích hợp một cách hài hịa giữa các lĩnh vực có liên quan thơng qua một sợi dây khâu nối nào đó. Ví dụ: Sợi dây khâu nối các lĩnh vực của sinh học lại với nhau có thể là chủ đề tiến hóa. Khi dạy kiến thức sinh học bất kể từ lĩnh vực phân tử, tế bào, mô, cơ quan, cơ thể, quần xã và các hệ sinh thái chúng ta đều có thể xem xét dưới góc độ tiến hóa. Thí dụ, khi dạy về vật chất di truyền ở cấp độ phân tử chúng ta có thể nêu cho học sinh thảo luận:
- Trong q trình tiến hóa, ADN có trước hay ARN có trước? và tại sao?
- Cấu trúc của gen đã được tiến hóa ra sao?
- Gen được tiến hóa từ cấu trúc khơng phân mảnh (chỉ gồm tồn trình tự nucleotit mã hóa cho các axit amin) đến cấu trúc không phân mảnh (gồm exon và intron) hay ngược lại? Dẫn liệu khoa học nào ủng hộ lập luận của em?
Tương tự như vậy, ở mức độ tế bào chúng ta có thể nêu vấn đề để học sinh suy nghĩ như:
- Tại sao các tế bào nhân thực (eukaryota) đặc biệt là các sinh vật bậc cao lại có số lượng nhiễm sắc thể lưỡng bội thay vì chỉ có một nhiễm sắc thể vòng như ở hầu hết các sinh vật nhân sơ?
- Nếu sự gia tăng về số lượng nhiễm sắc thể đem lại nhiều lợi thế cho sinh vật thì tại sao mọi sinh vật lại khơng tiến hóa thành tất cả các sinh vật lưỡng bội mà cịn có rất nhiều các loài sinh vật nhân sơ đơn giản như vi khuẩn?
Những câu hỏi mở rộng theo hướng tích hợp các phần khác nhau sẽ làm cho học sinh phải chủ động tìm tịi câu trả lời, đồng thời thấy được sự liên hệ giữa các sinh vật với nhau. Sinh giới đa dạng về chủng loại nhưng lại khá thống nhất ở nhiều mặt (q trình đồng hóa, dị hóa; sinh sản; cảm ứng, vận động …).
Tùy theo trình độ của học sinh mà giáo viên có thể thay đổi cách dạy của mình với từng bài. Ví dụ, nếu lớp học có nhiều học sinh khá giỏi, năng lực học tập tốt thì giáo viên có thể khơng cần dạy học theo một trình tự cố định như trong sách giáo khoa mà cần giành thời gian cho việc rèn luyện kỹ năng tư duy logic
Thí dụ, Bài: “Thẩm thấu và vận chuyển các chất qua màng”. Sinh vật từ đơn bào đến đa bào đều phải trao đổi các chất bằng con đường trao đổi chất qua màng. Vậy thì để củng cố và mở rộng kiến thức, GV có thể đặt ra nhiều vấn đề để học sinh suy nghĩ và thảo luận:
- Kích thước tế bào có liên quan gì đến tốc độ trao đổi chất hay không? - Tại sao các tế bào vi khuẩn lại có kích thước rất nhỏ?
- Tại sao vi khuẩn lại có thể sinh sản rất nhanh (một chu kỳ tế bào chỉ trong khoảng 20 – 30 phút trong khi ở người chu kỳ tế bào của người là 24 giờ)? Tất cả các câu hỏi mặc dầu như có vẻ rất đa dạng như vậy đều có thể trả lời bằng một ngun lý hết sức đơn giản. Đó là kích thước tế bào càng nhỏ thì tỷ lệ giữa bề mặt màng tế bào trên thể tích của tế bào (S/V) càng lớn. Tỷ lệ (S/V) càng lớn thì việc trao đổi các chất qua màng xảy ra càng nhanh, sự vận chuyển các chất qua màng tế bào bằng sự khuếch tán ở các tế bào nhỏ cũng sẽ xảy ra nhanh hơn so với tế bào có kích thước lớn.
Để cho học sinh dễ hiểu có thể cho các em thấy: một kg khoai tây củ nhỏ và một kg khoai tây củ to khi gọt vỏ ra thì loại nào sẽ cho nhiều vỏ hơn? GV có thể minh họa tỷ lệ S/V trong lớp học bằng cách cắt một củ khoai tây đã gọt vỏ thành từng miếng có kích thước 1cm 1cm 1cm và 2cm
2cm 2cm rồi cho chúng vào dung dịch iot để nhuộm. Sau cùng một thời gian, gọt phần đã nhuộm màu ở mỗi miếng và tính xem trung bình 1cm3 có bao nhiêu 1cm2 được nhuộm màu?
Hình 1.1. So sánh tỷ lệ diện tích/thể tích của hai dạng cấu trúc
Về mặt tốn học, thì diện tích bề mặt khối cầu được tính là: S = 4πr2 cịn thể tích V = 4/3πr3. Do đó sau khi giản ước ta có: S/V = 3/r. Như vậy nểu r (bán kính tế bào) càng lớn thì tỷ lệ này càng nhỏ, vì thế việc trao đổi chất qua màng càng chậm. Cũng vì vậy tế bào có kích thước nhỏ thì tốc độ trao đổi chất nhanh hơn, dẫn đến tế bào cũng phân chia nhanh hơn.
Mở rộng ra đối với các sinh vật sống ở các vùng khí hậu khác nhau cũng vậy. Ở phương Bắc do khí hậu lạnh cho nên con người và động vật đẳng nhiệt đều có kích thước cơ thể to lớn hơn những sinh vật cùng loại sống ở xứ nóng vì rằng khi kích thước cơ thể lớn thì tỷ lệ giữa diện tích bề mặt cơ thể (da) trên thể tích cơ thể sẽ nhỏ theo khiến cho sự mất nhiệt qua da ít, ngược lại tỷ lệ này lại cao ở nhũng người có kích thước nhỏ làm cho sự tỏa nhiệt ở vùng khí hậu nóng xảy ra tốt hơn. Đây cũng chính là định luật Bergnan trong Sinh thái học. Nếu tiếp tục mở rộng hơn nữa, người ta thấy các sinh vật đẳng nhiệt như thỏ có phần nhơ ra như đi và tai thì ở xứ nóng các phần nhơ ra
A. Cấu trúc nhỏ với mỗi cạnh là 1cm thì tỉ lệ diện tích/ thể tích = 6/1 B. Cấu trúc lớn với một cạnh là 2cm thì tỉ lệ diện tích/ thể tích = 3/1.
A B
1 cm
lớn hơn và ngược lại với xứ lạnh đuôi và tai lại nhỏ hơn, nếu khơng việc duy trì nhiệt độ cơ thể một cách ổn định sẽ gặp khó khăn.
Việc làm trên thực chất là tích hợp kiến thức lý hóa vào trong Sinh học để giải thích câu hỏi tại sao phần lớn tế bào lại có kích thước nhỏ bé.
Việc giảng dạy Sinh học theo chương trình tích hợp cịn giúp chúng ta lồng ghép các nội dung khác như bảo vệ mơi trường vào trong chương trình Sinh thái, chăm sóc và bảo vệ sức khỏe con người thông qua dạy học Sinh học.
Tương tự như vậy, đối với các bài về quy luật Mendel cũng như một số bài khác của chương trình lớp 12, cần tích hợp kiến thức tốn xác suất cũng như thống kê… để dạy thì mới đạt yêu cầu.