Sử dụng bài tập để phát triển năng lực tính toán cho học sinh trong dạy học chương Tính quy luật của hiện tượng di truyền – Sinh học 12 THPT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI TRẦN XUÂN HÙNG SỬ DỤNG BÀI TẬP ĐỂ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TÍNH TOÁN CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG TÍNH QUY LUẬT CỦA HIỆN TƯỢNG DI T

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

TRẦN XUÂN HÙNG

SỬ DỤNG BÀI TẬP ĐỂ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TÍNH TOÁN

CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG TÍNH QUY LUẬT CỦA HIỆN TƯỢNG DI TRUYỀN

SINH HỌC 12 THPT

LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHOA HỌC GIÁO DỤC

HÀ NỘI, NĂM 2017

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI

TRẦN XUÂN HÙNG

SỬ DỤNG BÀI TẬP ĐỂ PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TÍNH TOÁN

CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG TÍNH QUY LUẬT CỦA HIỆN TƯỢNG DI TRUYỀN

SINH HỌC 12 THPT

Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn SH

Mã số: 60.14.01.11

LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHOA HỌC GIÁO DỤC

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

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu, các thầy cô giáo trường Đại học

sư phạm Hà Nội đã tạo điều kiện thuận lợi cho em hoàn thành luận văn

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo hướng dẫn khoa học PGS.TS Lê Đình Trung - người đã tận tình chỉ dẫn em trong suốt quá trình thực hiện luận văn

Xin cảm ơn sự giúp đỡ của Ban giám hiệu, các thầy cô trong tổ Sinh và các

em học sinh trường THPT Lạc Thủy, trường THPT Lạc Thủy B, huyện Lạc Thủy, tỉnh Hòa Bình đã giúp đỡ tôi trong quá trình nghiên cứu luận văn, đặc biệt trong quá trình thực nghiệm sư phạm

Cuối cùng, xin cảm ơn gia đình, bạn bè đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu

Mặc dù đã có nhiều cố gắng, nhưng vì thời gian có hạn nên luận văn không thể tránh khỏi thiếu sót, tác giả kính mong được sự góp ý của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp

Trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, tháng 06 năm 2017

Tác giả luận văn

Trần Xuân Hùng

DANH MỤC CÁC BẢNG

Ký hiệu

bảng

Bảng 1.1 Kết quả điều tra thực trạng giáo viên rèn luyện năng lực tính

toán cho học sinh thông qua lý thuyết tổ hợp và xác suất trong dạy học phần di truyền - sinh học 12 THPT

26

Bảng 1.2 Mức độ sử dụng bài tập di truyền của GV rèn luyện năng lực

Bảng 1.3 Kết quả điều tra tính tự giác làm bài tập của học sinh để rèn

Bảng 2.1 Mối quan hệ giữa các quy luật di truyền với lý thuyết tổ hợp

Bảng 3.6 Bảng kết quả kiểm định về sự sai khác về điểm trung bình

cộng giữa các bài kiểm tra trong nhóm TN và ĐC (tbTN – tbĐC)

85

Bảng 3.7 Kết quả kiểm định sự sai khác về điểm trung bình cộng giữa

các bài kiểm tra của cùng một nhóm ĐC hoặc TN 86

MỤC LỤC

Trang

Lời cảm ơn i

Danh mục các từ viết tắt ii

Danh mục các bảng iii

Danh mục các biểu đồ iv

PHẦN I MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

1.1 Xuất phát từ chủ trương đổi mới phương pháp dạy học của Bộ giáo dục và đào tạo 1

1.2 Xuất phát từ vai trò của việc phát triển năng lực tính toán của học sinh trong dạy học sinh học theo hướng tích hơp liên môn 2

1.3 Xuất phát từ thực trạng năng lực tính toán của HS trong dạy học sinh học 2

1.4 Xuất phát từ đặc điểm nội dung kiến thức phần di truyền học - Sinh học 12 THPT 4

1.5 Xuất phát từ vai trò của bài tập di truyền trong việc phát triển năng lực tính toán cho học sinh 4

2 Mục đích nghiên cứu 5

3 Đối tượng nghiên cứu và khách thể nghiên cứu 5

3.1 Đối tượng nghiên cứu 5

3.2 Khách thể nghiên cứu 5

4 Giả thuyết khoa học 5

5 Nhiệm vụ nghiên cứu 5

6 Phương pháp nghiên cứu 6

6.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết 6

6.2 Phương pháp điều tra, khảo sát 6

6.3 Phương pháp chuyên gia 6

6.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm 6

6.5 Phương pháp xử lý số liệu 7

7 Đóng góp của luận văn 7

8 Cấu trúc của luận văn 7

PHẦN II KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU 8

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 8 1.1 Cơ sở lý luận 8

1.1.1 Lược sử nghiên cứu bài tập trong dạy học sinh học 8

1 1.1.1 Trên thế giới 8

1.1.1.2 Ở Việt Nam 9

1.1.2 Các khái niệm cơ bản liên quan đến đề tài nghiên cứu 10

1.1.2.1 Khái niệm năng lực, bài tập, bài tập toán, bài tập toán sinh học 10

1.1.2.2 Phân loại bài tập toán sinh học 13

1.1.3 Tiếp cận sơ sở lý thuyết về tổ hợp và xác suất để rèn luyện năng lực tính toán cho học sinh trong dạy học chương “Tính quy luật của hiện tượng di truyền” - Sinh học 12 THPT 16

1.1.3.1 Lý thuyết tổ hợp 16

1.1.3.2 Xác suất thống kê cơ bản 18

1.1.3.3 Cơ sở của “phép thử độc lập”, nguyên tắc giải toán lai và các phương pháp biểu diễn kết quả lai 22

1.1.4 Năng lực và năng lực tính toán 23

1.1.4.1 Khái quát chung về năng lực 23

1.1.4.2 Cấu trúc của năng lực 24

1.1.4.3 Hệ thống năng lực theo chương trình tổng thể 24

1.1.4.4 Năng lực tính toán 24

1.2 Cơ sở thực tiễn của đề tài nghiên cứu 25

1.2.1 Phương pháp điều tra thực trạng 25

1.2.1.1 Phương pháp điều tra thực trạng 25

1.2.1.2 Nội dung điều tra 25

1.2.2 Kết quả điều tra thực trạng 25

1.2.2.1 Thực trạng giáo viên rèn luyện năng lực tính toán thông qua lý thuyết tổ hợp và xác suất trong dạy học phần “Tính quy luật của hiện tượng di truyền” - sinh học 12 THPT 25 1.2.2.2 Ý kiến của giáo viên về hiệu quả và mức độ sử dụng cho mục đích dạy học

về nội dung các phần di truyền học có thể rèn luyện năng lực tính toán trong dạy học sinh học 27 1.2.2.2.1 Nhận xét về mức độ áp dụng với trình độ học của HS khi rèn luyện năng lực tính toán trong quá trình dạy phần di truyền - Sinh học 12 THPT 28 1.2.2.2.2 Nhận xét về mức độ sử dụng bài tập để rèn luyện năng lực tính toán cho

HS khi dạy học phần di truyền học - Sinh học 12 THPT 28 1.2.2.2.3 Nhận xét của giáo viên về hiệu quả dạy học phần di truyền dựa trên cơ sở rèn luyện năng lực tính toán cho học sinh 28 1.2.2.3 Điều tra việc dạy của GV và việc học của HS có sử dụng bài tập di truyền trong giờ lên lớp, ôn tập và làm ở nhà 29

Kết luận chương 1 32 CHƯƠNG 2 SỬ DỤNG BÀI TẬP ĐỂ RÈN LUYỆN NĂNG LỰC TÍNH TOÁN CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC CHƯƠNG TÍNH QUY LUẬT CỦA HIỆN TƯỢNG DI TRUYỀN - SINH HỌC 12 THPT 33 2.1 Nội dung chương “Tính quy luật của hiện tượng di truyền” có thể sử dụng để rèn luyện năng lực tính toán cho học sinh 33 2.2 Xây dựng bài tập chương “Tính quy luật của hiện tượng di truyền” để rèn luyện năng lực tính toán trong dạy học cho học sinh 34 2.3 Quy trình lựa chọn bài tập các quy luật di truyền để rèn luyện năng lực tính toán cho HS 34 2.4 Một số bài tập mẫu về các quy luật di truyền và phương pháp giải để rèn luyện năng lực tính toán cho HS 36 2.4.1 Bài tập về quy luật phân li của Menđen trong trường hợp một gen quy định một tính trạng 36

2.4.1.1 Các kiểu di truyền trội 36

2.4.1.2 Bài tập mẫu và hướng dẫn giải 37

2.4.2 Bài tập về di truyền độc lập của các gen không alen 42

2.4.3 Một số bài tập tương tác gen để rèn luyện năng lực tính toán cho học sinh khi dạy chương “Tính quy luật của hiện tương di truyền” 48

2.4.3.1 Tỉ lệ KH của F1 khi P: AaBb  AaBb 48

2.4.3.2 Tỉ lệ KH ở F1 của phép lai P: AaBb  Aabb/aaBb 49

2.4.3.3 Một số ví dụ minh họa 49

2.4.4 Một số bài tập di truyền liên kết và hoán vị gen để rèn luyện năng lực tính toán cho HS khi dạy chương “Tính quy luật của hiện tương di truyền” 55

2.4.5 Một số bài tập di truyền liên kết với giới tính để rèn luyện năng lực tính toán cho HS khi dạy chương “Tính quy luật của hiện tương di truyền” 64

2.4.5.1 Một số lưu ý khi hướng dẫn cho học sinh cách làm bài tập 64

2.4.5.2 Một số bài tập 64

2.4.6 Một số bài tập thuộc quy luật di truyền chương 2 được xây dựng để rèn luyện năng lực tính toán cho học sinh khi dạy chương “Tính quy luật của hiện tương di truyền” 68

2.5 Quy trình sử dụng bài tập để rèn luyện năng lực tính toán qua đó nâng cao nhận thức về tính quy luật của hiện tượng di truyền 69

2.5.1 Nguyên tắc sử dụng bài tập trong dạy học 69

2.5.2 Quy trình sử dụng bài tập trong dạy kiến thức mới 70

2.5.3 Một số giáo án để dạy học theo hướng nghiên cứu 71

2.5.3.1 Quy luật Menđen: Quy luật phân ly 71

2.5.3.2 Quy luật Menđen: Quy luật phân li độc lập 76

2.5.3.3 Tương tác gen và tác động đa hiệu của gen 76

2.5.3.4 Liên kết gen và hoán vị gen 76

2.5.3.5 Di truyền liên kết với giới tính và di truyền ngoài nhân 76

2.5.3.5 Thực hành: Lai giống 76

2.5.4 Quy trình sử dụng bài tập củng cố kiến thức theo hướng rèn luyện năng lực

Kết luận chương 2 78

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 79

3.1 Mục đích thực nghiệm 79

3.2 Nội dung thực nghiệm 79

3.3 Phương pháp thực nghiệm 79

3.3.1 Chọn trường, lớp thực nghiệm 79

3.3.2 Bố trí thực nghiệm 80

3.3.3 Phương pháp thu thập dư liệu và đo lường 80

3.4 Cách tiến hành 80

3.5 Phân tích kết quả thực nghiệm 81

3.5.1 Phân tích định lượng 81

3.5.1.1 Kiểm định dạng phân phối điểm của các bài kiểm tra 81

3.5.1.2 Kiểm định sự sai khác giữa điểm trung bình cộng của các bài kiểm tra ở các lớp ĐC và TN (phép kiểm chứng T-test độc lập) 83

3.5.1.3 Kiểm định sự sai khác giữa điểm trung bình cộng của các bài kiểm tra ở cùng một nhóm ĐC và TN (phép kiểm chứng T-test theo cặp) 85

3.5.2 Phân tích định tính 86

3.5.2.1 Về chất lượng lĩnh hội kiến thức 86

3.5.2.2 Về năng lực tính toán, kĩ năng thu thập và xử lý thông tin để trả lời câu hỏi, giải BT 87

3.5.3 Về độ bền kiến thức 88

3.5.4 Về khả năng hoạt động nhóm 89

Kết luận chương 3 90

KẾT LUẬN VÀ ĐỀ NGHỊ 90

TÀI LIỆU THAM KHẢO 92

PHỤ LỤC 95

lí do trên đã đặt cho ngành giáo dục một nhiệm vụ quan trọng là: Đào tạo nhân lực đảm bảo yêu cầu của thời kì hội nhập, muốn vậy việc đào tạo phải bắt đầu từ bậc phổ thông Đó là nghiên cứu các phương pháp dạy học để tăng cường các hoạt động chủ động tích cực, tự lực sáng tạo của học sinh đặc biệt được quan tâm cùng với đổi mới nội dung chương trình

Trong nghị quyết số 40/2000/QH 10, ngày 09 tháng 12 năm 2000 của Quốc hội khóa 10 về đổi mới chương trình giáo dục THPT đã khẳng định : Mục tiêu của đổi mới giáo dục phổ thông lần này là “Xây dựng nội dung chương trình, phương pháp giáo dục, SGK phổ thông mới nhằm nâng cao chất lượng giáo dục toàn diện thế hệ trẻ, đáp ứng yêu cầu phát triển nguồn nhân lực phục vụ công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước, phù hợp với thực tiễn và truyền thống Việt Nam, tiếp cận trình độ giáo dục THPT ở các nước phát triển trong khu vực và trên thế giới”

Ngành Giáo dục và Đào tạo đã và đang tiến hành tốt yêu cầu đổi mới chương trình, nội dung SGK và đổi mới PPDH Đổi mới PPDH là cốt lõi và cần thiết, nhưng đổi mới như thế nào để khơi dậy được năng lực học tập của tất cả các đối tượng HS? Có thể nói mấu chốt của đổi mới PPDH là tiến tới hoạt động hóa HS, biến HS thành những chủ thể có khả năng lĩnh hội kiến thức một cách độc lập, chủ động, sáng tạo Mặt khác những kết quả nghiên cứu cho thấy với sự bùng nổ của công nghệ thông tin, HS tiếp cận với tri thức nhân loại qua rất nhiều kênh thông tin

thống kiểu “thầy truyền đạt, trò tiếp thu” không còn phù hợp, cần phải được thay đổi Xu hướng chung của PPDH trên thế giới hiện nay là biến chủ thể nhận thức thành chủ thể hành động GV là người chỉ đạo, điều khiển để HS tự lĩnh hội kiến thức Quan điểm của PPDH tích cực là “thầy thiết kế - trò thi công” và quá trình dạy học là dạy cách học chứ không chỉ dạy kiến thức

1.2 Xuất phát từ vai trò của việc phát triển năng lực tính toán của học sinh trong dạy học sinh học theo hướng tích hơp liên môn

Phải xem trọng việc phát triển năng lực tính toán Vì nếu không có khả năng tính toán thì không thể học tập các môn tự nhiên và rèn luyện bản thân Khi được rèn luyện phát triển năng lực tính toán người học phải đặt cá nhân vào tình huống có vấn đề để kích thích tính tích cực của bản thân, độc lập sáng tạo khi giải quyết tình huống có vấn đề từ đó tăng cường khả năng tư duy logic hình thức, làm cơ sở tư duy biện chứng Vì vậy muốn rèn luyện học tập nâng cao nhận thức để phát triển khả năng tính toán tốt, chính xác phải thường xuyên rèn luyện thông qua giải các bài tập, rèn luyện cảm giác, tính nhạy cảm, năng lực trí nhớ, năng lực tư duy liên ngành nhằm nâng cao nhận thức cảm tính để sau đó rút ra nhận thức một cách lý tính, có khoa học Đưa khoa học sinh học tiếp cận tới mức độ chính xác cao Các vận động của quy luật tự nhiên dựa trên sự vận động lôgic hình thức chính là logic toán

1.3 Xuất phát từ thực trạng năng lực tính toán của học sinh trong dạy học sinh học

Hiện nay việc đổi mới phương pháp dạy học trong trường phổ thông còn rất hạn chế Giáo viên chỉ quan tâm và sử dụng phương pháp dạy học tích cực trong các giờ thao giảng hay thi giáo viên dạy giỏi còn trong những giờ giảng bình thường hầu hết vẫn còn đọc chép, thuyết trình, giảng giải, vấn đáp tái hiện, trực quan minh họa

Chương trình sách giáo khoa phổ thông đã được đưa vào sử dụng vài năm gần đây mặc dù đã có nhiều cải tiến nhưng nội dung thì nhiều mà kiến thức cập nhật thì ít, số tiết bài tập quá ít trong khi đó lượng bài tập qua mỗi phần học thì nhiều Giáo viên không đủ thời gian để hướng dẫn cách làm các bài tập, đặt biệt là bài tập

phần nguyên phân, giảm phân, sinh học phân tử, bài tập phần các quy luật di truyền

Vì vậy khó cho cả học sinh và giáo viên

Việc tích hơp các kiến thức của các bộ môn khoa học tự nhiên vào sinh học

và việc tích hợp tư duy toán học vào lĩnh vực sinh học đã trở thành nhận thức từ khi định luật di truyền Menđen ra đời và ngày càng phát triển Nhờ vậy mà sinh học đã đạt được nhiều thành tựu lớn, rút ngắn được con đường nghiên cứu lý thuyết vào thực nghiệm

Bức tranh chung về phương pháp giảng dạy tại các cấp học của chúng ta hiện nay là tập trung vào kỹ năng tư duy phân tích, nghĩa là dạy cho người học cách hiểu các khái niệm, thảo luận theo phương pháp định sẵn, loại bỏ những hướng đi không đúng, tìm ra câu trả lời đúng nhất Thậm chí, nhiều nơi phương pháp thuyết trình (thầy giảng, trò ghi) vẫn chiếm ưu thế, nhiều giáo viên chưa chú trọng đến việc giới thiệu, yêu cầu, bắt buộc người học phải tham khảo những tài liệu gì Dạy những gì

có trong SGK, trong khi đó đề thi THPT Quốc gia phần bài tập chiếm từ 30% đến 40% được thiết kế dựa trên dạng câu hỏi trắc nghiệm, đặc biệt là các bài tập dạng toán đỏi hỏi phải có tư duy về toán học thì việc thực hiện nhận dạng phương án đúng mới đảm bảo thời gian Để làm được phần này, học sinh phải có năng lực tính toán, khả năng tư duy logic thật tốt thì mới có thể làm bài tập hiệu quả Các vận động của qua luật sinh học nếu được kiểm nghiệm qua thực nghiệm nhiều lần sẽ trở thành sự vận động của các phân tử (các thành phần hay dữ liệu trong các phương trình toàn học)

Hậu quả của phương pháp giảng dạy cũ dẫn đến sự thụ động của người học trong việc tiếp cận tri thức Sự thụ động này là nguyên nhân tạo cho người học sự trì trệ, ngại đọc tài liệu, ngại tranh luận, thiếu khả năng thuyết trình, lười tư duy và làm hạn chế khả năng tính toán, khả năng tự lĩnh hội tri thức của các em Người học còn quan niệm rằng chỉ cần học những gì giáo viên giảng trên lớp là đủ Ngoài ra sự thụ động của họ còn thể hiện qua phản ứng của họ đối với bài giảng của giáo viên trên lớp Họ chấp nhận tất cả những gì giáo viên trình bày Sự giao tiếp trao đổi thông

Thực tế cho thấy với môn Sinh học, nhiều GV chưa tích cực đổi mới phương pháp dạy học Về phía HS, chưa tích cực chủ động sáng tạo lĩnh hội tri thức mới, rất

ít nghiên cứu SGK và đọc tài liệu liên quan đến môn sinh học Qua tìm hiểu thực trạng năng lực tính toán trong việc giải các bài tập di truyền ở một số trường phổ thông chúng tôi thấy năng lực tính toán ở HS còn yếu, GV chưa quan tâm đầy đủ để phát triển năng lực này cho HS

1.4 Xuất phát từ đặc điểm nội dung kiến thức phần di truyền học - Sinh học 12 THPT

Chương tính quy luật của hiện tượng di truyền có nội dung chính là các định luật Menđen; Mối quan hệ giữa gen và tính trạng; Di truyền liên kết hoàn toàn và không hoàn toàn; Di truyền giới tính và liên kết với giới tính; Di truyền tế bào chất; Ảnh hưởng của môi trường đến sự biểu hiện của gen ; Di truyền quần thể

Đặc điểm nội dung của chương này là về các quy luật di truyền Trong chương này có một lượng bài tập toán vô cùng phong phú thường gây hứng thú, phát triển được năng lực nhận thức về tính chặt chẽ trong sự vận động của vật chất

di truyền theo quy luật dựa trên cơ sở tính toán theo vận động các cấu tử của toán học

Tuy nhiên thời lượng trên lớp rất ngắn mà lượng kiến thức cần truyền đạt thì lại lớn nên hầu như GV không có đủ thời gian để hướng dẫn học sinh làm bài tập điều này làm giảm hiệu quả học tập rất nhiều HS bị ép vào đầu một lượng kiến thức lớn một cách bị động theo một chiều nên không có điều kiện để rèn luyện, phát triển khả năng tính toán do đó cũng không có hứng thú khi học bài

1.5 Xuất phát từ vai trò của bài tập di truyền trong việc phát triển năng lực tính toán cho học sinh

Đối với bài tập về di truyền khi thực hiện giải nó sẽ tăng hiệu quả nhận thức tính quy luật của hiện tượng di truyền Lúc này tri thức từ SGK trở thành đối tượng

HS phải nghiên cứu để tự mình nắm bắt được khái niệm nhờ sự chỉ đạo, dẫn dắt, định hướng, sửa sai của thầy Từ đó học sinh tự mình tìm được quy trình giải các bài tập theo từng bước phát triển nhận thức

Bài tập sinh học nói chung, bài tập di truyền nói riêng có vai trò to lớn trong việc rèn luyện năng lực nhận thức về năng lực tính toán cho học sinh vào hầu hết các khâu của quá trình dạy học: Dạy học kiến thức mới; củng cố hoàn thiện kiến thức; sử dụng trong khâu kiểm tra, đánh giá Bài tập như là phương tiện, phương pháp, biện pháp tổ chức quá trình tích lũy tri thức cho học sinh

Là giáo viên trực tiếp giảng dạy môn sinh học trung học phổ thông với mong muốn đổi mới phương pháp giảng dạy, nâng cao chất lượng dạy học ở trường phổ thông và có tư liệu cho quá trình giảng dạy của mình Xuất phát từ lí do trên tôi

nghiên cứu đề tài: “Sử dụng bài tập để phát triển năng lực tính toán cho học sinh trong dạy học chương “tính quy luật của hiện tượng di truyền” - Sinh học 12 THPT”

2 Mục đích nghiên cứu

Mục đích nghiên cứu của đề tài xây dựng một số bài tập di truyền qua đó rèn luyện năng lực tính toán cho học sinh trong việc dạy và học nội dung tính quy luật của hiện tượng di truyền trong chương trình sinh học 12 THPT

3 Đối tượng nghiên cứu và khách thể nghiên cứu

3.1 Đối tượng nghiên cứu

Bài tập di truyền để rèn luyện năng lực tính toán cho học sinh trong dạy học chương “tính quy luật của hiện tượng di truyền” - Sinh học 12 THPT

3.2 Khách thể nghiên cứu

Dạy học các quy luật di truyền

4 Giả thuyết khoa học

Nếu lựa chọn được các bài tập di truyền và có biện pháp sử dụng phù hợp thì

sẽ góp phần rèn luyện năng lực tính toán cho học sinh trong dạy học kiến thức phần

“Tính quy luật của hiện tượng di truyền”

5 Nhiệm vụ nghiên cứu

1) Nghiên cứu cơ sở lý luận và thực tiễn dạy và học sinh học nói chung và phần tính quy luật của hiện tượng di truyền nói riêng bằng sử dụng bài tập sinh học

2) Cấu trúc hóa nội dung phần tính quy luật của hiện tượng di truyền sinh học 12 làm cơ sở để thiết kế các bài tập làm phương tiện cho dạy học

3) Xây dựng nguyên tắc và quy trình tuyển chọn bài tập chương “Tính quy luật của hiện tượng di truyền” - sinh học 12 THPT và tuyển chọn một số bài tập cho từng nội dung kiến thức để dạy học

4) Xây dựng nguyên tắc và quy trình sử dụng bài tập vào dạy học kiến thức mới chương “Tính quy luật của hiện tượng di truyền” - sinh học 12 THPT

5) Xây dựng một số giáo án phần “Tính quy luật của hiện tượng di truyền” nhằm nâng cao năng lực tính toán của học sinh theo hướng sử dụng bài tập

6) Tổ chức dạy thực nghiệm, từ đó xác định tính khả thi của đề tài nghiên cứu

6 Phương pháp nghiên cứu

6.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

- Các tài liệu liên quan đến bài tập di truyền và tình hình nghiên cứu bài tập

di truyền trên thế giới và Việt Nam vào dạy học

- Các năng lực tính toán nói chung và năng lực tính toán đối với các bài tập

di truyền lớp 12 THPT nói riêng

6.2 Phương pháp điều tra, khảo sát

- Điều tra tình hình dạy và học nội dung chương “Tính quy luật của hiện tượng di truyền” - sinh học 12 THPT qua các phiếu khảo sát

- Dự giờ, quan sát phương pháp dạy học của giáo viên trong quá trình dạy học phần Di truyền học có sử dụng bài tập ghi chép bằng bảng khảo sát

- Quan sát quá trình học tập và lĩnh hội kiến thức của học sinh trong quá trình học tập trên lớp qua việc giải các bài tập sinh học ở nhà

6.3 Phương pháp chuyên gia

Lấy ý kiến của những chuyên gia về mức độ phù hợp của các bài tập di truyền để rèn luyện năng lực tính toán cho học sinh để chỉnh sửa trước khi đưa vào

sử dụng

6.4 Phương pháp thực nghiệm sư phạm

Nội dung:

- Địa điểm thực nghiệm ở các lớp 12 của hai trường THPT Lạc Thủy và THPT Lạc Thủy B, huyện Lạc Thủy, tỉnh Hòa Bình gồm 4 lớp TN và 4 lớp ĐC với tổng số học sinh là 261

- Thời gian thực nghiệm: Năm học 2016 - 2017 trên 7 bài học

6.5 Phương pháp xử lý số liệu

Sử dụng phần mềm SPSS 20.0 để xử lý và xác định các tham số cần thiết

7 Đóng góp của luận văn

1) Làm sáng tỏ thêm cơ sở lý luận và thực tiễn sử dụng bài tập để rèn luyện năng lực tính toán cho học sinh trong dạy học sinh học nói chung và dạy học chương “Tính quy luật của hiện tượng di truyền” - sinh học 12 THPT nói riêng

2) Xây dựng được các nguyên tắc, quy trình tuyển chọn các bài tập chương II phần 5 sinh học 12 THPT trên cơ sở cấu trúc hóa nội dung chương II theo hướng nghiên cứu

3) Xây dựng được nguyên tắc và quy trình sử dụng bài tập vào dạy học chương II phần 5 Sinh học 12 để rèn luyện năng lực tính toán cho học sinh

4) Xây dựng được các giáo án về nội dung các bài học chương II phần 5 sinh học 12 theo hướng nghiên cứu rèn luyện năng lực tính toán cho học sinh

8 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, kết luận, kiến nghị và phụ lục, cùng danh mục tài liệu sách tham khảo, luận văn gồm 3 chương sau:

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài

Chương 2: Sử dụng bài tập để rèn luyện năng lực tính toán cho học sinh trong dạy học chương “Tính quy luật của hiện tượng di truyền” - Sinh học 12 THPT

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

PHẦN II KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU 1.1 Cơ sở lý luận

1.1.1 Lược sử nghiên cứu bài tập trong dạy học sinh học

1 1.1.1 Trên thế giới

Có thể coi bài tập toán sinh học ra đời từ khi Menđen phát hiện ra các quy luật phân li và quy luật phân li độc lập Từ sau kết quả nghiên cứu của Menđen, các bài tập di truyền được các nhà khoa học xây dựng để phục vụ cho công tác dạy học Môn khoa học toán học đã xâm nhập ngày càng sâu vào sinh học Vì vậy người ta

đã mô hình hóa ngày càng nhiều nội dung sinh học bằng các biểu thức toán học gọn nhẹ tạo ra các thông số để khám phá ra những điều bí ẩn nhất của vật chất di truyền

và cơ chế di truyền Điều đó đã đưa đến một tư duy mới là cần phải xây dựng các bài tập toán trong lĩnh vực nghiên cứu sinh học nói chung và di truyền học nói riêng Vấn đề này được đưa dần vào các tài liệu giáo khoa Trong các tài liệu giáo khoa phổ thông và đại học, sau mỗi bài mỗi chương đều có BT sinh học để củng cố, hoàn thiện cũng như khắc sâu kiến thức Các bài tập dạng toán về tính quy luật của hiện tượng di truyền ra đời từ sau năm 1971 khi các bài toán di truyền học phân tử

ra đời

Các bài tập sinh học dạng toán, đặc biệt là các bài tập ở phần di truyền có ý nghĩa rất lớn trong việc phát triển năng lực tính toán cho học sinh Ở một số nước trên thế giới, các BT di truyền và biến dị được đưa vào quá trình dạy học lần đầu tiên ở Liên Xô cũ vào năm 1965 Nhiều tài liệu giáo khoa của các tác giả như: Jose Mariano Amabis, Gilberto Rodrigues, Martho, Yoshito Missuguchi (1981), G.baroso (1988), William, D.stanspield, Ph.D (1986) và hàng loạt các tài liệu mới xuất bản gần đây có số lượng bài toán sinh học ngày càng nhiều, càng đa dạng về chủng loại

Ở Pháp, Bỉ, Hà Lan một số trường phổ thông có nhiều giáo viên đã sử dụng bài tập sinh học dạng toán vào một số khâu của quá trình dạy học

Tại nhiều nước Châu Âu, trong các đề thì học sinh giỏi cũng có nội dung vận dụng kiến thức về toán học để giải các bài tập về nội dung di truyền học

1.1.1.2 Ở Việt Nam

Việc nghiên cứu và sử dụng các bài tập trong dạy học sinh học nhằm phát triển năng lực tính toán cho học sinh trước đây còn rất hạn chế Việc nghiên cứu xây dựng và sử dụng bài tập sinh học dạng toán học như bài tập xác suất chủ yếu tập trung ở phần di truyền học

Chương tính quy luật của hiện tượng di truyền có nhiều tác giả đã nghiên cứu xây dựng hệ thống các bài tập sinh học dạng toán HS dựa trên cơ sở các kiến thức toán học như tổ hợp, chỉnh hợp, xác suất, nhị thức Newton … để giải như công

trình của các tác giả Đinh Quang Báo (1981) “Sử dụng câu hỏi bài tập trong dạy học sinh học” [3] đã bước đầu xây dựng và sử dụng các bài tập sinh học trong quá trình dạy học, Vũ Đức Lưu (1997) “Phương pháp giải bài tập di truyền” [17], Đặng Hữu Lanh và Mai Sĩ Tuấn (2008), “Hướng dẫn học và ôn tập sinh học” [13] và một

số công trình nghiên cứu khác Các tác giả chủ yếu xây dựng theo con đường nhận thức suy diễn lý thuyết: cho biết nguyên nhân và xác định kết quả

Có thể coi tác giả Lê Đình Trung là một trong những người đi đầu trong việc xây dựng hệ thống các bài tập sinh học dạng toán để kích thích khả năng tư duy

logic, khả năng nhận thức cho học sinh như cuốn “Xây dựng và sử dụng bài tập nhận thức để nâng cao chất lượng dạy và học di truyền học ở phổ thông trung học”

cùng với tác giả Đinh Quang Báo (1992) [23], Lê Đình Trung và Lê Văn Trực

(1998), Bài tập di truyền[25]…

Cuốn “Phương pháp giải bài tập di truyền” của Vũ Đức Lưu (1997) [17]

cũng có thể coi là một trong những công trình đi đầu trong việc nghiên cứu cách giải bài tập di truyền

Ngoài ra gần đây nhiều tác giả cũng có những công trình nghiên cứu việc sử dụng bài tập toán sinh học trong dạy học phần tính quy luật của hiện tượng di truyền

Trong các phần kiến thức khác của chương trình sinh học THPT như phần

dạy học còn hạn chế Điều này được thể hiện ở số lượng các công trình nghiên cứu

đã được công bố không nhiều

Vấn đề nghiên cứu lý luận và sử dụng bài tập di truyền cũng đã được một số

tác giả quan tâm tới Tác giả Hoàng Nữu Niềm (1984) với đề tài “Một số nghiên cứu sử dụng bài toán di truyền trong dạy học sinh học ở trường phổ thông” - Luận

văn sau đại học [20]đã phân tích và đưa ra năm bước của quy trình giải một bài tập

ra chủ yếu ở dạng toán, có ý nghĩa rất lớn trong việc rèn luyện năng lực tính toán cho học sinh

1.1.2 Các khái niệm cơ bản liên quan đến đề tài nghiên cứu

1.1.2.1 Khái niệm năng lực, bài tập, bài tập toán, bài tập toán sinh học

Năng lực

Trong Khoa sư phạm tích hợp [23, tr 91], có nhiều định nghĩa khác nhau về năng lực Theo Gerard và Roegies ( 1993), năng lực là một tập hợp những kĩ năng cho phép nhận biết một tình huống và đáp ứng với tình huống đó tương đối thích hợp một cách tự nhiên Theo De Ketele (1995), năng lực là một tập hợp trật tự các

kĩ năng tác động lên các nội dung trong một loại tình huống cho trước để giải quyết các vấn đề do tình huống này đặt ra Định nghĩa này nêu bật ba thành phần của năng lực: nội dung, kĩ năng và tình huống

Năng lực = (những kĩ năng + những nội dung)  những tình huống

= Những mục tiêu  những tình huống [30]

Định nghĩa sau đây phối hợp những ưu điểm của cả hai định nghĩa trên: Năng lực là sự tích hợp các kĩ năng tác động một cách tự nhiên lên các nội dung

trong một loại hình tình huống cho trước để giải quyết những vấn đề do những tình huống này đặt ra

Qua các định nghĩa trên cho thấy năng lực gồm 3 thành phần cơ bản là kiến thức, kĩ năng và tình huống Trong đó qui về kĩ năng, mà kĩ năng là khả năng thực hiện được trên nội dung Như vậy rốt cuộc năng lực được hiểu là khả năng thực hiện thành công một nội dung trong một hoàn cảnh xác định

Bài tập (BT)

Dưới góc độ tâm lý học, nhiều tác giả đã thống nhất cho rằng: BT trước hết

là tình huống có vấn đề, có tính xác định cao, nó được hình thành từ tình huống có vấn đề, trong hoàn cảnh cụ thể Cấu trúc của BT nói chung bao giờ cũng chứa đựng các yếu tố xác định: là một tình huống tâm lý, đòi hỏi chủ thể phải có hành động nhằm thỏa mãn nó Trong tình huống đó có chứa các dữ kiện mà dựa vào nó chủ thể

có thể triển khai các thao tác tư duy nhằm tìm ra một ẩn số nhất định Sự xuất hiện của dữ kiện, ẩn số và quan hệ giữa chúng với chủ thể là những yếu tố cơ bản nhất của mọi bài tập Khi thỏa mãn được các yếu tố này, tức giải được BT, chủ thể có được nhận thức mới, sự phát triển mới về tư duy và trí tuệ

Trong từ điển tiếng Việt: BT là bài ra cho HS làm để vận dụng những điều

đã học BT là một vấn đề gì đó được duy định để thực hiện hay một nhiệm vụ được giao Quan điểm này cho thấy phạm vi của bài tập là quá trình giúp người học hoàn thiện kiến thức và dẫn đến kiến thức mới

Theo Nguyễn Ngọc Quang: BT là bài ra cho HS làm để vận dụng những kiến thức đã học để nhằm hình thành kiến thức mới, củng cố, hoàn thiện, nâng cao kiến thức đã học

BT có thể là một câu hỏi, một thí nghiệm, một bài toán hay một bài toán nhận thức BT là một tập hợp các kiến thức xác định bao gồm những vấn đề đã biết

và chưa biết

Bài tập toán (BTT)

BTT là một hệ thống thông tin xác định, bao gồm giả thiết và kết luận mà thoạt đầu chủ thể nhận thức chưa thấy mối liên hệ với nhau dẫn tới nhu cầu khắc phục bằng cách biến đổi chúng để tìm ra đáp số

Có nhiều quan niện khác nhau về BTT Dưới góc độ thuần túy toán học, Polya cho rằng “BTT đặt ra sự cần thiết phải tìm kiếm có ý thức phương tiện thích hợp để đặt tới mục đích rõ ràng nhưng không thể đạt được ngay” , ông cũng nhấn mạnh “trong bất cứ bài tập nào cũng cần có ẩn số Nếu tất cả đề đã biết rồi thì không phải tìm nữa Trong BBT chứa đựng điều gì đó đã biết, hoặc đã cho (dữ kiện) Nếu không cho trước cái gì cả thì không có một khả năng nào để nhận ra cái cần tìm Sau cùng trong bất cứ một BBT nào cũng phải có điều kiện cụ thể hóa mối quan hệ giữa ẩn số và dữ kiện Điều kiện là yếu tố căn bản của BBT vì chính nó tạo nên sự khác biệt của những BT có cùng ẩn số và dữ kiện” [33]

Theo quan điểm dạy học: BTT là một hiện tượng khách quan đối với HS, khi chưa có phương pháp biến đổi nó trở thành đối tượng hoạt động nhận thức của HS

Để trở thành bài tập toán nhận thức thì những bài toán đó phải được GV gia công về mặt sư phạm, có ngưỡng kích thích phù hợp, đưa HS đến tình huống mới cần được giải quyết

BTT là một dạng của BT, trong đó BBT cần được mô hình hóa thành công thức toán học, biến đổi tương đương để tìm ra đáp số BBT cũng có thể trởi thành BTT nhận thức khi được gia công về mặt sư phạm để dạy học

Bài tập toán sinh học (BTTSH)

Bản chất của BTTSH là dùng thuật toán để mô hình hóa mối quan hệ logic giữa các đặc điểm, tính chất, các cơ chế, các quá trình và các quy luật sinh học, sao cho khi tìm đáp số HS cần phải phân tích tường minh các mối quan hệ đó bằng các đại lượng cụ thể và theo nguyên tắc cơ bản của việc dạy - học giải BTTSH, qua đó

HS sẽ phát hiện ra những điều cần tìm, nghĩa là nội dung của từng kết luận sẽ được bộc lộ và như vậy HS sẽ dễ dàng tìm ra nguồn kiến thức mới Loại bài tập này diễn đạt mối quan hệ về mặt số lượng, khi giải nó phải dùng suy luận toán học nhiều hơn

1.1.2.2 Phân loại bài tập toán sinh học

Tùy theo cách phân loại mà có những dạng BTTSH khác nhau Ta có thể khái quát các dạng BTTSH sau:

* Dựa vào mục đích LLDH

- BTTSH hình thành kiến thức mới

- BTTSH củng cố hoàn thiện kiến thức mới

- BTTSH kiểm tra, đánh giá

* Dựa vào tính chất mối quan hệ trong BT

Dựa theo Polya trong toán học, BTT chia thành 2 loại:

- Những BTT tìm tòi và mục đích cuối cùng của nó là tìm ra một ẩn số, thỏa mãn điều ràng buộc ẩn số với các dự kiện của BTT đó

- Những BBT chứng minh mà mục đích cuối cùng của nó là xác định xem một kết luận nào đó là đúng hay sai, là xác nhận hay bác bỏ kết luận đó

Quan niệm trên của Polya là phản ánh thực chất của việc phân loại BTT Tuy nhiên BTTSH còn có những điểm khác với bài toán toán học mà ta thường gặp Bởi

lẽ BTTSH nói chung gắn chặt với các nhận thức đầy đủ về khái niệm, các quá trình, các cơ chế và quy luật sinh học, những nguồn tri thức này nhiều khi không được biểu hiện bằng những công thức tường minh hay bằng các mệnh đề như trong các mệnh đề hay định lý toán học Thành thử hình thức biểu hiện của BTTSH có nhiều nét khác biệt so với BT toán học Vì thế căn cứ vào hình thức biểu hiện để phân loại BTTSH thực sự là cần thiết, ta có thể chia chúng thành hai loại BTTSH: BTTSH không có mời văn và BTTSH có lời với

BTTSH không có lời văn trong sinh học gọi là những BT mà hình thức giống như BT toán học trong đó các dữ kiện, ẩn số và mối quan hệ giữa chúng được cho

cụ thể bằng các con số hay các biểu thức tương tự các biểu thức toán học mà trong biểu thức đó, mỗi yếu tố quy ước là một nội dung khái niệm về cấu trúc, cơ chế, quá trình Các yếu tố này có quan hệ sinh học theo các biểu thức toán học

BTTSH có lời văn thực chất là một tình huống có vấn đề cụ thể của thực tiễn sinh học đã được toán học hóa và được mô tả bằng các tình huống ngôn ngữ Để giải BTTSH này trước hết HS phải tiến hành mô hình hóa BTTSH có lời văn, sau

đó áp dụng 4 bước giải BTT mà Polya đã đề xuất

Việc hiểu đúng ngôn ngữ diễn đạt nội dung của bài toán có lời văn ảnh hưởng lớn tới việc tìm kiếm lời giải của chúng để lộ ra sự hiểu biết về các tri thức sinh học Nói cách khác khi phân tích đúng tình huống ngôn ngữ, HS dường như có thể định hướng đúng lời giải Như vậy cái khó của BTTSH có lời văn so với BTTSH không có lời văn ở chỗ: Trong BTTSH có lời văn, các quan hệ toán học thường được che lấp bời các tình huống ngôn ngữ, còn trong BTTSH không có lời văn các quan hệ toán học thường được bộc lộ một cách tường minh

Bây giờ chúng ta tìm hiểu cơ chế của quá trình hóa BTTSH có lời văn:

Trước hết mô hình là một biểu tượng trong đầu hay một hệ thống các vật chất hóa Hệ thống này phản ánh hay tái hiện đối tượng nghiên cứu, có thể thay thế cho nó và kho nghiên cứu của hệ thống này ta thu được thông tin mới về đối tượng

đó Dưới góc độ tâm lý học, mô hình này không phải là cái có sẵn, nó là sản phẩm của tư duy phân tích, tổng hợp, đồng thời chính nó lại là phương tiện đặc biệt của tư duy để con người nhận thức đối tượng được tốt hơn

Vì mô hình là vật chất thay thế cho đối tượng nghiên cứu nên chức năng cơ bản của mô hình là diễn đạt một cách trực quan nhất những quan hệ cơ bản của đối tượng mà không thấy một cách trực tiếp

Có thể thấy cấu trúc của một mô hình gồm hai yếu tố: các phần tử cấu tạo nên mô hình và quan hệ giữa các phần tử theo một logic nào đó

Mô hình được hiểu là xây dựng và phân tích các đối tượng cần nhận thức trên các mô hình của chúng Như vậy hoạt động mô hình hóa bài toán có lời văn là hoạt động chuyển BTTSH mô tả thành mô hình và phân tích các quan hệ toán học trên mô hình Vì thế việc tạo ra kỹ năng về hoạt động này chính là tạo ra kỹ năng

mô hình hóa bài toán có lời văn

Hoạt động mô hình hóa bài toán có lời văn là một hoạt động trí tuệ đầy khó khăn, phức tạp, đòi hỏi phải có một hệ thống kỹ năng cần thiết mới đáp ứng được yêu cầu của nó Chúng tôi cho rằng để giúp HS mô hình hóa bài toán có mời văn về kiến thức sinh học, người GV cần phải hình thành cho HS các kỹ năng sau đây:

* Kỹ năng đọc đề BTTSH, phân tích các câu chữ trong đề bài (ta gọi chung

là kỹ năng đọc - hiểu bài toán sinh học) Nếu phân tích các câu chữ tức là đi tìm các vấn đề để hiểu các khái niệm trong bài toán, liên quan đến các vấn đề bài toán cần tìm, mối quan hệ giữa các yếu tố đã cho trong bài toán, thiết lập mối quan hệ giữa điều đã cho và điều cần tìm, từ đó cho phép người giải BTTSH xác định được các kiến thức sinh học từ hoạt động tìm hiểu đề bài toán

* Kỹ năng kiến tạo mô hình

Kỹ năng này được chia thành hai kỹ năng thành phần:

- Chuyên hóa ngôn ngữ phát biểu của bài toán từ lời văn sang các ký hiệu toán học như: sơ đồ, hình vẽ các biểu thức hoặc công thức toán học

- Kỹ năng phát hiện mối liên hệ toán học giữa các sự kiện nhận được sau khi

bài toán Khâu then chốt của kỹ năng này là người học phải biết làm nổi bật lên những mối liên hệ cơ bản giữa các yếu tố được nêu trong bài toán, loại bỏ những yếu tố hay những quan hệ vụn vặt, không bản chất trong nội dung đó

1.1.3 Tiếp cận sơ sở lý thuyết về tổ hợp và xác suất để rèn luyện năng lực tính toán cho học sinh trong dạy học chương “Tính quy luật của hiện tượng di truyền” - Sinh học 12 THPT

1.1.3.1 Lý thuyết tổ hợp

a) Giải tích kết hợp

- Hoán vị không lặp: Một hoán vị của n phần tử là một nhóm có thứ tự gồm

đủ mặt n phần tử đã cho, mỗi phần tử có mặt đúng một lần Số hoán vị khác nhau được tạo thành của n phần tử ký hiệu là Pn = 1.2.3…n = n!, quy ước 0! = 1

Hoán vị không lặp được sử dụng để chứng minh tính đa dạng của vật chất di truyền, ví dụ: với 6 axít amin khác nhau, sẽ có 5! = 1.2.3.4.5.6 = 720 cách sắp xếp khác nhau trên phân tử prôtêin

- Hoán vị lặp: Cho n phần tử, trong đó có n1 phần tử giống nhau thuộc loại 1,

n2 phần từ giống nhau thuộc loại 2, …, nk phần từ giống nhau thuộc loại k, (n1 + n2

+ … + nk = n) Mỗi nhóm sắp xếp n phần tử đã cho là một hoán vị lặp:

Sử dụng hoán vị lặp chứng tỏ tính đa dạng bởi thành phần của các đại phân

tử Ví dụ: Một polipeptit có 28 axit amin , với 6 loại axit amin: 8 Phe, 6 Ser, 5 Leu,

4 Lys, 3 His và 2 Arg Số cách sắp xếp khác nhau = 28!

8!.6!.5!.4!.3!.2!

- Chỉnh hợp không lặp: Trong n phần tử khác nhau ta lập các nhóm k phần tử (k ≤ n) với thứ tự khác nhau, sao cho mỗi phần tử có mặt trong nhóm không quá một lần Số chỉnh hợp chập k của n phần tử được ký hiệu là k

n

A , k n

Nếu có k trường hợp lệch bội khác nhau trong cùng một cơ thể thì số thể lệch bội có thể là: k

- Chỉnh hợp lặp: Chỉnh lợp lặp chập k của n phần tử là một nhóm có thứ tự gồm k phần tử lấy từ n phần tử đã cho, trong đó mỗi phần tử có thể có mặt hơn một lần (1, 2, …, k) trong nhóm tạo thành, ở đây k  n Số chỉnh hợp lặp chập k của n phần tử là ( k

n

A ) = nk

Ví dụ: Từ 4 loại A, U, G, X có thể hình thành 43 = 64 bộ ba mã hóa cho 20 loại axít amin khác nhau của tất cả các phân tử prôtêin

- Tổ hợp lặp: Nếu như trong định nghĩa tổ hợp hợp, ta cho phép mỗi phần tử

có mặt nhiều lần, thì môi nhóm thu được gọi là một tổ hợp lặp chập k của n phần tử

li độc lập được chỉ ra bởi các hệ số tương ứng ở các hàng ba, năm, bảy, … của tam giác Pascal

1.1.3.2 Xác suất thống kê cơ bản

a) Một số khái niệm và tính chất cơ bản của xác suất

- Xác suất được định nghĩa bằng số lần xảy ra một biến cố (hay sự kiện) cụ thể chia cho tổng số cơ may mà biến cố đó có thể xảy ra Nếu ta ký hiệu xác suất của một biến cố A nào đó là P(A), m là số lần xuất hiện của A và n là tổng số phép thử hay toàn bộ khả năng có thể có, khi đó P(A) = m

n ; trong đó 0 ≤ m ≤ n và n > 0 Như vậy, 0 ≤ P(A) ≤ 1

- Phép thử là việc thực hiện một nhóm các điều kiện xác định, ví dụ thí nghiệm gieo một đồng xu, một con xúc xắc hoặc một phép lai cụ thể Các kết quả khác nhau có thể có từ phép thử gọi là các sự kiện hay biến cô, được ký hiện bằng các chữ cái in hoa A, B, C, …

Dễ dàng tìm thấy được sự tương quan giữa các phép thử và sự phân li các alen trong phép thử của Menđen

Ví dụ Khi tung một đồng xu, sự kiện xảy ra là mặt sấp hoặc ngửa với xác suất tương ứng là 1/2, nếu gieo một con xúc xắc 6 mặt thì sự kiện xảy ra có thể là mặt 1, 2, 3, 4, 5, hoặc 6 chấm với xác suất là 1/6; tương tự với kiểu gen dị hợp Aa

có thể tạo ra hai loại giao tử mang A và a với xác suất ngang nhau mỗi loại là 1/2

Khi phép thử được thực hiện có thể xuất hiện một trong các biến cố sau:

- Biến cố ngẫu nhiên là biến cố có thể hoặc không thể 0 ≤ P(A) ≤ 1 xảy ra

- Biến cố chắc chắn (ký hiệu là Ω) là sự kiện nhất thiết xảy ra, P(Ω) = 1

- Biến cố không thể (ký hiệu là Ø) là sự kiện nhất thiết không xảy ra, P(Ø) = 0 Ngoài ra cần lưu ý thêm một số khái niệm sau:

- Biến cố xung khắc: Biến cố A và B xung khắc với nhau nếu tích của chúng

là một biến cố không thể có: AB = Ø  P(AB) = 0 và P(AB) = P(A) + P(B)

- Nhóm đầy đủ các biến cố hay không gian biến cố sơ cấp (ký hiệu: Ω) là tập hợp toàn bộ các biến cố sơ cấp () của một phép thử mà khi thực hiện thì nhất thiết một trong chúng phải xảy ra và có hiện tượng xung khắc từng đôi

Ví dụ: Dãy các biến cố A1, A2,…, An lập thành một nhóm đầy đủ nếu thỏa mãn hai điều kiện sau: Tổng của chúng là một biến cố chắc chắn: A1A2…An =

Ω, Chúng xung khắc từng đôi một: AiAj = Ø; trong đó i  j (i, j = 1, 2, …, n)

- Biến cố đối: A là biến cố đối của biến cố B khi B = Ω\A và B  A = Ω Khi

- Nếu A và B là hai biến cố xung khắc thì P(AB) = P(A) + P(B)

- Quy tắc cộng này phát biểu rằng: xác suất kết hợp của hai (hoặc nhiều) sự kiện xung khắc từng đôi xảy ra là tổng các xác suất riêng rẽ của chúng

Ví dụ: Với kiểu gen Dd, nếu ta ký hiệu xác suất của loại giao tử mang alen D

là P(D) và của giao tử mang alen d là P(d), theo lý thuyết ta có: P(D hoặc d) = P(D)

+ P(d) = 1+1=1

2 2

Hệ quả: Nếu B là biến cố đối lập của A thì P(B) = 1 - P(A)

* Xác suất điều kiện và định lý nhân xác suất

- Định nghĩa: Nếu A và B là hai biến cố bất kỳ và P(A) > 0 thì xác suất điều kiện của biến cố B với điều kiện A xảy ra là P(B\A) = P(AB) : P(A) Tương tự, ta có: P(A/B) = P(AB) : P(B) với P(B) > 0

P(AB) = P(A).P(B/A) = P(B).P(A/B)

- Từ đây ta đi đến định nghĩa về hai biến cố độc lập như sau: Hai biến cố A

và B được gọi là độc lập với nhau nếu như P(B/A) = P(B) hoặc P(A/B) = P(A) Nghĩa là sự xảy ra hay không xảy ra của biến cố này không ảnh hưởng đến sự xảy

ra của biến cố kia

- Quy tắc nhân được phát biểu như sau: Xác suất trùng hợp của hai biến cố độc lập bằng tích các xác suất riêng rẽ của chúng Nghĩa là nếu A và B là các biến

cố độc lập thì P(AB) = P(A).P(B)

c) Công thức xác suất nhị thức

- Để đơn giản ta xét phép thử đồng xu gồm hai sự kiện đối lập nhau là mặt sấp và mặt ngửa với xác suất tương ứng là p và q, trong đó q = 1 - p Giả sử trong n phép thử độc lập được tiến hành, sự kiện mặt sấp xuất hiện k lần và sự kiện mặt ngửa xuất hiện là (n - k) Để tính xác suất này ta phải sử dụng phép mở rộng quy tắc nhân dưới dạng công thức xác suất nhị thức sau đây: Pn(k) = k

d) Công thức xác suất toàn phần và công thức Bayes

* Công thức xác suất toàn phần

- Giả sử dãy B1, B2, …, Bn là một dãy đầy đủ các biến cố, nghĩa là chúng có hợp là một sự kiện tất yếu (B1B2…Bn = Ω) và gồm từng đôi xung khắc (BiBj

= Ø, với i  j ; i,j = 1, 2, …, n) Gọi A là một biến cố bất kỳ Khi đó:

A = Ω  A = (B1B2…Bn)  A = (B1A) (B2A) … (BnA)

- Từ các định lý cộng và nhân xác suất, ta có công thức xác suất toàn phần: P(A) = P(B1).P(

Bk ) : P(A) với P(A) > 0

- Thay P(A) từ công thức xác suất toàn phần ở trên, ta được công thức Bayes

như sau:

k

i i

A P(B ).P( )

P( ) =

A A

A được gọi là xác suất hậu nghiệm (vì

nó chỉ được xác định sau khi tiến hành phép thử)

- Cần lưu ý rằng, các quy luật Menđen về thực chất là các định luật nhân xác suất, cho nên trong việc tiên đoán xác suất nguy cơ di truyền cần sử dụng đến công thức hay định lý Bayes, tức là định lý xác suất của nguyên nhân Tình huống hay bài toán đặt ra chỉ có thể giải quyết trọn vẹn khi biết được các xác suất tiền nghiệm [10]

1.1.3.3 Cơ sở của “phép thử độc lập”, nguyên tắc giải toán lai và các phương pháp biểu diễn kết quả lai

a) Mệnh đề “phép thử độc lập”

Mệnh đề “phép thử độc lập” dưới đây được thiết lập dựa trên quy tắc nhân xác suất, chủ yếu dùng để kiểm tra xem quy luật di truyền (QLDT) chi phối đồng thời cả hai tính trạng nào đó trong một phép lai là độc lập hay liên kết, nếu là liên kết thì liên kết hoàn toàn hay liên kết không hoàn toàn hoặc một tính trạng nào đó

có liên kết với giới tính hay không Mệnh đề này được phát biểu như sau: Nếu các gen phân li độc lập và tổ hợp tự do thì tỉ lệ phân li đồng thời của cả hai tính trạng bằng tích các tỉ lệ phân li riêng rẽ của các tính trạng đó; và ngược lại, nếu như tích các tỉ lệ phân li riêng rẽ của các tính trạng bằng tỉ lệ phân li chung của hai tính trạng thì chứng tỏ các gen kiểm soát chúng là phân li độc lập

Ví dụ: Kết quả của một phép lai hai tính trạng có tỉ lệ phân li chung của cả hai tính trạng là 9 : 3 : 3 : 1 và tỉ lệ của từng tính trạng riêng rẽ là 3 : 1 Ta nói rằng các gen phân li độc lập vì 9 : 3 : 3 : 1 = (3 : 1)(3 : 1)

b) Hệ quả

Nếu tích các tỉ lệ phân li riêng rẽ của các tính trạng khác phới tỉ lệ phân li đồng thời cả hai tính trạng thì chứng tỏ các tính trạng đó tuân theo quy luật di truyền liên kết

Ví dụ: Kết quả của phép lai hai cặp tính trạng cho thế hệ sau có sự phân li là 1A-bb : 2A-B- : 1aaB- hoặc 3A-B- : 1aabb, trong khi tỉ lệ phân ly của mỗi tính trạng vẫn là 3 : 1 Vì (3 : 1)(3 : 1)  1 : 2 : 1 hoặc 3 : 1, chứng tỏ các tính trạng tuân theo QLDT liên kết hoàn toàn và kiểu gen của bố mẹ chúng đối với hai trường hợp

là Ab Ab×

aB aB hoặc AB AB×

ab ab

c) Các phương pháp biểu diễn kết quả lai

Bởi vì bất cứ một mệnh đề QLDT nào cũng là “mệnh đề kéo theo” và có tính xác suất, cho nên việc tính toán và biểu diễn các kết quả kỳ vọng của bất kỳ một phép lai nào rõ ràng là đều dựa trên cơ sở xác suất chủ yếu là quy tắc nhân Có

nhiều cách tiến hành khác nhau trong biểu diễn kết quả di truyền của cá phép lai Chẳng hạn trình bày dưới dạng khung Punnett, phương pháp phân nhánh theo kiểu chĩa đôi và chĩa ba … Phương pháp này dựa trên nguyên tắc nhân, có thể dùng để xác định xác suất của các kiểu đời con đối với nhiều gen phân li độc lập, hơn nữa nó rất tiện dụng khi xác định xác suất và thành phần alen của các loại giao tử từ một kiểu gen cụ thể, hoặc chỉ ra thành phần bazơ hay nuclêôtit của các bộ ba và xác suất của chúng từ một gen hoặc ARN nhân tạo có thành phần bazơ và tỉ lệ biết trước Ngoài ra còn tùy trường hợp có thể sử dụng phương pháp nhân đơn giản dưới dạng nhân xác suất hay đại số để biểu diễn một kết quả tích hợp hay tổ hợp của hai hoặc nhiều thành phần nào đó

d) Công thức xác suất nhị thức

Để đơn giản ta xét phép thử đồng xu gồm hai sự kiện đối lập nhau là mặt sấp (S) và mặt ngửa (N), đối với các xác suất tương ứng là p và q trong đó p = 1 - q Giả

sử trong n phép thử độc lập được tiến hành, sự kiện S xuất hiện k lần và sự kiện N

sẽ là (n - k) Để tính xác suất này ta phải sử dụng phép mở rộng quy tắc nhân dưới dạng công thức xác suất nhị thức sau đây:

1.1.4 Năng lực và năng lực tính toán

1.1.4.1 Khái quát chung về năng lực

Năng lực là một thuộc tính tâm lý phức hợp, là điểm hội tụ của nhiều yếu tố

Khái niệm năng lực gắn liền với khả năng hành động Năng lực hành động là một loại năng lực thực hiện, vì vậy, khi nói phát triển năng lực, người ta cũng hiểu đồng thời là năng lực hành động

Trong chương trình giáo dục phổ thông tổng thể của Bộ Giáo dục và Đào tạo

(Dự thảo ban hành tháng 7/2015), năng lực đã được định nghĩa như sau: Năng lực

là khả năng thực hiện thành công hoạt động trong một bối cảnh nhất định nhờ sự huy động tổng hợp các kiến thức, kỹ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí … Năng lực của cá nhân được đánh giá qua phương thức và kết quả hoạt động của cá nhân đó khi giải quyết các vấn đề của cuộc sống.[30]

1.1.4.2 Cấu trúc của năng lực

Bao gồm năng lực chuyên môn (Professional competency), năng lực phươn pháp (Methodical competency), năng lực xã hội (Social competency), năng lực cá thể (Individual competency)

1.1.4.3 Hệ thống năng lực theo chương trình tổng thể

Được Bộ Giáo dục và Đào tạo công bố gồm năng lực chung (có 8 năng lực thành phần) được chia ra làm ba nhóm, trong đó có năng lực tính toán, các năng lực này được gọi là năng lực chung Ngoài ra đối với từng môn học còn có các năng lực chuyên biệt

Ví dụ ở lĩnh vực sinh học có 6 năng lực thành phần trong đó có nhấn mạnh năng lực thống kê có liên quan đến nghiên cứu các quy luật của hiện tượng di truyền

1.1.4.4 Năng lực tính toán

- Đó là khả năng sử dụng các công cụ toán học vào khám phá các sự vật, hiện tượng thông qua các tham số theo thuật toán cho phép hình dung một cách chung nhất sự việc, hiện tượng bằng các giá trị mang tính ước lệ về thuật toán

- Năng lực tính toán có 3 năng lực thành phần: Sử dụng phép tính và đo lường cơ bản, sử dụng ngôn ngữ toán, sử dụng công cụ toán

- Đối với bộ môn sinh học đã vận dụng có hiệu quả vào trong các lĩnh vực nghiên cứu di truyền, sinh thái, nhân trắc học, … Trong lĩnh vực di truyền ngày từ năm 1865, Menđen khi nghiên cứu các thí nghiệm trên cây lai đậu Hà Lan nhờ sử

dụng thuật toán mà nhanh chóng rút ra được quy luật di truyền phân li, di truyền phân li độc lập của các tính trạng, trên cơ sở đề xuất giả thuyết giao tử thuần khiết, giải thích sự vận động bên trong của vật chất di truyền Khi nghiên cứu di truyền quần thể, Hacđi - Vanbec đã xây dựng mô hình toán học về cấu trúc và sự phân bố thành phần các gen trong quần thể dựa trên định luật tổ hợp (a + b)2 = a2 + 2ab + b2

Áp dụng công thức này trong quần thể, gọi p là tần số alen A và q là tần số alen a, quần thể có dạng (pA + qa)2 = p2AA + 2pqAa + q2aa

1.2 Cơ sở thực tiễn của đề tài nghiên cứu

1.2.1 Phương pháp điều tra thực trạng

1.2.1.1 Phương pháp điều tra thực trạng

- Sử dụng phiếu điều tra, quan sát giờ dạy và giáo án

- Xây dựng các phiếu điều tra thực trạng về phía giáo viên và học sinh: Để xác định thực trạng của việc phát triển năng lực tính toán cho HS khi dạy kiến thức phần di truyền, chúng tôi tiến hành điều tra, dự giờ của GV, trao đổi trực tiếp và sử dụng phiếu điều tra 17 GV dạy sinh học cấp THPT thuộc các trường trên địa bàn huyện Lạc Thủy, tỉnh Hòa Bình Đồng thời sử dụng phiếu điều tra 280 HS thuộc khu vực huyện Lạc Thủy, tỉnh Hòa Bình (phụ lục 1)

1.2.1.2 Nội dung điều tra

- Thực trạng rèn luyện năng lực tính toán của GV cho HS khi dạy học phần

di truyền

- Tình hình học sinh rèn luyện năng lực tính toán qua bài tập toán di truyền

- Điều tra nhận thức của giáo viên về phát triển năng lực tính toán cho học sinh trong dạy học

- Điều tra những phương tiện, phương pháp giáo viên đã sử dụng để rèn luyện năng lực tính toán cho học sinh trong dạy học sinh học có sử dụng bài tập

1.2.2 Kết quả điều tra thực trạng

1.2.2.1 Thực trạng giáo viên rèn luyện năng lực tính toán thông qua lý thuyết tổ hợp và xác suất trong dạy học phần tính quy luật của hiện tượng di truyền - sinh

Bảng 1.1 Kết quả điều tra thực trạng giáo viên rèn luyện năng lực tính toán cho

học sinh thông qua lý thuyết tổ hợp và xác suất trong dạy học phần

hợp và xác suất vào dạy

phần tính quy luật của

hiện tượng di truyền -

sinh học 12 THPT được

nhận thức như thế nào?

Chưa bao giờ đề cập tới 1 5,88

Đã nghiên cứu nhưng chưa áp dụng 2 11,76

Có nhưng chưa nhiều, kết quả chưa

dạy phần tính quy luật

của hiện tượng di truyền

- Sinh học 12 THPT

Làm sáng tỏ mối quan hệ giữa toán học và di truyền học để phát triển năng lực tính toán cho học sinh

1 5,88

Giới thiệu các công thức để giải các

Khắc sâu kiến thức di truyền học 9 52,94 Tăng hứng thú học tập cho học sinh 6 35,29

cho học sinh khi dạy

phần tính quy luật của

hiện tượng di truyền -

Sinh chọ 12 THPT

Nội dung kiến thức trừu tượng gây khó khăn trong việc truyền tải tới học sinh

0 0,00

5

Thầy (cô) có tự biên

soạn bài tập để phát triển

năng lực tính toán cho

Qua bảng khảo sát, tôi rút ra một số nhận xét sau:

- Thực tế đã có 82,35% GV đã từng quan tâm tới việc phát triển năng lực tính toán cho học sinh thông qua lý thuyết tổ hợp và xác suất, trong đó có 5,88%

GV thường xuyên quan tâm tới vấn đề phát triển năng lực tính toán cho HS và cho hiệu quả cao, số còn lại dừng ở mức vận dụng chưa nhiều, cho kết quả chưa rõ ràng

- Trong công tác kiểm tra, đánh giá có tới 70,59% GV thỉnh thoảng mới tự biên soạn, 17,65% GV chưa từng biên soạn và chỉ có 11,76% GV thường xuyên biên soạn câu hỏi và bài tập cho HS Mặc dù đa số GV đều xác định mục đích hướng tới khi vận dụng kiến thức toán học, đặc biệt là lý thuyết tổ hợp và xác suất khi dạy phần tính quy luật của hiện tượng di truyền - Sinh học 12 THPT là khắc sâu kiến thức (52,94%) và tăng hứng thú cho HS (35,29%) Lý giải mâu thuẫn nói trên

là do hạn chế về mặt thời gian (29,41%), hạn chế về kiến thức toán học (29,41%) và khả năng suy luật của HS còn hạn chế (41,18%) Do những khó khăn trên và việc ít quan tâm nên khi hỏi về biện pháp để phát triển năng lực tính toán cho HS, đa số giáo viên phân vân giữa các phương án trả lời

1.2.2.2 Ý kiến của giáo viên về hiệu quả và mức độ sử dụng cho mục đích dạy học về nội dung các phần di truyền học có thể rèn luyện năng lực tính toán trong

1.2.2.2.1 Nhận xét về mức độ áp dụng với trình độ học của HS khi rèn luyện năng lực tính toán trong quá trình dạy phần di truyền - Sinh học 12 THPT

1.2.2.2.2 Nhận xét về mức độ sử dụng bài tập để rèn luyện năng lực tính toán cho

HS khi dạy học phần di truyền học - Sinh học 12 THPT

Nội dung kiến thức

Hiệu quả Rất thường

xuyên

Thường xuyên Thỉnh thoảng Ít khi

VCDT phân tử

2 11,76 7 41,18 6 35,29 2 11,76 VCDT tế bào

3 17,65 5 29,41 8 47,06 1 5,88 Các QLDT

1 5,88 6 35,29 8 47,06 2 11,76

Di truyền quần thể

3 17,65 6 35,29 7 41,18 1 5,88 Nhận xét: Tần suất sử dụng bài tập để rèn luyện năng lực tính toán cho HS thu được dàn trải ở các phần, mức độ rất thường xuyên và thường xuyên thì các QLDT chiếm 41,18%, còn lại là của các nội dung khác Mức độ thỉnh thoảng được lựa chọn nhiều nhất cho nội dung các QLDT (47,06%)

1.2.2.2.3 Nhận xét của giáo viên về hiệu quả dạy học phần di truyền dựa trên cơ sở rèn luyện năng lực tính toán cho học sinh

Nội dung kiến thức

Hiệu quả Cao Trung bình Thấp Không rõ ràng

VCDT phân tử

8 47,06 5 29,41 3 17,65 1 5,88 VCDT tế bào

6 35,29 5 29,41 4 23,53 2 11,76 Các QLDT

8 47,06 6 35,29 2 11,76 1 5,88

Di truyền quần thể

8 47,06 4 23,53 4 23,53 1 5,88 Nhận xét: Hầu hết giáo viên cho rằng dạy phần di truyền học để phát triển được năng lực tính toán cho HS sẽ mang lại hiệu quả cao

1.2.2.3 Điều tra việc dạy của GV và việc học của HS có sử dụng bài tập di truyền trong giờ lên lớp, ôn tập và làm ở nhà

Tôi tiến hành thăm dò ý kiến của 280 học sinh của hai trường THPT Lạc Thủy và THPT Lạc Thủy B Qua điều tra dựa trên bảng hỏi, dự giờ thăm lớp, nghiên cứu giáo án của GV lên lớp, chúng tôi thu được kết quả sau:

Bảng 1.2 Mức độ sử dụng bài tập di truyền của GV

rèn luyện năng lực tính toán cho HS

TT Các nội dung câu hỏi

Thường xuyên

Không thường xuyên

Không bao giờ

1 GV hướng dẫn HS tự trả lời câu hỏi,

bài tập để chủ động tiếp thu kiến thức 1 5,88 7 41,18 9 52,94

2 GV dạy BT xen kẽ các nội dung lý

3 GV cho thêm BT nâng cao để phát

triển năng lực tính toán cho HS 0 0,00 6 35,29 11 64,71

4 GV chỉ giao BT cho HS tự học ở nhà

10 58,82 6 35,29 1 5,88