Luận án Xây dựng và sử dụng bài tập để phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học sinh học cơ thể thực vật - Sinh học 11 trung học phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI TRƯƠNG XUÂN CẢNH XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP ĐỂ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC SINH HỌC CƠ THỂ THỰC VẬT - SINH HỌC 11 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC HÀ NỘI, 2015 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI TRƯƠNG XUÂN CẢNH XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP ĐỂ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC SINH HỌC CƠ THỂ THỰC VẬT - SINH HỌC 11 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Chuyên ngành: Lí luận và phương pháp dạy học bộ môn Sinh học Mã số: 62.14.01.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: GS.TS. Đinh Quang Báo HÀ NỘI, 2015 i LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên tôi xin được bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc đến thầy hướng dẫn khoa học: GS.TS. Đinh Quang Báo, thầy đã tận tình giúp đỡ, hướng dẫn tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu đề tài luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn tập thể Bộ môn Lí luận và Phương pháp dạy học Sinh học; Khoa Sinh học; Phòng Đào tạo sau Đại học; Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốt thời gian học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Tôi xin chân thành cảm ơn gia đình, cơ quan, các đồng nghiệp và bạn bè đã tạo điều kiện, động viên, khích lệ tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận án. Hà Nội, ngày tháng năm 2015 Trương Xuân Cảnh ii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các kết quả được trình bày trong luận án là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nghiên cứu khoa học nào khác. Tác giả luận án Trương Xuân Cảnh iii MỤC LỤC Trang Lời cảm ơn Lời cam đoan Mục lục Danh mục các cụm từ viết tắt Danh mục các bảng Danh mục các sơ đồ, biểu đồ PHẦN I: MỞ ĐẦU i ii iii vi vii x 1. Lí do chọn đề tài ................................................................................... 1 2. Mục đích nghiên cứu ............................................................................ 2 3. Đối tượng và khách thể nghiên cứu ...................................................... 2 4. Giả thuyết khoa học .............................................................................. 2 5. Nhiệm vụ nghiên cứu ........................................................................... 3 6. Phương pháp nghiên cứu ...................................................................... 3 7. Những đóng góp mới của đề tài. ........................................................... 5 PHẦN II: KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Lược sử các nghiên cứu liên quan đến đề tài 1.1.1. Tình hình nghiên cứu về năng lực và cấu trúc của năng lực 6 1.1.2. Tình hình nghiên cứu về các biện pháp rèn luyện, phát triển kĩ năng, năng lực cho người học và việc xây dựng, sử dụng bài tập để phát triển năng lực cho học sinh trong dạy học ................................................ 9 1.2. Cơ sở lý luận của đề tài ..................................................................... 18 1.2.1. Năng lực thực nghiệm .................................................................... 18 1.2.2. Cấu trúc của năng lực thực nghiệm ................................................. 21 1.2.3. Giá trị sư phạm của phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học Sinh học ở trường phổ thông .............................................. 27 1.2.4. Bài tập thực nghiệm ........................................................................ 28 1.2.5. Vai trò của bài tập thực nghiệm trong dạy học Sinh học ở trường phổ thông ................................................................................................. 38 iv 1.2.6. Mối quan hệ giữa xây dựng và sử dụng bài tập thực nghiệm với phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh ........................................... 40 1.3. Cơ sở thực tiễn của đề tài .................................................................. 43 1.3.1. Mục đích điều tra ............................................................................ 44 1.3.2. Nội dung điều tra ............................................................................ 44 1.3.3. Phương pháp điều tra ...................................................................... 44 1.3.4. Đối tượng điều tra........................................................................... 44 1.3.5. Kết quả điều tra .............................................................................. 45 Tiểu kết chương 1 .................................................................................... 54 CHƯƠNG 2: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG BÀI TẬP ĐỂ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC THỰC NGHIỆM CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC SINH HỌC CƠ THỂ THỰC VẬT - SINH HỌC 11 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 2.1. Phân tích mục tiêu, nội dung chương trình môn Sinh học 11 ............. 2.1.1. Mục tiêu ......................................................................................... 56 56 2.1.2. Nội dung ......................................................................................... 57 2.1.3. Nội dung thực hành trong Sinh học 11............................................ 59 2.2. Xây dựng bài tập để phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học Sinh học cơ thể thực vật - Sinh học 11 THPT .................... 60 2.2.1. Căn cứ xây dựng bài tập để phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học Sinh học cơ thể thực vật - Sinh học 11 THPT ..... 60 2.2.2. Nguyên tắc xây dựng bài tập để phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học Sinh học cơ thể thực vật - Sinh học 11 THPT ............ 61 2.2.3. Yêu cầu đối với bài tập thực nghiệm trong dạy học Sinh học cơ thể thực vật - Sinh học 11 THPT .............................................................. 63 2.2.4. Quy trình xây dựng bài tập thực nghiệm trong dạy học Sinh học cơ thể thực vật - Sinh học 11 THPT ......................................................... 2.3. Sử dụng bài tập để phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học Sinh học cơ thể thực vật - Sinh học 11 THPT .................... 2.3.1. Nguyên tắc sử dụng bài tập để phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học Sinh học cơ thể thực vật - Sinh học 11 THPT ....................................................................................................... 64 76 76 v 2.3.2. Định hướng sử dụng các bài tập thực nghiệm trong dạy học Sinh học cơ thể thực vật – Sinh học 11 ............................................................. 2.3.3. Gợi ý kiểm tra quá trình học sinh thực hiện các yêu cầu của bài tập thực nghiệm ........................................................................................ 2.3.4. Quy trình sử dụng bài tập theo hướng phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học phần Sinh học cơ thể thực vật ........... 78 79 80 2.3.5. Gợi ý sử dụng các bài tập thực nghiệm trong dạy học Sinh học cơ thể thực vật – Sinh học 11 ................................................................... 2.4. Đánh giá năng lực thực nghiệm bộ môn Sinh học của học sinh phổ thông ................................................................................................. Tiểu kết chương 2 .................................................................................... CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1. Mục đích thực nghiệm ....................................................................... 3.2. Nội dung thực nghiệm ....................................................................... 3.3. Phương pháp thực nghiệm ................................................................. 3.4. Nội dung đo nghiệm, công cụ đo nghiệm và phương pháp đo nghiệm .... 3.5. Kết quả thực nghiệm ......................................................................... Tiểu kết chương 3 .................................................................................... PHẦN III: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 1. Kết luận ................................................................................................ 2. Kiến nghị .............................................................................................. DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ ............................. TÀI LIỆU THAM KHẢO.. PHỤ LỤC................................................................................................ 90 93 100 101 101 102 103 106 123 124 125 127 128 P1 vi DANH MỤC CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT TT Viết tắt Viết đầy đủ 1 ĐC Đối chứng 2 GV Giáo viên 3 HS Học sinh 4 Nxb Nhà xuất bản 5 SGK Sách giáo khoa 6 SH Sinh học 7 THPT Trung học phổ thông 8 TN Thực nghiệm vii DANH MỤC CÁC BẢNG STT Số hiệu Tên bảng Trang 1. Bảng 1.1 Kiến thức, kĩ năng, thái độ của mỗi năng lực thành phần cấu thành năng lực thực nghiệm của học sinh THPT 25 2. Bảng 1.2 Gợi ý học sinh phân tích các yếu tố đề xuất của phương án thực nghiệm 34 3. Bảng 1.3 Mối quan hệ giữa hoạt động học tập của HS, thiết kế và tổ chức hoạt động cho HS với từng năng lực thành phần của năng lực thực nghiệm 41 4. Bảng 1.4 Danh sách các trường THPT đề tài đã tiến hành điều tra thực trạng 45 5. Bảng 1.5 Kết quả điều tra về cơ sở vật chất, trang thiết bị phục vụ công tác thực hành thí nghiệm bộ môn Sinh học 46 6. Bảng 1.6 Kết quả điều tra nhận thức của GV và HS về vai trò của thực hành trong dạy và học bộ môn Sinh học ở trường phổ thông 47 7. Bảng 1.7 Kết quả điều tra thực trạng sử dụng và tổ chức thực hành thí nghiệm trong dạy học Sinh học ở trường phổ thông 48 8. Bảng 1.8 Kết quả điều tra một số nguyên nhân ảnh hưởng đến thực trạng tổ chức thực hành thí nghiệm của GV trong dạy học Sinh học ở trường phổ thông 49 9. Bảng 1.9 Kết quả điều tra nhận thức của GV và mong muốn của HS đối với việc sử dụng bài tập thực hành thí nghiệm trong dạy học Sinh học 50 10. Bảng 1.10 Kết quả điều tra nhận thức của GV về mục đích của việc xây dựng và sử dụng bài tập thực hành thí nghiệm trong dạy học Sinh học 51 11. Bảng 1.11 Kết quả điều tra việc nhận định HS thực hiện các nhiệm vụ trong quá trình thực nghiệm 52 viii 12. Bảng 2.1 Cấu trúc nội dung phần Sinh học cơ thể thực vật – Sinh học 11 58 13. Bảng 2.2 Các bài thực hành trong Sinh học 11 59 14. Bảng 2.3 Kết quả xác định các kiến thức, kĩ năng thực nghiệm của từng bài học trong phần Sinh học cơ thể thực vật - Sinh học 11 65 15. Bảng 2.4 Vai trò của hệ thống bài tập thực nghiệm đã được xây dựng với sự phát triển các năng lực thành phần cấu thành năng lực thực nghiệm 74 16. Bảng 2.5 Gợi ý sử dụng các bài tập thực nghiệm trong dạy học Sinh học cơ thể thực vật – Sinh học 11 91 17. Bảng 2.6 Các tiêu chí của năng lực thực nghiệm và diễn giải mức độ của từng tiêu chí 95 18. Bảng 2.7 Bảng lượng hóa mức độ đạt được của từng tiêu chí của năng lực thực nghiệm theo thang điểm 10 98 19. Bảng 2.8. Phân loại mức độ năng lực thực nghiệm của HS 99 20. Bảng 3.1 Các bài học triển khai thực nghiệm 101 21. Bảng 3.2 Một số thông tin về trường, lớp và giáo viên triển khai thực nghiệm 102 22. Bảng 3.3 Nội dung, công cụ và phương pháp đo nghiệm 104 23. Bảng 3.4 Tổng hợp kết quả thử nghiệm đề kiểm tra 1A và đề kiểm tra 2A 105 24. Bảng 3.5 Bảng phân phối tần suất số HS đạt điểm Xi về năng lực hình thành giả thuyết thực nghiệm của nhóm ĐC và nhóm TN ở mỗi lần kiểm tra và một số tham số thống kê 106 25. Bảng 3.6 Kết quả kiểm định sự sai khác điểm trung bình về năng lực hình thành giả thuyết thực nghiệm giữa nhóm ĐC và nhóm TN qua các bài kiểm tra 107 26. Bảng 3.7 Bảng tần suất hội tụ tiến % số HS đạt điểm Xi trở lên của nhóm ĐC và nhóm TN ở bài kiểm tra lần 1 và bài kiển tra lần 108 ix 27. Bảng 3.8 Bảng phân phối tần suất số HS đạt điểm Xi về năng lực thiết kế phương án thực nghiệm của nhóm ĐC và nhóm TN ở mỗi lần kiểm tra và một số tham số thống kê 110 28. Bảng 3.9 Kết quả kiểm định sự sai khác điểm trung bình về năng lực thiết kế phương án thực nghiệm giữa nhóm ĐC và nhóm TN qua các bài kiểm tra 110 29. Bảng 3.10 Bảng tần suất hội tụ tiến % số HS đạt điểm Xi trở lên của nhóm ĐC và nhóm TN ở bài kiểm tra lần 1 và bài kiển tra lần 2 112 30. Bảng 3.11 Bảng phân phối tần suất số HS đạt điểm Xi về năng lực tiến hành thực nghiệm và thu thập kết quả thực nghiệm của nhóm ĐC và nhóm TN ở mỗi lần kiểm tra và một số tham số thống kê 114 31. Bảng 3.12 Kết quả kiểm định sự sai khác điểm trung bình về năng lực tiến hành thực nghiệm và thu thập kết quả thực nghiệm giữa nhóm ĐC và nhóm TN qua các bài kiểm tra 114 32. Bảng 3.13 Bảng phân phối tần suất số HS đạt điểm Xi về năng lực phân tích kết quả thực nghiệm và rút ra kết luận của nhóm ĐC và nhóm TN ở mỗi lần kiểm tra và một số tham số thống kê 116 33. Bảng 3.14 Kết quả kiểm định sự sai khác điểm trung bình về phân tích kết quả thực nghiệm và rút ra kết luận giữa nhóm ĐC và nhóm TN qua các bài kiểm tra 117 34. Bảng 3.15 Bảng tần suất hội tụ tiến % số HS đạt điểm Xi trở lên của nhóm ĐC và nhóm TN ở bài kiểm tra lần 1 và bài kiển tra lần 2 118 35. Bảng 3.16 Điểm trung bình các năng lực thành phần giữa nhóm TN và nhóm ĐC qua 2 bài kiểm tra 120 36. Bảng 3.17 Tỉ lệ HS ở các mức năng lực giữa nhóm TN và nhóm ĐC qua 2 bài kiểm tra 120 x DANH MỤC CÁC SƠ ĐỒ VÀ BIỂU ĐỒ STT Số hiệu Tên sơ đồ, biểu đồ Trang 1. Sơ đồ 1.1 Phân loại hệ thống bài tập thực nghiệm 38 2. Sơ đồ 1.2 Cơ sở xây dựng và sử dụng bài tập thực nghiệm 40 3. Sơ đồ 2.1 Căn cứ xây dựng hệ thống bài tập thực nghiệm Sinh học cơ thể thực vật 61 4. Sơ đồ 2.2 Quy trình xây dựng bài tập thực nghiệm 64 5. Sơ đồ 2.3 Quy trình 3 giai đoạn sử dụng bài tập thực nghiệm 81 6. Biểu đồ 3.1 So sánh tần suất số HS đạt điểm Xi về năng lực hình thành giả thuyết thực nghiệm giữa nhóm ĐC và nhóm TN ở bài kiểm tra lần 1 107 7. Biểu đồ 3.2 So sánh tần suất số HS đạt điểm Xi về năng lực hình thành giả thuyết thực nghiệm giữa nhóm ĐC và nhóm TN ở bài kiểm tra lần 2 108 8. Biểu đồ 3.3 Tần suất hội tụ tiến % HS đạt điểm Xi về năng lực hình thành giả thuyết thực nghiệm của nhóm ĐC và nhóm TN ở bài kiểm tra lần 1 109 9. Biểu đồ 3.4 Tần suất hội tụ tiến % HS đạt điểm Xi về năng lực hình thành giả thuyết thực nghiệm của nhóm ĐC và nhóm TN ở bài kiểm tra lần 2 109 10. Biểu đồ 3.5 So sánh tần suất số HS đạt điểm Xi về năng lực thiết kế phương án thực nghiệm giữa nhóm ĐC và nhóm TN ở bài kiểm tra lần 1 111 11. Biểu đồ 3.6 So sánh tần suất số HS đạt điểm Xi về năng lực thiết kế phương án thực nghiệm giữa nhóm ĐC và nhóm TN ở bài kiểm tra lần 2 112 12. Biểu đồ 3.7 Tần suất hội tụ tiến % HS đạt điểm Xi về năng lực thiết kế phương án thực nghiệm của nhóm ĐC và nhóm TN ở bài kiểm tra lần 1 113 13. Biểu đồ 3.8 Tần suất hội tụ tiến % HS đạt điểm Xi về năng lực thiết kế phương án thực nghiệm của nhóm ĐC và nhóm TN ở bài kiểm tra lần 2 113 xi 14. Biểu đồ 3.9 So sánh tần suất số HS đạt điểm Xi về năng lực tiến hành thực nghiệm và thu thập kết quả thực nghiệm giữa nhóm ĐC và nhóm TN ở bài kiểm tra lần 1 115 15. Biểu đồ 3.10 So sánh tần suất số HS đạt điểm Xi về năng lực tiến hành thực nghiệm và thu thập kết quả thực nghiệm giữa nhóm ĐC và nhóm TN ở bài kiểm tra lần 2 116 16. Biểu đồ 3.11 So sánh tần suất số HS đạt điểm Xi về năng lực phân tích kết quả thực nghiệm và rút ra kết luận giữa nhóm ĐC và nhóm TN ở bài kiểm tra lần 1 117 17. Biểu đồ 3.12 So sánh tần suất số HS đạt điểm Xi về năng lực phân tích kết quả thực nghiệm và rút ra kết luận giữa nhóm ĐC và nhóm TN ở bài kiểm tra lần 2 118 18. Biểu đồ 3.13 Tần suất hội tụ tiến % HS đạt điểm Xi về năng lực phân tích kết quả thực nghiệm và rút ra kết luận của nhóm ĐC và nhóm TN ở bài kiểm tra lần 1 119 19. Biểu đồ 3.14 Tần suất hội tụ tiến % HS đạt điểm Xi về năng lực phân tích kết quả thực nghiệm và rút ra kết luận của nhóm ĐC và nhóm TN ở bài kiểm tra lần 2 119 1 PHẦN I - MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Quan điểm chỉ đạo định hướng đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo theo Nghị quyết 29 của Hội nghị Ban Chấp hành Trung ương Đảng Cộng sản Việt Nam lần thứ 8 khóa XI đã nêu rõ: “Chuyển mạnh quá trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện năng lực và phẩm chất người học. Học đi đôi với hành; lý luận gắn với thực tiễn”. Đồng thời nghị quyết cũng nêu rõ: Tiếp tục đổi mới mạnh mẽ phương pháp dạy và học theo hướng hiện đại; phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và vận dụng kiến thức, kỹ năng của người học; khắc phục lối truyền thụ áp đặt một chiều, ghi nhớ máy móc. Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kỹ năng, phát triển năng lực. Đối với giáo dục phổ thông, tập trung phát triển trí tuệ, thể chất, hình thành phẩm chất, năng lực công dân, phát hiện và bồi dưỡng năng khiếu, định hướng nghề nghiệp cho học sinh. Nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện, chú trọng giáo dục lý tưởng, truyền thống, đạo đức, lối sống, ngoại ngữ, tin học, năng lực và kỹ năng thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Đổi mới chương trình nhằm phát triển năng lực và phẩm chất người học, hài hòa đức, trí, thể, mỹ; dạy người, dạy chữ và dạy nghề. Đổi mới nội dung giáo dục theo hướng tinh giản, hiện đại, thiết thực, phù hợp với lứa tuổi, trình độ và ngành nghề; tăng thực hành, vận dụng kiến thức vào thực tiễn. Trên cơ sở các quan điểm chỉ đạo, việc hình thành và phát triển năng lực ở người học đã được xác định trong mục tiêu đổi mới giáo dục phổ thông sau 2015. Để góp phần chuẩn bị cho việc triển khai thực hiện có hiệu quả mục tiêu giáo dục phổ thông sau 2015 thì việc nghiên cứu thiết kế các hoạt động học tập ở các môn học và tổ chức dạy học theo hướng hình thành, phát triển năng lực người học là vấn đề cần được quan tâm nghiên cứu. Sinh học là bộ môn khoa học có nhiều nội dung kiến thức gắn với thực nghiệm, do đó dạy và học thực hành đóng vai trò quan trọng trong việc thực hiện mục tiêu giáo dục của bộ môn Sinh học. Tuy nhiên, thực trạng dạy và học bộ môn Sinh học trong nhiều trường phổ thông hiện nay chưa được giáo viên và học sinh chú trọng đúng mức, đồng 2 thời điều kiện về trang thiết bị, cơ sở vật chất chưa được đáp ứng đầy đủ và chưa đảm bảo chất lượng để thực hiện đúng yêu cầu dạy học của bộ môn nhất là đối với việc dạy học thực hành. Đã có nhiều nghiên cứu chỉ ra rằng bài tập vừa là phương tiện, vừa là phương pháp để tổ chức các hoạt động học tập cho học sinh có hiệu quả. Việc nghiên cứu xây dựng hệ thống các bài tập thực nghiệm và sử dụng chúng một cách hợp lý trong dạy học Sinh học ở trường phổ thông là một việc làm quan trọng nhằm cụ thể hóa mục tiêu phát triển năng lực thực nghiệm của người học, vừa góp phần nâng cao chất lượng dạy học bộ môn, vừa phát triển được năng lực chuyên biệt của bộ môn cho người học. Phần Sinh học cơ thể thực vật – Sinh học 11 có nhiều nội dung phù hợp cho việc lựa chọn vật liệu để xây dựng hệ thống bài tập thực nghiệm, đồng thời thuận lợi cho quá trình thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm chứng giả thuyết khoa học của đề tài và nhằm từng bước cụ thể hóa cơ sở lý luận của đề tài vào thực tiễn dạy học bộ môn Sinh học ở trường phổ thông. Từ những lý do trên, chúng tôi tiến hành nghiên cứu đề tài Xây dựng và sử dụng bài tập để phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học Sinh học cơ thể thực vật - Sinh học 11 Trung học phổ thông. 2. Mục đích nghiên cứu Xây dựng được hệ thống bài tập thực nghiệm và đề xuất quy trình sử dụng chúng để phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trong dạy học Sinh học cơ thể thực vật - Sinh học 11 Trung học phổ thô