Tài liệu Tích hợp tri thức toán học với vật lý trong dạy học môn toán ở trường trung học phổ thông

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ĐÀO THỊ MỸ TÍCH HỢP TRI THỨC TOÁN HỌC VỚI VẬT LÍ TRONG DẠY HỌC MÔN TOÁN Ở TRƯỜNG TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Gv Ngành: Lí luận và Phương pháp dạy học bộ môn Toán Mã số : 8.14.01.11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. Nguyễn Danh Nam Thái Nguyên - 2018 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu trong đề tài là trung thực, không trùng lặp với kết quả của một công trình nào khác. Nếu có gì sai sót tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm. Thái Nguyên, tháng 5 năm 2018 Học viên Đào Thị Mỹ Ngày … tháng … năm 2018 Ngày … tháng … năm 2018 BCN Khoa Toán Cán bộ hướng dẫn PGS.TS. Nguyễn Danh Nam i LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, khoa Toán, Phòng Đào tạo trường Đại học Sư phạm - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi cho em trong suốt quá trình học tập và và nghiên cứu. Em xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo là giảng viên của các đơn vị: khoa Toán trường Đại học Sư phạm – Đại học Thái Nguyên, khoa Toán - Tin trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Viện Toán học Việt Nam đã trực tiếp giảng dạy và giúp đỡ em trong quá trình học tập và nghiên cứu. Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS. Nguyễn Danh Nam, trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên, người đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ em trong suốt quá trình thực hiện đề tài. Xin chân thành cảm ơn Ban giám hiệu, bạn bè đồng nghiệp trường THPT Phổ Yên, thị xã Phổ Yên, tỉnh Thái Nguyên đã động viên, giúp đỡ tôi hoàn thành nhiệm vụ nghiên cứu của mình. Thái Nguyên, tháng 5 năm 2018 Học viên Đào Thị Mỹ ii MỤC LỤC Trang TRANG BÌA PHỤ LỜI CAM ĐOAN……………………………………………………………………………..…………………….…… i LỜI CẢM ƠN……………………………………………………………………………………………...........…………. ii MỤC LỤC…………………………………………………………………………………………………………....………. iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT…………………………………………..…………...….…………… iv DANH MỤC BẢNG BIỂU……………………………………………………………………….…………….…. v DANH MỤC HÌNH VẼ……………………………………………………………………………………………... vi MỞ ĐẦU……………………………………………………………………………………………...……………………….. 1 Chương 1. CƠ SỞ LÍ LUẬN …………………………………………………………………….………………. 6 1.1. Lí luận về dạy học tích hợp………………………………………………………………………...….……. 6 1.1.1. Khái niệm tích hợp và dạy học tích hợp……………………….……………………… 6 1.1.2. Mục tiêu của dạy học tích hợp……...…………………………………………………..…… 7 1.1.3. Các đặc trưng cơ bản của dạy học tích hợp……...……………..…………………… 7 1.1.4. Các nguyên tắc lựa chọn nội dung tích hợp……...…………………….….………… 8 1.1.5. Các mức độ tích hợp trong dạy học tích hợp…………….....……………….……… 10 1.2. Dạy học theo chủ đề……...……………………………………………………………………….…………...… 12 1.2.1. Khái niệm về dạy học theo chủ đề……...........................................……………………… 12 1.2.2. So sánh dạy học truyền thống và dạy học theo chủ đề……….....….………… 13 1.2.3. Những nét đặc trưng cơ bản của dạy học theo chủ đề…..………….………… 14 1.3. Định hướng đổi mới chương trình môn Toán THPT………………………….…………… 15 1.4. Phân tích mối liên hệ giữa toán học và vật lí……………………………………….…………… 16 1.5. Kết luận chương 1……………………………………………………………………………..…….…………… 17 Chương 2. CƠ SỞ THỰC TIỄN………………………………………………………..….…………………… 18 2.1. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn…………………………………………….…….………………… 18 2.2. Phân tích tình hình dạy học tích hợp trong dạy học môn Toán ở trường THPT………………………………………………………………………………………………………….…...……………… 19 2.2.1. Về chương trình, sách giáo khoa môn Toán THPT………………...…………… 19 iii 2.2.2. Về dạy học tích hợp trong dạy học môn Toán ở trường THPT……….… 22 2.2.3. Về dạy học tích hợp tri thức toán học với vật lí………………….……………...… 23 2.3. Kết luận chương 2……………………………………………………………………………….…………...…… 27 Chương 3. THIẾT KẾ MỘT SỐ CHỦ ĐỀ TÍCH HỢP TRI THỨC TOÁN HỌC VỚI VẬT LÍ TRONG DẠY HỌC MÔN TOÁN Ở TRƯỜNG THPT…………….…… 28 3.1. Định hướng thiết kế một số chủ đề tích hợp ……………….………….………………..……… 28 3.1.1. Định hướng 1: Thiết kế một số chủ đề có nội dung gắn với các vấn đề trong thực tiễn……………………………………………………………………………………….………….……… 28 3.1.2. Định hướng 2: Dạy học các chủ đề tích hợp theo định hướng phát triển năng lực HS……………………………………………………………………………………….…….…………… 29 3.1.3. Định hướng 3: Làm rõ các mô hình toán học trong vật lí……….……..…… 29 3.2. Quy trình thiết kế chủ đề tích hợp……………………………………………….……………………… 29 3.3. Thiết kế một số chủ đề dạy học tích hợp………………………………….……...………………… 35 3.3.1. Chủ đề 1: Hàm số và đồ thị………………………………………….…….…………………… 35 3.3.2. Chủ đề 2: Vectơ và các phép toán vectơ ……………………....……………………… 42 3.3.3. Chủ đề 3: Hàm số lượng giác và phương trình lượng giác……….………... 49 3.3.4. Chủ đề 4: Đạo hàm và ý nghĩa của đạo hàm …………………..…………………… 57 3.4. Một số biện pháp sư phạm trong dạy học môn Toán ở trường THPT theo hướng tích hợp tri thức toán học với vật lí………………………….…………………..………………… 64 3.4.1. Biện pháp 1: Khai thác khả năng gợi động cơ từ các tình huống trong thực tiễn có tri thức vật lí để gây hứng thú cho học sinh…….…...…………………… 64 3.4.2. Biện pháp 2: Tăng cường hoạt động củng cố theo hướng khai thác các ứng dụng của môn Toán vào bộ môn Vật lí……………………….……………………………… 68 3.4.3. Biện pháp 3: Tổ chức dạy học các chủ đề tích hợp trong các hoạt động ngoại khóa…………………………………………………………………………….………………………...…… 71 3.5. Kết luận chương 3……………………………………………………………….…………….………………… 76 Chương 4. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM………………………………….…………….………………… 77 4.1. Mục đích thực nghiệm………………………………………………………….……………………………… 77 4.2. Kế hoạch thực nghiệm ………………………………………………………….………………………………… 77 4.2.1. Kế hoạch thực nghiệm……………………………………………………….…………..………….… 77 4.2.2. Đối tượng thực nghiệm……………………………………………………….….…………………… 77 4.2.3. Hình thức tổ chức thực nghiệm…………………………….….……..……………………… 78 4.3. Nội dung thực nghiệm………………………………………………….…………………………….………… 79 4.4. Phân tích kết quả thực nghiệm…………………………………….……………………………………… 79 4.4.1. Phân tích định tính……………………………………………………….…………………...……… 79 4.4.2. Phân tích định lượng…………………………………………………….…………….….………… 80 4.5. Kết luận chương 4………………………………………………………………...….………………………...…. 83 KẾT LUẬN CHUNG………………………………………………………….………………………..……………… 84 KIẾN NGHỊ, ĐỀ XUẤT………………………………………………………...…………………………………… 85 DANH MỤC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC LIÊN QUAN ĐẾN LUẬN VĂN..… 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO………………………………………………..……………………………………….… 87 PHỤ LỤC………………………………………………………………………………..…………………………………….. P.1 PL. 1…………………………………………………………………………………………..…………………..……………….. P.1 PL. 2…………………………………………………………………………………………..…………………..……………….. P.3 PL. 3…………………………………………………………………………………………..…………………..……………….. P.7 PL. 4……………………………………………………………………………………..………………………..……………….. P.9 PL. 5……………………………………………………………………………………..………………………..……………….. P.10 PL. 6………………………………………………………………………………….………………………………….………… P.14 PL. 7……………………………………………………………………………………..………………………..……………….. P.24 PL. 8…………………………………………………………………………………….………………………..………...……… P.30 PL. 9……………………………………………………………………………………….……………………..……………….. P.37 PL. 10……………………………………………………………………………………….……………………...…..………… P.37 PL. 11……………………………………………………………………………………….……..………………….………….. P.42 DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Viết đầy đủ DH Dạy học DHTH Dạy học tích hợp ĐC Đối chứng GDPT Giáo dục phổ thông GV Giáo viên HS Học sinh NXB Nhà xuất bản PL Phụ lục PPDH Phương pháp dạy học SGK Sách giáo khoa THPT Trung học phổ thông TN Thực nghiệm tr. Trang iv DANH MỤC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1. So sánh các thành tố giữa DHTH và DH đơn môn ..........................................11 Bảng 1.2. So sánh giữa DH truyền thống và DH theo chủ đề ............................. …… 13 Bảng 2.1.. ....................................................................................................................................................................... 20 Bảng 2.2. ......................................................................................................................................................................... 20 Bảng 4.1. Bảng thống kê kết quả kiểm tra trước thực nghiệm. . .....................................78 Bảng 4.2. Bảng tổng hợp các tham số....................................................................................................78 Bảng 4.3. Bảng thống kê điểm số. . ...........................................................................................................80 Bảng 4.4. Bảng phân phối tần suất ...........................................................................................................80 Bảng 4.5. Bảng tổng hợp các tham số....................................................................................................80 Bảng 4.6. Bảng thống kê điểm số. … ........................................................................................................82 Bảng 4.7. Bảng phân phối tần suất. .. .......................................................................................................82 Bảng 4.8. Bảng tổng hợp các tham số . .. ..............................................................................................82 v DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 2.1…………… .........................................................................................................................................................21 Hình 2.2…………… .........................................................................................................................................................22 Hình 2.3…………… .........................................................................................................................................................23 Hình 3.1…………… .........................................................................................................................................................39 Hình 3.2…………… .........................................................................................................................................................40 Hình 3.3 .............................................................................................................................................................................40 Hình 3.4 .............................................................................................................................................................................48 Hình 3.5 .............................................................................................................................................................................52 Hình 3.6 .............................................................................................................................................................................52 Hình 3.7 .............................................................................................................................................................................53 Hình 3.8 .............................................................................................................................................................................55 Hình 3.9 .............................................................................................................................................................................65 Hình 3.10 ..........................................................................................................................................................................65 Hình 3.11 ..........................................................................................................................................................................66 Hình 3.12 ..........................................................................................................................................................................66 Hình 3.13 ..........................................................................................................................................................................66 Hình 3.14 ..........................................................................................................................................................................67 Hình 3.15 ..........................................................................................................................................................................70 Hình 3.16 ..........................................................................................................................................................................75 Hình 4.1 .............................................................................................................................................................................81 Hình 4.2 .............................................................................................................................................................................82 vi MỞ ĐẦU 1. Lí do chọn đề tài Trong bối cảnh hội nhập và toàn cầu hóa sâu rộng hiện nay xã hội ngày phát triển về mọi mặt, việc đổi mới giáo dục là thực sự cần thiết và đang là mối quan tâm của các cấp, ngành, các nhà khoa học và toàn xã hội. Trong đó việc đổi mới nội dung, chương trình, đổi mới phương pháp dạy học, đổi mới phương pháp kiểm tra, đánh giá đang được Đảng và Nhà nước ta đặc biệt chú trọng. Điều 28, luật giáo dục 2005 của nước ta đã ghi rõ: “Phương pháp GDPT phải phát huy tính tích cực, tự giác, chủ động, sáng tạo của HS; phù hợp với đặc điểm của từng lớp học, môn học; bồi dưỡng phương pháp tự học, khả năng làm việc theo nhóm; rèn luyện kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn; tác động đến tình cảm, đem lại niềm vui, hứng thú học tập cho HS”. Nghị quyết số 29-NQ/TW ngày 04 tháng 11 năm 2013 của Hội nghị lần thứ tám Ban Chấp hành Trung ương khóa XI đã nêu rõ:“Phát triển giáo dục và đào tạo là nâng cao dân trí, đào tạo nhân lực, bồi dưỡng nhân tài. Chuyển mạnh quá trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện phẩm chất và năng lực người học. Học đi đôi với hành; lí luận gắn với thực tiễn; giáo dục nhà trường kết hợp với giáo dục gia đình và giáo dục xã hội” [26]. Nghị quyết 88/2014/QH13 ngày 28 tháng 11 năm 2014 của Quốc hội về đổi mới chương trình, SGK phổ thông cũng đã xác định mục tiêu đổi mới, đó là "Đổi mới chương trình, SGK GDPT nhằm tạo chuyển biến căn bản, toàn diện về chất lượng và hiệu quả GDPT; kết hợp dạy chữ, dạy người và định hướng nghề nghiệp; góp phần chuyển nền giáo dục nặng về truyền thụ kiến thức sang nền giáo dục phát triển toàn diện cả về phẩm chất và năng lực, hài hòa đức, trí, thể, mỹ và phát huy tốt nhất tiềm năng của mỗi HS" [28]. Nghị quyết số 44/NQ-CP ngày 09 tháng 6 năm 2014 của Chính phủ ban hành Chương trình hành động của Chính phủ thực hiện Nghị quyết số 29-NQ/TW ngày 04 tháng 11 năm 2013 của Hội nghị lần thứ tám Ban Chấp hành Trung ương khóa XI đã nêu một trong các nguyên tắc xây dựng chương trình mới, SGK mới: “Chương trình mới, SGK mới bảo đảm tính tiếp nối, liên thông giữa các cấp học, các lớp học, giữa 1 các môn học, chuyên đề học tập và hoạt động trải nghiệm sáng tạo” [27]. Từ nhu cầu đổi mới phương pháp dạy học, định hướng đổi mới phương pháp DH trong giai đoạn hiện nay là: DH cần hướng vào việc tổ chức cho HS học tập trong hoạt động và bằng hoạt động. Học thông qua hoạt động là cách tốt nhất vận dụng kiến thức vào giải quyết những vấn đề liên quan, qua đó HS thấy được việc học có ý nghĩa, tạo động lực để các em khám phá, từ đó phát triển năng lực của HS. Nhưng hiện nay trong các nhà trường phổ thông, phương pháp DH truyền thống vẫn là phổ biến. Trong phương pháp DH truyền thống, GV là người thuyết trình, diễn giảng, là "kho tri thức" sống, HS là người nghe, ghi chép và suy nghĩ theo. Do đó nguồn cung cấp kiến thức chủ yếu cho HS là GV và SGK. HS thụ động tiếp thu kiến thức, giờ dạy đơn điệu, kiến thức thiên về lí luận, ít chú ý đến kỹ năng thực hành của người học. Trong phương pháp DH truyền thống không có chỗ cho một môi trường cộng tác mà từng thành viên phải đảm nhận một vai trò, một công việc cụ thể hướng đến một mục tiêu chung. DH từng môn học riêng rẽ như hiện nay có tác dụng cung cấp kiến thức khoa học lôgic, chặt chẽ, có hệ thống của từng lĩnh vực và tạo điều kiện phân hóa theo định hướng nghề nghiệp của HS. Tuy nhiên, điều này cũng nảy sinh những bất cập như khó phát triển năng lực cho HS. Toán học là một khoa học suy diễn, nó cũng như các khoa học khác có nguồn gốc từ thực tiễn. Các nhà toán học I. I. Blekman và A. D. Mưskix cho rằng: “Loại bỏ ứng dụng ra khỏi toán học cũng có nghĩa đi tìm một thực thể sống chỉ còn bộ xương, không có tí thịt dây thần kinh hoặc mạch máu nào” [32, tr.33]. Đánh giá tầm quan trọng của toán học đối với các hiện tượng vật lí, hiện tượng tự nhiên của môi trường sống xung quanh, Herbert Fremont cho rằng: “Hãy tưởng tượng xem làm sao có thể miêu tả và làm việc với các liên hệ vật lí mà không có ngôn ngữ đặc trưng của đại số, làm sao ta có thể điều tra, khai thác các cấu trúc thiên nhiên cũng như những đồ vật do con người tạo ra mà không có những khái niệm hình học…” [39, tr.3]. Một đặc trưng của toán học là tính trừu tượng hoá cao độ, chính đặc điểm này đã khiến cho nó đi vào mọi lĩnh vực của cuộc sống, “càng trừu tượng càng có nhiều khả năng ứng dụng cụ thể, làm cho toán học ngày càng xâm nhập vào nhiều lĩnh vực hoạt động của con người, tạo nên xu thế “toán học hoá” của khoa học kỹ thuật, công nghệ hiện đại, biến toán học trở thành nữ hoàng của các khoa học” [33, tr.131]. 2 Vai trò công cụ của toán học trong vật lí đã được nhà vật lí nổi tiếng người Mỹ Freeman. Dyson khẳng định: “Đối với nhà vật lí, toán học không phải chỉ là một công cụ mà nhờ đó có thể diễn tả về lượng bất cứ hiện tượng nào, mà còn là nguồn chủ yếu những khái niệm và nguyên tắc làm chỗ dựa cho sự phát sinh những lí thuyết mới” [1, tr. 36]. DHTH là một trong những xu thế DH hiện đại hiện đang được quan tâm nghiên cứu và áp dụng vào nhà trường ở nhiều nước trên thế giới. Ở nước ta, từ thập niên 90 của thế kỉ XX trở lại đây, vấn đề xây dựng môn học tích hợp với những mức độ khác nhau mới thực sự được tập trung nghiên cứu, thử nghiệm và áp dụng vào trường phổ thông. DHTH cũng đang là một hướng đi mới mà Bộ Giáo dục và Đào tạo khá kì vọng để thiết kế nội dung GDPT nhằm giảm số môn học bắt buộc, tăng số môn học tự chọn và rèn luyện kỹ năng cho HS. Vì các chủ đề tích hợp liên môn có tính thực tiễn nên sinh động, hấp dẫn đối với HS, có ưu thế trong việc tạo ra động cơ, hứng thú học tập cho HS. Học các chủ đề tích hợp, liên môn, HS được tăng cường vận dụng kiến thức tổng hợp vào giải quyết các tình huống thực tiễn, ít phải ghi nhớ kiến thức một cách máy móc, nhờ đó năng lực và phẩm chất của HS được hình thành và phát triển. DHTH là DH xung quanh một chủ đề đòi hỏi sử dụng kiến thức, kĩ năng, phương pháp của nhiều môn học trong tiến trình tìm tòi nghiên cứu. Điều này sẽ tạo ra thuận lợi cho việc trao đổi và làm giao thoa các mục tiêu DH của các môn học khác nhau. Vì thế, tổ chức DHTH mở ra triển vọng cho việc thực hiện DH hướng đến sự phát triển năng lực HS [34]. Mặc dù chương trình, SGK môn Toán nói riêng và các môn học khác nói chung đã tăng cường tính ứng dụng thực tiễn, tuy nhiên chưa nhiều và chưa thấy rõ được ý nghĩa và vai trò của môn Toán trong thực tiễn cuộc sống và trong các ngành khoa học. Các thầy cô giáo và các em HS vẫn tập trung vào việc học tập những kỹ năng giải nhanh một bài toán nào đó, vẫn tăng cường học tập môn Toán nhưng để kiểm tra, để thi lấy điểm, thi đại học. Trong chương trình THPT Toán học có mối quan hệ mật thiết với môn Vật lí. Nhiều tri thức toán học là công cụ để giải quyết các tình huống trong vật lí. Chẳng hạn như khái niệm đạo hàm tại một điểm có ý nghĩa trong vật lí là để tìm vận tốc tức thời, gia tốc tức thời của chuyển động, hàm số lượng giác trong toán học được ứng dụng vào xét các dao động điều hòa trong vật lí,... Nhưng trong thực tế hiện nay, các GV không thường xuyên bồi dưỡng, rèn luyện cho HS thực hiện những ứng dụng của 3 toán học vào vật lí và thực tiễn điều này không gợi ra động cơ, hứng thú học tập, không phát triển được tối đa năng lực cho HS. Để thực hiện các chủ trương và định hướng ở trên cần đổi mới nội dung và phương pháp dạy học, thiết kế các hoạt động học tập mang tính tích hợp, liên quan đến nhiều lĩnh vực kiến thức, lấy người học làm trung tâm, giúp cho HS thấy được toán học là một công cụ đắc lực để các em giải quyết các vấn đề và học tập tốt môn Toán sẽ tạo tiền đề cho học tập tốt các môn học khác trong nhà trường, đặc biệt là môn Vật lí, chúng tôi lựa chọn đề tài nghiên cứu: “Tích hợp tri thức toán học với vật lí trong dạy học môn Toán ở trường trung học phổ thông”. 2. Mục đích nghiên cứu Mục đích nghiên cứu của luận văn là: - Nghiên cứu hệ thống quan điểm lí luận về DHTH. - Nghiên cứu khả năng tích hợp tri thức toán học với vật lí trong DH môn Toán ở trường THPT. - Đề xuất biện pháp tích hợp tri thức toán học với vật lí để GV có thể sử dụng trong quá trình DH Toán ở trường THPT. 3. Khách thể, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Khách thể nghiên cứu: Hoạt động dạy và học của GV và HS ở trường THPT. 3.2. Đối tượng nghiên cứu: Các chủ đề DH tích hợp tri thức toán học với vật lí trong DH môn Toán ở trường THPT. 3.3. Phạm vi nghiên cứu: Chương trình môn Toán và môn Vật lí ở trường THPT. 4. Giả thuyết khoa học Nếu thiết kế và áp dụng các chủ đề DHTH tri thức toán học với vật lí trong DH môn Toán ở trường THPT thì sẽ góp phần phát triển năng lực vận dụng toán học vào vật lí của HS, nâng cao chất lượng dạy học môn Toán. Giả thuyết khoa học được cụ thể hóa bằng câu hỏi nghiên cứu sau: 1) Thực trạng của việc DHTH tri thức toán học với vật lí trong DH toán ở trường THPT là gì? 2) Xây dựng những chủ đề nào để tích hợp tri thức toán học với vật lí? Quy trình thiết kế chủ đề tích hợp như thế nào? 4 3) Các biện pháp sư phạm đã đề xuất có phát huy tính tích cực học tập, phát triển năng lực vận dụng toán học vào vật lí của HS không? 5. Nhiệm vụ nghiên cứu - Nghiên cứu về đường lối giáo dục và chủ trương đổi mới giáo dục của Đảng và Nhà nước trong giai đoạn hiện nay. - Nghiên cứu lí luận về DHTH. - Tìm hiểu thực trạng việc DHTH ở trường THPT. - Thiết kế một số chủ đề DHTH tri thức toán học với vật lí trong DH môn Toán ở trường THPT. - Đề xuất một số biện pháp sư phạm trong dạy học môn Toán ở trường THPT theo hướng tích hợp tri thức toán học với vật lí. - Bước đầu thử nghiệm sư phạm để kiểm nghiệm tính khả thi và hiệu quả của các biện pháp sư phạm đã đề xuất. 6. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lí luận: Nghiên cứu một số văn bản, tài liệu liên quan đến phương pháp dạy học, DHTH; các tài liệu triết học, tâm lí học, giáo dục học và lí luận DH bộ môn Toán có liên quan đến đề tài. - Phương pháp điều tra, quan sát: Dự giờ, quan sát những biểu hiện của GV và HS (về nhận thức, thái độ, hành vi) trong hoạt động dạy và học. Lập các phiếu điều tra và tiến hành điều tra về tình hình dạy - học của GV, HS về DHTH tri thức toán học với vật lí trong DH môn Toán ở trường THPT. - Thực nghiệm sư phạm: Tổ chức TN sư phạm để kiểm chứng tính khả thi và hiệu quả của đề tài. - Phương pháp thống kê toán học: Phân tích các số liệu điều tra thực trạng và số liệu TN sư phạm. 7. Cấu trúc của luận văn Ngoài phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo và phụ lục, nội dung luận văn được trình bày trong bốn chương: Chương 1: Cơ sở lí luận Chương 2: Cơ sở thực tiễn Chương 3: Thiết kế một số chủ đề tích hợp tri thức toán học với vật lí trong dạy học môn Toán ở trường THPT Chương 4: Thực nghiệm sư phạm 5 Chương 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN 1.1. Lí luận về dạy học tích hợp 1.1.1. Khái niệm tích hợp và dạy học tích hợp Tích hợp là một vấn đề đang thu hút sự quan tâm đặc biệt của nhiều nhà nghiên cứu và nhiều nhà giáo dục trong nước ta hiện nay. Tuy nhiên, khái niệm này đã vốn có từ lâu và nhiều quốc gia trên thế giới đã quan tâm và sử dụng rộng rãi. + Theo từ điển tiếng Pháp thì nghĩa của từ Tích hợp là: “Gộp lại, sát nhập vào thành một tổng thể”. + Theo từ điển tiếng Việt [36]: “ Tích hợp có nghĩa là sự hợp nhất, sự hoà nhập, sự kết hợp”. + Theo từ điển Bách khoa toàn thư [35]: “ Tích hợp hệ thống là phối hợp các thiết bị và công cụ khác nhau để cùng làm một việc với nhau trong một hệ thống – Một chương trình nhằm giải quyết những nhiệm vụ chung nào đó”. + Theo Nguyễn Phú Lộc [24]: “Tích hợp có nghĩa là những kiến thức, kỹ năng học được ở môn học này, phần này của môn học được sử dụng như những công cụ để nghiên cứu học tập trong môn học khác, trong các phần khác của cùng một môn học. Thí dụ, toán học giải tích được sử dụng như một công cụ đắc lực trong nghiên cứu sinh học, hóa học, vật lí. Tin học được sử dụng như một công cụ để mô hình hóa các quá trình toán học v.v…” + Trong lĩnh vực khoa học giáo dục, theo Dương Tiến Sỹ [30]: “Tích hợp là sự kết hợp một cách hữu cơ, có hệ thống các kiến thức (khái niệm) thuộc các môn học khác nhau thành một nội dung thống nhất, dựa trên cơ sở các mối quan hệ về lí luận và thực tiễn được đề cập trong các môn học đó”. Trong lĩnh vực giáo dục hiện nay, DHTH là một trong những xu thế DH hiện đại ở nhiều nước trên thế giới. Có nhiều cách định nghĩa về DHTH như sau: + Theo Xaviers Roegirs [37]: Khoa sư phạm tích hợp là một quan niệm về quá trình học tập trong đó toàn thể các quá trình học tập góp phần hình thành ở HS những năng lực rõ ràng, có dự tính trước những điều cần thiết cho HS nhằm phục vụ cho quá 6 trình học tập trong tương lai, hoặc hoà nhập HS vào cuộc sống lao động. Khoa sư phạm tích hợp làm cho quá trình học tập có ý nghĩa. + Từ góc độ lí luận dạy học, theo Nguyễn Văn Khải [21]: “DHTH tạo ra các tình huống liên kết tri thức các môn học, đó là cơ hội phát triển các năng lực của HS. Khi xây dựng các tình huống vận dụng kiến thức, HS sẽ phát huy được năng lực tự lực, phát triển tư duy sáng tạo. DHTH các khoa học sẽ làm giảm trùng lặp nội dung DH các môn học, việc xây dựng chương trình các môn học theo hướng này có ý nghĩa quan trọng làm giảm tình trạng quá tải của nội dung học tập, đồng thời hiệu quả DH được nâng lên. Nhất là trong bối cảnh hiện nay, do đòi hỏi của xã hội, nhiều tri thức cần thiết mới đều muốn được đưa vào nhà trường”. 1.1.2. Mục tiêu của dạy học tích hợp Theo Xavier Rogiers [37] “Nếu nhà trường chỉ quan tâm dạy cho HS các khái niệm một cách rời rạc, thì nguy cơ sẽ hình thành ở HS các suy luận theo kiểu khép kín, sẽ hình thành những con người “mù chức năng”, nghĩa là những người đã lĩnh hội kiến thức nhưng không có khả năng sử dụng các kiến thức đó hàng ngày”. DHTH nhấn mạnh các mục tiêu cơ bản sau [3]: - Làm cho quá trình học tập có ý nghĩa bằng cách gắn học tập với cuộc sống hàng ngày, trong quan hệ với các tình huống cụ thể mà HS sẽ gặp sau này, hòa nhập thế giới học đường với thế giới cuộc sống; - Phân biệt cái cốt yếu với cái ít quan trọng hơn. Cái cốt yếu là những năng lực cơ bản cần cho HS vận dụng vào xử lí những tình huống có ý nhĩa trong cuộc sống, hoặc đặt cơ sở không thể thiếu cho quá trình học tập tiếp theo; - Dạy sử dụng kiến thức trong tình huống thực tế, cụ thể, có ích cho cuộc sống sau này; - Xác lập mối liên hệ giữa các khái niệm đã học. Thông tin càng đa dạng, phong phú thì tính hệ thống phải càng cao, có như vậy HS mới thực sự làm chủ được kiến thức và mới vận dụng được kiến thức đã học khi gặp một tình huống bất ngờ, chưa từng gặp. 1.1.3. Các đặc trưng cơ bản của dạy học tích hợp Mục đích của DHTH là để hình thành và phát triển năng lực HS, giúp HS vận dụng để giải quyết những vấn đề trong thực tiễn của cuộc sống. DHTH có những đặc điểm sau đây [3]: 7 - Thiết lập các mối quan hệ theo một logic nhất định những kiến thức, kỹ năng khác nhau để thực hiện một hoạt động phức hợp. - Lựa chọn những thông tin, kiến thức, kỹ năng cần cho HS thực hiện được các hoạt động thiết thực trong các tình huống học tập, đời sống hàng ngày, làm cho HS hòa nhập vào thế giới cuộc sống. - Làm cho quá trình học tập mang tính mục đích rõ rệt. - GV không đặt ưu tiên truyền đạt kiến thức, thông tin đơn lẻ, mà phải hình thành ở HS năng lực tìm kiếm, quản lí, tổ chức sử dụng kiến thức để giải quyết vấn đề trong tình huống có ý nghĩa. - Khắc phục được thói quen truyền đạt và tiếp thu kiến thức, kỹ năng rời rạc làm cho con người trở nên "mù chữ chức năng", nghĩa là có thể được nhồi nhét nhiều thông tin, nhưng không dùng được. Như vậy, DHTH là giảm tải kiến thức không thực sự có giá trị sử dụng, để có điều kiện dạy các kiến thức có ích. Để lựa chọn nội dung kiến thức đưa vào chương trình các môn học trước hết phải trả lời kiến thức nào cần và có thể làm cho HS biết huy động vào các tình huống có ý nghĩa. 1.1.4. Các nguyên tắc lựa chọn nội dung tích hợp Việc lựa chọn nội dung tích hợp ở phổ thông cần theo các nguyên tắc sau [8]: - Nguyên tắc 1: Đảm bảo mục tiêu giáo dục hình thành và phát triển năng lực cần thiết cho người học. Nội dung DHTH được chọn phải đảm bảo yêu cầu đầu tiên là đáp ứng được mục tiêu của DHTH, hướng tới việc phát triển năng lực cho người học. Có hai con đường logic để lựa chọn nội dung trong DHTH: + Con đường thứ nhất ứng với cách tiếp cận nội dung. Chương trình SGK hiện hành của chúng ta có nội dung đã được thiết kế sẵn không theo định hướng phát triển năng lực. Vì vậy, cần biến đổi các nội dung đó để soạn thảo theo mục tiêu phát triển các năng lực riêng lẻ đã đạt được ở một giai đoạn nhất định như kết thúc một năm học, cả cấp học. Sơ đồ logic con đường này như sau: Nội dung → các năng lực riêng lẻ ứng với mục tiêu cụ thể → năng lực ứng với mục tiêu kết thúc một giai đoạn. + Con đường thứ hai ứng với tiếp cận phát triển năng lực. Con đường này ngược chiều với con đường thứ nhất. Sơ đồ logic của con đường này như sau: Mục tiêu tích hợp → các năng lực riêng lẻ ứng với mục tiêu cụ thể → nội dung. Con đường thứ nhất chỉ là một giải pháp tình thế khi chúng ta chuyển từ chương trình tiếp cận nội dung sang tiếp cận năng lực. Con đường thứ hai cho phép lựa chọn những 8 kiến thức có ý nghĩa thiết thực trong đời sống, tránh được sự quá tải chương trình hoặc sự rời xa thực tế. - Nguyên tắc 2: Đáp ứng yêu cầu phát triển của xã hội, mang tính thiết thực và có ý nghĩa với người học. Để đáp ứng yêu cầu này, nội dung chủ đề tích hợp cần tinh giản kiến thức hàn lâm, lựa chọn các tri thức đơn giản, gắn bó thiết thực với đời sống. Tuy nhiên, các nội dung tri thức cũng cần cung cấp kiến thức nền tảng cho người học thích ứng với xã hội đầy biến động và phải là cơ sở GDPT để người học có thể học tập suốt đời. - Nguyên tắc 3: Đảm bảo tính khoa học và tiếp cận những thành tựu của khoa học kĩ thuật nhưng vừa sức với HS để đảm bảo yêu cầu này, nội dung của các chủ đề tích hợp cần tiếp cận với các thành tựu khoa học kĩ thuật nhưng ở mức độ vừa sức, tạo điều kiện cho HS trải nghiệm và khám phá kiến thức. - Nguyên tắc 4: Đảm bảo tính giáo dục và giáo dục vì sự phát triển bền vững. Chúng ta đang sống trong thời đại toàn cầu hóa và yêu cầu phát triển bền vững được đặt ra cấp thiết với các quốc gia. Phát triển bền vững tránh cho các quốc gia những rủi ro trong quá trình phát triển. Vì vậy, ngoài việc giúp cho HS nhận thức được thế giới, nội dung của các chủ đề tích hợp cần góp phần hình thành, bồi dưỡng cho HS thái độ sống hòa hợp với thế giới xung quanh; bồi dưỡng phẩm chất công dân. - Nguyên tắc 5: Tăng tính thực hành, thực tiễn, ứng dụng và quan tâm tới các vấn đề xã hội mang tính địa phương. Mọi khoa học đều là kết quả nhận thức của con người trong quá trình hoạt động thực tiễn. Vì vậy, nội dung các bài học (chủ đề) tích hợp cần tăng cường tính thực hành, thực tiễn và tính ứng dụng nhằm rèn cho HS kĩ năng vận dụng tri thức vào thực tế cuộc sống. Ngoài ra, nội dung DHTH cũng cần quan tâm tới các vấn đề mang tính xã hội của địa phương để giúp cho các em có hiểu biết nhất định về nơi mình sống, từ đó sẵn sàng tham gia vào các hoạt động kinh tế xã hội địa phương ngay sau khi tốt nghiệp. - Nguyên tắc 6: Việc xây dựng các bài học/chủ đề tích hợp dựa trên chương trình hiện hành. Các bài học/chủ đề tích hợp được xác định dựa vào những nội dung giao nhau của các môn học hiện hành và những vấn đề giáo dục mang tính quốc tế, quốc gia và có ý nghĩa đối với cuộc sống của HS. Các bài học/chủ đề tích hợp không chỉ được thực hiện giữa các môn học, giữa các nội dung có những điểm tương đồng mà còn được thực hiện giữa các môn, giữa các nội dung khác nhau nhưng bổ trợ cho nhau. 9 Như vậy, có thể thấy rằng nguyên tắc của DHTH là tất cả các chủ đề đều phải có mặt của ít nhất hai môn học để bổ sung cho nhau, để tạo ra một hình ảnh của thực tế, hoặc để giải quyết một vấn đề phức hợp mà nó không thể giải quyết bởi duy nhất một môn học. Nội dung của các chủ đề tích hợp cần tiếp cận với các thành tựu khoa học kĩ thuật nhưng ở mức độ vừa sức, tăng tính thực hành, ứng dụng vào giải quyết các tình huống trong thực tiễn. DHTH cần đảm bảo mục tiêu hướng đến sự phát triển năng lực cho người học. 1.1.5. Các mức độ tích hợp trong dạy học tích hợp Các mức độ tích hợp trong DHTH [34]: + Lồng ghép / Liên hệ: Đó là đưa các yếu tố nội dung gắn với thực tiễn, gắn với xã hội, gắn với các môn học khác vào dòng chảy chủ đạo của nội dung bài học của một môn học. Ở mức độ lồng ghép, các môn học vẫn dạy riêng rẽ. Tuy nhiên, GV có thể tìm thấy mối quan hệ giữa kiến thức của môn học mình đảm nhận với nội dung của các môn học khác và thực hiện việc lồng ghép các kiến thức đó ở những thời điểm thích hợp. + Vận dụng kiến thức liên môn: Ở mức độ này, hoạt động học diễn ra xung quanh các chủ đề, ở đó người học cần đến các kiến thức của nhiều môn học để giải quyết vấn đề đặt ra. Các chủ đề khi đó được gọi là các chủ đề hội tụ. Việc liên kết kiến thức các môn học để giải quyết tình huống cũng có nghĩa là các kiến thức được tích hợp ở mức độ liên môn học. Có hai cách thực hiện mức độ tích hợp này: Cách 1: Các môn học vẫn được dạy riêng rẽ nhưng đến cuối kì, cuối năm học hoặc cuối cấp học có một phần, một chương về những vấn đề chung và các thành tựu ứng dụng thực tiễn nhằm giúp HS xác lập mối liên hệ giữa các kiến thức đã được lĩnh hội. Cách 2: Những ứng dụng chung cho các môn học khác nhau thực hiện ở những thời điểm đều đặn trong năm học. Nói cách khác, sẽ bố trí xen một số nội dung tích hợp liên môn vào thời điểm thích hợp nhằm làm cho HS quen dần với việc sử dụng kiến thức của những môn học gần gũi nhau. + Hòa trộn: Đây là mức độ cao nhất của DHTH. Ở mức độ này, tiến trình DH là tiến trình “không môn học”, có nghĩa, nội dung kiến thức trong bài học không thuộc riêng về một môn học nhưng lại thuộc về nhiều môn học khác nhau, do đó, các nội 10 dung thuộc chủ đề tích hợp sẽ không cần dạy ở các môn học riêng rẽ. Mức độ tích hợp này dẫn đến sự hợp nhất kiến thức của hai hay nhiều môn học. Trong các mức độ tích hợp nêu trên thì hình thức tích hợp liên môn hiện nay đang được các GV vận dụng phổ biến nhất. Đây là quan điểm tích hợp mở rộng kiến thức trong bài học với các kiến thức của các bộ môn khác cũng như các kiến thức đời sống mà HS tích lũy được từ cuộc sống cộng đồng, qua đó làm giàu thêm vốn hiểu biết và phát triển nhân cách cho HS. DHTH liên môn thuộc về nội dung DH chứ không phải là phương pháp dạy học. Xét trên phương diện các thành tố của quá trình dạy học, sự khác biệt giữa DHTH liên môn và DH đơn môn truyền thống được thể hiện trong bảng dưới đây [4]: Bảng 1.1. So sánh các thành tố giữa DHTH và DH đơn môn Các thành tố của quá trình dạy học Mục tiêu DHTH DH đơn môn Mục tiêu đơn môn + các mục Mục tiêu đơn môn tiêu phát triển năng lực Xuất phát từ các vấn đề gắn với Trình bày theo cấu trúc Nội dung thực tiễn, ít quan tâm đến logic nội tại của môn học nội tại của môn học. Phương tiện Không có sự khác biệt về bản chất mà chỉ là do sự khác biệt về nội dung quy định Phương pháp, Không có phương pháp DHTH mà sử dụng chung hệ thống hình thức tổ chức phương pháp dạy học. Kiểm tra đánh giá Không có sự khác biệt về công cụ hay cách thức đánh giá. Từ Bảng 1.1 có thể thấy rằng vấn đề đổi mới trong DHTH đó là việc xác định mục tiêu tích hợp và xây dựng nội dung tích hợp chứ không phải là ở đổi mới PPDH. Nội dung của DHTH xuất phát từ các vấn đề gắn với thực tiễn, vì thế việc sử dụng kiến thức của một môn học không thể giải quyết được mà cần phải có sự tham gia của nhiều môn học. Vì sự tích hợp của nhiều môn học nên trong DHTH thường cần sự hỗ trợ của phương tiện DH nhiều hơn việc DH đơn môn. Và cũng chính vì nội dung có tính chất phức hợp, đa dạng nên khi DH GV cần phải biết sử dụng phối kết hợp nhiều phương DH và cần sử dụng chủ yếu là các phương pháp DH tích cực. Từ 11