Vận dụng lý thuyết Graph trong dạy học sinh học 6 THCS nhằm nâng cao chất lượng dạy học

Graph là một chuyên ngành toán học hiện đại đã được ứng dụng vào nhiềungành khoa học khác nhau như: Khoa học, kỹ thuật, kinh tế học, điều khiển học, vũtrụ học, xây dựng, giao thông, quản

PHẦN 1 MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

1.1 Xuất phát từ yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học ở trường phổ thông

Nâng cao chất lượng giáo dục và đào tạo là một mục tiêu quan trọng của sựnghiệp đổi mới giáo dục hiện nay ở nước ta [8]; [12]; [13] Trong đó đổi mớiphương pháp dạy học (PPDH) được coi là một trong những nhiệm vụ chiến lược[16] Hội nghị lần thứ VI – Ban Chấp hành trung ương Đảng khóa IX đã có quyếtnghị và nhấn mạnh “Đổi mới phương pháp dạy học ở tất cả các cấp và bậc học, kếthợp tốt học với hành, gắn nhà trường với xã hội Áp dụng những PPDH hiện đại đểbồi dưỡng cho học sinh những năng lực tư duy sáng tạo, năng lực giải quyết vấnđề” [17] Trong “Chiến lược phát triển giáo dục 2001 – 2010” do thủ tướng chínhphủ phê duyệt đã nêu: Cần “Đổi mới và hiện đại hóa phương pháp giáo dục.Chuyển từ truyền đạt tri thức thụ động, thầy giảng, trò ghi sang hướng dẫn ngườihọc chủ động tư duy trong quá trình tiếp cận tri thức; dạy cho người học phươngpháp tự học, tự thu nhận thông tin một cách hệ thống và có tư duy phân tích, tổnghợp; phát triển được năng lực của mỗi cá nhân; tăng cường tính chủ động, tính tựchủ của học sinh ” [48, tr 30]

Trong “Chương trình hành động” của ngành Giáo dục thực hiện kết luận hộinghị lần thứ VI Ban chấp hành trung ương đảng khóa IX và chiến lược phát triểngiáo dục 2001 – 2010 đã nêu rõ: “Cải tiến phương pháp dạy và học theo hướng pháthuy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của người học [15] Chuyển từ PPDH truyềnthống sang phương pháp tích cực thực chất là từ chỗ thầy giữ vị trí trung tâm “Cungcấp” thông tin cho trò, chuyển sang lấy trò là trung tâm, trò tự khám phá kiến thức;

từ độc thoại sang đối thoại; từ học kiến thức làm trọng sang học phương pháp chiếmlĩnh tri thức

1.2 Xuất phát từ những lợi thế của lý thuyết Graph trong dạy học

Trong vài thập niên trở lại đây, trên thế giới đã áp dụng tiếp cận chuyển hóacác phương pháp khoa học, các thành tựu của kỹ thuật tiên tiến và công nghệ mới,thành phương pháp dạy học đặc thù Trong đó, tiếp cận, chuyển hóa lý thuyết Graphtoán học thành phương pháp dạy học là một trong những hướng có nhiều triểnvọng

Graph là một chuyên ngành toán học hiện đại đã được ứng dụng vào nhiềungành khoa học khác nhau như: Khoa học, kỹ thuật, kinh tế học, điều khiển học, vũtrụ học, xây dựng, giao thông, quản lý, nghiên cứu khoa học, thiết kế dự án, tâm lýhọc và khoa học giáo dục

Về mặt nhận thức luận, có thể xem Graph toán học là phương pháp khoa học

có tính khái quát cao, có tính ổn định vững chắc để mã hóa các mối quan hệ của cácđối tượng được nghiên cứu [25]

Những nghiên cứu của nhiều tác giả cho thấy Graph toán học là đồ thị biểudiễn quan hệ mang tính hệ thống giữa các đối tượng được mô tả, mà trong cấu trúcnội dung các môn học, các thành phần kiến thức dạy học trong một giáo trình, mộtchương, một bài cũng được sắp xếp thành hệ thống kiến thức có mối quan hệ chặtchẽ với nhau; nếu vận dụng lý thuyết Graph trong dạy học để mô hình hóa mối quan

hệ đó để chuyển thành PPDH đặc thù, sẽ nâng cao được hiệu quả dạy học, thúc đẩyquá trình tự học, tự nghiên cứu của học sinh, theo hướng tối ưu hóa, đặc biệt vừarèn luyện năng lực ghi nhớ vừa rèn luyện năng lực sáng tạo của học sinh

Trong lý luận dạy học, lý thuyết Graph đã trở thành một tiếp cận mới thuộclĩnh vực PPDH, cho phép giáo viên quy hoạch đươc quá trình dạy học tổng quátcũng như từng mặt của nó, thiết kế tối ưu hoạt động dạy - học và điều khiển hợp lýquá trình này tiến tới công nghệ hóa một cách có hiệu quả quá trình dạy học trongnhà trường theo hướng tích cực hóa hoạt động nhận thức của học sinh

Ở Việt Nam, lý thuyết Graph đã được vận dụng có hiệu quả trong dạy họccác môn: Hóa học, địa lý, văn học, khoa học quân sự [18], [9], [11], [25], [26],[27], [28], [29], [35], [49] Trong dạy học sinh học những năm gần đây đã và đangđược quan tâm

1.3 Xuất phát từ đặc điểm môn học

Sinh học là môn khoa học nghiên cứu các mối quan hệ của các hệ thống sống

ở các cấp độ tổ chức khác nhau từ cấp độ phân tử đến cấp độ sinh quyển Các mốiquan hệ đó có thể diễn đạt dưới dạng sơ đồ, Graph Ví dụ như quan hệ giữa cấu trúcvới cấu trúc; cấu trúc với chức năng; cấu trúc, chức năng với môi trường Như vậy,nếu sử dụng Graph trong dạy học sinh học sẽ rất thuận lợi trong việc mô hình hóa,

hệ thống hóa các kiến thức sinh học

Ở trường THCS sinh học 6, học sinh lần đầu tiên nghiên cứu đối tượng sốngtrong chương trình môn học riêng có tính lôgic chặt chẽ Sinh học 6 trang bị chohọc sinh những kiến thức chung về đặc trưng cơ bản của cơ thể sống nói chung vàcủa thực vật nói riêng, những kiến thức về hình thái, giải phẫu, sinh lí, sinh thái,phân loại thực vật, tiến hoá của giới thực vật, một số những kiến thức làm cơ sở chocác biện pháp canh tác nông, lâm nghiệp.

Kiến thức về giải phẩu – sinh lí thực vật là khoa học nghiên cứu về cấu tạo

và chức năng sinh lí của cơ thể thực vật, trên cơ sở coi cơ thể là một khối thống nhấttoàn vẹn và thống nhất với ngoại cảnh dưới sự điều khiển, điều hòa của thể dịch Vìvậy graph có nhiều ưu thế trong việc “mã hoá” các mối quan hệ đó

1.4 Xuất phát từ thực trạng dạy học sinh học ở trường THCS

Từ lâu, những kiến thức về hình thái, giải phẫu, sinh lí, sinh thái, phân loạithực vật, tiến hoá của giới thực vật đã được đưa vào dạy học ở trường THCS vớicác PPDH đặc trưng đó là phương pháp trực quan và phương pháp thực hành – thínghiệm, cùng với các phương pháp dùng lời khác

Graph là công cụ có ưu thế để mô hình hóa mối quan hệ giữa các thành phầncấu trúc trong một cấp độ Quan hệ cấu trúc giữa các cấp độ, quan hệ giữa cấu trúc

và chức năng, giữa cơ thể và môi trường Nhưng số giáo viên sử dụng graph vàodạy học sinh học ở trường THCS nói chung và dạy ở sinh học 6 nói riêng còn rất ít.Trong số giáo viên có sử dụng graph cũng còn nhiều lúng túng

Vì những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài: “Vận dụng lý thuyết Graph trongdạy học sinh học 6 THCS nhằm nâng cao chất lượng dạy - học”

2 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

Vận dụng lý thuyết Graph trong dạy học sinh học 6 THCS để nâng cao hiệuquả dạy học

3 ĐỐI TƯỢNG VÀ KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU

3.1 Đối tượng nghiên cứu: Graph hóa nội dung sinh học 6 và biện pháp sử dụng

trong dạy học sinh học 6

3.2 Khách thể nghiên cứu: Học sinh lớp 6 trường THCS Thiệu Thịnh (Thiệu Hóa

– Thanh Hóa); THCS Thị Trấn Hoàng Hoá (Thanh Hóa); THCS Định Thành (YênĐịnh); THCS Hoàng Anh (Hoàng Hóa)

4 GIẢ THUYẾT KHOA HỌC

Nếu graph hóa nội dung sinh học 6 một cách khoa học và sử dụng hợp lí sẽgiúp học sinh vừa nắm vững, vừa hệ thống hóa được kiến thức

5 NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU

Hệ thống hóa lý thuyết graph và chuyển hóa graph toán học thành graph dạyhọc sinh 6

Xác định thực trạng sử dụng graph trong dạy - học môn sinh học 6 THCShiện nay

Đề xuất quy trình kỹ thuật thiết kế Graph nội dung và Graph hoạt độngtrong dạy học môn sinh học 6 THCS

Thiết kế hệ thống Graph trong dạy học môn sinh học 6 THCS

Đề xuất các hình thức sử dụng Graph trong dạy học sinh học 6 THCS

Thực nghiệm sư phạm nhằm kiểm chứng tính hiệu quả và tính khả thi củaviệc vận dụng Graph trong dạy học sinh học 6 ở trường THCS

6 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

6.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Nghiên cứu các tài liệu, luận văn và văn bản liên quan đến đề tài để tổngquan tình hình nghiên cứu và xây dựng cơ sở lý thuyết của việc chuyển hoá Graphtoán học thành Graph dạy - học sinh và làm cơ sở lí luận của đề tài

6.2 Phương pháp điều tra thực trạng

Tìm hiểu tình hình sử dụng graph trong dạy học sinh học 6 ở một số trườngTHCS hiện nay bằng phiếu điều tra

6.3 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

Thực nghiệm sư phạm ở một số trường THCS nhằm kiểm chứng giả thuyếtkhoa học của đề tài

6.4 Phương pháp thống kê toán học

Sử dụng thống kê toán học, qua các tham số đặc trưng để đánh giá tính hiệuquả và tính khả thi của đề tài

7 NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỀ TÀI

Xác định cơ sở lý thuyết về ứng dụng lý thuyết graph trong dạy học mônsinh học 6

Xác định các nguyên tắc và xây dựng qui trình thiết kế graph để dạy họcmôn sinh học 6 ở trường THCS

Xây dựng qui trình sử dụng Graph trong dạy học môn sinh học 6 ở trườngTHCS

Thiết kế các mẫu Graph nội dung trong giáo trình môn sinh học 6 ở trườngTHCS

Qua thực nghiệm sư phạm khẳng định tính hiệu quả và tính khả thi của việc

sử dụng lý thuyết graph trong dạy học môn sinh học 6 ở trường THCS

8 CẤU TRÚC CỦA ĐỀ TÀI

Ngoài phần mở đầu và kết luận, nội dung chính của đề tài được trình bàytrong 3 chương

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc vận dụng lí thuyết graph trong dạy học sinh học 6 THCS

Chương 2: Xây dựng và sử dụng graph trong dạy học sinh học 6 THCS

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm.

PHẦN 2 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU

CHƯƠNG 1

CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC VẬN DỤNG LÝ THUYẾT

GRAPH TRONG DẠY HỌC SINH HỌC 6 THCS 1.1 Tình hình nghiên cứu có liên quan đến đề tài

Lý thuyết Graph là một chuyên ngành của toán học được khai sinh từ côngtrình về bài toán “Bảy cây cầu ở Konigsburg” (Công bố vào năm 1736) của nhàtoán học thuỵ sĩ – Leonhard Euler (1707 – 1783) Lúc đầu, lý thuyết Graph là một

bộ phận nhỏ của toán học, chủ yếu nghiên cứu giải quyết những bài toán có tínhchất giải trí Trong những năm cuối thế kỷ XX, cùng với sự phát triển của toán học

và nhất là toán học ứng dụng, những nghiến cứu về vận dụng của lý thuyết Graph

đã có những bước tiến nhảy vọt Lý thuyết Grạph hiện đại được bắt đầu công bốtrong cuốn sách “Lý thuyết các đồ thị định hướng và vô hướng” của Conig, xuấtbản ở Lepzic vào năm 1936 Từ đó đến nay, nhiều nhà toán học trên thế giới đãnghiên cứu làm cho môn học này ngày càng phong phú và được ứng dụng trongnhiều lĩnh vực của các ngành khoa học như điều khiển học, mạng điện tử, lý thuyếtthông tin, vận trù học, kinh tế học …

1.1.1 Tình hình nghiên cứu vận dụng lý thuyết Graph vào dạy học ở nước ngoài

Năm 1958, tại pháp, Claude Berge đã viết cuốn “Lý thuyết Graph và nhữngứng dụng của nó Trong cuốn sách này tác giả đã trình bày những khái niệm và định

lý toán học cơ bản của lý thuyết Graph, đặc biệt là ứng dụng của lý thuyết Graphtrong nhiều lĩnh vực khác nhau

Năm 1965, tại liên xô (cũ), A.M.Xokhor là người đầu tiên đã vận dụng một

số quan điểm của lý thuyết Graph (Chủ yếu là những nguyên lý về việc xây dựngmột Graph có hướng) để mô hình hoá nội dung tài liệu giáo khoa (Một khái niệm,một định luật…) A.M.Xokhor đã xây dựng được Graph của một kết luận hay lờigiải thích cho một đề tài dạy học mà ông gọi là cấu trúc lôgic của kết luận hay củalời giải thích A.M.Xokhor đã đưa ra những quan điểm cơ bản sau:

Trong dạy học, khái niệm là phần tử cơ bản hợp thành tài liệu giáo khoa

Cấu trúc của một đoạn tài liệu giáo khoa là tổ hợp những mối liên hệ bêntrong các khái niệm và mối liên hệ qua lại của các phần tử chứa đựng trong đoạn tàiliệu đó.

Cấu trúc của tài liệu giáo khoa có thể diễn tả một cách trực quan bằng mộtGraph và gọi là “Cấu trúc lôgic của tài liệu”

A.M.Xokhor đã diễn tả những khái niệm bằng những Graph, trong đó cácnội dung cơ bản của khái niệm được bố trí trong các ô và các mũi tên chỉ sự liên hệgiữa các nội dung A.M.Xokhor cũng giải thích rằng: Graph nội dung của một tàiliệu giáo khoa cho phép người giáo viên có những đánh giá sơ bộ về một số đặcđiểm lý luận dạy học của tài liệu đó Chẳng hạn, theo thực nghiệm củaA.M.Xokhor, đặc điểm khách quan đặc trưng nhất cho tính vừa sức của một tài liệugiáo khoa (được xây dựng theo một logic nào đó) là số lượng các cạnh của Graph

Vì số lượng các cạnh Graph của tài liệu giáo khoa đặc trưng cho hệ thống các mốiliên hệ bên trong của tài liệu còn số lượng các khái niệm gắn bó kết luận cuối cùngvới khái niệm xuất phát xa nhất của nó cho phép ta suy ra được tính chất phức tạpcủa câu giải thích hay logic nội tại của tài liệu giáo khoa A.M.Xokhor đã vận dụngphép duyệt cây trong việc nghiên cứu hệ thống khái niệm

Ưu điểm nổi bật của cách mô hình hoá nội dung một tài liệu giáo khoa bằngmột Graph là đã trực quan hoá được những mối liên hệ, quan hệ bản chất trong cáckhái niệm tạo nên tài liệu giáo khoa đó Graph giúp học sinh cấu trúc hoá một cách

dễ dàng nội dung tài liệu giáo khoa và hiểu bản chất, nhớ lâu hơn, vận dụng hiệuquả hơn Như vậy, A.M.Xokhor đã sử dụng Graph để mô hình hoá tài liệu giáokhoa môn hoá học

Năm 1965, V.X.Poloxin dựa vào cách làm của A.M.Xokhor đã dùng phươngpháp Graph để diễn tả trực quan những diễn biến của một tình huống dạy học, tức là

đã diễn tả bằng một sơ đồ trực quan trình tự những hoạt động của thầy và trò trongviệc thực hiện một thí nghiệm hoá học Đây là một bước tiến mới trong việc vậndụng lý thuyết Graph vào dạy học Theo V.X.Poloxin, tình huống dạy học là đơn vịcấu trúc – nguyên tố, là “tế bào” của bài lên lớp Nó là bộ phận đã phân hoá của bàilên lớp, bao gồm tổ hợp những điều kiện cần thiết (mục đích, nội dung, phươngpháp) để thu được những kết quả hạn chế riêng biệt

V.X.Poloxin cũng mô tả trình tự các thao tác dạy học trong một tình huốngdạy học bằng graph Qua đó có thể so sánh các PPDH được áp dụng cho cùng mộtnội dung, vì cùng một nội dung có thể dạy bằng những phương pháp khác nhau vàtrình tự lôgic của một tình huống dạy học có thể khác nhau Từ đó có thể giải thíchđược hiệu quả của mỗi PPDH Tuy nhiên, phương pháp graph mà V.X.Poloxin đưa

ra chưa được dùng như một phương pháp dạy học

Năm 1972, V.P.Garkumôp đã sử dụng phương pháp graph để mô hình hoácác tình huống của dạy học nêu vấn đề, trên cơ sở đó mà phân loại các tình huống

có vấn đề Theo V.P.Garkumôp, trong việc tạo ra các mẫu của tình huống nêu vấn

đề và giải quyết vấn đề, thì việc vận dụng lý thuyết graph có thể giúp ích rất nhiềucho các nhà lý luận dạy học Lý thuyết graph cho phép xác định trình tự hành độngtrong tiến trình giải quyết tình huống có vấn đề đặt ra và chọn những kiểu nhất địnhcủa nó [80] V.P.Garkumôp đã đưa ra các kiểu vận dụng lý thuyết graph trong dạyhọc nêu vấn đề, có thể tóm tắt như sau:

+ Tình huống có vấn đề xuất hiện khi học sinh bị thôi thúc tìm tòi các kiếnthức mới

+ Tình huống có vấn đề xuất hiện khi giải quyết các nhiệm vụ sáng tạo, cómâu thuẫn trong nhận thức Ở đây việc giải quyết vấn đề mang tính chất nghiêncứu Đó là trình độ cao của việc giải quyết các nhiệm vụ nhận thức trong tiến trìnhbài giảng

+ Có thể mô tả những tình huống có vấn đề bằng graph

Theo tác giả, ở trình độ lúc bấy giờ của việc nghiên cứu sáng tạo chưa chắc

đã có thể đề ra được bao nhiêu mô hình chung của việc giải quyết vấn đề, do đó chỉ

có thể áp dụng trong các giờ học không bắt buộc và trong ngoại khoa [80] Như vậyV.P.Garkumôp đã sử dụng phương pháp graph để mô hình hoá các tình huống dạyhọc nêu vấn đề

Năm 1973, tại Liên Xô (cũ) tác giả Nguyễn Như Ất trong công trình luận ánPho tiến sĩ khoa học sư phạm đã vận dụng lý thuyêt graph kết hợp với phương pháp

ma trận như một phương pháp hỗ trợ để xây dựng logic cấu trúc các khái niệm “tếbào học” trong nội dung giáo trình môn sinh học đại cương trường phổ thông của

nước Việt Nam dân chủ cộng hoà do tác giả kiến nghị [2] Nguyễn như Ất là một

trong những tác giả đã sớm vận dụng lý thuyết graph và ma trận để xây dựng cấu trúc nội dung dạy học sinh học theo quan điểm cấu trúc hệ thống

1.1.2 Tình hình nghiên cứu vận dụng lý thuyết graph trong dạy học ở Việt Nam

Ở Việt Nam, từ năm 1971 cố giáo sư Nguyễn Ngọc Quang là người đầu tiên

đã nghiên cứu chuyển hoá graph toán học thành graph dạy học và đã công bố nhiềucông trình trong lĩnh vực này [25], [26], [27], [28], [20], [21], [22] Trong các côngtrình đó, cố giáo sư đã nghiên cứu những ứng dụng cơ bản của lý thuyết graph trongkhoa học giáo dục, đặc biệt trong lĩnh vực giảng dạy Hoá học Cố giáo sư đã hướngdẫn nhiều nghiên cứu sinh và học viên cao học vận dụng lý thuyết graph để dạy một

số chương, một số bài cụ thể của chương trình hoá học ở trường phổ thông

Năm 1980, Trần Trọng Dương đã nghiên cứu đề tài: “Áp dụng phương phápgraph và algorit hoá để nghiên cứu cấu trúc - phương pháp xây dựng và giải hệthống bài toán về lập công thức hoá học ở trường phổ thông” [19] Tác giả đã ápdụng phương pháp graph và algorit hoá vào việc phân loại các kiểu bài toán về lậpcông thức hoá học và đưa ra kết luận:

+ Phương pháp graph và algorit hoá cho phép chung ta nhìn thấy rõ cấu trúc của một đầu bài toán hoá học, cấu trúc và các bước giải bài toán.

+ Có thể phân loại, sắp xếp các bài toán về hoá học thành hệ thống bài toán

có logic giúp cho việc dạy và học có kết quả hơn.

Năm 1983, Nguyên Đình Bào nghiên cứu sử dụng graph để hướng dẫn ôntập môn toán [30] Cùng thời gian đó Nguyễn Anh Châu đã nghiên cứu sử dụnggraph hướng dẫn ôn tập môn Văn [30] Các tác giả này đã sử dụng sơ đồ graph để

hệ thống hoá kiến thức mà học sinh đã học trong một chương hoặc trong mộtchương trình nhằm thiết lập mối liên hệ các phần kiến thức đã học giúp cho họcsinh ghi nhớ lâu hơn

Năm 1984, Phạm Tư với đề tài “Dùng graph nội dung của bài lên lớp để dạy

và học chương Nitơ - Phôtpho ở lớp 11 trường PTTH” [35], tác giả đã nghiên cứuviệc dùng phương pháp graph với tư cách là phương pháp dạy học (biến phươngpháp graph trong toán học thành phương pháp dạy học hoá học ổn định) đối với bàilên lớp nghiên cứu tài liệu mới về hoá học ở chương Nitơ - Phôtpho lớp 11 trường

PTTH Đồng thời, tác giả cũng đã xây dựng quy trình áp dụng phương pháp nàycho giáo viên và học sinh qua tất cả các khâu (Chuẩn bị bài, lên lớp, tự học ở nhà,kiểm tra đánh giá) và đưa ra một số hình thức áp dụng trong dạy và học hoá học[35] Với thành công của Phạm Tư, lý thuyết graph đã được vận dụng như mộtphương pháp dạy học hoá học thực sự hiệu quả.

Năm 1987, Nguyễn Chính Trung đã nghiên cứu “Dùng phương pháp graphlập chương trình tối ưu và dạy môn sử dụng thông tin trong chiến dịch” [29] Trongcông trình này tác giả đã nghiên cứu chuyển hoá graph toán học vào lĩnh vực giảngdạy khoa học quân sự

Năm 1993, Hoàng Việt Anh đã nghiên cứu “Vận dụng phương pháp sơ đồ graph vào giảng dạy địa lý các lớp 6 và 8 ở trường PTCS” [18] Tác giả đã tìm hiểu

-và vận dụng phương pháp graph trong quy trình dạy học môn Địa lý ở trườngTHCS và đã bổ sung một phương pháp dạy học cho những bài thích hợp, trong tất

cả các khâu lên lớp (Chuẩn bị bài, nghe giảng, ôn tập, kiểm tra) nhằm nâng caonăng lực lĩnh hội tri thức, nâng cao chất lượng dạy học bộ môn Địa lý Tác giả đã sửdụng phương pháp graph để phát triển tư duy của học sinh trong việc học tập Địa lý

và rèn luyện kỹ năng khai thác sách giáo khoa cũng như các tài liệu tham khảokhác Công trình khoa học vận dụng lý thuyết graph vào dạy học môn Địa lý ởtrường phổ thông chứng minh rằng phương pháp dạy học bằng graph có thể sử dụngđối với các môn khoa học xã hội

Năm 2000, trong luận văn thạc sĩ Phạm Thị My đã trình bày “Ứng dụng lýthuyết graph xây dựng và sử dụng sơ đồ để tổ chức hoạt động nhận thức của họcsinh trong dạy học sinh học ở THPT” Trong đó tác giả chú ý đến việc xây dựng các

sơ đồ về các nội dung kiến thức trong chương trình sinh học phổ thông và đưa ramột số phương pháp và biện pháp sử dụng sơ đồ mà sự phân loại sơ đồ dựa vào tiêuchí nội dung kiến thức [51]

Năm 2000 trong luận văn thạc sĩ Phan Thị Thanh Hội đã hoàn thành công

trình nghiên cứu “Xây dựng và sử dụng một số dạng sơ đồ trong dạy học sinh thái học lớp 11 PTTH” [38]

Năm 2004 trong luận văn tiến sĩ Nguyễn Phúc Chỉnh đã hoàn thành côngtrình nghiên cứu “Nâng cao hiệu quả dạy học giải phẫu sinh lý người và vệ sinh

1.2 Cơ sở lí thuyết về graph

1.2.1 Khái niệm graph

1.2.1.1 Định nghĩa

Theo từ điển Anh – Việt, graph có nghĩa là đồ thị - biểu đồ gồm có mộtđường hoặc nhiều đường biểu thị sự biến thiên của các đại lượng

Nhưng, từ graph trong lý thuyết graph lại bắt nguồn từ từ “graphic” có nghĩa

là tạo ra một hình ảnh rõ ràng, chi tiết, sinh động trong tư duy

Graph dạy học được hiểu là phương pháp tổ chức rèn luyện tạo được những

sơ đồ học tập ở trong tư duy của học sinh Trên cơ sở đó hình thành một phong cách

tư duy khoa học mang tính hệ thống

1.2.1.2 Vai trò của graph

• Hiệu quả thông tin

Sinh học là một môn học nghiên cứu các đối tượng sống (Đặc điểm cấu tạo,quá trình sinh lý, sinh hóa, mối quan hệ giữa các tổ chức sống với nhau và với môitrường sống) thì graph là một kênh chuyển hóa thông tin có những ưu việt cơ bảnsau:

Ngôn ngữ graph vừa cụ thể, trực quan, chi tiết lại vừa có tính khái quát, trừutượng và hệ thống cao Graph cho phép tiếp cận với nội dung tri thức bằng conđường logic tổng - phân - hợp, tức là cùng một lúc vừa phân tích đối tượng nhậnthức thành các sự kiện, các yếu tố cấu thành, lại vừa tổng hợp, hệ thống hoá các sựkiện, các yếu tố đó thành một chỉnh thể thống nhất thuận lợi cho việc khái quát hoá,hình thành khái niệm khoa học - sản phẩm tư duy lý thuyết

Graph cho phép phản ảnh một cách trực quan cùng một lúc mặt tĩnh và mặtđộng của sự vật hiện tượng theo không gian, thời gian Trong dạy học sinh học ưuviệt này được khai thác một cách thuận lợi Mặt tĩnh thường phản ánh yếu tố cấutrúc, mặt động phản ánh hoạt động - chức năng sinh học của các cấu trúc đó Nhưvậy, graph hoá nội dung kiến thức sinh học là hình thức diễn đạt tối ưu mối quan hệgiữa các yếu tố cấu trúc, giữa các chức năng sinh học, giữa cấu trúc với chức năngcủa các đối tượng nghiên cứu.

• Hiệu quả phát triển năng lực nhận thức học sinh của graph

Hiệu quả này thể hiện rõ vai trò phát triển các thao tác tư duy cơ bản

(Phân tích, tổng hợp, so sánh, trừu tượng hoá, khái quát hoá, hệ thống hoá…) vàkhả năng hình thành năng lực tự học cho học sinh Hiệu quả này lớn nhất khi việcgraph hoá nội dung tri thức do chính học sinh tiến hành Học sinh sử dụng ngôn ngữgraph để diễn đạt nội dung sách giáo khoa và tài liệu đọc được Đây là quá trình giacông hoá đòi hỏi trình độ sử dụng thao tác logic

1.2.1.3 Graph có hướng và vô hướng

Nếu với mỗi cạnh của graph không phân biệt điểm gốc (đầu) với điểm cuối(mút) thì đó là graph vô hướng (Undirected) Hình 2.1 là graph vô hướng Còn nếuvới mỗi cạnh của graph, ta phân biệt hai đầu, một đầu là gốc còn một đầu là cuối(hình 2.4) thì đó là graph có hướng (Directed graph)

•

• •

•

Hình 1.1 Graph có hướng

Trong dạy học, người ta thường chỉ quan tâm đến graph có hướng Vì graph

có hướng cho biết cấu trúc của đối tượng nghiên cứu

Ví dụ: Cấu tạo tế bào gồm 3 phần chính: Màng, tế bào chất và nhân Chúng

ta có thể dùng một graph để mô tả cấu trúc của tế bào như hình 2.5 (Mũi tên một

chiều chỉ các thành phần cấu tạo, mũi tên hai chiều chỉ mối quan hệ về mặt cấu trúccủa tế bào).

Hình 1.2 Graph cấu trúc tế bào

1.2.1.4 Bài toán về “đường đi” (Chu trình)

Trong một graph nếu có một dãy cạnh nối tiếp nhau (hai cạnh nối tiếp là haicạnh có chung một đầu mút) thì được gọi là đường đi Ví dụ: Cho một graph Gtrong đó có một dãy các đỉnh 1, 2, 3, 4, 5 và các cạnh e1, e2,e3,e4 nối các đỉnh đó đểtạo ra đường đi G

32

1

Hamilton Mọi graph có hướng đầy đủ đều có đường Hamilton Đường đi Hamiltontương tự với đường đi Euler Đường đi Euler qua mọi cạnh của graph vừa đúng mộtlần, còn đường đi Hamilton qua mọi đỉnh của graph vừa đúng một lần.

Bài toán về đường đi có nhiều ý nghĩa trong thực tiễn, trong dạy học, ứngdụng bài toán về chu trình có thể lập được các graph về các chu trình hoặc các vòngtuần hoàn

Ví dụ:

Túi tinh Tinh trùng Câyt rưởng thành Hợp tử Túi noãn Noãn cầu

Sợi sơ cấp

Bào tử Túi bào tử Phôi (Nằm trên thể mang túi)

Hình 1.3 Chu trình sống của rêu

1.2.1.5 Bài toán về “cây”

• Khái niệm “cây” trong lý thuyết graph

Cây (tree) còn gọi là cây tự do (free tree) là một graph liên thông không cóchu trình (hình 2.7) Khảo sát về cây là một nội dung quan trọng của lý thuyết graph

và có nhiều ứng dụng trong thực tiễn Cho C là một cây, thì giữa hai đỉnh bất kỳ của Cluôn luôn tồn tại một và chỉ một đường trong C nối hai đỉnh đó Cây có gốc (rootedtree) là một cây có hướng trên đó đã chọn một đỉnh là gốc và các cạnh được địnhhướng, sao cho với mọi đỉnh luôn luôn có một đường hướng từ gốc đi đến đỉnh đó

Có hai loại cây đó là cây đa phân và cây nhị phân

• Cây đa phân

Nếu số cạnh của một đỉnh trong cây là không xác định thì đó là cây đa phân(multiary tree) Trong hình 2.7 graph có cả đỉnh bậc 2, đỉnh bậc 3 và đỉnh bậc 4 nêngọi là cây đa phân

Hình 1.4 Cây đa phân (multiary tree)Trong dạy học sinh học cây đa phân được dùng để mô tả nguồn gốc phát sinh

và tiến hóa của sinh giới (cây tiến hóa)

Trong dạy học sinh học 6, có thể dùng cây đa phân để phân loại, mô tả cấutạo và chức năng của các cơ quan trong cơ thể

Hình 1.6 Cây nhị phân (binary tree) Như vậy có thể dùng cây nhị phân và cây đa phân để hình thành các kiến thức về hình thái, giải phẫu, sinh lí, sinh thái, phân loại thực vật, tiến hóa của giới thực vật

• Phép duyệt cây

Duyệt cây (tree searching) là đưa ra một danh sách liệt kê tất cả các đỉnh củacây, mỗi đỉnh một lần Nói cách khác, duyệt cây tức là xét mối quan hệ của các yếu

tố trong một tổng thể Có 3 giải thuật (cách) thường dùng để duyệt cây đó là xét từ

gốc (Preorder Search); xét từ giữa (Inorder Search), và xét từ ngọn (Preorder

Search) Các giải thuật đó đều xem xét mối quan hệ của các thành phần trong cây.

- Giải thuật Preoder search (xét cây từ gốc)

Dùng giải thuật Preoder search tức là xem xét cây từ gốc đến cây con bên tráirồi xét tiếp và đến cây con bên phải, cứ như vậy cho đến đỉnh cuối cùng

Trong dạy học sinh học, giải thuật Preoder search sẽ giúp cho học sinh có hệthống khái niệm mang tính tầng bậc rõ rệt

- Giải thuật Inorder search (xét trong cây)

Dùng giải thuật Inorder search tức là bắt đầu xét từ một cây con bất kỳ trongcây trở về gốc, đồng thời xét đến các cây con khác cho tới ngọn

Trong hình 2.10, có thể xét từ bất kỳ đỉnh nào trong cây

- Giải thuật Postorder search (xét từ ngọn)

Ngược lại với giải thuật Preorder search, giải thuật Postorder searchtức là xétmột cây từ các yếu tố nhỏ nhất (ngọn) ngược trở về gốc Giải thuật Postorder searchcần được kết hợp với giải thuật Inorder search

Nghiên cứu về các phép duyệt cây giúp chúng ta xác định được hướngnghiên cứu cho những đối tượng cụ thể Trong dạy học, điều đó sẽ định hướng chocác hoạt động sư phạm của GV và hoạt động nhận thức của học sinh đối với nhữngkhái niệm mang tính hệ thống

1.2.1.6 Bài toán con đường ngắn nhất (mạng liên thông ngắn nhất)

Bài toán con đường ngắn nhất là một ứng dụng quan trọng của lý thuyếtgraph, sử dụng graph có hướng để nghiên cứu các vấn đề trong cuộc sống theohướng tối ưu hoá

• Hệ thống PERT (Program Evaluation and Review Teehnique)

Hệ thống này phát sinh ở Mỹ năm 1958, đó là hệ thống kỹ thuật đánh giá vàkiểm tra các chương trình, hệ này còn có tên gọi là hệ tiềm năng – giai đoạn, Theoquy tắc của hệ thống này, graph được quan niệm như sau: Đỉnh graph diễn tả sự

kiện hoàn thành một mục tiêu, nhiệm vụ bộ phận còn cung diễn tả nhiệm vụ (tứchoạt động).

Ví dụ: Một công việc nào đó có giải đoạn bắt đầu và giai đoạn kết thúc cầnphẩi xác định nhiệm vụ từ lúc bắt đầu đến khi kết thúc công việc, nhiệm vụ đó cóthể xác định bằng graph Như vậy hệ PERT cho biết nhiệm vụ để thực hiện cáchành động

• Phương pháp các tiềm năng

Phương pháp các tiềm năng sinh ra ở Pháp năm 1958, theo phương pháp nàygraph được quan niệm: Đỉnh diễn tả nhiệm vụ còn cung diễn tả yêu cầu

Trong hai phương pháp trên, graph bao giờ cũng cho ta thấy một cách trựcquan cấu trúc logic của quy trình triển khai hoạt động, tức là con đường của hoạtđộng, từ lúc bắt đầu đến khi kết thúc

• Phương pháp đường găng – Con đường tới hạn

Phương pháp đường găng là sự tiếp cận PERT theo nghĩa hẹp Phương phápnày chỉ ra các phương án có thể xảy ra khi thực hiện một hoạt động Trong đó, cónhững con đường thực hiện với thời gian tối thiểu hoặc tối đa để hoàn thành cácnhiệm vụ Ví dụ, một đề án có 5 công việc với thời gian (ngày) tương ứng để hoànthành các công việc đó (hình 2.11)

4 2 4

3

Hình 1.7 Mô hình một đề án theo phương pháp đường găng

Có những con đường khác nhau để thực hiện đề án:

3

2

4

Nếu: 1 2 4 5 thời gian hoàn thành là 11 ngày

Như vậy, phương pháp đường găng cho biết con đường ngắn nhất và conđường dài nhất để hoàn thành đề án

Trong dạy học, phương pháp đường găng có thể được ứng dụng để xác địnhtrình tự các thao tác và các hoạt động trong mỗi bài học theo hướng tối ưu hóa

1.2.2 Cơ sở triết học (Cơ sở phương pháp luận)

Cơ sở triết học của việc chuyển hóa graph toán học thành graph dạy học sinhhọc là phương pháp tiếp cận cấu trúc - hệ thống

Lý thuyết hệ thống là một luận thuyết nhằm nghiên cứu và giải quyết các vấn

đề theo quan điểm toàn vẹn tức là nghiên cứu giải quyết các vấn đề một cách có căn

cứ khoa học, có hiệu quả và hiện thực dựa trên tất cả các yếu tố cấu thành nên đốitượng [39]

L.V Bertalanff cho rằng: “Hệ thống” là tập hợp các yếu tố liên kết với nhau,tạo thành một chỉnh thể thống nhất và tương tác với môi trường [39]

Có nhiều cách định nghĩa khác nhau về hệ thống, những định nghĩa đó đều

có những điểm chung: “Hệ thống” là tập hợp các yếu tố liên hệ với nhau, tạothành sự thống nhất ổn định và tính chỉnh thể, có những thuộc tính và tính quy luậttổng hợp [31]

Sự thống nhất giữa hai phương pháp phân tích cấu trúc và tổng hợp hệ thống làbản chất của phương pháp tiếp cận cấu trúc - hệ thống, đó là phân tích đối tượngnghiên cứu thành các yếu tố cấu trúc và tổng hợp các yếu tố đó lại trong một chỉnhthể trọn vẹn theo những quy luật của tự nhiên

- Phương pháp phân tích cấu trúc coi đối tượng nghiên cứu là một hệ thống,tức là một tổng thể gồm nhiều yếu tố (thành phần - cấu tạo) quan hệ và tương tácvới nhau và với môi trường xung quanh một cách phức tạp.

- Thừa nhận nhiều đối tượng phức tạp khác nhau có những đặc trưng hệ thốnggiống nhau

- Đặt trọng tâm nghiên cứu vào sự vận động của đối tượng; xét mỗi hệ thốngtrong một quá trình tăng trưởng, phát triển của nó; nghiên cứu quỹ đạo xu thế vậnđộng và tìm ra phương hướng tác động vào hệ thống một cách có hiệu quả nhất

- Thừa nhận tính bất định, tức là tình trạng không có đầy đủ thông tin như làmột yếu tố rất khó tranh khỏi trong các quá trình điều khiển phức tạp

- Nhấn mạnh sự cần thiết lựa chọn quyết định trong tập hợp rất nhiều phương

Phân tích cấu trúc và tổng hợp hệ thống luôn gắn liền với nhau Các yếu tố của

hệ thống luôn được xem xét trong mối quan hệ với nhau và với môi trường Phântích cấu trúc và tổng hợp hệ thống là hai mặt không thể tách rời trong quá trình tiếpcận cấu trúc - hệ thống [34]

Tiếp cận cấu trúc - hệ thống định hướng phương pháp luận của nhận thức khoahọc chuyên hóa mà cơ sở của nó là sự nghiên cứu các đối tượng trong các hệ thốngtoàn vẹn Tiếp cận cấu trúc - hệ thống cho phép thiết lập các vấn đề tương ứng củacác khoa học cụ thể và xây dựng chiến lược nghiên cứu một cách hiệu quả các vấn

đề đó Tính đặc thù phương pháp luận của tiếp cận cấu trúc - hệ thống được biểu thị

ở chỗ hướng nghiên cứu vào việc khám phá tính chỉnh thể của đối tượng và các cơchế đảm bảo tính chỉnh thể đó; làm sáng tỏ các mối liên hệ đa dạng của các đốitượng phức tạp, hướng vào tri thức mô tả bức tranh lý thuyết thống nhất

Chuyển hóa graph toán học thành graph dạy học phải được thực hiện theonhững nguyên tắc cơ bản của lý thuyết hệ thống Vận dụng tiếp cận cấu trúc hệthống để phân tích đối tượng nghiên cứu thành các yếu tố cấu trúc, xác định các

đỉnh của graph trong một hệ thống mang tính logic khoa học, qua đó thiết lập cácmối quan hệ của các yếu tố cấu trúc trong một tổng thể.

1.2.3 Cơ sở tâm lý học nhận thức

Mục đích quá trình nhận thức của con người là hình thành tri thức Tri thức lànhững thông tin đã được sử lý qua nhận thức biến thành hiểu biết đưa vào bộ nhớcủa con người, có mối quan hệ với kiến thức đã tích lũy trước Đối với các nhà khoahọc thì hoạt động phát minh bắt nguồn bằng việc thu thập thông tin từ thế giớikhách quan, được sử lý bằng phương pháp đặc thù để xây dựng thành các tri thứckhoa học dưới dạng ngôn ngữ: Khái niệm, biểu thức, công thức, quy luật, định luật.Trong quá trình nhận thức có các giai đoạn: Tích lũy thông tin; khái quát hóa -trừu tượng hóa; mô hình hóa các thông tin bằng các tri thức

Trong quá trình dạy học, hoạt động học tập của học sinh là quá trình tiếp nhậnthông tin, tri thức khoa học để hình thành tri thức cá nhân Những thông tin đượcgiới thiệu tạo điều kiện cho học sinh tri giác sẽ khái quát hóa, trừu tượng hóa vàcuối cùng mô hình hóa thông tin để ghi nhớ theo mô hình

Mô hình là vật thể được dựng lên một cách nhân tạo dưới dạng sơ đồ, cấu trúcvật lý, dạng ký hiệu hay công thức tương ứng với đối tượng nghiên cứu (hay hiệntượng) nhằm phản ánh và tái tạo dưới dạng đơn giản và sơ lược nhất cấu trúc, tínhchất, mối liên hệ và quan hệ giữa các bộ phận của đối tượng nghiên cứu [39] Môhình là vật đại diện thay thế cho vật gốc có những tính chất tương tự với vật gốc,nhờ đó khi nghiên cứu mô hình người ta sẽ nhận được những thông tin về nhữngtính chất hay quy luật của vật gốc

Mô hình hóa thực ra là đơn giản hóa thực tại bằng cách, từ một tập hợp tựnhiên các hiện tượng, trạng thái về hệ gắn bó qua lại với nhau, ta tách ra những yếu

tố nào cần nghiên cứu, rồi dùng ký hiệu quy ước diến tả chúng thành những sơ đồ,

đồ thị, biểu đồ và công thức để mô phỏng một mặt nào đó của thực tại Mô hình hóa

là một hành động học tập, giúp con người diễn đạt logic khái niệm một cách trựcquan Qua mô hình, các mối quan hệ của khái niệm được quá độ chuyển vào trong(tinh thần) Như vậy mô hình là “cầu nối” giữa cái vật chất và cái tinh thần

Trong dạy học thường dùng những loại mô hình sau:

- Mô hình gần giống vật thật: Loại mô hình này có tính trực quan cao haycòn gọi là mô hình cụ thể nhờ loại mô hình nay, học sinh có thể theo dõi toàn bộquá trình hành động, vị trí các yếu tố và mối quan hệ giữa chúng với nhau.

Ví dụ: Mô hình bông hoa

- Mô hình tượng trưng: Loại mô hình này có tính trừu tượng cao hơn loại môhình trên, những cái không bản chất, không cần thiết được lược bỏ, chỉ giữ lạinhững cái tinh túy nhất của đối tượng được mô tả một cách trực quan

Ví dụ: Dùng các mũi tên để mô tả diến biến của một quá trình sinh học

- Mô hình “Mã hóa” hoàn toàn có tính chất quy ước diễn đạt một cách thuầnkhiết lôgic của khái niệm Đó là những công thức hay ký hiệu, trong loại mô hìnhnày các yếu tố trực quan hầu như bị lược bỏ hết chỉ còn các mối quan hệ lôgic Môhình “Mã hóa” là công cụ quan trọng để diễn ra những hành động tinh thần (trí óc),

để phát triển tư duy trừu tượng

Việc dạy cho học sinh có khả năng mô hình hóa các mối quan hệ đã pháthiện, cũng như có khả năng sử dụng mô hình đó để tiếp tục phân tích đối tượng làviệc làm cần thiết để phát triển trí tuệ học sinh

Sử dụng graph trong dạy học thực chất là hành động mô hình hóa, tạo ranhững đối tượng nhân tạo tương tự về một mặt nào đó với đối tượng hiện thực đểtiện cho việc nghiên cứu [24], [39]

Có thể nói graph thuộc loại mô hình “mã hóa” về các đối tượng nghiên cứu.Loại mô hình này có ý nghĩa trong việc hình thành các biểu tượng (giai đoạn thứnhất của tư duy), nó cũng có ý nghĩa quan trọng trong các thao tác tư duy trừutượng hóa – khái quát hóa Đặc biệt mô hình graph có ý nghĩa trong việc tái hiện và

cụ thể hóa khái niệm

Về mặt tâm lý nhận thức, graph có ý nghĩa sau:

1 Graph giúp học sinh có một điẻm tựa tâm lý rất quan trọng trong sự lĩnh hội đềtài dạy học Từ những hình ảnh trực quan hoặc lời nói của giáo viên mô tả về đốitượng nghiên cứu, bằng các thao tác tư duy học sinh sẽ chuyển những thông tin đósang “ngôn ngữ graph”, tức là học sinh tự thiết lập trong não các graph Học sinh sẽ

dễ dàng hiểu sâu được cái bản chất nhất, chủ yếu nhất, quan trọng nhất của nội dunghọc tập Theo tâm lý học nhận thức, mọi hình ảnh (âm thanh) học sinh tri giác được

đều được mô hình hóa bằng các thao tác tư duy, do đó graph đã giúp cho học sinhthuận lợi hơn trong khâu khái quát hóa.

2 Hình ảnh trực quan là điểm tựa quan trọng cho sự ghi nhớ và tái hiện tri thức củahọc sinh về nội dung bài học Ngôn ngữ graph ngắn gọn súc tích chứa đựng nhiềuthông tin sẽ giúp cho học sinh xử lý thông tin nhanh chóng và chính xác hơn Đốivới việc ghi nhớ, học sinh không phải học thuộc lòng mà chỉ cần ghi nhớ những dấuhiệu cơ bản của đối tượng nghiên cứu và các quy luật về mối quan hệ của các yếu tốtrong một hệ thống nhất định Còn đối với việc vận dụng tri thức học sinh phải thựchiện một thao tác tư duy là chuyển từ “ngôn ngữ graph” sang ngôn ngữ “ngữ nghĩa”việc làm này giúp cho học sinh vận dụng kiến thức chính xác và hiệu quả hơn

3 Sử dụng graph trong dạy học còn có tác dụng rèn luyện cho học sinh năng lực tưduy khái quát (tư duy hệ thống) Đây là một hoạt động có hiệu quả lâu dài, ảnhhưởng đến khả năng tư duy và hoạt động trong suốt cuộc đời của mỗi học sinh

1.2.4 Cơ sở lý luận dạy học

Trong những năm gần đây, đã có những công trình khoa học xét quá trìnhdạy học dưới góc độ định lượng bằng những công cụ của toán học hiện đại Việcnày có tác dụng nâng cao hiệu quả của hệ dạy học cổ truyền, đồng thời mở ra những

hệ dạy học mới tăng cường tính khách quan hóa (nâng cao tính tích cực, tự lực vàsáng tạo) Theo thuyết thông tin quá trình dạy học tương ứng với một hệ thống baogồm 3 giai đoạn: Truyền và nhận thông tin; xử lý thông tin; lưu trữ và vận dụngthông tin [23], [21]

Truyền thông tin không chỉ là từ thày đến trò mà còn truyền từ trò đến thày(liên hệ ngược) hoặc giữa trò với các phương tiện dạy học (sách, đồ dùng dạyhọc ) hoặc giữa trò với trò Như vậy, giữa thày và trò; giữa phương tiện học tậpvới trò; giữa trò với trò đều có các đường để chuyển tải thông tin đó là: kênh thịgiác, kênh thính giác, kênh khứu giác Trong đó, kênh thị giác có năng lực chuyểntải thông tin nhanh nhất, hiệu quả nhất

Graph có tác dụng mô hình hóa các đối tượng nghiên cứu và mã hóa các đốitượng đó bằng một loại “ngôn ngữ” vừa trực quan vừa cụ thể và cô đọng

Vì vậy, dạy học bằng graph có tác dụng nâng cao hiệu quả truyền thông tin nhanhchóng và chính xác hơn

Xử lý thông tin là sử dụng các thao tác tư duy nhằm phân tích thông tin, phânloại thông tin và sắp xếp các thông tin vào những hệ thống nhất định Hiệu quả củanhững thao tác đó phụ thuộc vào chất lượng thông tin và năng lực nhận thức củatừng học sinh Tuy nhiên, nhờ các graph mã hóa các thông tin theo những hệ thốnglôgic hợp lý đã làm cho việc sử lý thông tin hiệu quả hơn rất nhiều.

Lưu trữ thông tin là việc ghi nhớ kiến thức của học sinh Những cách dạyhọc cổ truyền thường yêu cầu học sinh ghi nhớ một cách máy móc (học thuộc lòng)

vì vậy học sinh dễ quên Graph sẽ giúp học sinh ghi nhớ một cách khoa học, tiếtkiệm “bộ nhớ” trong não học sinh Hơn nữa việc ghi nhớ các kiến thức bằng graphmang tính hệ thống sẽ giúp cho việc tái hiện và vận dụng kiến thức một cách linhhoạt hơn

1.3 Graph trong dạy học

1.3.1 Khái niệm

♦ Định nghĩa

Theo cố giáo sư Nguyễn Ngọc Quang, trong mỗi hoạt động bao giờ cũng cóhai mặt đó là: Mặt “tĩnh” và mặt “động” Trong dạy học, mặt tĩnh là nội dung kiếnthức, còn mặt động là các hoạt động của thầy và trò trong quá trình hình thành trithức Có thể mô tả mặt tĩnh của hoạt động dạy học bằng “Graph nội dung” và mô tảmặt động bằng “Graph hoạt động dạy học”

♦ Các loại graph trong dạy học

* Graph nội dung

Graph nội dung là graph phản ánh một cách khái quát, trực quan cấu trúclôgic phát triển bên trong của một tài liệu Nói cách khác, graph nội dung là tập hợpnhững yếu tố thành phần của một nội dung trí dục và mối liên hệ bên trong giữachúng với nhau, đồng thời diễn tả cấu trúc logic của nội dung dạy học đó bằng mộtngôn ngữ trực quan, khái quát và súc tích Mỗi loại kiến thức có thể được mô hìnhhoá bằng một loại graph đặc trưng để phản ánh những thuộc tính bản chất của loạikiến thức đó Trong dạy học sinh học 6 có thể sử dụng graph nội dung các thànhphần kiến thức hoặc graph nội dung bài học

* Graph hoạt động

Graph hoạt động là graph mô tả trình tự các hoạt động sư phạm theo lôgichoạt động nhận thức nhằm tối ưu hoá bài học Graph hoạt động là mặt phươngpháp, nó được xây dựng trên cơ sở của graph nội dung kết hợp với các thao tác sưphạm của thầy và hoạt động học của trò ở trên lớp; bao gồm cả việc sử dụng cácphương pháp, biện pháp và phương tiện dạy học Thực chất graph hoạt động dạyhọc là mô hình khái quát và trực quan của giáo án Graph hoạt động là một dạngangorit hoá hoạt động dạy - học theo phương pháp đường găng (con đường tối ưu)

Những hoạt động dạy - học của giáo viên và học sinh ở trên lớp mang tính hệthống Hệ thống các hoạt động sư phạm được tổ chức hợp lý sẽ giúp cho hoạt độnghọc tập của học sinh thuận lợi và hiệu quả hơn Dựa trên kết quả phân tích cấu trúcnội dung bài học và lôgic tâm lý nhận thức của học sinh, giáo viên xác định lôgiccác hoạt động dạy học một cách khoa học Trong khâu chuẩn bị bài giảng, giáo viênphải phân tích hệ thống các hoạt động sư phạm thành các yếu tố cấu trúc của bàigiảng, đó là các ‘hoạt động” và tổng hợp các hoạt động đó trong một hệ thống hoànchỉnh, thống nhất Mối liên hệ giữa các hoạt động của bài học có thể được biểu diễnbằng graph hoạt động dạy học

Mỗi bài học được cấu trúc bởi một số đơn vị kiến thức, đó là các khái niệm,các quá trình hoặc quy luật Để hình thành mỗi đơn vị kiến thức đó cần có mộthoạt động tương ứng Trong mỗi hoạt động gồm nhiều thao tác Nếu chỉ xét về mặt

kỹ thuật, hoạt động là tổng các thao tác Như vậy thao tác là đơn vị cấu trúc củahoạt động và hoạt động là đơn vị cấu trúc của bài học Trong mỗi bài học, các hoạtđộng tương ứng với các đơn vị kiến thức, mang tính hệ thống nhưng không phân bốtuyến tính, tức là thứ tự của các hoạt động có thể hoán vị cho nhau nếu những hoạtđộng đó không đòi hỏi phải có trật tự trước sau nghiêm ngặt Ngược lại, các thao táctrong mỗi hoạt động thì phân bố tuyến tính, theo một trình tự chặt chẽ Ví dụ: Tronghoạt động H có các thao tác T1, T2, T3, Tn, bắt buộc phải thực hiện xong thao tác 1mới thực hiện thao tác 2, xong thao tác 2 rồi mới thực hiện đến thao tác 3

Lập graph hoạt động tức là xác định các phương án khác nhau để triển khaibài học, việc này phụ thuộc vào graph nội dung và quy luật nhận thức

Khi dạy - học một bài sẽ có nhiều hoạt động khác nhau, dùng graph để biếttrình tự thực hiện các hoạt động; hoạt động nào thực hiện trước và hoạt động nàophải thực hiện khi đã hoàn thành một số công việc khác Dùng một graph có hướng

để mô tả trình tự các hoạt động và các thao tác sư phạm của thầy và trò, cách làmnhư sau: Các hoạt động trong một bài học được đặt tương ứng với các đỉnh của mộtgraph, đánh số từ 1 đến n (bài học có n hoạt động) Có thể thêm vào graph một đỉnhứng với hoạt động khởi đầu và một đỉnh ứng với việc kết thúc (Hoàn thành bàigiảng) Dùng các mũi tên để xác định hoạt động nào thực hiện trước, hoạt động nàothực hiện sau, hoạt động nào xuất phát từ hoạt động nào trước đó Mô hình graphhoạt động dạy học có thể có cấu trúc như hình 2.14

Hình 1.8 Mô hình graph hoạt động dạy họcTrong dạy học graph hoạt động giống như một chương trình kiểm tra trongtin học, theo graph đó GV có thể chủ động lựa chọn các cách tổ chức bài học saocho hiệu quả nhất

Graph hoạt động có tính chất tương tự như algorit, có tác dụng chỉ dẫn thứ tựcác thao tác cần thực hiện trong các hoạt động dạy học Nó có thể được biểu diễnbằng những sơ đồ hoặc bảng chỉ dẫn

* Mối quan hệ giữa graph nội dung và graph hoạt động trong dạy học

Đối với GV: Dựa vào nội dung sách giáo khoa, chương trình, tài liệu thamkhảo lập graph nội dung của một tổ hợp kiến thức hay một bài học Từ graph nộidung, GV xác định các hoạt động dạy – học để lập graph hoạt động dạy học Trên

BẮT ĐẦU

Hoạt động 1

Hoạt động 2Hoạt động 3

KẾT THÚC

lớp, GV thực hiện các tình huống dạy - học, tức là triển khai graph nội dung theohoạt động dạy - học và chỉ đạo hoạt động lĩnh hội tri thức của học sinh.

Đối với học sinh: Ở trên lớp thực hiện các hoạt động dưới sự tổ chức của GV

để tự lập được graph nội dung, qua đó hiểu bản chất nội dung học tập Ở nhà, họcsinh tự học bằng graph để ghi nhớ nội dung bài học và có thể vận dụng linh hoạttrong những trường hợp cần thiết

Hai loại graph này được áp dụng trong một bài học, graph nội dung thể hiệnlôgic của các thành phần nội dung kiến thức trong một bài học, có tính khách quan

và về cơ bản không thay đổi và nó phù hợp với yêu cầu “chuẩn kiến thức” mà mụctiêu bài học đã quy định, còn graph hoạt động dạy học là mô hình hoá về hoạt độngcủa thày và trò nhằm thực hiện mục tiêu dạy học, nó có tính linh hoạt Graph hoạtđộng là mô hình hoá tiến trình, kế hoạch bài học được dự kiến trong giáo án

Như vậy, graph nội dung và graph hoạt động liên quan mật thiết với nhau,dùng graph nội dung để thiết lập graph hoạt động dạy học, ngược lại dùng graphhoạt động dạy học để triển khai graph nội dung theo một lôgic khoa học Tuy nhiêncũng cần lưu ý, nhiều trường hợp chỉ cần phân tích cấu trúc nội dung rồi dựa vào đó

có thể thiết lập được graph hoạt động dạy học

1.3.2 Chuyển hoá graph toán học thành graph dạy học

GRAPH DẠY HỌC SINH HỌC

DẠY HỌC SINH HỌC 6 BẰNG GRAPH

1.3.2.2 Các nguyên tắc của việc chuyển hóa graph toán học thành graph dạy học sinh học

Các nguyên tắc của việc chuyển hóa graph toán học thành graph dạy họcsinh học là những nguyên lý, phương châm chỉ đạo việc thiết kế graph nội dung vàgraph hoạt động dạy học Dựa vào các nguyên tắc này để xác địng nội dung,phương pháp, cách tổ chức, tính chất và tiến trình của việc thiết kế graph nhằm thựchiện mục đích dạy học phù hợp với những quy luật khách quan

Chuyển hóa graph toán học thành graph dạy học sinh học là vận dụng lýthuyết graph toán học để thiết kế graph dạy học sinh học Quá trình đó thực hiệntheo những nguyên tắc sau:

♦ Nguyên tắc thống nhất giữa mục tiêu - nội dung - phương pháp dạy học

Nguyên tắc này đòi hỏi khi thiết kế graph dạy học sinh học phải thống nhấtđược ba thành tố cơ bản của quá trình dạy học là mục tiêu - nội dung và PPDH Bathành tố đó tác động qua lại với nhau một cách hữu cơ, giải quyết tốt mối quan hệnày quá trình dạy học sẽ đạt kết quả cao

Quá trình dạy học gồm 6 thành tố cơ bản: Mục tiêu - nội dung - phương pháp

- phương tiện - hình thức tổ chức - đánh giá, xét trong mối quan hệ giữa thầy và

trò Nhiệm vụ của các nhà lý luận dạy học là nghiên cứu tìm ra những quy luật của

sự tương tác giứa các thành tố này để điều khiển hợp lý quá trình dạy học nhằm đạthiệu quả cao nhất Trong việc chuyển hóa graph toán học thành graph dạy học sinhhọc nói chung và dạy học thực vật học nói riêng, cần chú ý tới mối quan hệ giữamục tiêu, nội dung và phương pháp dạy học

Mục tiêu dạy - hoc là những tiêu chí về mặt nhận thức và kỹ năng phải đạtđược khi thực hiện một hoạt động dạy - học, có thể là cho một bài hoặc một chương

cụ thể, logic của mối quan hệ giữa mục tiêu - nội dung PPDH là: Dựa vào nội dungsách giáo khoa đã được biên soạn, người giáo viên phân tích nội dung, căn cứ vàođối tượng cụ thể để xác định những mục tiêu mà học sinh phải đạt được sau khi họcmột bài hoặc một chương Để đạt được mục tiêu cần phải tập trung vào nội dungnào, sử dụng phương pháp dạy học nào, phương tiện dạy học nào để đạt hiệu quảcao nhất Như vậy, mục tiêu bài học được xác định chủ yếu dựa vào nội dung bàihọc và đặc điểm tâm lý nhận thức của học sinh Mục tiêu và nội dung kiến thức là

cơ sở để xác định PPDH phù hợp, theo hướng phát huy cao độ óc tư duy tìm tòikhám phá của học sinh để đạt được những mục tiêu đã đề ra Thống nhất giữa mụctiêu - nội dunng - phương pháp dạy học trong việc thiết kế graph dạy học, phải trảlời các câu hỏi sau:

a Thiết kế graph để làm gì?

- Học sinh phải đạt những gì sau khi kết thúc bài học?

- Các kiểu dạy học nào phù hợp với mục tiêu đặt ra?

- Cần đặt các tình huống học tập nào để đạt được các mục tiêu đề ra?

- Có cách nào biết được học sinh đã đạt hay không đạt những mục tiêu đã đềra?

b Graph được thiết kế như thế nào?

- Nội dung thuộc loại kiến thức nào?

- Những kiến thức đó học sinh đã biết hay chưa biết?

- Tại sao cần dạy - học nội dung đó?

c Việc thiết kế graph liên quan với việc sử dụng graph như thế nào?

- Nội dung đó liên quan đến “kiểu dạy học nào”?

- Thuộc loại nghiên cứu tài liệu mới hay hoàn thiện tri thức hay kiểm tra đánhgiá?

- Cần lựa chọn phối hợp những phương pháp dạy học nào để tổ chức quá trìnhdạy học bằng graph?

Thống nhất mục tiêu nội dung và PPDH trong quá trình thiết kế và sử dụnggraph là đặt ra và trả lời được các câu hỏi trên Làm như vậy, chúng ta sẽ thiết kếđược những graph đạt yêu cầu của nội dung một bài học không những về lôgic khoahọc mà còn đảm bảo mục đích và cách sử dụng các graph đó

♦ Nguyên tắc thống nhất giữa toàn thể và bộ phận

Giải quyết mối quan hệ giữa toàn thể và bộ phận, thực chất là quán triệt tưtưởng tiếp cận cấu trúc hệ thống trong thiết kế graph nội dung và graph hoạt độngdạy học

Quán triệt tư tưởng tiếp cận cấu trúc hệ thống trong việc chuyển hóa graphtoán học thành graph dạy học sinh học, cần phải trả lời được các câu hỏi sau:

a Thiết kế graph dạy học cho hệ thống nào?

b Có bao nhiêu yếu tố thuộc hệ thống? Đó là những yếu tố nào?

c Các yếu tố trong hệ thống liên hệ với nhau như thế nào?

d Quy luật nào chi phối mối quan hệ cảu các yếu tố trong hệ thống

Trả lời các câu hỏi này,chúng ta sẽ xác định được các đỉnh của graph và các mốiliên hệ giữa các đỉnh Đặc biệt xác định mối quan hệ về mặt cấu trúc và chức nănggiữa các đỉnh theo quy luật nhất định của tự nhiên

♦ Nguyên tắc thống nhất giữa cụ thể và trừu tượng

Con đường nhận thức thế giới khách quan của nhân loại mà V Lênin đã nêu

ra là: “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng và từ tư duy trừu tượng đếnthực tiễn, đó là con đường biện chứng của việc nhận thức hiện thức khách quan”.Cái cụ thể là hệ thống của toàn bộ những thuộc tính, những mặt, những quan hệ tácđông qua lại lẫn nhau giữa chúng của sự vật hay hiện tượng khách quan Cái trừutượng là bộ phận của cái toàn bộ, được tách ra khỏi cái toàn bộ và được cô lập vớimối liên hệ và với sự tương tác giữa các thuộc tính, các mặt, các quan hệ khác củacái toàn bộ ấy Sự khác nhau giữa cái cụ thể và cái trừu tượng chỉ là tương đối

Theo thuyết nhận thức duy vật biện chứng, con đường nhận thức bao gồm 3giai đoạn kế thiếp nhau: Giai đoạn tri giác cảm tính về hiện thực; giai đoạn tư duytrừu tượng; giai đoạn tái sinh cụ thể trong tư duy

Nhận thức chỉ có thể bắt đầu từ cái cụ thể hiện thực, có thể tri giác trực tiếpbằng giác quan Đây là giai đoạn phản ảnh cảm tính - vật thể của hiện thực vào ýthức con người dưới dạng những tri giác, biểu tượng, mà cơ sở là hệ thống tín hiệuthứ nhất Nguyên tắc trực quan trong dạy học SH nhằm làm cho giai đoạn nhận thứcnày thực hiện dễ dàng hơn Những phương tiện trực quan sẽ tạo ra những hình ảnh

cụ thể giúp cho HS thực hiện tốt các thao tác tư duy để nhận thức đối tượng Nhữngđối tượng có tính cụ thể như: Hình dạng ngoài của sinh vật thì những hình ảnh củađối tượng sẽ tạo ra những biểu tượng trong nhận thức Còn những đối tượng mangtính trừu tượng (không nhận thức trực tiếp được bằng các giác quan) có thể thôngqua các mô hình để tạo ra những biểu tượng cụ thể hơn của đối tượng Graph là mộttrong những loại mô hình có thể mô hình hoá các đối tượng cụ thể và cụ thể hoá cácđối tượng trừu tượng trở thành mô hình cụ thể trong nhận thức

Một trong những thao tác tư duy là trừu tượng hoá, cái cụ thể hiện thực cầnphải được soi sáng bằng tư duy để phát hiện ra cái bản chất, cái cơ sở chung có tínhquy luật của đối tượng Đồng thời gạt bỏ những cái thứ yếu, không bản chất của đốitượng, tức là tách cái bản chất ra khỏi cái không bản chất của đối tượng nghiên cứu.Trong giai đoạn này, sự nhận thức đi từ cái cụ thể cảm tính lên cái trừu tượng bảnchất Đó là sự phản ánh trừu tượng - khái quát hoá dưới dạng những khái niệm quyluật, học thuyết giựa vào cơ sở sinh lý học là hệ thống tín hiệu thứ hai Trong giaiđoạn này graph có ý nghĩa là phương tiện để mô hình hoá các mối quan hệ bản chấtcủa đối tượng, làm cho những vấn đề vốn trừu tượng trở nên cụ thể hơn.

Khi nhận thức đã đạt tới trình độ trừu tượng hoá cần thiết, tới một khái niệmhay quy luật, tức là tới bản chất của hiện tượng thì sự nhận thức bắt đầu vận độngtheo hướng ngược lại: Từ trừu tượng, tư duy tiến lên cụ thể nhằm phản ánh được cái

cụ thể vào trong tư duy một cách bản chất hơn, sâu sắc hơn có tính quy luật

Trong quá trình nhận thức, ở giai đoạn đầu graph có tác dụng chuyển từ cái

cụ thể thành cái trừu tượng và nó trở thành cái trừu tượng xuất phát Còn trong giaiđoạn tái sinh cụ thể, graph có tác dụng chuyển từ cái trừu tượng thành cụ thể Nhưvậy, dùng graph thống nhất giữa cái cụ thể và cái trừu tượng trong tư duy sẽ làmcho hoạt động tư duy hiệu quả hơn

Cụ thể đối lập với trừu tượng, tính chất đó cũng chỉ là tương đối Ví dụ,trong dạy học sinh học 6, nếu coi “kiến thức giải phẫu” là cái cụ thể thì “kiến thứcsinh lý” là cái trừu tượng Thiết kế graph dạy học, cần xác định rõ mối quan hệ giữa

cụ thể và trừu tượng của từng đối tượng riêng biệt, từ đó đề ra những giải pháp hữuhiệu

Như vậy, thực hiện nguyên tắc thống nhất giữa cụ thể và trừu tượng trongviệc thiết kế và sử dụng graph dạy học, chúng ta cần xác định rõ cái cụ thể và cáitrừu tượng trong từng đối tượng, để định hướng nhận thức học sinh Thống nhấtđược hai mặt này sẽ hình thành tư duy hệ thống, phát triển năng lực sáng tạo củahọc sinh nhằm phát triển tư duy cụ thể và phát triển tư duy trừu tượng

Ví dụ: Khi dạy bài cấu tạo trong của phiến lá thì chúng ta coi cấu tạo củaphiến lá là cái cụ thể, nên từ những mô hình (mẫu vật, mô hình) dùng graph để kháiquát hóa các thành phần cấu tạo của phiến lá gồm: Biểu bì – Thịt lá – Gân lá Còn

các kiến thức về chức năng của phiến lá được coi là cái trừu tượng nên dùng graph

để cụ thể hóa thành mô hình giúp cho học sinh dễ hiểu hơn

Hình 1.9 Cấu tạo phiến lá

♦ Nguyên tắc thống nhất giữa dạy và học

Quán triệt nguyên tắc này có ý nghĩa chỉ đạo việc thiết kế graph nội dung vàgraph hoạt động dạy học phải thống nhất với nhau Nội dung cơ bản của nguyên tắcnày là đảm bảo sự thống nhất giữa hoạt động dạy của thầy và hoạt động học của trònhằm phát huy cao độ tính tự giác, tính tích cực, tính tự lực lĩnh hội tri thức của tròdưới sự chỉ đạo của thầy

Thống nhất giữa dạy và học trong dạy học SH bằng graph tức là trong khâuthiết kế và sử dụng graph phải thể hiện rõ vai trò tổ chức, chỉ đạo của thầy để pháthuy tính tích cực, tự lực của trò trong quá trình lĩnh hội tri thức

Đối với GV, sử dụng graph để truyền thụ kiến thức cho HS hoặc tổ chức HS

tự thiết lập các graph để rèn luyện cho học sinh những thói quen của tính tích cực và

tự lực

Đối với HS, sử dụng graph trong học tập như một phương tiện tư duy qua đóhình thành những phẩm chất tư duy như: Tính tích cực, tính độc lập trong suy nghĩ,

trong hoạt động, trong nghiên cứu và tính tự lực tu dưỡng Hình thành được tínhtích cực và tính tự lực qua đó sẽ hình thành tính sáng tạo trong học tập và trongcuộc sốn.

Thực hiện nguyên tắc thống nhất giữa dạy và học, giáo viên không chỉ sửdụng graph như một sơ đồ minh hoạ cho lời giảng, mà phải biết tổ chức HS tìm tòithiết kế graph phù hợp với nội dung học tập

Thống nhất giữa dạy và học trên cơ sở lý luận “dạy học khám phá” một hìnhthức dạy học bao gồm các định hướng Cách dạy - học này được xây dựng trên 4giả thuyết:

- Học trong hành động

- Học là vượt qua trở ngại

- Học trong sự tương tác

- Học thông qua giải quyết vấn đề

Để học sinh vừa nắm vững tri thức vừa phát triển tư duy thông qua hoạt động dạyhọc bằng graph, cần thực hiện theo các định hướng sau:

- Tạo bầu không khí học tập tích cực

- Phát triển tư duy thông qua tổ chức tiếp thu và tổng hợp kiến thức

- Phát triển tư duy thông qua việc mở rộng và tinh lọc kiến thức

- Phát triển tư duy qua việc sử dụng kiến thức có hiệu quả

- Tạo thói quen tư duy

Tóm lại: Những nguyên tắc cơ bản trên đây định hướng cho việc chuyển hoágraph toán học thành graph dạy học SH Kết quả của việc chuyển hoá graph toánhọc thành graph dạy học SH là lập được các graph nội dung và graph hoạt động

1.3.2.3 Quy trình lập graph nội dung

Trước hết giáo viên cần nghiên cứu nội dung chương trình giảng dạy để lựachọn những bài, những tổ hợp kiến thức có khả năng lập graph nội dung

Mỗi loại kiến thức sẽ có loại graph nội dung tương ứng Ví dụ, đối với kiến thứcgiải phẫu thì dùng graph cấu tạo hoặc cấu trúc để mô tả, còn kiến thức sinh lý thìdùng graph quá trình để mô tả Sự lựa chọn đó là cần thiết vì không phải bài họcnào cũng có thể lập được graph nội dung Sau đó thiết kế graph nội dung theonhững bước sau:

Xác định các đỉnh của graph

Bố trí các đỉnh và các cung lên một mặt phẳng

Thiết lập các cung

Hình 1.10 Quy trình lập graph nội dung

Bước 1 Xác định các đỉnh của graph

Lựa chọn những đơn vị kiến thức cơ bản của nội dung, mỗi đơn vị kiến thức

sẽ giữ vị trí của một đỉnh trong graph Tiêu chuẩn để xác định hệ thống những đơn

vị kiến thức cho mỗi nội dung là lôgic hệ thống của nội dung sinh học Trong nội

dung bài lên lớp có thể có những đơn vị kiến thức liên kết với nhau thành từngmảng lớn hoặc nhỏ, nhưng cũng có những đơn vị kiến thức độc lập Mỗi đơn vịkiến thức có thể là tập hợp của nhiều thông tin, do đó việc xác định các đỉnh chograph nội dung phải lựa chọn hết sức súc tích

Bước 2 Thiết lập các cung

Thiết lập cung tức là thiết lập các mối quan hệ giữa các đỉnh của graph Cáccung này được biểu hiện bằng các mũi tên thể hiện tính hướng đích của nội dung.Các mối quan hệ này phải đảm bảo tính lôgic khoa học, bảo đảm những quy luậtkhách quan và bảo đảm được tính hệ thống của nội dung kiến thức Nếu xét thấycác mối quan hệ của các đỉnh hợp lý thì chuyển sang bước 3 để sắp xếp các đỉnh vàcác cung lên một mặt phẳng Nếu các mối quan hệ không hợp lý thì quay trở lạibước 1 để xem xét lại việc xác định các đỉnh của graph cho hợp lý hơn

Bước 3 Bố trí các đỉnh và các cung lên một mặt phẳng

Khi đã xác định được các đỉnh (đơn vị kiến thức) và mối quan hệ giữachúng, có thể xếp các đỉnh lên mặt phẳng theo một lôgic khoa học và phải bảo đảmnhững yêu cầu sau:

- Phải chú ý đến tính khoa học, nghĩa là phải phản ánh được tính lôgic pháttriển bên trong tài liệu giáo khoa.

- Phải bảo đảm tính sư phạm: Dễ thực hiện đối với thầy, đồng thời dễ hiểu đốivới trò, đảm bảo tính trực quan cao Không nên lập các graph phức tạp, rắc rối làmcho học sinh khó hiểu

Đối với những nội dung có nhiều mối quan hệ giữa các đơn vị kiến thức,hoặc giữa các đối tượng nghiên cứu, việc xác định các cung có thể thực hiện bằngcách lập bảng ma trận

1.3.2.4 Quy trình lập graph hoạt động

Graph hoạt động được lập để dạy một tổ hợp kiến thức hoặc một bài học,theo một quy trình như sau:

Bước 2: Xác định các thao tác trong mỗi hoạt động

Trong mỗi hoạt động, chúng ta cần xác định các thao tác chính để đạt đượcmục tiêu

Bước 3: Dùng “Bài toán con đường ngắn nhất” để lập graph hoạt động dạy học theo

hướng tối ưu hoá bài học

Bước 3: Dùng “bài toán con đường ngắnnhất” để lập graph hoạt động dạy họctheo hướng tối ưu hoá bài học

Bước 2: Xác định các thao táctrong mỗi hoạt độngBước 1: Xác định

các hoạt động

Sau khi xác định được các hoạt động và các thao tác của một bài học, giáoviên lập graph hoạt động dạy học mô tả diễn biến chính của bài học.

1.3.2.5 Ý nghĩa của graph hoạt động

Graph hoạt động mô tả các thao tác sư phạm, những hoạt động của thầy và tròtrong quá trình hình thành tri thức mới Graph hoạt động là bản thiết kế cấu trúc củamột bài học Đối với GV, graph hoạt động giúp cho GV ghi nhớ giáo án, chủ độngsáng tạo hơn trong giờ lên lớp Sử dụng graph hoạt động dạy học GV sẽ hoàn toànthoát ly khỏi giáo án, chủ động trong khâu tổ chức hoạt động học tập của học sinhtheo hướng tích cực hoá hoạt động học tập

Graph có thể được sử dụng trong tất cả các khâu của quá trình dạy học, đểhình thành tri thức mới hoặc hoàn thiện tri thức hoặc kiểm tra đánh giá kết quả họctập của học sinh

1.4 Thực trạng sử dụng graph trong dạy học sinh học 6 THCS hiện nay

Để năm được thực trạng sử dụng graph trong dạy học sinh học 6 THCS hiệnnay Chúng tôi sử dụng phiếu điều tra sau:

PHIẾU ĐIỀU TRA TÌNH HÌNH SỬ DỤNG CÁC PPDH TRONG DẠY HỌC MÔN SINH HỌC 6

Trong dạy học sinh học 6 ở trường THCS, anh (chị) thường xuyên sử dụng PPDH nào? (Đánh dấu √ vào ô thích hợp)

GIÁO VIÊN

Thuyết trình Dùng lời mô tả cấu tạo, giải thích chức

năng sinh lý của các cơ quan, bộ phậntrong cơ thể thực vật

trực quan và thực hành tạo nên sự đa dạng,phong phú của sự vận dụng các PPDHSinh học 6

trực quan (tranh vẽ, mô hình, mẫu ngâm)

để minh hoạ cho lời giảng của GV

trả lời qua đó tự thu nhận kiến thức mới

Nêu và giải quyết

Hợp tác theo nhóm GV chia lớp học thành các nhóm nhỏ, các

nhóm hợp tác để tự thu nhận kiến thức

giúp học sinh hình thành, cũng cố và đánhgiá kiến thức học sinh

Qua khảo sát tình hình sử dụng các phương pháp dạy học tại một số trườngTHCS ở một số Huyện thuộc tỉnh Thanh Hoá Chúng tôi thu được kết quả sau:

Bảng 1.1 Kết quả điều tra tình hình sử dụng các PPDH

trong dạy học môn sinh học 6

TT Tên phương pháp Thường xuyên Không thường xuyên Rất ít

- Về phía người dạy: Để sử dụng lí thuyết graph trong dạy học đòi hỏi giáo

viên phải năm vững lí thuyết graph, nguyên tắc và quy trình lập graph Thời gianđầu tư cho bài soạn nhiều và công phu, trong khi đó qua thực tế cho thấy phần lớn

giáo viên còn lúng túng chưa nắm rõ Do đó việc thiết kế bài soạn và vận dụng líthuyết graph gặp rất nhiều khó khăn.

- Về phía khách quan: Trong dạy học, việc sử dụng thành công phương pháp

graph phụ thuộc rất nhiều vào mức độ tham gia thiết kế graph của học sinh, điềunày đòi hỏi người học phải hoạt động, tìm tòi độc lập trong quá trình nhận thức.Trong bối cảnh học sinh đã quen với lối học thuộc lòng một cách thụ động theo vỡghi, không đọc sách giáo khoa, học theo thầy một cách máy móc không chịu tư duy,suy nghĩ, không có thói quen sáng tạo chủ động trong việc tiếp thu tri thức thì đểtiến hành một bài giảng theo phương pháp graph cần rất nhiều thời gian và phươngtiện kỹ thuật hỗ trợ Điều này, tại các trường THCS còn bộc lộ nhiều mâu thuẫn dothời gian của một tiết học ngắn, cơ sở vật chất chưa được trang bị đầy đủ như phònghọc, máy chiếu Chính vì những nguyên nhân trên mà phương pháp graph hiện naycòn được sử dụng rất ít ở các trường THCS điều này phần nào hạn chế việc nângcao chất lượng dạy - học

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG GRAPH TRONG DẠY HỌC

SINH HỌC 6 THCS

2.1 Đặc điểm nội dung sinh học 6

2.1.1 Phân tích cấu trúc và nội dung kiến thức sinh học 6

Phần “MỞ ĐẦU SINH HỌC” giúp cho học sinh nghiên cứu một cách kháiquát về đặc điểm của cơ thể sống và nhiệm vụ của sinh học Từ kết quả nghiên cứucác cơ thể sống khác nhau, học sinh hiểu được rằng sinh vật trong tự nhiên rất đadạng và phong phú, chúng được xếp thành các nhóm khác nhau dựa vào những đặcđiểm về hình dạng, cấu tạo, đặc điểm hoạt động sống Việc tìm hiểu đặc điểm hìnhthái, cấu tạo, hoạt động sống của sinh vật, sự đa dạng và vai trò của chúng trong tựnhiên cũng như trong đời sống con người giúp chúng ta sử dụng hợp lí tài nguyênthiên nhiên và bảo tồn sự đa dạng sinh học thực vật Đây là nhiệm vụ quan trọngcủa sinh học

Phần “ĐẠI CƯƠNG VỀ GIỚI THỰC VẬT” giúp học sinh tìm hiểu sự đa dạng vàphong phú của thực vật qua hoạt động quan sát, tìm hiểu các hình ảnh về ruộng lúa,rừng nhiệt đới, hồ sen, sa mạc Như vậy “Đại cương về giới Thực vật” đưa lại chohọc sinh bức tranh khái quát nhất về đặc điểm của giới Thực vật và sự đa dạngphong phú của chúng, tạo tiền đề cho học sinh nghiên cứu cụ thể cây xanh, Vikhuẩn, Nấm và Đia y sau này

Chương I: “Tế bào thực vật” chương này, học sinh tìm hiểu sơ đồ cấu tạo tếbào thực vật, sự lớn lên và phân chia tế bào Những kiến thức về cấu tạo tế bào và

kĩ thuật quan sát tiêu bản tế bào giúp cho học sinh nghiên cứu cấu tạo các loại môThực vật, cơ quan rễ, thân lá sau này

Chương II: “Rễ” giúp học sinh nhận biết và phân biệt được rễ cọc, rễ chùm,phân biệt được cấu tạo và chức năng của các miền rễ Học sinh tiếp cận các kiếnthức này thông qua việc tự gieo và quan sát rễ các loại cây khác nhau như rễ đậu, rễcải, rễ lạc, ngô hoặc quan sát các ảnh chụp cây tỏi tươi, cây bưởi, cây cải, cây mạ,cây hồng xiêm… học sinh nhận biết được cấu tạo và chức năng các miền của rễ quaviệc quan sát sơ đồ các miền của rễ Cấu tạo miền hút của rễ được học sinh nghiên

cứu kĩ hơn vì chức năng quan trọng của nó là hút nước và muối khoáng Ở chươngnày các em học sinh có dịp làm quen với cách bố trí các thí nghiệm sinh lí thực vậtđơn giản về sự hút nước và muối khoáng của rễ Như vậy với nội dung kiến thức vàcách sắp xếp trong chương này rất thuận lợi cho việc xây dựng các graph nội dung

và graph hoạt động

Chương III: “Thân” trong chương này học sinh tìm hiểu các bộ phận cấu tạongoài, cấu tạo trong của thân, phân biệt được chồi lá, chồi hóa, sự dài và to ra củathân, sự vận chuyển các chất trong thân, các loại thân biến dạng Trong chương nàyđịnh hướng cho học sinh quan sát các mẫu vật, tranh ảnh về hình dạng các loại thân,

sơ đồ cấu tạo trong của thân và nhận xét về đặc điểm cấu tạo trong của thân, làmcác thí nghiệm hoặc tìm hiểu các thí nghiệm giả định về sự vận chuyển nước, muốikhoáng và chất hữu cơ trong thân, thảo luận để khái quát hóa các kiến thức về đặcđiểm hình thái, giải phẫu, hoạt động vận chuyển các chất qua thân, sự to và dài racủa thân

Chương IV: “Lá”, học sinh khám phá các đặc điểm cấu tạo ngoài, cấu tạotrong của lá, hoạt động quang hợp, ảnh hưởng của các điều kiện bên ngoài đếnquang hợp và ý nghĩa của quang hợp Nghiên cứu quá trình sinh lí diễn ra trong lá

có ý nghĩa vô cùng quan trọng trong việc hình thành và phát triển khái niệm trao đổichất và năng lượng ở cây xanh Trong chương này học sinh nghiên cứu quá trìnhtổng hợp các chất hữu cơ từ nước và khí cacbonic diễn ra ở lá cây nhờ có chất diệplục và ánh sáng mặt trời Ngược với quá trình quang hợp là quá trình hô hấp, phângiải các chất hữu cơ nhờ có oxi lấy từ bên ngoài, giải phóng ra năng lượng cần chocác hoạt động sống, đồng thời thải ra khí cacbonic và nước

Trong thực tế, các em học sinh còn tìm hiểu thêm một số cây có khả năng hìnhthành cây mới từ lá (Cây lá thuốc bỏng), thân (Thân rễ - gừng, thân bò – rau má,thân củ - khoai tây), từ rễ (rễ củ - khoai lang) Các em sẽ hiểu cơ sở khoa học củacác hiện tượng này Như vậy với nội dung kiến thức và cách sắp xếp trong chươngnày rất thuận lợi cho việc xây dựng các graph nội dung và graph hoạt động

Chương V – “Sinh sản sinh dưỡng” sau khi nắm được những kiến thức về cấutạo, chức phận và hoạt động sống của các cơ quan sinh dưỡng, học sinh tìm hiểu về

hoa và sự sinh sản hữu tính ở cây là phù hợp với nguyên tắc phát triển các kiến thức

từ đơn giản đến phức tạp

Chương VI – “Hoa và sự sinh sản hữu tính” Học sinh tìm hiểu cấu tạo củahoa, quá trình thụ phấn, thụ tinh, hình thành hợp tử và phát triển thành phôi, quátrình tạo hạt và quả Có thể nói, đến chương này học sinh nghiên cứu những vấn đề

cơ bản nhất của cơ thể thực vật điển hình (Cây xanh có hoa) Chương VII – “Quả vàhạt” giúp các em nghiên cứu cơ quan sinh sản riêng rẽ, nguồn gốc bắt đầu một thế

hệ thực vật mới được hình thành từ thế hệ bố mẹ

Chương VII còn giúp cho học sinh khái quát, tổng hợp những kiến thức đã học

về cây xanh thông qua bài tổng kết về cây xanh Những kiến thức này có ý nghĩa vôcùng quan trọng trong việc hình thành ở học sinh thế giới quan khoa học Đó làquan điểm về sự thống nhất do sự cấu tạo và chức năng của mỗi cơ quan ở câyxanh, sự thống nhất giữa các cơ quan trong cùng một cơ thể thực vật, sự thống nhấtgiữa thực vật với môi trường

Chương VIII – “Các nhóm thực vật” đem lại cho học sinh những kiến thức vềcác nhóm thực vật chính, về đặc điểm hình thái, cấu tạo, sinh sản của chúng Cácnhóm thực vật được nghiên cứu theo trật tự tiến hoá: Ngành tảo – Ngành rêu –Ngành dương xỉ - Ngành hạt trần – Ngành hạt kin Do quỷ thời gian có hạn nên việcnghiên cứu các nhóm thực vật chỉ hạn chế ở một số đại diện thường gặp Ví dụ, họcsinh chỉ làm quen với tảo xoắn (tảo nước ngọt), rong mơ (tảo nước mặn), và một vàiloại tảo đơn bào, đa bào khác Do vai trò quan trọng của hạt kín, nên SGK đưa vàođặc điểm chung của nhóm này và hai lớp: Hai lá mầm, một lá mâm Ở chương nàycác em làm quen với các đơn vị phân loại thực vật: Ngành - Lớp - Bộ - Chi - Loài.Nội dung của chương này phác hoạ cho học sinh bức tranh đơn giản về sự phát triểncủa giới thực vật qua các giai đoạn: Sự xuất hiện các thực vật ở nước – Các thực vật

ở cạn lần lượt xuất hiện - Sự xuất hiện và chiếm ưu thế của thực vật hạt kín Nguồngốc cây trồng cũng là những kiến thức bổ ích và lí thú không chỉ về mặt nhận thức

mà còn ý nghĩa lớn về giáo dục thế giới quan khoa học cho học sinh

Chương IX – “Vai trò của thực vật” là chương tổng kết những nội dung đã họcdưới một cách nhìn thế giới Thực vật từ góc độ ý nghĩa của nó trong thiên nhiênnhư: Góp phần điểu hoà khí hậu, làm giảm ô nhiễm môi trường do con người gây