Vận dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong dạy học chủ đề giáo dục bảo vệ môi trường phần sinh vật và môi trường, sinh học 9 trung học cơ sở

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC HOÀNG TRỊNH KHÁNH HUYỀN VẬN DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ GIS TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ GIÁO DỤC BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG PHẦN SINH VẬT VÀ MÔI T

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

HOÀNG TRỊNH KHÁNH HUYỀN

VẬN DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS)

TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ GIÁO DỤC BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG

PHẦN SINH VẬT VÀ MÔI TRƯỜNG, SINH HỌC 9

TRUNG HỌC CƠ SỞ

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM SINH HỌC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

HOÀNG TRỊNH KHÁNH HUYỀN

VẬN DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ (GIS)

TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ GIÁO DỤC BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG

PHẦN SINH VẬT VÀ MÔI TRƯỜNG, SINH HỌC 9

LỜI CẢM ƠN

Luận văn tốt nghiệp với đề tài “ Vận dụng hệ thống thông tin Địa lý (GIS) trong dạy học chủ đề giáo dục Bảo vệ môi trường phần Sinh vật và môi trường, Sinh học 9 Trung học cơ sở” được hoàn thành tại khoa Sư phạm

Trường Đại học Giáo dục - ĐHQG Hà Nội

Trước tiên, tác giả xin gửi lời cảm ơn chân thành tới Ban giám hiệu, Ban chủ nhiệm khoa cùng tất cả các thầy cô giáo khoa Sư phạm đã tạo điều kiện, hướng dẫn tác giả trong suốt thời gian học tập và nghiên cứu tại trường

Với lòng biết ơn sâu sắc, tác giả xin được gửi lời cảm ơn chân thành

nhất tới TS Nguyễn Thị Thúy Quỳnh - người đã tận tình chỉ bảo, hướng dẫn

tác giả hoàn thành luận văn này

Xin được gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu, các thầy cô giáo và các em học sinh khối 9 trường THCS Nguyễn Tất Thành đã hợp tác, tạo điều kiện và tham gia thực nghiệm giúp tác giả hoàn thành luận văn này

Cuối cùng xin được gửi lời cảm ơn tới gia đình, người thân và bạn bè đặc biệt là tập thể lớp Cao học LL và PPDH Sinh học khóa 2018 – 2020 luôn động viên và hỗ trợ tác giả trong suôt quá trình học tập và nghiên cứu

Tuy có nhiều nỗ lực nhưng thời gian và năng lực không cho phép nên trong tránh khỏi những hạn, thiếu sót Rất mong nhận được những đóng góp, chỉ bảo từ Quý thầy cô và các đồng nghiệp để luận văn được hoàn thiện hơn Trân trọng cảm ơn!

Hà Nội, tháng 11 năm 2021

Tác giả

Hoàng Trịnh Khánh Huyền

DANH MỤC CÁC TỪ NGỮ VIẾT TẮT

Viết tắt Viết đầy đủ

CNTT Công nghệ thông tin

PTNL Phát triển năng lực PPDH Phương pháp dạy học

DANH MỤC CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Phân phối chương trình phần Sinh vật và môi trường 31

Bảng 2.2 Chủ đề dạy học ứng dụng GIS 38

Bảng 3.1 Đặc điểm của các lớp tiến hành thực nghiệm và đối chứng 58

Bảng 3.2 Phân bố tần số kết quả điểm lớp TN và ĐC 60

Bảng 3.3 Phân bố tần suất và tần suất tích lũy điểm số bài kiểm tra 60

Bảng 3.4 Phân loại kết quả điểm lớp TN và ĐC 61

Bảng 3.5 Bảng các tham số 63

Bảng 3.6 Kết quả phiếu phản hồi của lớp đối chứng 64

Bảng 3.7 Kết quả phiếu phản hồi của lớp TN 65

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1 Sơ đồ khái niệm về một hệ thống GIS 10

Hình 1.2 Các thành phần của GIS 11

Hình 1.3 Dữ liệu dạng Raster và Vector 13

Hình 1.4 Phẩm chất và năng lực cần phát triển cho học sinh 16

Hình 1.5 Các tính năng nổi bật của ArcGIS Online 24

Hình 1.6 Thực trạng ứng dụng CNTT tại trường THCS 26

Hình 1.7 Thực trạng sử dụng kênh hình trong dạy học Sinh học 26

Hình 1.8 Mức độ hứng thú của học sinh với thiết kế hình ảnh, mô hình phục vụ học tập 27

Hình 1.9 Thực trạng sử dụng GIS trong dạy học ở trường THCS 28

Hình 2.1 Nội dung Sinh học 9 THCS 30

Hình 2.2 Quy trình dạy học ứng dụng GIS 35

Hình 2.3 Đăng nhập ArcGIS Online 39

Hình 2.4 Tìm kiếm địa điểm và chọn dữ liệu hình ảnh 40

Hình 2.5 Thêm/ đánh dấu đối tượng trên bản đồ 40

Hình 3.1 Phân bố tần số tích lũy điểm kiểm tra 61

Hình 3.2 Phân loại kết quả điểm kiểm tra 62

Hình 3.3 Kết quả đánh giá PTNL Tin học 66

Hình 3.4 Kết quả đánh giá PTNL Sinh học 66

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

DANH MỤC CÁC TỪ NGỮ VIẾT TẮT ii

DANH MỤC CÁC BẢNG iii

DANH MỤC CÁC HÌNH iv

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 3

3 Giả thuyết khoa học 4

4 Nhiệm vụ nghiên cứu 4

5 Đối tượng và khách thể nghiên cứu 4

6 Phạm vi nghiên cứu 4

7 Phương pháp nghiên cứu 5

8 Kết cấu của đề tài 5

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ L LU N VÀ THỰC TIỄN 6

1.1 Lịch sử nghiên cứu 6

1.1.1 Trên thế giới 6

1.1.2 Tại Việt Nam 7

1.2 Cơ sở lý luận 9

1.2.1 Tổng quan về GIS 9

1.2.2 Năng lực 14

1.2.3 Tổng quan về dạy học chủ đề theo hướng tiếp cận phát triển năng lực người học 17

1.2.4 Mối liên hệ giữa GIS và STEM trong dạy học 19

1.2.5 Giới thiệu một số phần mềm GIS ứng dụng trong dạy học 22

1.3 Thực trạng ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học 25

1.3.1 Thực trạng ứng dụng GIS trong dạy học 25

1.3.2 Thực trạng ứng dụng GIS ở trường THCS 27

Tiểu kết chương 1 29

CHƯƠNG 2 30

V N DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA L 30

TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ GIÁO DỤC BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG 30

PHẦN SINH V T VÀ MÔI TRƯỜNG, SINH HỌC 9 30

2.1 Phân tích nội dung 30

2.1.1 Nội dung Sinh học 9 30

2.1.2 Nội dung Sinh vật và môi trường trong hệ thống kiến thức Sinh học trung học cơ sở 31

2.1.2 Phân tích mối liên hệ giữa nội dung Sinh vật và môi trường với nội dung các môn học khác 33

2.2 Nguyên tắc lập kế hoạch dạy học chủ đề ứng dụng GIS 34

2.3 Quy trình lập kế hoạch dạy học chủ đề vận dụng GIS 35

2.3.1 Các bước lập kế hoạch dạy học chủ đề vận dụng GIS 35

2.3.2 Minh họa các bước của Quy trình dạy học ứng dụng GIS 35

2.4 Vận dụng hệ thống thông tin địa lý trong dạy học chủ đề giáo dục bảo vệ môi trường, phần Sinh vật và môi trường, Sinh học 9 37

2.4.1 Xây dựng chủ đề dạy học vận dụng GIS 37

2.4.2 Hướng dẫn lập bản đồ bằng ArcGIS Online 39

2.4 Lập kế hoạch giảng dạy ứng dụng GIS 41

2.4.1 Chủ đề 1: Đánh giá mức độ ô nhiễm xung quanh trường học bằng phần mềm ArcGIS Online 41

2.4.2 Chủ đề 2: Xây dựng bản đồ hệ sinh thái nông nghiệp tỉnh Hưng Yên 47 2.2.4 Đánh giá chất lượng dạy học có vận dụng GIS 53

Tiểu kết chương 2 57

CHƯƠNG 3 THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 58

3.1 Mục đích thực nghiệm 58

3.2 Phương pháp thực nghiệm 58

3.2.1 Lựa chọn mẫu thực nghiệm và đối chứng 58

3.2.2 Phương án thực nghiệm 58

3.3 Kết quả thực nghiệm 59

3.3.1 Kết quả định lượng 59

3.3.2 Kết quả định tính 67

Tiểu kết chương 3 69

KẾT LU N VÀ KHUYẾN NGHỊ 70

1 Kết luận 70

2 Khuyến nghị 71

TÀI LIỆU THAM KHẢO 72 PHỤ LỤC

từ việc truyền đạt tri thức một cách hàn lâm, nặng lý thuyết sang hướng dẫn người học chủ động tư duy trong quá trình tiếp cận tri thức, tự mình tìm ra phương pháp học tập hiệu quả, từ đó tăng cường hứng thú và tích cực chủ động hơn trong quá trình học tập

Đổi mới PPDH nói chung theo các xu hướng sau:

- Đổi mới phương pháp thuyết giảng, tăng cường phát huy tính tích cực của người học

- Coi trọng các buổi thực hành, thực tế

- Coi trọng khả năng tự học, tự nghiên cứu

- Tăng cường các trang thiết bị, kỹ thuật dạy học

- Đổi mới và tăng cường ứng dụng công nghệ thông tin vào dạy học… Công nghệ thông tin (CNTT) ở thời điểm này đã có sự phát triển tương đối toàn diện, và được ứng dụng sâu rộng vào nhiều lĩnh vực của cuộc sống, trong đó có giáo dục Nó không chỉ giúp giáo viên (GV) có thể tìm được nguồn dữ liệu đa dạng không giới hạn, có độ chính xác cao mà còn góp phần tạo ra môi trường soạn – giảng kỹ thuật cao, hỗ trợ giáo viên trong cả quá trình chuẩn bị lẫn tiến hành dạy học Ứng dụng CNTT vào giảng dạy sẽ hỗ trợ

GV tổ chức được quá trình dạy học mà ở đó học sinh (HS) tiếp cận tri thức từ

nhiều kênh như hình ảnh, âm thanh, tạo được môi trường ảo để HS có thể thao tác, rèn luyện để tăng hiệu quả dạy học Nghị quyết trung ương số 29-NQ-TW ngày 04/11/2013 về đổi mới căn bản và toàn diện trong giáo dục, đặt

ra nhiệm vụ và giải pháp nâng cao chất lượng giáo dục theo xu hướng năng lực, hội nhập thế giới là phải đa dạng hóa nội dung dạy học, tài liệu học tập, đáp ứng nhu cầu học tập của các cấp học, thay đổi hình thức dạy học, đẩy mạnh ứng dụng CNTT và truyền thông trong dạy học

1.2 Xuất phát đặc điểm nội dung môn Sinh học

Sinh học là một môn học nằm trong tổ hợp khối Khoa học tự nhiên Với bản chất là một môn khoa học thực nghiệm, có kiến thức trực quan, sinh động gắn liền với các hiện tượng, quá trình diễn ra trong tự nhiên Vì vậy, trong học tập nếu được tổ chức cho học sinh quan sát, mô tả, thực hành, thí nghiệm để rút ra tri thức khoa học thì sẽ tăng được sự hứng thú làm HS tiếp cận kiến thức một cách dễ dàng

Bên cạnh đó Sinh học còn có mối liên hệ mật thiết đến các môn học như Toán học, Vật lý, Hóa học, Địa lý… Cho nên để nâng cao chất lượng dạy học bộ môn này, có thể đặt chúng vào mối liên hệ với các môn khoa học trên Điều này vừa giúp học sinh tiếp thu kiến thức dễ dàng, vừa giúp học sinh có cái nhìn tổng thể về các kiến thức xuất phát trong cuộc sống hàng ngày

1.3 Xuất phát từ đặc điểm của hệ thống thông tin địa lý (GIS)

Hệ thống thông tin địa lý (Geography Information System - GIS) là một tập hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa

lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích và kết xuất GIS ban đầu chỉ ứng dụng trong lĩnh vực Địa lý, nhưng trải qua một thời gian sử dụng, với sự hữu ích của mình GIS đã trở thành công cụ được nhiều ngành khoa học khác nhau coi trọng, trong đó có Sinh học và Khoa học giáo dục Đến nay ở nhiều trường học trên toàn thế giới, GIS đang đóng vai trò tạo nên môi trường học hỏi dựa trên nhu cầu của

chính trường học GIS đang ngày càng khẳng định mình là công cụ dạy học hữu hiệu trong nhiều môn học như Toán học, Sinh học, Địa lý, Lịch sử…

Ở Việt Nam từ những năm 90 của thế kỷ trước GIS cũng đã được ứng dụng trong nghiên cứu và giảng dạy Tuy nhiên mức độ phổ biến của công cụ này tại các trường học là chưa cao, nhất là trường trung học cơ sở Điều này tác động bởi các yếu tố khách quan như cơ sở vật chất còn hạn chế, hệ thống thông tin chưa được kết nối đầy đủ; và yếu tố chủ quan như nhân lực có trình

độ cao còn ít, đội ngũ giáo viên chưa có kinh nghiệm sử dụng GIS…

1.4 Từ thực trạng dạy học tại trường trung học cơ sở

Việc giảng dạy Sinh học tại nhiều trường học ở nhiều địa phương còn nặng về truyền đạt lý thuyết Vấn đề này tuy cũng chịu tác động bởi các nguyên nhân khách quan như thiếu và yếu về cơ sở vật chất, song một phần cũng do nguyên nhân chủ quan xuất phát từ việc giáo viên chưa thực sự chủ động trong việc đổi mới phương pháp dạy học, thay đổi hình thức tổ chức dạy học Giáo viên cũng chưa thực sự đặt kiến thức Sinh học vào mối liên hệ tổng thể với các kiến thức tự nhiên, xã hội khác để giúp học sinh có cái nhìn toàn diện và có thêm công cụ giải quyết nhiệm vụ học tập

Xuất phát từ các nguyên nhân chủ yếu trên, và mong muốn nâng cao chất lượng dạy học môn Sinh học nói riêng, tăng cường dạy học tích hợp nói chung và phát triển năng lực toàn diện cho học sinh, chúng tôi lựa chọn đề tài

“Vận dụng hệ thống thông tin địa lý (GIS) trong d y học chủ đề gi o dục

o vệ môi trường phần Sinh vật và môi trường, Sinh học 9, trung học cơ sở”

sinh, phát triển năng lực và ý thức bảo vệ thiên nhiên môi trường trong điều kiện biến đổi khí hậu ngày nay

3 Gi thuyết khoa học

Nếu vận dụng GIS vào tổ chức dạy học sinh học hiệu quả thì tăng sự

hứng thú và hiệu quả học tập cũng như phát triển năng lực cho người học

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

Để đạt được mục đích nghiên cứu, chúng tôi đề ra các nhiệm vụ nghiên cứu:

- Nghiên cứu cơ sở lý luận về ứng dụng GIS trong giáo dục trên thế giới và ở Việt Nam

- Khảo sát và phân tích thực trạng về việc dạy và học vận dụng GIS trong quá trình dạy học Sinh học ở các trường THCS trên địa bàn Hưng Yên

- Phân tích nội dung kiến thức của phần Sinh vật và môi trường Sinh học 9 định hướng Thiết kế và xây dựng phương án vận dụng GIS trong dạy học phần Sinh vật và môi trường

- Tiến hành thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi và tính hiệu quả của đề tài

5 Đối tượng và khách thể nghiên cứu

5.1 Khách thể nghiên cứu:

Quá trình dạy học phần Sinh vật và môi trường, Sinh học 9

5.2 Đối tượng nghiên cứu:

Ứng dụng GIS trong dạy học phần Sinh vật và môi trường, Sinh học 9

6 Ph m vi nghiên cứu

- Phạm vi nội dung: Phần Sinh vật và Môi trường – Sinh học 9, chương trình THCS hiện hành

- Phạm vi thời gian: tháng 10/2019 đến tháng 10/2020

7 Phương ph p nghiên cứu

7.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết

Phân tích, tổng hợp tài liệu tổng quan về GIS, về vận dụng GIS trong dạy học, về các phương pháp, kỹ thuật dạy học tích cực

Phân tích mục tiêu, nội dung chương trình Sinh học 9

7.2 Phương pháp điều tra

Khảo sát, điều tra về thực trạng ứng dụng GIS trong dạy học Sinh học trên địa bàn tỉnh Hưng Yên (tập trung vào khu vực thành phố Hưng Yên và một số trường lân cận)

7.3 Thực nghiệm sư phạm

Tổ chức dạy học thực nghiệm:

- Lớp thực nghiệm: tổ chức dạy học có vận dụng GIS

- Lớp đối chứng: tổ chức dạy học theo các phương pháp truyền thống

So sánh kết quả dạy học giữa hai lớp và rút ra kết luận sư phạm

Phương pháp xử lý số liệu: Sử dụng các phần mềm xử lý số liệu vào việc đánh giá kết quả thu được

8 Kết cấu của đề tài

Ngoài phần Mở đầu, Kết luận và Kiến nghị cùng Tài liệu tham khảo Nội dung chính của đề tài được cấu trúc gồm ba chương:

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

Chương 2 Vận dụng hệ thống thông tin địa lý trong dạy học chủ đề giáo dục bảo vệ môi trường phần Sinh vật và môi trường, Sinh học 9

Chương 3 Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ TH C TI N 1.1 Lịch sử nghiên cứu

1.1.1 Trên thế giới

GIS đã được nghiên cứu từ những năm 60 của thế kỷ XX và được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nghiên cứu như Nông nghiệp, Khảo cổ, Kiến trúc

và quy hoạch, Khoa học Môi trường, Kinh doanh, Y học, Khoa học quân sự

và Giáo dục Đặc biệt, trong vài thập kỷ gần đây, GIS là một công cụ đắc lực cho việc nghiên cứu và giảng dạy, trong đó có Sinh học Vấn đề nghiên cứu

về giáo dục GIS đã, đang được rất nhiều nhà giáo dục quan tâm và nghiên cứu

ở rất nhiều quốc gia trên thế giới Có thể kể đến như Mỹ, Canada, Bồ Đào Nha, Hà Lan, Nhật Bản, Đài Loan…

Tại Mỹ, nơi khoa học kỹ thuật rất phát triển, nhu cầu việc làm liên quan đến GIS là một lĩnh vực hứa hẹn Tiến sĩ Roger Tomlision người được coi là cha đẻ của GIS, hiện là cố vấn của nhiều chương trình của các tổ chức như Thương mại và Nông nghiệp Hoa Kỳ; khảo sát địa chất Hoa Kỳ; dịch vụ Lâm nghiệp Hoa Kỳ nhằm ứng dụng GIS vào các lĩnh vực trên Từ đó cho thấy khả năng ứng dụng GIS vào các ngành nghề là phong phú Do vậy, các nhà giáo dục cũng coi GIS là một trong những phương tiện giàu tiềm năng để thực hiện cải cách giáo dục, mở ra các hướng nghiên cứu mới, phát triển ngành nghề mới Có thể kể đến là nghiên cứu “Kết nối lớp học với thực tiễn thông qua các cuộc điều tra khu vực sông trên nền tảng GIS” được thực hiện năm 2006, do nhóm nghiên cứu của Cathlyn Stylinski and David Smith tiến hành tại một số trường Trung học ở vùng tây Maryland, tây Pennsylvania và tây Igrina Nghiên cứu đã cho thấy hiệu quả của việc sử dụng GIS làm công cụ điều tra thực địa, hỗ trợ cho việc giảng dạy nhằm nâng cao chất lượng học tập [18] Ngoài ra, trong bài báo “ Mối liên hệ giữa GIS và giáo dục STEM” của Joseph J.Kerski đã chỉ ra 12 mối liên hệ mật thiết giữa GIS với STEM nhằm khuyến khích việc phát triển giáo dục ứng dụng GIS Điều này được coi là

trọng tâm trong việc đổi mới chương trình học để thúc đẩy học sinh hình thành mục tiêu học tập, giúp việc học đạt hiệu quả và được trang bị những kiến thức, kĩ năng cũng như các giá trị và thái độ cần thiết để đối phó với những thách thức trong thế kỉ mới Nghiên cứu khẳng định rằng cả GIS và STEM đều có bản chất tích hợp các kiến thức khoa học nhằm giải quyết vấn

đề một cách logic, sử dụng kỹ thuật định lượng và tiếp cận hiện tượng, vấn đề

từ nhiều khía cạnh [20]

Ở Châu Á, Nhật Bản được coi là một quốc gia đi đầu về khoa học giáo dục Một trong những nghiên cứu có thể kể đến là “Tư duy không gian trong khoa học thông tin địa lý: đánh giá nghiên cứu trong quá khứ và triển vọng cho tương lai” (2011) của nhóm tác giả Yoshiki Wakabayashia, Toru Ishikawa Nghiên cứu chỉ ra những đặc điểm của tư duy không gian trong giáo dục, vai trò của hệ thống thông tin địa lý trong giáo dục về tư duy không gian, và vai trò của tư duy không gian trong trong khoa học GIS Từ đó thiết lập mối liên hệ với ứng dụng GIS trong dạy học theo định hướng STEM, và chỉ ra triển vọng tương lai cho các ứng dụng tư duy không gian trong khoa học và giáo dục [24]

Các nghiên cứu “Môi trường trường học ảnh hưởng đến chức năng phổi

và hoạt động thần kinh tự động ở trẻ em: nghiên cứu mẫu tiêu biểu” của Paciência và cộng sự (2019), “Dạy học GIS ở Bulgaria” của tác giả Stelian và cộng sự (2006) cũng là những nghiên cứu đáng chú ý về ứng dụng GIS trong nghiên cứu khoa học và giáo dục[22],[23]

1.1.2 Tại Việt Nam

1.1.2.1 Ứng dụng GIS nói chung

Tại Việt Nam, cuối thế kỉ XX, và đặc biệt là trong những năm đầu của thế kỷ XXI, GIS đã được du nhập và nghiên cứu, nhiều ứng dụng trong các ngành khoa học đặc biệt là Địa lý, Sinh học và Nông nghiệp, Kiến trúc, Du

lịch, Quản lý hành chính, tài nguyên thiên nhiên, bảo tồn Trong đó, có thể

kể đến một số đề tài nổi bật như:

- Báo cáo khoa học “Ứng dụng GIS trong quản lý hạ tầng ngầm cáp viễn thông và quy hoạch trạm BTS trên địa bàn Thành phố Huế” của TS Hoàng Bảo Hùng & cộng sự (2011) Đề tài xây dựng cơ sở dữ liệu hiện trạng trên nền GIS về hạ tầng ngầm và trạm BTS trên địa bàn thành phố Huế nhằm phục

vụ quản lý nhà nước, hỗ trợ các doanh nghiệp, tăng khả năng dùng chung hạ tầng, định hướng quy hoạch phát triển viễn thông trên địa bàn thành phố Huế [8]

- Nghiên cứu “Ứng dụng GIS và viễn thám trong xây dựng bản đồ chất lượng không khí khu vực khai thác khoáng sản, huyện Lương Sơn, tỉnh Hòa Bình” của Trần Quang Bảo và cộng sự (2018) đã xây dựng bản đồ chất lượng không khí từ dữ liệu ảnh vệ tinh Lansat các năm 2013, 2015 và 2017 Kết hợp với khảo sát thực tế để đánh giá chất lượng không khí trong khu vực khai khoáng của huyện Lương Sơn [3]

- Nghiên cứu “ Sử dụng ảnh Lansat xây dựng bản đồ phân bố ô nhiễm không khí do hoạt động khai thác khoáng sản tại huyện Hoành Bồ, tỉnh Quảng Ninh” của Nguyễn Hải Hòa, Nguyễn Thị Hương (2017) [7]

- Nghiên cứu “ Xác định ô nhiễm không khí và sử dụng công nghệ viễn thám tại Quảng Ninh” của Lê Hùng Trịnh (2016) [13]

1.1.2.2 Ứng dụng GIS trong khoa học giáo dục

Trong dạy học, các đề tài nghiên cứu ứng dụng GIS thể kể đến là:

- Đề tài “Ứng dụng ArcGIS trong giáo dục di sản cho học sinh tại Quảng Trị” của Phan Tuấn Anh, Phan Thị Hoa Lợi (2018) đã xây dựng cơ sở dữ liệu trên nền ứng dụng ArcGIS về di sản tại tỉnh Quảng Trị nhằm đưa vào chương trình dạy học môn Lịch sử và Địa lý Với mục tiêu giáo dục lịch sử thông qua việc khám phá hệ thống di tích lịch sử văn hóa và danh lam thắng cảnh, nhóm nghiên cứu đã bước đầu thử nghiệm đổi mới phương pháp nhằm giúp giáo

viên có thể xây dựng bài giảng dự trên cơ sở dữ liệu di sản, đặt ra mục tiêu rõ ràng, giao nhiệm vụ cụ thể Học sinh được tương tác trực quan với hình ảnh nội dung được số hóa [10]

- Đề tài “Ứng dụng hệ thống thông tin địa lí (GIS) trong dạy học chuyên ngành lâm nghiệp ở trường Đại học Quảng Bình” của Phan Thanh Quyết (2014) đã nghiên cứu ứng dụng GIS vào giảng dạy một số học phần chuyên ngành Lâm Nghiệp ở trường Đại học Quảng Bình thông qua các kết quả về xây dựng cấu trúc dữ liệu không gian, dữ liệu thuộc tính và xây dựng trắc đồ cấu trúc rừng [17]

- Bài báo “Ứng dụng phần mềm ArcGIS để thiết kế một số chủ đề học tập dựa trên không gian trong dạy học Sinh thái học (Sinh học 12) của tác giả Nguyễn Thị Thúy Quỳnh và cộng sự (2019) đã phân tích nội dung chương trình Sinh học 12 và xây dựng qui trình vận dụng GIS nhằm nâng cao chất lượng dạy học [11]

Có thể thấy rằng tại Việt Nam đã có các đề tài nghiên cứu ứng dụng GIS trong đổi mới phương pháp dạy và học, tuy vậy các đề tài hầu hết tập trung trong dạy môn Địa lý ở bậc học phổ thông và Trắc địa ở bậc học Đại học Như vậy, ứng dụng GIS trong Sinh học là một hướng nghiên cứu mới, có thể phục vụ nâng cao năng lực Sinh học cho học sinh, cũng là phục vụ yêu cầu đổi mới, tăng cường tích hợp kiến thức liên môn, nhằm tăng chất lượng dạy

mềm và khả năng phân tích dữ liệu không gian Có thể kể đến một số khái niệm sau:

Theo chức năng: GIS là một hệ thống bao gồm 4 hệ con là dữ liệu vào,

quản lý dữ liệu, phân tích dữ liệu và dữ liệu ra

Theo mô hình cấu trúc: GIS là một hệ thống gồm cấu trức dữ liệu được

sử dụng trong các hệ thống khác nhau (cấu trúc dạng raster và vector)

Theo thuật toán: Trong một hệ thống thông tin địa lý có thể sử dụng

các phương pháp tính đại số, hình học từ đơn giản đến phức tạp Các phép đo đạc có thể thực hiện với các phép tính đơn giản như tính diện tích, đo chiều dài, tính sai số trung bình đến các phép toán giải tích cao cấp trong quá trình

xử lý phân tích số liệu [12]

“Tập hợp đa dạng các công cụ dùng để thu thập, lưu trữ, truy cập, biến đổi và thể hiện dữ liệu không gian ghi nhận được từ thế giới thực tiễn (Burroughs, 1986) Hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu trên máy tính dùng thu thập, lưu trữ, truy cập, phân tích và thể hiện dữ liệu không gian [12- tr 6,7] Khái niệm về hệ thống GIS được mô tả trong hình 1.1

Hình 1.1 Sơ đồ khái niệm về một hệ thống GIS

(Nguồn: Giáo trình Hệ thống thông tin địa lý – Phạm Thị Băng Tâm)

Theo định nghĩa của ESRI (Environmental System Research Institute):

“GIS là một tập hợp có tổ chức bao gồm phần cứng, phần mềm máy tính, dữ liệu địa lý và con người, được thiết kế nhằm mục đích nắm bắt, lưu trữ, cập nhật, điều khiển, phân tích và kết xuất.”

b Các thành phần của GIS

- Phần cứng: gồm máy vi tính, cấu hình và mạng công việc của máy tính, các thiết bị ngoại vi nhập – xuất và lưu giữ số liệu Trong đó bộ phận xử

lý trung tâm (CPU) được kết nối với bộ phận lưu trữ, làm nhiệm vụ lưu trữ dữ liệu và chương trình làm việc Các thiết bị ngoại vi khác như máy in, máy vẽ, máy quét thường được sử dụng để trình bày, hiển thị các dữ liệu đầu vào hoặc đầu ra đã được xử lý

- Phần mềm: là chương trình máy tính có khả năng lưu trữ, quản trị các dữ liệu Thông thường phần mềm gồm các phụ hệ kỹ thuật sau: nhập dữ liệu, lưu trữ và quản lý dữ liệu, chuyển đổi (xử lý) dữ liệu, hiển thị và báo cáo kết quả, giao diện

- Dữ liệu GIS: đây được coi là thành phần quan trọng nhất trong một

hệ GIS Các dữ liệu bao gồm dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính Chất lượng dữ liệu thể hiện ở tính chính xác, đầy đủ và cập nhật Dữ liệu không gian được thu thập từ nhiều nguồn khác nhau như: bản đồ có sẵn, ảnh viễn thám… Hiện nay dữ liệu viễn thám là nguồn cung cấp thông tin đầu vào hiện đại, cập nhật và có độ chính xác cao cho GIS, một số ảnh vệ tinh đang được

sử dụng rộng rãi là LANDSAT (Mỹ), Spot (Pháp), Quick Bird (Nhật Bản)

Dữ liệu thuộc tính được thu thập chủ yếu thông qua điều tra dã ngoại, đo đạc thực địa…

- Nguồn nhân lực sử dụng: Các yếu tố về kỹ thuật của hệ thống sẽ không có hiệu quả nếu thiếu kỹ năng sử dụng, điều khiển của con người Nguồn nhân lực để vận hành hệ thống GIS bao gồm người trực tiếp sử dụng GIS và người quản lý sử dụng Người quản lý có nhiệm vụ tổ chức điều hành thường xuyên, đảm bảo thông tin đầu vào, công cụ thực hiện và bảo trì hệ thống Nhằm cung cấp môi trường làm việc giúp người sử dụng có thể khai thác hiệu quả, xử lý chính xác để có thống tin đầu ra

- Phương pháp sử dụng: GIS là một loại hệ thống thông tin đặc biệt nên tùy mục đích sử dụng và hoàn cảnh ứng dụng cụ thể mà lựa chọn và thiết kế

hệ thống phù hợp Nhìn chung quy trình xử lý sẽ bao gồm các bước chính là nhập liệu, lưu trữ, bảo quản, truy vấn, và xuất dữ liệu [12]

1.2.1.2 Chức năng của GIS

- Nhập dữ liệu: Quá trình nhập dữ liệu là quá trình mã hóa dữ liệu thành dạng có thể đọc và lưu trữ trên máy tính tạo nên cơ sở dữ liệu GIS Dữ liệu được coi là thành phần quan trọng nhất trong hệ thống thông tin địa lý nên nhập dữ liệu giữ vai trò rất quan trọng trong việc tạo ra một cơ sở dữ liệu đầy

đủ và chính xác Dữ liệu có thể thu thập từ nhiều nguồn khác nhau như ảnh vệ tinh, ảnh chụp máy bay, chuyển đổi dữ liệu… Ngày nay nguồn dữ liệu không gian quan trọng nhất cung cấp cho GIS là nguồn ảnh viễn thám [12]

- Quản lý dữ liệu: Dữ liệu GIS gồm dữ liệu không gian và dữ liệu thuộc tính Dữ liệu không gian được quản lý dưới dạng raster và vector Dữ liệu thuộc tính thường được quản lý dưới dạng mô hình quan hệ Có thể chuyển đổi qua lại giữa hai mô hình: Vector sang Raster và ngược lại Quản lý dữ liệu phụ thuộc vào thiết bị lưu trữ dữ liệu, đặc biệt là bộ nhớ thiết bị [12] Dạng

dữ liệu raster và vector được mô phỏng như Hình 1.3

Hình 1.3 Dữ liệu dạng Raster và Vector

(Nguồn: anhvientham.com, link:

https://anhvientham.com/wp-content/uploads/ung-dung-gis-trong-quan-ly-do-thi-09.jpg)

- Phân tích dữ liệu: GIS có thể phân biệt với các hệ thống thông tin khác bởi khả năng phân tích kết hợp dữ liệu không gian và thuộc tính Đây được xem như thế mạnh mà các công cụ GIS mang lại cho người dùng, với nhu cầu phải giải quyết các bài toán dựa trên dữ liệu không gian địa lý

- Hiển thị dữ liệu: GIS cho phép lưu trữ và hiển thị thông tin hoàn toàn tách biệt, có thể hiển thị được thông tin ở các tỉ lệ khác nhau, mức độ chi tiết của thông tin được lưu trữ phụ thuộc khả năng lưu trữ phần cứng và phương pháp mà phần mềm sử dụng Với sự phát triển của công nghệ, GIS cũng đã

cho phép hiển thị dữ liệu không gian địa lý ở các định dạng khác nhau 2D hoặc 3D [12]

1.2.1.3 Vai trò của GIS

Hệ thống thông tin địa lý đóng vai trò là một kỹ thuật tổ hợp, là sự liên kết của một số kỹ thuật khác nhau vào thành một tổng thể hài hòa Trong đó cho phép người dung tổ hợp dữ liệu và áp dụng những phương pháp hỗ trợ phân tích địa lý như chồng lớp bản đồ, mô hình hóa trên máy tính

GIS cho phép tìm kiếm những loại hình không gian, xử lý và cho những mối quan hệ giữa những lớp chuyên đề khác nhau Một bản đồ có thể

là lớp chồng xếp nhiều bản đồ chuyên đề được mã hóa trên cũng một hệ tọa

độ GIS cũng cho phép tách biệt một hay nhiều lớp thông tin từ một nguồn nhất định Thông tin của những lớp cụ thể có thể chuyển sang lớp mới để tiếp tục phân tích phục vụ mục đích khác nhau [12-tr2]

Như vậy có thể thấy ở mỗi lĩnh vực khác nhau sẽ ứng dụng được các khía cạnh khác nhau của GIS Chẳng hạn, lập bản đồ phân bố dịch bệnh phục

vụ Y học, Dịch tễ Trong Nông – Lâm – Ngư nghiệp có thể lập bản đồ phân

bố quỹ đất, quỹ nước phục vụ lựa chọn cây trồng vật nuôi phù hợp Trong phân tích môi trường GIS có thể hỗ trợ lập bản đồ nhằm đánh giá tình trạng môi trường đất, nước, không khí… Với thế mạnh của mình GIS sẽ là công cụ hữu ích áp dụng trong giáo dục Với đặc trưng về nội dung của Sinh học, có nhiều chủ đề có thể ứng dụng GIS để giảng dạy, học tập và nghiên cứu nhằm đổi mới và nâng cao chất lượng giáo dục

1.2.2 Năng lực

1.2.2.1 Khái niệm năng lực

Theo từ điển Tiếng Việt “Năng lực là khả năng, điều kiện chủ quan hoặc tự nhiên sẵn có để thực hiện một hành động nào đó Năng lực là phẩm chất tâm lý và sinh lý tạo cho con người khả năng hoàn thành một loại hoạt động nào đó với chất lượng cao”

Theo Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể năm 2018, năng lực được hiểu là thuộc tính cá nhân được hình thành, phát triển nhờ tố chất sẵn có

và quá trình học tập, rèn luyện, cho phép con người huy động tổng hợp các kiến thức, kĩ năng và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí, thực hiện thành công một loại hoạt động nhất định, đạt kết quả mong muốn trong những điều kiện cụ thể [1]

Như vậy có thể hiểu năng lực là khả năng làm, khả năng thực hiện chứ không chỉ dừng ở mức biết và hiểu

1.2.2.2 Phân loại năng lực

Với mục tiêu phát triển phẩm chất, năng lực cho học sinh, Chương trình giáo dục phổ thông 2018 phân loại và đã đặt ra yêu cầu cần đạt về các năng lực chung và riêng (Hình 1.4) Theo đó, năng lực được phân loại năng lực chung và năng lực đặc thù Trong đó:

- Năng lực chung: là năng lực cơ bản, thiết yếu để con người có thể sống và làm việc bình thường trong xã hội Bao gồm:

+ Năng lực tự chủ và tự học

+ Năng lực giao tiếp và hợp tác

+ Năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo

- Năng lực riêng là năng lực cụ thể, chuyên biệt được hình thành và phát triển do một lĩnh vực/môn học hay một số môn học Bao gồm:

Hình 1.4 Phẩm chất và năng lực cần phát triển cho học sinh

(Nguồn:

http://rgep.moet.gov.vn/tin-tuc/tin-tong-hop/infographics-5-pham-chat-va-10-nang-luc-can-phat-trien-cho-hoc-sinh-4875.html)

1.2.2.3 Năng lực Tin học

Năng lực tin học của học sinh được thể hiện qua các hoạt động sau đây:

- Sử dụng và quản lí các phương tiện công nghệ thông tin và truyền thông;

- Ứng xử phù hợp trong môi trường số;

- Giải quyết vấn đề với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin và truyền thông;

- Ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong học và tự học;

- Hợp tác trong môi trường số

Trong đó yêu cầu cần đạt về năng lực tin học đối với học sinh mỗi lớp học, cấp học được quy định trong chương trình môn Tin học và được thực hiện trong toàn bộ các chương trình môn học, hoạt động giáo dục, phù hợp với đặc điểm của mỗi môn học và hoạt động giáo dục chủ yếu là trong môn Tin học, bên cạnh đó việc ứng dụng các tin học trong các môn học khác cũng

là một trông những công cụ nhằm phát triển năng lực này cho học sinh [1]

1.2.3 Tổng qu n về dạy học chủ đề theo hướng tiếp cận phát triển năng lực người học

a Dạy học theo chủ đề

Dạy học theo chủ đề được hiểu là hình thức khám phá, tìm tòi ra khái niệm, nội dung bài học, nội dung chủ đề,… có sự tương đương lẫn nhau, dựa trên cơ sở các mối liên hệ được đề cập đến trong các môn học hoặc các thành phần của môn học Hay nói cách khác đó là con đường tích hợp những nội dung từ một số đơn vị, bài học, môn học có liên hệ nhất định với nhau làm thành nội dung học trong một chủ đề Từ đó chủ đề trở nên có ý nghĩa hơn, thực tế hơn, học sinh có thể tự hoạt động nhiều hơn để tìm tòi kiến thức và vận dụng vào thực tiễn

Như vậy, dạy học theo chủ đề là sự kết hợp giữa mô hình dạy học truyền thống và hiện đại, giáo viên không dạy học chỉ bằng cách truyền thụ kiến thức mà chủ yếu là hướng dẫn học sinh tìm kiếm thông tin, phân tích, nhận định để áp dụng kiến thức vào giải quyết vấn đề Trong mô hình này, học sinh được tạo cơ hội làm việc cùng nhau nhằm giải quyết những vấn đề xác thực, liên quan đến nhiều kiến thức khác nhau Việc học trở nên thực sự

có giá trị trong việc kết nối kiến thức sách vở với thực tế Học sinh cũng được tạo điều kiện minh họa kiến thức mình vừa nhận được và được cung cấp kỹ năng tự đánh giá việc học tập của mình.Với cách tiếp cận này, vai trò của giáo viên là người hướng dẫn, học sinh chủ động tìm tòi, phát hiện trong quá trình học tập

b Khái niệm dạy học phát triển năng lực

Dạy học theo định hướng PTNL là mô hình dạy học nhằm phát triển tối

đa năng lực của người học Trong đó người học tự mình hoàn thành nhiệm vụ nhận thức dưới sự tổ chức, hướng dẫn của người dạy Quá trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện năng lực người học dựa trên nguyên tắc học đi đôi với hành, lý luận gắn liền với thực tiễn, giáo dục nhà trường gắn liền với giáo dục gia đình

c Đặc điểm dạy học theo hướng phát triển năng lực

Về mục tiêu: Chú trọng hình thành phẩm chất và năng lực thông qua việc hình thành kiến thức, kỹ năng; mục tiêu dạy học được mô tả chi tiết và có thể đo lượng và đánh giá được Dạy học để biết cách làm việc và giải quyết vấn đề

Về nội dung: Nội dung được lựa chọn nhằm đạt được các mục tiêu năng lực đầu ra Chú trọng các kỹ năng thực hành, vận dụng vào thực tiễn Nội dung chương trình dạy học có tính mở tạo điều kiện để người dạy và người học dễ cập nhật tri thức mới

- Người học có nhiều cơ hội được bày tỏ ý kiến, quan điểm và phản biện

Về đánh giá: Tiêu chí đánh giá dựa vào kết quả “đầu ra”, quan tâm tới

sự tiến bộ của người học Chú trọng khả năng vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn Ngoài ra một đặc điểm quan trọng trong đánh giá đó là: người học

được tham gia vào quá trình đánh giá, nâng cao năng lực phản biện, một phẩm chất quan trọng của con người thời kỳ hiện đại

Đặc điểm về sản phẩm giáo dục:

- Tri thức người học có được là khả năng áp dụng vào thực tiễn

- Phát huy khá năng tự tìm tòi, khám phá vừ ứng dụng nên người học không bị phụ thuộc vào học liệu

- Người học trở thành những con người tự tin năng động và có năng lực Ngoài ra, không gian dạy học có tính linh hoạt, tạo không khí cởi mở, thân thiện trong lớp học Lớp học có thể là phòng hoặc ở ngoài thiên nhiên, trong công viên, bảo tàng, nhà máy, cơ sở sản xuất… nhằm dễ dàng tổ chức các hoạt động nhóm và gắn liền với thực tiễn đời sống

1.2.4 Mối liên hệ giữa GIS và STEM trong dạy học

Chương trình GDPT 2018 đưa ra khái niệm giáo dục STEM là mô hình giáo dục dựa trên cách tiếp cận liên môn giúp học sinh áp dụng kiến thức của bốn môn học: Khoa học (S), Công nghệ (T), Kỹ thuật (E) và Toán (M) để giải quyết vấn đề trong một hoàn cảnh cụ thể Sau này, giáo dục STEM có phát triển thêm một số yếu tố như STEAM, STREAM và tùy điều kiện hoàn cảnh

cụ thể có thể áp dụng đầy đủ hoặc khuyết thành phần nào đó Với cách tiếp cận liên môn, tích hợp kiến thức khoa học của nhiều thành phần thì STEM và GIS có nhiều điểm tương đồng Do vậy khi ứng dụng GIS trong giáo dục, giáo dục STEM sẽ là mô hình phù hợp để phát huy tối đa điểm mạnh của GIS

Thứ nhất, nếu STEM là sự kết hợp của bốn ngành khoa học với các mối liên hệ chung của chúng nhằm giải quyết vấn đề bằng phương pháp logic, định lượng kỹ thuật và tích hợp công nghệ thì GIS cũng là một công cụ đa ngành không chỉ tận dụng dữ liệu và bản đồ xuất phát từ nhiều lĩnh vực khác nhau mà còn có bộ công cụ thống kê, phân tích dữ liệu chuyên sâu được nghiên cứu và phát triển trong nhiều thập kỉ qua Do vậy giáo viên và học

sinh có thể ứng dụng GIS trong giáo dục STEM như một công cụ nhằm phân tích hiện tượng từ nhiều khía cạnh chuyên ngành

Thứ hai, giáo dục STEM có định hướng nghề nghiệp khá rõ ràng và GIS cũng vậy Ngày càng có nhiều công việc đòi hỏi nguồn nhân lực chất lượng cao, yêu cầu người lao động phải học, suy luận, và đưa ra quyết định, giải quyết vấn đề một cách sáng tạo Trong khi đó, GIS được tạo ra như một công cụ để giải quyết vấn đề và đưa ra quyết định Do vậy, khi học sinh sử dụng các công cụ GIS trong học tập với mô hình giáo dục STEM sẽ có khả năng tiếp cận tốt với các nghề nghiệp liên quan mật thiết đến Sinh học, Địa lý như khoa học đất, khoa học môi trường, quản lý tài nguyên, khoa học môi trường hay hàng trăm ngành nghề có liên quan khác như kiến trúc sư, kỹ sư quy hoạch… Các ngành nghề STEM dự kiến sẽ tăng 17% mỗi năm kể từ

2008 và sẽ còn tăng trong tương lai do bối cảnh biến đổi khí hậu và ô nhiễm môi trường ngày càng tăng

Thứ ba, ứng dụng GIS trong giáo dục STEM có thể giúp học sinh phát triển tư duy hệ thống Điều này bao gồm khả năng thống nhất các khái niệm quy trình và thu thập tài liệu, nghiên cứu khoa học GIS bao gồm khả năng thiết lập và thử nghiệm mô hình trong không gian, vì vậy ở đây học sinh còn được phát triển tư duy hệ thống trong không gian, phân tích chúng trong các mối tác động qua lại của các yếu tố tác động GIS có sự kết nối với các ngành khoa học vật lý, khoa học đời sống, khoa học vũ trụ trong một hệ thống mở

Ở đó người học được tiếp cận với nguồn thông tin đa dạng, cập nhật và được tùy chỉnh, chia sẻ thông tin

Thứ tư, việc nghiên cứu các chủ đề giáo dục STEM với GIS cho thấy các chủ đề này có liên quan đến bối cảnh thực tế Một ví dụ cụ thể như vấn đề phân tích khí hậu khi thay đổi các biến môi trường, đặt chúng vào các không gian khác nhau nhằm đánh giá tác động của từng biến GIS cung cấp một bộ công cụ phong phú để sử dụng các quan điểm địa lý, cho phép tạo ra nhiều

biến số cần thiết trong phân tích khoa học trong không gian hai chiều, ba chiều để giải quyết từng tình huống cụ thể Các chủ đề trọng tâm mà các nhà khoa học đã nghiên cứu trong thời gian gần đây vô cùng đa dạng, bao gồm dự đoán các thiệt hại do thiên tai, các hiện tượng thời tiết khắc nghiệt và biến đổi khí hậu, hay các hóa học ảnh hưởng đến chất lượng đất đai và nhiều chủ đề khác đã nâng cao nhận thức về nhu cầu nghiên cứu những vấn đề một cách hệ thống thông qua bối cảnh được đặt ra bằng giáo dục STEM

Thứ năm, học sinh sử dụng GIS song song với giáo dục STEM sẽ phát triển kỹ năng tư duy phản biện, hiểu cách đánh giá cẩn thận và sử dụng dữ liệu Điều này đặc biệt quan trọng trong việc đánh giá dữ liệu khoa học, do khối lượng ngày càng tăng và đa dạng Khi thế giới ngày càng phát triển mạnh mẽ, luôn thay đổi thì nhiều tiêu chuẩn nội dung và giảng dạy khoa học cũng cũng thay đổi đặc biệt là kiến thức liên quan đến khoa học tự nhiên, sinh học, môi trường Kỹ năng sử dụng GIS và nền tảng giáo dục STEM sẽ giúp học sinh sinh viên xác định được những tính chính xác của sự thay đổi các dữ liệu khoa học Bằng cách kiểm tra nguồn dữ liệu được cập nhật liên tục trên

hệ thống thông tin địa lý, những thông tin được cung cấp từ các nguồn ảnh vệ tinh là đáng tin cậy, trực quan và phong phú

Thứ sáu, học sinh sinh viên có nền tảng tốt về quan điểm không gian thông qua GIS sẽ có khả năng tốt hơn, cả trong trường học và sau khi tốt nghiệp, về sử dụng dữ liệu ở nhiều quy mô khác nhau, trong nhiều bối cảnh khác nhau Suy nghĩ một cách có hệ thống và tổng thể, sử dụng các phương pháp tiếp cận định lượng và định tính đề giải quyết vấn đề Điều này có thể liên quan đến việc quá trình ứng dụng GIS yêu cầu người học liên tục đặt câu hỏi, thu thập thông tin, phân tích dữ liệu, đánh giá và đưa ra quyết định từ thông tin đến hành động với thông tin đó Vì bản chất của khoa học phần lớn

là ứng dụng, nó dẫn đến hành động giải quyết vấn đề trực tiếp trong hoàn

cảnh cụ thể, đòi hỏi người học tham gia vào quá trình phải sử dụng công cụ để đưa ra quyết định phù hợp, tích cực

Cuối cùng, giáo dục STEM đề cao việc thay đổi không gian học tập, nhấn mạnh việc học thường hiệu quả hơn khi đặt trong môi trường thực tế Tuy vậy việc học ngoài môi trường thiên nhiên thường không dễ thực hiện, nó đòi hỏi không chỉ thời gian mà còn kinh phí phục vụ Trong hoàn cảnh này, GIS là một công cụ đắc lực để kết nối lớp học với thế giới thực

Tóm lại, với những điểm nhất quán về cách tiếp cận đa chiều, khả năng tích hợp, liên kết nhiều thành phần khoa học, phương pháp phân tích, giải quyết vấn đề, có thể nói GIS và giáo dục STEM sẽ hỗ trợ, bổ sung lẫn nhau giúp việc dạy và học đạt kết quả cao [20]

1.2.5 Giới thiệu một số phần mềm GIS ứng dụng trong dạy học

Các phần mềm GIS hiện nay được sử dụng rộng rãi và khá phong phú Dưới đây chúng tôi giới thiệu hai phần mềm phổ biến, có nhiều ưu điểm như quản lý dữ liệu chính xác, phân tích đa chiều, và tiện sử dụng

1.2.4.1 Phần mềm ArcGIS Online

ArcGIS Online là một nền tảng thành lập bản đồ hoàn chỉnh, được phát triển dựa trên nền tảng điện toán đám mây, hỗ trợ người dùng tạo và chia sẻ bản đồ của mình cũng như thực hiện các công việc liên quan khác ArcGIS Online do Esri phát triển, hoạt động theo cơ chế của một Phần mềm dịch vụ, đảm bảo tính bảo mật và có thể áp dụng cho các tổ chức với quy mô lớn

ArcGIS hỗ trợ đầy đủ cho những công việc liên quan đến bản đồ, người dùng đều có thể làm được các công việc liên quan đến bản đồ, ứng dụng, thực hiện phân tích, quản trị, cộng tác, v.v Các tính năng này phục vụ cho giải pháp thành lập bản đồ từ đơn giản đến phức tạp, sử dụng phù hợp cho cả cá nhân hoặc các tổ chức Dưới đây là một số tính năng nổi bật của ArcGIS Online:

- Quy mô: ArcGIS Online được phát triển dựa trên nền tảng điện toán đám mây, nên nó được thiết kế phù hợp với từng loại quy mô người dung, tùy theo quy mô mà ArcGIS Online có thể linh hoạt, thay đổi số lượng người dùng

- Ứng dụng dành cho đa dạng người dùng: ArcGIS Online bao gồm các ứng dụng và công cụ hỗ trợ việc thành lập bản đồ, các bộ công cụ hỗ trợ xây dựng ứng dụng giúp người sử dụng có thể chủ động tạo ra bản đồ, ứng dụng của riêng mình Với nguồn dữ liệu phong phú, ArcGIS Online cung cấp thông tin cho đa dạng người sử dụng: từ các nhà nghiên cứu, kinh doanh, kiến trúc… đều có thể tìm thấy dữ liệu liên quan đến vị trí mà mình cần

- Bản đồ sẵn sàng để sử dụng: ArcGIS Online cung cấp nhiều bản đồ nền hữu ích cho các tổ chức, ảnh nền độ phân giải cao cùng với dữ liệu liên tục được cập nhật Hỗ trợ người dùng xây dựng bản đồ 2D, 3D một cách nhanh chóng với chế độ hiển thị built-in map và scene viewer Truy cập bản

đồ và các lớp dữ liệu nhanh chóng với hang trăm nhóm dữ liệu trong living Atlas of the World, bộ sưu tập dữ liệu được xây dựng bởi cộng đồng người dùng sản phẩn của Esri

- Hệ thống mở hỗ trợ quản trị và cập nhật: Môi trường làm việc của ArcGIS Online cung cấp những công cụ thành lập bản đồ chuyên nghiệp nhưng dễ sử dụng và chia sẻ với các thành viên khác Sau đó họ dễ dàng khám phá dữ liệu và tổng hợp thông tin nhằm đưa ra quyết định đúng đắn Bên cạnh đó công cụ quản trị cũng được cung cấp giúp kiểm soát và quản lý các thành viên cũng như nội dung trong đó

- Cuối cùng, ArcGIS Online là một hệ thống được thiết kế với tính bảo mật cao, quyền truy cập bị kiểm soát chặt chẽ Lúc nào bạn cũng có thể truy cập vào những thông tin mới nhất một cách an toàn, riêng tư và tùy chỉnh Kèm theo đó là các cập nhật, cảnh báo, các kinh nghiệm thực tế tốt nhất, cho phép theo dõi tính sẵn sàng của hệ thống và lịch sử trạng thái hoạt động

Hình 1.5 Các tính năng nổi bật của ArcGIS Online

1.2.4.2 Phần mềm MapInfo

Phần mềm MapInfo được sử dụng phổ biến nhất trong công nghệ GIS vì tính tiện dụng, khả năng quản lý dữ liệu chặt chẽ, phân tích chính xác, nhanh, mạnh và yêu cầu cấu hình máy tính bình thường MapInfo là một trong những phần mềm phục vụ cho việc xây dựng và quản lý dữ liệu về địa lý

MapInfo có khả năng xử lí dữ liệu và chứa đựng các đặc tính hiển thị giá trị trên màn hình máy tính Nó có thể mở được các tập tin dữ liệu dạng Excel, nhập vào các tập tin hình ảnh với nhiều dạng thức khác nhau Cuối cùng một đặc tính vượt trội của MapInfo là có thể tự tạo tập tin dữ liệu

MapInfo cho phép xem thông tin trong 3 loại cửa sổ: Map, Browser và Graph Kĩ thuật liên kết của các loại cửa sổ cho phép xem cùng một thông tin trên nhiều cửa sổ khác nhau Khi thay đổi thông tin trong cửa sổ này thì thông tin sẽ được cập nhật tự động sang các cửa sổ khác MapInfo sở hữu một bộ công cụ vẽ bao gồm chức năng hiệu chỉnh và các hàm chức năng hoàn hảo khác trợ giúp trong quá trình lập bản đồ Công cụ Save Workspace cho phép lưu tất cả cửa sổ đang làm việc vào một tập tin duy nhất, để khi mở các cửa sổ cần thiết thì sẽ nhanh chóng, tiết kiệm thời gian và tránh được sai sót MapInfo cho phép xây dựng trang in trong cửa sổ Layout với tập lệnh trợ giúp rất hữu hiệu Các đối tượng địa lí được thể hiện qua MapInfo dưới dạng:

- Đối tượng vùng (Region): Bao phủ một vùng diện tích nhất định như

xã, huyện nhằm thể hiện các đối tượng trong một vùng khép kín

- Đối tượng điểm (Point): Hiển thị vị trí của một đối tượng địa lý cụ thể

- Đối tượng đường (Line): Các đối tượng chạy dài như sông, suối, đường

xá được thể hiện bằng đối tượng đường

- Đối tượng chữ (Text): Dùng để chỉ dán nhãn, đánh dấu tiêu đề cho địa danh hoặc đối tượng cụ thể nào đó

1.3 Thực tr ng ứng dụng công nghệ thông tin trong d y học

Để tìm hiểu thực trạng ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học, mức độ quan tâm đến đổi mới phương pháp dạy học, mức độ sử dụng kênh hình trong dạy học, chúng tôi đã tiến hành phát phiếu điều tra đến 40 giáo viên trên địa bàn tỉnh Hưng Yên (khu vực thành phố Hưng Yên và lân cận) và

80 học sinh tại trường Trung học cơ sở Nguyễn Tất Thành, thành phố Hưng Yên Sau khi thu thập, kết quả như sau:

1.3.1 Thực trạng ứng dụng GIS trong dạy học

a Thực trạng ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học ở THCS

Qua điều tra giáo viên chúng tôi nhận được kết quả 100% GV đều cho rằng ứng dụng CNTT trong dạy học là quan trọng và rất quan trọng

Tuy vậy, qua điều tra học sinh thì kết quả cho thấy có đến 65% thầy/cô giáo không thường xuyên sử dụng công nghệ thông tin trong giảng dạy, chỉ có 13,7% thầy cô rất thường xuyên sử dụng Sự chênh lệch có thể là do GV dù cho rằng việc ứng dụng CNTT là rất quan trọng nhưng việc sử dụng lại mất nhiều thời gian cho chuẩn bị và tổ chức hoạt động, đòi hỏi cơ sở vật chất kỹ thuật tốt

Hình 1.6 Biểu đồ thực trạng ứng dụng CNTT tại trường THCS

b Thực trạng sử dụng kênh hình trong dạy học Sinh học

Kết quả điều tra cho thấy, đa số giáo viên thường xuyên sử dụng hình ảnh trong dạy học, tuy nhiên nguồn hình ảnh còn hạn chế, chủ yếu là hình ảnh tĩnh lấy từ sách giáo khoa hoặc tham khảo trên Internet Rất ít giáo viên quan tâm đến việc tự thiết kế mô hình, hình ảnh, video hoặc hướng dẫn học sinh thiết kế để phục vụ học tập Cụ thể, với hình ảnh từ sách giáo khoa, 88,75% giáo viên thường xuyên lấy hình ảnh từ nguồn này Trong khi đó chỉ có 17% giáo viên thường xuyên tự thiết kế hình ảnh, sơ đồ; 5,15% giáo viên thường xuyên hướng dẫn học sinh tự thiết kế và 76,25% giáo viên không bao giờ hướng dẫn học sinh tự thiết kế

Hình 1.7 Biểu đồ thực trạng sử dụng kênh hình trong dạy học Sinh học

Hình ảnh tĩnh từ SGK Tham khảo Internet Tự thiết kế Hướng dẫn HS thiết kế

không bao giờ Đôi khi Thường xuyên rất thường xuyên

Tìm hiểu thêm về mức độ hứng thú học tập khi sử dụng kênh hình ở học sinh, chúng tôi có nhận được phản hồi rất tích cực, 100% học sinh cho biết mình sẵn sàng hoặc rất sẵn sàng nếu được giao tự thiết kế hình ảnh, mô hình, sơ đồ phục vụ cho bài học

Hình 1.8 Biểu đồ mức độ hứng thú của học sinh với thiết kế hình ảnh, mô

hình phục vụ học tập

1.3.2 Thực trạng ứng dụng GIS ở trường THCS

Kết quả điều tra cả giáo viên và học sinh đều cho thấy đã có sự vận dụng GIS trong giảng dạy và học tập tại trường THCS, chứng tỏ mức độ ảnh hưởng nhất định của việc ứng dụng CNTT vào đổi mới PPDH hiện nay Tuy vậy việc ứng dụng của GIS còn chưa nhiều, đa số giáo viên (71.3%) và học sinh (77.5%) chưa từng sử dụng GIS trong dạy và học (hình 1.8) Thực trạng này là do nhiều nguyên nhân cả khách quan và chủ quan Các yếu tố khách quan có thể kể đến do phần lớn giáo viên được khảo sát là giáo viên trong các

cơ sở công lập, giáo viên có thâm niên trên 10 năm chiếm 37.5% Điều tra được tiến hành tại khu vực thành phố Hưng Yên, không phải thành phố lớn cho nên điều kiện để ứng dụng công nghệ cao còn nhiều hạn chế Thêm vào

đó năng lực CNTT của học sinh là không đồng đều cũng gây không ít khó khăn cho việc ứng dụng công nghệ hiện đại Ngoài ra một số nguyên nhân chủ quan như khả năng vận dụng CNTT của giáo viên cũng chưa nhuần

nhuyễn, tâm lý lo lắng không phân bố được thời gian cho các hoạt động cũng tác động không nhỏ đến tình trạng vận dụng GIS trong dạy học Sinh học

Hình 1.9 Biểu đồ thực trạng sử dụng GIS trong dạy học ở trường THCS

Tiểu kết chương 1

Trong chương 1, chúng tôi đã trình bày tổng quan về cơ sở lý luận và thực tiễn về ứng dụng GIS trong dạy học môn Sinh học Đề tài đã làm được các nội dung chính sau:

Sơ lược lịch sử nghiên cứu GIS trên thế giới và ở Việt Nam Từ đó thấy được tiềm năng ứng dụng GIS trong khoa học và giáo dục Thấy được những

ưu điểm đó, tại Việt Nam đang dần tiếp cận với xu hướng này, đặc biệt trong giáo dục đã có những nghiên cứu và ứng dụng đạt hiệu quả Nghiên cứu được

cơ sở lý luận ứng dụng GIS trong nghiên cứu và giảng dạy, tổng quan mối liên hệ giữa GIS và dạy học theo định hướng STEM

Kết quả điều tra thực trạng vận dụng GIS trong dạy học Sinh học ở một

số trường THCS trên địa bàn tỉnh Hưng Yên, có thể kết luận mặc dù giáo viên đều cho rằng ứng dụng CNTT nói chung và GIS nói riêng trong dạy học là cần thiết và có tiềm năng, tuy nhiên việc ứng dụng vẫn còn chưa thực sự hiệu quả, đặc biệt là trong môn Sinh học

Từ cơ sở lí luận và thực tiễn khẳng định việc vận dụng GIS vào dạy học

là cần thiết và đáp ứng được nhu cầu dạy và học trong thời gian tới

CHƯƠNG 2 VẬN DỤNG HỆ THỐNG THÔNG TIN ĐỊA LÝ TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ GIÁO DỤC BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG

PHẦN SINH VẬT VÀ MÔI TRƯỜNG, SINH HỌC 9

2.1 Phân tích nội dung

2.1.1 Nội dung Sinh học 9

Chương trình Sinh học lớp 9 bao gồm hai phần nội dung kiến thức: Di truyền và biến dị và Sinh vật và môi trường Trong đó Phần Di truyền và biến

dị gồm 36 tiết, bao gồm 5 chương và Phần Sinh vật và môi trường gồm 29 tiết Cụ thể nội dung các chương trong hình 2.1:

Hình 2.1 Nội dung Sinh học 9 THCS

2.1.2 Nội dung Sinh vật và môi trường trong hệ thống kiến thức Sinh học trung học cơ sở

Phần Sinh vật và môi trường được dạy trong học kì II, gồm 29 tiết (chiếm 41,43% thời lượng môn học), được phân bố thành các tiết học theo phân phối chương trình (Bảng 2.1)

Bảng 2.1 Phân phối chương trình phần Sinh vật và môi trường

Tiết PHẦN II: SINH VẬT VÀ MÔI TRƯỜNG

Chương I SINH VẬT VÀ MÔI TRƯỜNG

43 Môi trường và các nhân tố sinh thái

44 Ảnh hưởng của ánh sáng lên đời sống sinh vật

45 Ảnh hưởng của nhiệt độ và độ ẩm lên đời sống sinh vật

46 Ảnh hưởng lẫn nhau giữa các sinh vật

47 Thực hành: Tìm hiểu môi trường và ảnh hưởng của một số nhân tố

sinh thái lên đời sống sinh vật

48 Thực hành: Tìm hiểu môi trường và ảnh hưởng của một số nhân tố

sinh thái lên đời sống sinh vật

CHƯƠNG II HỆ SINH THÁI