Dựa vào kết cấu và các quy tắc phân chia khái niệm để xây dựng BĐKN. Quy trình xây dựng BĐKN có thể bao gồm các bước khác nhau tùy theo tác giả. Trong luận văn này chúng tôi xác định quy trình xây dựng một BĐKN theo 4 bước sau:
- Bước 1: Xác định KN chi phối (KN GIỐNG, tổng quát).
Xác định KN chi phối bằng cách đặt và trả lời câu hỏi trọng tâm. Câu hỏi trọng tâm trả lời cho câu hỏi “là gì?”. Trả lời được câu hỏi trọng tâm sẽ xác định được vấn đề cốt lõi của BĐKN. Đây chính là cách tốt nhất để xác định nội dung cho một BĐKN. Câu hỏi trọng tâm cần rõ ràng cho một vấn đề làm cơ sở để xác định các KN phụ thuộc.
- Bước 2: Xác định các KN phụ thuộc (KN LOÀI, bộ phận).
Các KN phụ thuộc là các KN quan trọng nhất hoặc chung nhất liên quan trực tiếp với KN chi phối. Tốt nhất là liệt kê và định nghĩa các KN phụ thuộc có liên quan, sau đó lựa chọn và sắp xếp các KN vào vị trí phù hợp. Tiếp tục phân chia KN ở các tầng tiếp theo cho đến khi không thể phân chia được nữa. Trong mỗi tầng, cần xem xét tổng ngoại diên của các KN phụ thuộc phải bằng ngoại diên của KN chi phối. Thông thường cứ có từ 15 - 25 khái niệm là đủ để xây dựng một BĐKN.
38 - Bước 3: Xây dựng BĐKN sơ bộ.
Các KN được đặt trong các khung hình chữ nhật, hình elip hoặc hình tròn. Các KN được sắp xếp ở các vị trí phù hợp: KN tổng quát xếp trên đỉnh, tiếp theo là các KN cụ thể hơn. Các KN có thể được viết trên thẻ (trên giấy, trên bảng) hoặc sử dụng phần mềm IHMC Cmap Tools, sau đó xác định mối liên hệ và nối các KN bằng các mũi tên có kèm từ nối mô tả mối quan hệ giữa chúng để tạo ra các mệnh đề. Tìm kiếm các đường nối ngang cho thấy sự tương quan giữa các KN. Cho các ví dụ nếu có tại các đầu mút của mỗi nhánh. Ví dụ được đóng khung bởi hình tròn, elip hoặc hình chữ nhật có nét đứt. - Bước 4: Duyệt lại BĐKN.
Xem xét lại BĐKN về cả nội dung và hình thức, thay đổi những chỗ chưa hợp lý về cả nội dung và cấu trúc. Đó là một trong những lý do giải thích tại sao sử dụng phần mềm máy tính lại có nhiều lợi ích hơn.
Các bước trên có thể trình bày trên giấy trước rồi mới nhập liệu thông tin vào phần mềm IHMC CmapTools, nhưng tốt nhất nên sử dụng ngay phần mềm IHMC CmapTools thì sẽ hiệu quả và nhanh chóng.
Nếu muốn xây dựng một BĐKN đa phương tiện ta chỉ cần liên kết các nguồn tài nguyên như một văn bản, một hình ảnh, phim, video, hay một địa chỉ email, một file, hoặc một chương trình vào các ô KN tương ứng.
Chúng tôi cũng đã xây dựng các BĐKN đa truyền thông, đa chiều chương “Cơ chế di truyền và biến dị”, sinh học 12 trung học phổ thông và lưu trữ chúng trong trang web của Cmap Tools với liên kết:
39
Hình 2.1. BĐKN về các bước xây dựng BĐKN 2.4. Các dạng BĐKN
Dựa vào hình dạng, ta có thể phân chia BĐKN thành các dạng sau: [23]
Hình 2.4. BĐKN tiến trình Hình 2.2. BĐKN hình
nhện
Hình 2.3. BĐKN phân cấp
40
Ngoài ra còn có những dạng BĐKN như: BĐKN phong cảnh, BĐKN đa chiều, BĐKN hình tròn…
Việc thiết kế các dạng BĐKN phụ thuộc vào đặc điểm nội dung kiến thức của từng bài, từng chương. Để sử dụng BĐKN ta có thể biến đổi từ BĐKN hoàn chỉnh (có đầy đủ các KN và từ nối) thành các loại BĐKN như sau để sử dụng cho các khâu trong quá trình DH:
- Bản đồ khuyết từ nối: Bản đồ có cấu trúc cho sẵn, chỉ có những KN chìa khóa nhưng khuyết từ nối.
- Bản đồ khuyết KN: Bản đồ có cấu trúc cho sẵn, có các từ nối nhưng khuyết KN. - Bản đồ khuyết hỗn hợp: Bản đồ có cấu trúc cho sẵn nhưng khuyết một số KN hoặc từ nối.
- Bản đồ câm: Bản đồ có cấu trúc cho sẵn nhưng chưa có KN và từ nối.
2.5. Xây dựng bản đồ khái niệm chương Cơ chế di truyền và biến dị bằng phần mềm Cmap Tools
2.5.1. Giới thiệu về phần mềm Cmap Tools 2.5.1.1. Khái quát về phần mềm Cmap Tools 2.5.1.1. Khái quát về phần mềm Cmap Tools
Như đã trình bày ở trên có nhiều cách khác nhau để lập bản đồ khái niệm, trong đó sử dụng phần mềm Cmap Tools đề lập bản đồ khái niệm là một trong những hướng nghiên cứu mang lại nhiều tiện ích. Phần mềm Cmap Tools được Cañas và các cộng sự viết năm 2004 tại Viện nghiên cứu Sự nhận thức của Con người và Máy (Institute for Human and Machine Cognition - viết tắt là IHMC). Phần mềm này không những giúp người sử dụng dễ dàng tạo lập và sửa đổi các bản đồ khái niệm vào mọi lúc nhờ bộ xử lí văn bản, mà nó còn cho phép những người sử dụng có thể trao đổi được với nhau trong khi xây dựng bản đồ, bất cứ ai trên Internet cũng có thể truy cập vào, có thể liên kết các tài nguyên để làm rõ nội dung bản đồ khái niệm, và tìm kiếm những thông tin có liên quan.
Phần mềm máy tính CmapTools IHMC có thể được tải miễn phí từ trang web http://cmap.ihmc.us. Người sử dụng có thể tải phần mềm này về máy tính của mình và sử dụng nó để lập các BĐKN mới, tìm kiếm và chỉnh sửa các bản đồ
41
có sẵn trong máy chủ do các người dùng khác trên khắp thế giới tạo ra (Lưu ý là muốn cài đặt phần mềm này thì máy tính của bạn phải cài đặt phần mềm Java). Ngoài ra không cần tải về và cài đặt phần mềm thì người dùng vẫn có thể khai thác một số tài nguyên BĐKN cho phép trên trang web http://cmap.ihmc.us.
2.5.1.2. Quy trình sử dụng phần mềm Cmap Tools
Sau khi tải về và cài đặt phần mềm vào máy, một biểu tượng của Cmaps sẽ hiện lên trên desktop của máy tính. Khi cần sử dụng chương trình, người dùng chỉ cần click vào biểu tượng này để mở ra cửa sổ View là cửa sổ chính để khai thác các tính năng của phần mềm. Muốn tạo một bản đồ mới, chọn File trên thanh công cụ và chọn New Cmap để bắt đầu vẽ. Khi CmapTools được sử dụng kết hợp với một máy chiếu và các máy tính, hai hoặc nhiều cá nhân có thể dễ dàng cộng tác trong việc xây dựng một BĐKN chung và thấy được sự thay đổi của nó khi họ thao tác. CmapTools cũng cho phép sự hợp tác giữa các cá nhân trong cùng một phòng hoặc bất cứ nơi nào trên thế giới, và các thao tác trên bản đồ có thể được xây dựng cùng lúc hoặc vào nhiều lúc khác nhau. Chúng tôi đã trình bày cách sử dụng phần mềm Cmap Tools chi tiết tại mục lục 4.
2.5.1.3. Một số chức năng của phần mềm Cmap Tools
- Lập bản đồ khái niệm
Phần mềm Cmap Tool cho phép tạo các khái niệm di chuyển các khái niệm và tạo ra các đường nối trong bản đồ. Điều quan trọng là bản đồ khái niệm không bao giờ kết thúc. Sau khi bản đồ khái niệm được xây dựng phải thường xuyên xem xét lại bản đồ. Những khái niệm khác có thể được thêm vào. Một bản đồ tốt thường là kết quả từ ba đến nhiều lần xem xét lại. Đó là lí do giải thích tại sao sử dụng phần mềm máy tính lại có nhiều lợi ích.
Liên kết các tài nguyên tạo thành BĐKN đa truyền thông, đa chiều
Ngoài ra phần mềm này còn cho phép người sử dụng liên kết các tài nguyên (những bức ảnh, biểu tượng, đồ thị, video, biểu đồ, các bảng, văn bản, các trang web hay những bản đồ khác) nằm ở bất cứ nơi nào trên Internet hay trong những hồ sơ cá nhân với một thao tác đơn giản là kéo biểu tượng của file chứa tài nguyên vào ô KN và thả chuột.
42
Hình 2.6. Bản đồ KN về Bò sát do một HS THCS xây dựng. Các biểu tượng ở phía dưới KN tạo liên kết đến các nguồn tài nguyên như: hình ảnh, các trang web, video, các bản đồ KN [Nguồn: A.J. Canas, 2005] [23] - Tạo thuận lợi cho dạy học trực tuyến
Cmap Tools tạo thụân lợi cho sự hợp tác trong khi tạo lập bản đồ khái niệm. Các bản đồ khái niệm được xây dựng mà sử dụng Cmap Tools có thể lưu trữ trên trang chủ, nơi mà bất cứ ai trên Internet cũng có thể truy cập vào. Nhiều trang chủ Cmap là “công cộng”, nó cho phép bất cứ ai (tức là không cần sự cho phép) cũng có thể đưa bộ sưu tập các bản đồ khái niệm hay các tài nguyên của họ lên đó (Canas, 2004). Thông qua việc lưu trữ các bản đồ khái niệm trên Trang chủ Cmap, Cmap Tools khuyến khích sự hợp tác giữa những người xây dựng các bản đồ. Khi các bản đồ được lưu trữ trên một máy chủ trên Internet, những người sử dụng với sự cho phép thích hợp có thể cùng sử dụng các bản đồ khái niệm cùng một lúc (trùng hợp) hay theo quy ước của họ (không đồng bộ).
Như vậy việc lưu trữ các BĐKN trên internet và xây dựng môi trường thảo luận cho nhiều người ở khắp nơi trên thế giới đã xóa bỏ khoảng cách không gian và thời gian giữa những người học, và tạo thuận lợi cho DH hợp tác. Hơn nữa, các bản đồ khái niệm được tạo ra bởi người học có thể trở thành nền tảng để đánh giá khả năng của người học một cách khách quan.
43
2.5.2. Xây dựng BĐKN bằng phần mềm Cmap Tools 2.5.2.1. Xây dựng BĐKN tổng quát 2.5.2.1. Xây dựng BĐKN tổng quát
Bằng việc sử dụng phần mềm Cmap Tools trong khuôn khổ của luận văn này chúng tôi đã xây dựng được BĐKN tổng quát cho chương: “Cơ chế di truyền và biến dị”, Sinh học 12 như sau:
Hình 2.7. BĐKN tổng quát của chương “Cơ chế di truyền và biến dị”
2.5.2.2. Xây dựng các BĐKN chi tiết
Với mục đích xây dựng tài liệu hỗ trợ DHKN trong nhà trường kết hợp với việc vận dụng 4 bước xây dựng BĐKN chúng tôi đã xây dựng được các BĐKN chi tiết, hoàn chỉnh cho toàn bộ các KN thuộc chương: “Cơ chế di truyền và biến dị”, Sinh học 12. Các bản đồ này có thể có những biến dạng khác nhau (BĐKN dạng hoàn chỉnh, dạng khuyết, dạng câm, dạng hỗn hợp…) sử dụng trong các khâu của quá trình dạy học như: dạy kiến thức mới; củng cố, hoàn thiên kiến thức; kiểm tra đánh giá và cao hơn nữa là giúp hướng dẫn HS tự xây dựng được BĐKN của riêng mình phục vụ cho các mục đích học tập khác nhau. Ví dụ cụ thể về các kiểu BĐKN cũng như việc sử dụng nó sẽ được thể hiện cụ thể trong mục 2.5
Dưới đây là các BĐKN chi tiết cho từng bài trong chương: “Cơ chế di truyền và biến dị”.
44
45
Hình 2.9. BĐKN về nhân đôi AND
46
Hình 2.11. BĐKN về dịch mã
47
Hình 2.13. BĐKN về đột biến gen
48
Hình 2.15. BĐKN về đột biến cấu trúc NST
49
* Từ các BĐKN trên chúng tôi đã tổng hợp các BĐKN chi tiết đã được xây dựng được cho các bài thuộc chương “Cơ chế di truyền và biến dị” qua bảng
Bảng 2.2. Tổng hợp các BĐKN chi tiết đã xây dựng
Bài BĐKN đã xây dựng Tổng số
1 BĐKN về mã di truyền và BĐKN về nhân đôi. 2
2 BĐKN về phiên mã và BĐKN về dịch mã. 2
3 BĐKN về điều hòa hoạt động của gen. 1
4 BĐKN về đột biến gen. 1
5 BĐKN về NST và BĐKN về đột biến cấu trúc NST. 2
6 BĐKN về đột biến số lượng NST. 1
2.6. Phương pháp sử dụng BĐKN trong dạy học chương Cơ chế di truyền và biến dị và biến dị
GV dựa vào các BĐKN chi tiết đã được xây dựng ở trên để xây dựng các kiểu biến dạng BĐKN phù hợp với nội dung cụ thể. Các kiểu biến dạng này có thể được sử dụng linh hoạt trong bất kì một hoạt động DH nào từ khâu dạy kiến thức mới cho đến việc hướng dẫn HS tự xây dựng được BĐKN. Tuy nhiên ở mỗi khâu và tùy từng nội dung thì chúng ta vẫn có thể tìm được kiểu ĐBKN ưu thế để ưu tiên sử dụng chúng nhằm đem lại hiệu quả DH cao nhất.
2.6.1. Sử dụng BĐKN trong khâu dạy kiến thức mới 2.6.1.1. Sử dụng BĐKN hoàn chỉnh 2.6.1.1. Sử dụng BĐKN hoàn chỉnh
BĐKN hoàn chỉnh là bản đồ có đầy đủ các KN và các mệnh đề quan hệ nối giữa các KN. Có thể nói trong khâu dạy kiến thức mới nói chung và trong chương “Cơ chế di truyền và biến dị” nói riêng thì kiểu BĐKN hoàn chỉnh là dạng thích hợp dùng trong khâu này. Vì khối lượng kiến thức ở những bài của chương khá nặng mà thời gian cho một tiết học lại không nhiều nên sử dụng kiểu BĐKN này có lẽ là hợp lý hơn cả. Quy trình gồm:
50
Bước 2: Giáo viên đưa hệ thống các hoạt động khai thác bản đồ thông qua các câu hỏi, bài tập, PHT yêu cầu HS thực hiện.
Bước 3: Học sinh tự làm việc cùng với các phương tiện và tài liệu GV cung cấp để thực hiện các yêu cầu do GV đưa ra, từ đó khám phá kiến thức thông qua BĐKN (hoạt động cá nhân và hoạt động nhóm).
Bước 4: GV sửa chữa, kết luận đưa KN vào hệ thống. Bước 5: Luyện tập và vận dụng KN.
Ví dụ 1: Sử dụng BĐKN hoàn chỉnh để dạy kiến thức nhân đôi AND Bước 1: GV cung cấp BĐKN hoàn chỉnh về nhân đôi của ADN cho HS.
Hình 2.17. BĐKN hoàn chỉnh về nhân đôi ADN
Bước 2: Nội dung kiến thức này có nhiều cách để khai thác kiến thức: dùng hình vẽ SGK; hoặc dùng các phương tiện trực quan: hình động, video về quá trình nhân đôi. Với việc sử dụng BĐKN được thiết kế nhờ phần mềm Cmap Tools thì việc khai thác mảng kiến thức này khá đơn giản và rất tiện lợi.
GV yêu cầu HS quan sát hình 1.2 SGK hoặc kích chuột vào những đường link ngay trên BĐKN cho biết: ADN nhân đôi trong pha nào của chu kì tế bào? Quá trình nhân đôi của ADN cần những yếu tố nào tham gia? Quá trình nhân
51
đôi gồm mấy bước chính? ADN được nhân đôi theo những nguyên tắc nào? Chiều tổng hợp các đoạn Okazaki và chiều của mạch tổng hợp liên tục? Kết quả của quá trình nhân đôi?
Bước 3: HS làm việc, căn cứ vào nội dung bản đồ và kiến thức trong SGK trả lời các câu hỏi của GV.
Bước 4: GV nhận xét, kết luận đưa KN vào hệ thống.
- Quá trình nhân đôi được thực hiện trong pha S của kì trung gian.
- Quá trình nhân đôi ADN cần có: Các Nucleotit gồm 4 loại là A, T, G, X. Các loại enzim bao gồm: ezim tháo xoắn (Derulaza); enzim tách mạch (Helicaza); enzim tổng hợp mạch mới (ADN polymeraza, ARN polymeraza); enzim nối (ligaza). Và ADN mẹ.
- Quá trình nhân đôi gồm 3 bước chính: mở đầu, kéo dài và kết thúc (GV giảng tóm tắt dựa vào liên kết với video).
- ADN được nhân đôi theo nguyên tắc bổ sung, bán bảo tồn và nửa gián đoạn. Cả đoạn Okazaki và mạch liên tục đều được tổng hợp theo chiều 5’ –3’.
- Kết quả quá trình nhân đôi tạo ra 2 ADN con giống hệt nhau và giống mẹ. Bước 5: Luyện tập và vận dụng KN.
Mặt khác để kích thích sự tích cực của HS, GV có thể cố ý đặt sai vị trí các KN hoặc đặt mệnh đề quan hệ sai để HS phát hiện và sửa chữa. Tùy theo mức độ nhận thức của HS từng lớp mà GV điều chỉnh số lượng và vị trí các KN, mệnh đề sai khác nhau. Do đó, từ một BĐKN hoàn chỉnh ban đầu có thể tạo ra BĐKN có chứa KN sai để DH ở các mức độ khác nhau.
2.6.1.2. Sử dụng BĐKN dạng khuyết
Các vị trí khuyết có thể là khuyết hoàn toàn hoặc chỉ khuyết ở một vài vị