vận dụng lí thuyết graph trong dạy học phần di truyền học (sinh học 12 – THPT)

Xuất phát từ lợi thế của Graph trong dạy học Graph toán học là phương pháp khoa học có tính khái quát cao, có tính ổnđịnh vững chắc để mã hóa các mối quan hệ của các đối tươ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

Công trình được hoàn thành tạiKhoa Sinh học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Lê Đình Trung

Phản biện 1: PGS.TS Nguyễn Quang Vinh

Viện KHGD Việt NamPhản biện 2: PGS.TS Nguyễn Đình Nhâm

Trường Đại học VinhPhản biện 3: PGS.TS Nguyễn Xuân Viết

Trường ĐHSP Hà NộiLuận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án tiến sĩ cấp Trường họp

tại: Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

Vào hồi: ……giờ …… ngày …… tháng …… năm ……

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

1 Thư viện Quốc gia Việt Nam

2 Thư viện trường Đại học Sư phạm Hà Nội

3 Thư viện trường Đại học Hải Dương

DANH MỤC CÔNG TRÌNH CỦA TÁC GIẢ

1 Nguyễn Thị Khiên (2009), “Quy trình sử dụng câu hỏi tình huống có vấn đề

giúp học sinh tự lực nghiên cứu sách giáo khoa trong dạy học phần Tiến hóa

– sinh học 12 THPT”, Tạp chí Giáo dục (216/6), tr47-49.

2 Nguyễn Thị Khiên (2011), “Phân loại graph và một số graph nội dung dạy

học phần Di truyền học sinh học 12 THPT”, Tạp chí Giáo dục (số đặc biệt/12), tr

93-95

3 Nguyễn Thị Khiên (2011), “Quy trình lập graph để phân tích bản chất và

mối quan hệ giữa các khái niệm trong dạy học biến dị đột biến sinh học 12”,

Tạp chí Giáo dục (số đặc biệt cuối năm), tr 72 – 74.

4 Nguyễn Thị Khiên (2012), “Xây dựng graph nội dung để dạy học phần Di

truyền học sinh học 12”, Tạp chí Giáo dục (295/10), tr 43 – 45.

5 Nguyễn Thị Khiên (2012), “Nghiên cứu quy trình xây dựng graph nội dung

dạy học phần Di truyền học 12 – THPT”, Báo cáo khoa học về nghiên cứu và giảng dạy Sinh học ở Việt Nam (Hội nghị khoa học Quốc gia lần thứ nhất,

HN), tr 832 – 839

6 Nguyễn Thị Khiên (2013), “Vận dụng lí thuyết graph để dạy các quy luật di

truyền trong chương trình sinh học 12”, Tạp chí Giáo dục (318/9), tr 52 – 54.

7 Nguyễn Thị Khiên (2013), “Một số nghiên cứu về việc ứng dụng lí thuyết graph

vào dạy học trên thế giới và tại Việt Nam”, Tạp chí Giáo dục (số đặc biệt/9),

tr110 – 112

MỞ ĐẦU

1 Lý do chọn đề tài

1.1 Xuất phát từ mục đích dạy học hiện nay

Mục đích của việc dạy là làm cho HS biết học đúng cách Điều này thểhiện ở chỗ HS bắt đầu biết được ý tưởng theo cách mà các nhà khoa học đã làm

ra sản phẩm Người dạy phải tự hỏi về những tác động của việc dạy của mìnhđối với việc học của HS như thế nào và trước hết có làm cho HS hiểu đúngkhông? Có dẫn tới một cách học của HS mà GV mong muốn hay không?

1.2 Xuất phát từ chủ trương, đường lối của Đảng và Chính phủ

Mục tiêu của sự nghiệp đổi mới giáo dục hiện nay ở nước ta là đổi mớiphương pháp dạy học được coi là một trong những nhiệm vụ chiến lược Nhữngchủ trương và cách thức như trên được đưa ra qua các sự chỉ đạo của Đảng vàNhà nước ta từ cuối thế kỉ XX đến nay như: Nghị quyết đại hội lần thứ II Banchấp hành Trung ương Đảng cộng sản Việt Nam (khóa VIII, 1997); Đại Hội IXcủa Đảng (4/2001) và chiến lược phát triển giáo dục 2001-2010; Nghị quyếtHội nghị lần thứ 8, Ban Chấp hành Trung ương khóa XI (Nghị quyết số 29-NQ/TW) ngày 04 tháng 11 năm 2013 về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đàotạo, đáp ứng yêu cầu CNH-HĐH trong điều kiện kinh tế thị trường định hướng

XHCN và hội nhập quốc tế; Luật giáo dục nước Cộng hòa Xã hội chủ nghĩa

Việt Nam đã quy định: “Phương pháp giáo dục phải phát huy tính tích cực, tựgiác, chủ động, tư duy sáng tạo của người học; bồi dưỡng năng lực tự học, lòngsay mê học tập và ý chí vươn lên”

1.3 Xuất phát từ lợi thế của Graph trong dạy học

Graph toán học là phương pháp khoa học có tính khái quát cao, có tính ổnđịnh vững chắc để mã hóa các mối quan hệ của các đối tượng được nghiên cứu

Do đó sử dụng Graph trong dạy học di truyền học cho HS THPT sẽ giúp các emkhông chỉ thầy từng yếu tố riêng biệt một cách rời rạc, biệt lập mà còn thấy cảmột hệ thống với những mạng lưới quan hệ chằng chịt của các cấp độ tổ chứcsống và sự tồn tại các cấp độ tổ chức đó trong Sinh giới một cách khái quát, cụ thểvà trực quan hơn Nghiên cứu kĩ về lí thuyết Graph và vận dụng nó vào dạy họcsẽ bảo đảm nâng cao chất lượng học các kiến thức Di truyền một cách tối ưu

1.4 Xuất phát từ các đặc trưng cơ bản của phần Di truyền học (Sinh học 12 –THPT)

Phần Di truyền học (DTH) (Sinh học 12 – THPT) nghiên cứu các vấn đề

về cấu tạo, chức năng của cơ sở vật chất ở các cấp độ tổ chức sống và mối liênhệ giữa các cấp độ tổ chức sống đó từ cấp phân tử, tế bào, cơ thể, quần thể Đólà các kiến thức khái niệm, hiện tượng, quy luật, cơ chế, quá trình Sinh học củacác cấp độ tổ chức sống khác nhau và ứng dụng vào thực tiễn

Vì vậy, việc tìm ra một cách dạy, cách học phù hợp với nội dung kiếnthức Di truyền là rất quan trọng, đảm bảo cho học sinh vừa tiếp thu được nộidung kiến thức mới, vừa hệ thống được các kiến thức trong một logic chặt chẽvà biết vận dụng cơ chế vận động của chúng vào thực tiễn sản xuất chăn nuôi,trồng trọt và đời sống con người Nếu sử dụng sơ đồ, bảng biểu, trong dạy họcphần Di truyền sẽ rất thuận lợi trong việc mô hình hoá, hệ thống hoá kiến thức.

Graph có nhiều điểm mạnh trong việc thể hiện mối quan hệ và tính tầngbậc trong phần Di truyền học Do đó, sử dụng Graph trong dạy học Di truyềnhọc cho HS THPT sẽ giúp các em không chỉ thấy từng yếu tố riêng biệt mộtcách rời rạc, biệt lập mà còn thấy cả một hệ thống với những mạng lưới quan hệchằng chịt của các cấp độ tổ chức sống và sự tồn tại các cấp độ tổ chức đó trongSinh giới một cách khái quát, cụ thể và trực quan hơn

Xuất phát từ những lí do đó, chúng tôi chọn đề tài “Vận dụng lý thuyết

graph trong dạy học phần DTH (Sinh học 12 – THPT)”

2 Mục đích nghiên cứu

Vận dụng lý thuyết graph để cấu trúc hóa nội dung phần DTH thànhgraph nội dung theo logic hệ thống và sử dụng chúng vào quá trình dạy học vừanhư là phương tiện, vừa như là phương pháp dạy học, nhằm tích cực hóa hoạtđộng học tập của HS để góp phần nâng cao chất lượng và hiệu quả của việc dạyvà học phần Di truyền học (Sinh học 12 – THPT)

3 Đối tượng và khách thể nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Nghiên cứu lí thuyết và cách thức vận dụng lí thuyết Graph vào dạy học

phần DTH (Sinh học 12 – THPT)

3.2 Khách thể nghiên cứu

Quá trình dạy học Di truyền học (Sinh học 12 – THPT)

4 Phạm vi nghiên cứu

- Lí thuyết graph và ứng dụng của nó vào dạy học phần Di truyền học (Sinhhọc 12 – THPT)

- Thực nghiệm sư phạm tại một số trường THPT tại hai tỉnh Hải Dương,Hải Phòng

5 Giả thuyết khoa học

Nếu đề xuất được quy trình xây dựng graph nội dung và xây dựng đượcmột hệ thống các Graph nội dung mang tính khoa học và có phương pháp sửdụng hợp lí vào các khâu trong quá trình dạy học phần DTH (Sinh học 12 –THPT) vừa như là một phương tiện, một phương pháp phù hợp sẽ phát huy tínhtích cực, chủ động sáng tạo trong việc lĩnh hội kiến thức và kĩ năng học của HStheo tiếp cận lí thuyết Graph

6 Nhiệm vụ nghiên cứu

6.1 Nghiên cứu lý thuyết graph và việc vận dụng lý thuyết graph trongdạy học nói chung và dạy học phần Di truyền học (Sinh học 12 – THPT) nói riêng;

6.2 Tìm hiểu thực trạng việc vận dụng graph trong dạy phần Di truyềnhọc (Sinh học 12 – THPT) hiện nay của giáo viên;

6.3 Cấu trúc hóa nội dung phần DTH làm cơ sở xây dựng các graph nộidung theo từng chủ đề để thuần lợi cho việc tổ chức quá trình dạy học;

6.4 Xây dựng quy trình lập graph nội dung từ đó thiết kế các graph nộidung theo từng chủ đề để tổ chức dạy học phần DTH (Sinh học 12 – THPT);

6.5 Xây dựng quy trình sử dụng graph và đề xuất phương pháp sử dụnggraph vào các khâu của quá trình dạy học đặc biệt là khâu dạy kiến thức mới;

6.6 Xác định các tiêu chí đánh giá hiệu quả dạy học bằng graph với mộtsố kĩ năng cơ bản phát triển năng lực tư duy HS;

6.7 Thực nghiệm sư phạm để kiểm chứng hiệu quả của việc vận dụngdạy học graph phần DTH (Sinh học 12) theo giả thuyết đề ra

7 Phương pháp nghiên cứu

7.1 Phương pháp nghiên cứu lí thuyết

7.2 Phương pháp điều tra sư phạm

7.3 Phương pháp chuyên gia

7.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

7.5 Phương pháp xử lí số liệu

7.6 Phương pháp đánh giá

8 Đóng góp mới của luận án

8.1 Hệ thống, bổ sung, hoàn thiện cơ sở lí luận về lý thuyết graph gồm:Bản chất graph, cách phân loại graph, đặc điểm và vai trò của graph trong tổ chứccác loại bài lên lớp;

8.2 Đề xuất các nguyên tắc, quy trình xây dựng graph nội dung làmkhuôn mẫu cho việc định hướng mức độ cần đạt của người học sau mỗi hoạtđộng dạy học bằng phương pháp graph;

8.3 Cấu trúc hóa nội dung SGK phần Di truyền học làm cơ sở xây dựnggraph tổng quát về cơ sở vật chất, cơ chế của hiện tượng di truyền và biến dị ởcác cấp độ tổ chức sống từ phân tử đến quần thể về tính quy luật của hiệntượng di truyền, những ứng dụng của di truyền trong sản xuất và đời sống về ditruyền học người, từ đó đã xây dựng được các graph nội dung chi tiết để tổchức các hoạt động học theo phương pháp graph;

8.4 Xây dựng được hệ thống Graph nội dung phần DTH và sử dụngchúng như là phương tiện vào các khâu của quá trình dạy học góp phần hìnhthành cho người học năng lực tư duy hệ thống theo logic nội dung về ở các cấp

độ tổ chức sống làm cơ sở thuận lợi giúp cho HS có hệ thống kiến thức để họctất cả các kiến thức phần Sinh thái học và Tiến hóa;

8.5 Luận án đã đề xuất nguyên tắc, quy trình triển khai sử dụng graphnhư phương tiện, một phương pháp vào các khâu của quá trình dạy học (đặcbiệt là khâu nghiên cứu tài liệu mới) trong dạy học phần DTH (Sinh học 12)góp phần nâng cao chất lượng học tập qua việc rèn luyện các kĩ năng học bằngGraph;

8.6 Luận án bước đầu đã khẳng định vai trò của việc dạy - học bằnggraph vừa như là một phương tiện, một phương pháp dạy học tạo điều kiện cho

HS hình thành và phát triển tư duy phân tích, tổng hợp, khái quát hóa theo conđường quy nạp và diễn dịch có hiệu quả, góp phần nâng cao năng lực học cho

HS trong dạy học Sinh học nói chung và dạy học phần DTH nói riêng ở trườngphổ thông;

8.7 Xây dựng các giáo án thực nghiệm theo hướng nghiên cứu để triểnkhai thực nghiệm đã bước đầu khẳng định được vai trò to lớn của graph trongdạy học phần DTH (Sinh học 12 – THPT) và có giá trị làm tư liệu tham khảo cho cácgiáo viên THPT

Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC VẬN DỤNG LÍ THUYẾT GRAPH TRONG DẠY HỌC PHẦN DI TRUYỀN HỌC, SINH HỌC

12 - THPT

1.1 Lược sử nghiên cứu về lí thuyết graph ứng dụng vào dạy học

1.1.1 Nghiên cứu và ứng dụng graph trong dạy học trên thế giới

Lý thuyết graph là một chuyên ngành của toán học được khai sinh kể từ côngtrình về bài toán “Bảy cây cầu ở Konigsburg” của Leonhard Euler (1707 – 1783),nhà toán học Thụy sỹ công bố vào năm 1736

Lý thuyết graph hiện đại bắt đầu được công bố trong cuốn sách “ Lý thuyết

graph định hướng và vô hướng” của Comig, xuất bản ở Lepzic vào năm 1936 Năm

1958, tại Pháp Claude Berge đã viết cuốn “Lý thuyết graph và những ứng dụng của

nó” Trên mạng Internet, tính đến nay đã có hàng ngàn bài báo nghiên cứu về lý

thuyết graph và những ứng dụng của nó được đăng tải trên các tạp chí như: Tạp chí

lý thuyết Graph (Journal of Combinatorial Theory, Series B); Tạp chí Graph algoritvà ứng dụng (Journal of Graph Algorith and Applications) và nhiều tạp chí nổi tiếngkhác như: http://en.wikipedia.org/wiki/, “Graph theory”;http://www.students.ceid.upatras.gr/~papagel/project/contents/htm, “Some graphtheory algorithm animations”; http://www.graphtheory.com, Jonathan L Gross &Jay Yellen, Topological Graph Theory, New York USA

Hiện nay, trên thế giới có những nhóm tác giả nghiên cứu chuyển hóa lýthuyết graph vào những lĩnh vực khoa học khác nhau: nhóm nghiên cứu của giáo sư

Dirk Janssens (trường Đại học tổng hợp Antrep – Bỉ (University of Antwerp);nhóm nghiên cứu của giáo sư Hartmut Ehrig trường Đại học kỹ thuật Beclin – Đức;giáo sư Grzegorz Rozenberg trường Đại học Tổng hợp Layden – Hà lan; giáo sưFrancesco Parisi Presicce trường Đại học Roma (Italia)

Ở Hoa kỳ có nhiều tác giả đã nghiên cứu sâu về lý thuyết graph Nổi bật nhấtlà những công trình nghiên cứu của Jonathan L Gross (trường Đại học Columbia,Niu Yoc) và Jay yellen ( trường Rolin, Florida) Hai tác giả này đã công bố nhiềucông trình về graph như: “sổ tay lý thuyết graph”; “ Lý thuyết graph và những ứngdụng của nó”

Tóm lại, lý thuyết grap và những ứng dụng của nó đã và đang được nghiêncứu để áp dụng vào các lĩnh vực khác nhau trong đó có lĩnh vực giáo dục

1.1.1.2 Vận dụng lí thuyết graph vào dạy học trên thế giới

Năm 1965-1966, nhà sư phạm Nga L.N Lanđa đã tiến hành thực nghiệmchuyển hoá phương pháp algôrit của toán học thành phương pháp dạy họcchung cho nhiều môn khoa học, từ thời điểm đó, nhiều nhà khoa học Nga (Liên

Xô cũ), Đức, Pháp, Thuỵ Sĩ Năm 1965 A.M.Xokhor là người đầu tiên đã vậndụng một số quan điểm lí thuyết graph định hướng để mô hình hóa nội dungmột tài liệu giáo khoa về một khái niệm, một định luật; nhà lí luận dạy học Hoáhọc V.X Pôlôxin (1965) dựa vào cách làm của Xôkhor, đã diễn tả trực quan

những diễn biến của một tình huống dạy học bằng sơ đồ trình tự những hành động của thày và trò trong một thí nghiệm hoá học

Các công trình khác cũng đề cập nghiên cứu về ứng dụng của graph như:Clauđơ Becgơ (1967) với "lí thuyết graph và những ứng dụng"; V.P.Garkunop(1972) đã sử dụng phương pháp graph để mô hình hoá các tình huống của dạyhọc nêu vấn đề R.J Wilson (1977) với " Nhập môn lí thuyết graph"; L.Iu.Veregyna

(1997) với công trình “Graph và ứng dụng của nó” Một số công trình khác như "

Graph và mạng lưới hữu hạn" của R.Baxaep, T.Xchi; "Lí thuyết graph" củaV.V Belop, E.M Vôpôbôep, V.E Xatlôp

Sự ứng dụng của graph ngày càng khảng định vai trò trong nghiên cứukhoa học và dạy học các bộ môn: Văn học, Vật lý, Sinh học, Giáo dục học…

1.1.2 Nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết graph dạy học các môn học ở Việt Nam

1.1.2.1 Nghiên cứu và ứng dụng lý thuyết graph vào dạy học

Giáo sư Nguyễn Ngọc Quang đầu tiên nghiên cứu việc ứng dụng lí thuyếtgraph vào dạy học nói chung và dạy Hoá học nói riêng Năm 1972 ông đã chọnphương pháp graph toán học làm đối tượng nghiên cứu thực nghiệm, chuyểnhóa nó thành phương pháp dạy học Hóa học; năm 1979 ông cho ra mắt bạn đọc

công trình “Lý luận dạy học – khoa học về trí dục và dạy học”; (1981),

“Phương pháp graph vào giải bài toán Hóa học”; (1982), “Sự chuyển hóa phương pháp khoa học thành phương pháp dạy học”; Phạm Tư (1984), "dùng graph nội dung của bài lên lớp để dạy và học chương Nitơ- phôtpho ở lớp XI trường PTTH"; Nguyễn Giang Tiến (1985), “Hệ thống khái niệm và phương pháp hình thành khái niệm trong giáo trình địa lý kinh tế các nước các lớp 10,

11 trường THPT”

Hoàng Việt Anh (1993), "Vận dụng phương pháp sơ đồ graph vào dạy học Địa lí các lớp 6 và 8 PTCS"; Nguyễn Thị Ban (2004), " Sử dụng graph trong dạy Tiếng Việt"; Phạm Minh Tâm (2002), với công trình nghiên cứu "Sử dụng graph vào dạy học Địa lí lớp 12 THPT”

1.1.2.2 Nghiên cứu vận dụng lí thuyết graph vào dạy Sinh học THPT

Nguyễn Phúc Chỉnh (1999), “Sử dụng Graph nhằm tích cực hoá hoạt động nhận thức của học sinh trong dạy học sinh thái học”; (2005), “Nâng cao hiệu quả dạy học giải phẫu sinh lý người ở trung học cơ sở bằng áp dụng phương pháp graph”; Trần Văn Kiên (2006.),” Vận dụng tiếp cận giải quyết vấn đề trong dạy học di truyền học ở trường THPT” Ngoài ra, còn nhiều luận văn thạc sỹ nghiên

cứu ứng dụng

Như vây, cho đến nay các nhà sư phạm đã vận dụng lí thuyết Graph vàodạy học ở nhiều môn học và ở các bậc học xem đó là một phương tiện, mộtphương pháp dạy học có hiệu quả Tuy nhiên, đối với phần Di truyền học (Sinhhọc 12 – THPT) mới chỉ có một số luận văn thạc sỹ nghiên cứu vận dụng Graphvào dạy học ở mức khởi đầu như là phương tiện dạy học, chưa có tác giả nào đisâu nghiên cứu một cách hệ thống việc vận dụng lí thuyết Graph vào giảng dạyphần Di truyền học (Sinh học 12 – THPT) vừa như là phương tiện, vừa như làphương pháp

1.2 Cơ sở lý luận của lý thuyết graph vào dạy học

1.2.1 Khái niệm graph

- Theo từ điển Anh – Việt, Graph (danh từ - noun) có nghĩa là: sơ đồ, đồ thị, mạch, mạng; khi là động từ, Graph (verb) có nghĩa là: vẽ sơ đồ, vẽ đồ thị, minh họa bằng đồ thị; vẽ mạng, vẽ mạch; còn khi là tính từ, Graphic

(adjective) có nghĩa là: thuộc về sơ đồ, thuộc về đồ thị, thuộc về mạch mạng

Theo lý thuyết toán, graph (đồ thị) là một cấu trúc rời rạc gồm các đỉnh vàcác cạnh nối các đỉnh đó được mô tả hình thức: G = (V, E) V gọi là tập cácđỉnh (Vertices) hoặc nút (Nodes) và E gọi là tập các cạnh (Edges) hoặc cung(arc) Cạnh có thể có hướng (cung) hoặc vô hướng Đồ thị thường được vẽ dướidạng một tập các điểm (các đỉnh) nối với nhau bằng các đoạn thẳng (các cạnh)

Có thể coi E là tập các cặp (u,v) (u, v là hai đỉnh của V)

Trong nhiều tình huống chúng ta thường vẽ những sơ đồ gồm những điểmbiểu thị các đối tượng được xem xét và các đường lối các điểm với nhau tượngtrưng cho một quan hệ nào đó giữa các đối tượng – đó chính là graph

1.2.2 Bản chất của graph

Graph được định nghĩa dựa trên hai tập hợp: Tập hợp các đỉnh và tập hợpcác cạnh (cung) Như vậy, điều kiện để lập một graph phải có hai yếu tố: tập hợpcác đỉnh và tập hợp các cung Mỗi cung lại là tập hợp của hai đỉnh có quan hệ vớinhau, hai đỉnh không quan hệ với nhau không lập thành một cung của graph

1.2.3 Cơ sở khoa học về phân loại Graph

1.2.3.1 Phân loại theo cơ sở toán học

- Graph vô hướng gồm đơn graph và đa graph

- Graph có hướng gồm đơn graph và đa graph

- Graph dạng cây gồm cây nhị phân và cây đa phân

1.2.3.2 Phân loại dựa vào hình thức, nội dung của graph

- Phân loại theo mức độ hoàn thiện kiến thức trong graph gồm 3 loại:graph đủ, graph khuyết, graph câm

- Phân loại theo nội dung bài học phần DTH (Sinh học 12 – THPT) chứa

trong graph gồm: Graph nội dung khái niệm; Graph nội dung cơ chế; graph nộidung quá trình, graph nội dung quy luật

1.2.3.3 Phân loại theo lí luận dạy học gồm: Graph nội dung và Graph hoạt động

1.2.4 Cách biểu diễn graph

1.2.4.1 Ma trận liền kề (Ma trận kề)

Xét một graph G = (V, E) là graph đơn có số đỉnh (kí hiệu |V|) là n, khôngmất tính tổng quát có thể coi các đỉnh được đánh số 1,2,3 n Khi đó ta có thể biểu diễn graph bằng một ma trận kề (vuông) A = [aij] cấp n (nxn) có n hàng tương ứng với các đỉnh khởi đầu và n cột tương ứng với các đỉnh kết thúc

1.2.4.2 Danh sách cạnh

Trong trường hợp graph có n đỉnh, m cạnh, ta có thể biểu diễn đồ thị dướidạng danh sách cạnh Trong cách biểu diễn này, người ta liệt kê tất cả các cạnhcủa đồ thị trong một danh sách, mỗi phần tử của danh sách là một cặp (i,j)tương ứng với một cạnh của graph (trong trường hợp graph có hướng thì mỗicặp (i,j) tương ứng với một cung, i là đỉnh đầu, j là đỉnh cuối của cung)

1.2.5 Đăc điểm của graph trong dạy học

1.2.5.1 Tính hệ thống, khái quát

1.2.5.2 Tính lôgíc

1.2.5.3 Tính trực quan

1.2.5.4 Tính ổn định và chuyển tải cao

1.2.6 Graph với quá trình dạy học

(hoạt động dạy)

Phương tiện DH (graph và các phương tiện khác)

Mục đích DH (kiến thức, kỹ năng, kỹ xảo) HS (hoạt động học)

1.2.6.1 Vai trò của graph trong quá trình dạy học

* Graph như là phương tiện

Graph là phương tiện được GV sử dụng để khắc sâu kiến thức, cụ thể hoá,chính xác hoá nội dung trong quá trình dạy và HS dùng graph để học, để thunhận được kiến thức, đạt được kĩ năng trong quá trình học Có thể hình dung sựtác động qua lại giữa mục đích dạy học, phương tiện graph với việc dạy và họcbằng sơ đồ sau (hình 1.27)

Hình 1.27: Mối quan hệ giữa phương tiện DH và mục đích DH trong quá trình DH

*Graph như là phương pháp

Khi giáo viên sử dụng graph để dạy, HS sử dụng graph để học thì khi đó

graph là phương tiện; còn quá trình GV dẫn dắt HS tiếp nhận tri thức, nội dung

bài học, bằng cách hình thành dần từng đỉnh của graph thì lúc này graph mang

đặc điểm của một phương pháp (graph hoạt động).

* Vai trò của việc vận dụng graph vào dạy học: Graph giúp xây dựng cấu trúc

hợp lí bài lên lớp; Nâng cao chất lượng dạy và học trên lớp; Giúp HS tái hiện và lĩnh hội nội dung bài lên lớp tốt hơn; Sử dụng sách giáo khoa có hiệu quả trong

dạy và học; Rèn luyện năng lực tư duy cho học sinh; Dùng graph hướng dẫn

học sinh tự học.

1.2.6.2 Vai trò của graph trong dạy học phần di truyền học (Sinh học 12 - THPT)

Vận dụng graph có vai trò rất lớn giúp cấu trúc hóa, hệ thống hóa kiếnthức phần DTH về cơ sở vật chất và chức năng của bộ máy di truyền ở các cấpđộ tổ chức từ phân tử đến quần thể; xây dựng các loại graph nội dung kiến thứckhái niệm, hệ thống các khái niệm, graph nội dung cơ chế, quá trình, quy luậtvà hệ thống các quá trình, quy luật DT rất thuận lợi cho việc dạy học, việc tổchức nhận thức cho học sinh một cách chủ động, sáng tạo và hiệu quả

1.2.7 Nguyên tắc và điều kiện để xây dựng graph nội dung dạy học

1.2.7.1 Nguyên tắc xây dựng graph nội dung dạy học phần Di truyền học (Sinh học

12 – THPT)

1.2.7.2 Điều kiện xây dựng graph nội dung dạy học sinh học

1.3 Cơ sở thực tiễn của việc vận dụng lý thuyết graph trong dạy học phần

1.3.1.2 Tình hình sử dụng sơ đồ graph trong dạy học Sinh học của giáo viên

Kết quả khảo sát cho thấy khả năng GV áp dụng graph vào các khâu củaquá trình dạy học là rất thấp cụ thể nghiên cứu tài liệu mới là 17,2%; khâu củngcố là 27,6%; khâu kiểm tra đánh giá là 13,8%

1.3.2 Kết quả học tập của học sinh về bộ môn Sinh học

Kết quả thống kê cho thấy: Số đông HS chỉ coi việc học môn sinh học lànhiệm vụ (69,6%), HS yêu thích môn học (23,2%), đặc biệt vẫn còn một lượngđáng kể HS không yêu thích môn học Tỉ lệ HS có kết quả học tập trung bình vàyếu kém (37,6%) Đặc biệt HS chưa có thói quen học tập, hệ thống hoá kiếnthức bằng sơ đồ Vì vậy, việc phân tích, tổng hợp vấn đề trên cơ sở suy luận còn yếu

Chương 2: XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG GRAPH ĐỂ TỔ CHỨC HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC PHẦN DI TRUYỀN HỌC (SINH HỌC 12 – THPT) 2.1 Xây dựng Graph nội dung dạy học phần Di truyền học (Sinh học 12 – THPT)

2.1.1 Phân tích cấu trúc, nội dung chương trình SGK phần Di truyền học (Sinh 12

- THPT)

2.1.1.1 Phân tích cấu trúc chương trình phần Di truyền học (Sinh học 12- THPT)

Phần năm - Di truyền học (Sinh học 12 – THPT) được đưa vào kì I và đầukì II của lớp 12 Gồm 5 chương, 23 bài, được dạy trong 23 tiết chia làm 5chương được chúng tôi trình bày cụ thể ở bảng 2.1

2.1.1.2 Nội dung phần Di truyền học (Sinh học 12 – THPT)

Nội dung phần DTH (Sinh học 12 – THPT) được chúng tôi cấu trúc hóathành graph sau (hình 2.1- 2.3) Từ các graph chung đó chúng tôi có cơ sở để xâydựng các graph nội dung chi tiết cho từng nội dung của bài và hệ thống hóa các bài,các phần nội dung kiến thức DTH

2.1.2 Quy trình lập graph nội dung

Dù graph chứa nội dung gì thì việc lập graph cho nội dung Sinh học phầnDTH (Sinh học 12 – THPT) thực chất gồm một algôrit gồm các bước cơ bảnsau (hình 2.3)

Bước 1: Phân tích cấu trúc nội dung cần lập graph (lập danh mục kiến thức cơ bản - xác định đỉnh của graph)

Bước 2: Xếp đỉnh và lập cung cho graph

Bước 3: Hoàn thiện graph (Bố trí các đỉnh và cung lên mặt phẳng)

Hợp lý Không hợp lý

Kiểm tra tính hợp lý của graph

Hình 2.3: Quy trình xây dựng graph nội dung

2.1.3 Xây dựng graph nội dung cho một số phần kiến thức Di truyền học (Sinh học

12 –THPT)

Vận dụng quy trình xây dựng graph nội dung vào xây dựng các nội dung

phần DTH (Sinh học 12 – THPT) gồm:

2.1.3.1 Xây dựng các graph nội dung khái niệm phần di truyền học (Sinh học

12- THPT)

2.1.3.2 Xây dựng graph nội dung về cơ chế, quá trình sinh học (Graph cơ chế,

quá trình)

2.1.3.3 Xây dựng graph nội dung dạy học quy luật di truyền

2.1.3.4 Vận dụng để xây dựng graph nội dung bài toán di truyền

Quy trình chung lập graph giải bài toán Di truyền tuân theo 3 bước: Bước

1: Phân tích nội dung đề bài (Xác định các yếu tố đã cho và yếu tố cần tìm); Bước 2:

Lập graph đề bài; Bước 3: Lập graph giải bài tập

2.1.4 Số lượng các graph nội dung phần di truyền học sinh học 12 THPT

được xây dựng

Dựa trên quy trình xây dựng graph nội dung của từng loại kiến thức phần

Di truyền học (Sinh học 12 – THPT) chúng tôi đã xây dựng được một số graph

cụ thể được trình bày ở phần phụ lục 2 Số lượng cụ thể mỗi loại được trình bày

trong bảng 2.3

Bảng 2.2: Số lượng các loại graph trong phần DTH

Số lượng các graph đã XD

01 Graph nội

dung khái

niệm

Graph nội dung khái niệm phản ánh cấu trúc

cơ bản của vật chất di truyền ở cấp độ phân

- Quy luật di truyền tương tác gen 3

2.2.1 Các nguyên tắc sử dụng graph trong dạy học

Không nên sử dụng graph một cách riêng lẻ; Tránh tính hình thức trong việc lập và sử dụng graph; Tránh lạm dụng graph; Graph phải được chọn lọc lọc mang tính khoa học và phải đảm bảo mục tiêu sư phạm.

2.2.2 Sử dụng graph trong dạy học phần Di truyền học (Sinh học 12 – THPT)

2.2.2.1 Hướng dẫn học sinh các kĩ năng học theo phương pháp Graph

1 Đọc graph;

2 Dịch graph;

3 Tự lập graph: Kĩ năng này đòi hỏi phải qua hai bước nhỏ: a Lập lại graph

đã cho bằng trí nhớ; b Tự lập được graph của một nội dung dạy học mà HS chưabiết graph của nó

* Phương pháp học ở trên lớp bằng graph

* Phương pháp học ở nhà bằng Graph

2.2.2.2 Sử dụng graph để dạy học kiến thức mới