Báo Cáo Sử dụng phần mềm cabri ii plus trong dạy học mô hình hóa bằng hàm số một số nội dung giải tích lớp 1

SỬ DỤNG PHẦN MỀM CABRI II PLUS TRONG


DẠY HỌC MÔ HÌNH HÓA BẰNG HÀM SỐ MỘT SỐ


NỘI DUNG GIẢI TÍCH LỚP 12, THPT










I. DẪN NHẬP
Hàm số là khái niệm quan trọng trong toán học hiện đại và trong nội dung dạy học (DH) toán ở trường phổ thông tại Việt Nam. Nội dung hàm số được đưa vào giảng dạy cho học sinh (HS) ở hầu hết các lớp ở trường phổ thông (PT) như các lớp 7, 9, 10, 11, 12. Đặc biệt, ở lớp 12, nội dung này được đưa vào giảng dạy với thời lượng khoảng 40% so với cả chương trình (CT) Giải tích 12. Mặt khác, các câu hỏi về hàm số như khảo sát và vẽ đồ thị hàm số, cực trị của hàm số luôn có mặt trong tất cả các đề thi tốt nghiệp phổ thông và đề thi tuyển sinh đại học, cao đẳng. Nhiều nghiên cứu đã chỉ ra rằng HS gặp khá nhiều khó khăn khi bắt đầu vào học nội dung này.
Các bài toán thực tế xuất hiện ngày càng nhiều trong DH toán, vật lý, hóa học và sinh học. Trong DH ở trung học phổ thông (THPT), khi cần đến một sự hình thức hóa toán học để hỗ trợ nghiên cứu các bài toán thực tế, sự hình thức hóa này được điều khiển qua các mô hình toán học. Trong việc mô hình hoá hàm số, có nhiều bài toán thể hiện chúng như: bài toán tính diện tích, bài toán chuyển động, bài toán tính thể tích. Chúng tôi chọn bài toán tính diện tích để minh hoạ cho việc DH mô hình hoá hàm số của đề tài.
Hiện nay có nhiều công cụ hiện đại như phần mềm, máy tính bỏ túi có thể hỗ trợ việc mô hình hóa. Vậy tác động phản hồi từ môi trường truyền thống giấy bút - thước kẻ trong DH mô hình hoá như thế nào? Tác động phản hồi từ môi trường tích hợp công nghệ thông tin (CNTT) như các phần mềm DH ra sao?
Sách giáo khoa (SGK) hiện nay chưa có các hoạt động với phần mềm DH. Tuy nhiên trong thực tế giảng dạy ở nhiều trường phổ thông hiện nay, các phần mềm DH bước đầu được nhiều giáo viên (GV) quan tâm sử dụng như Cabri, Geospace, Song “việc sử dụng chỉ dừng ở mức độ minh hoạ tính chất và mô phỏng chuyển động của hình trong các bài giảng điện tử của môn hình học”. (Nguyễn Chí Thành, 2007).
Trong các phần mềm dạy học Cabri II Plus lôi cuốn các tác giả đề tài nhiều nhất bởi nó có một giao diện thân thiện với các biểu tượng, câu lệnh dễ nhớ. Cabri II Plus là một vi thế giới đã được Việt hoá, có tính tương tác cao, có thể tạo ra hình vẽ trực quan, và những hình ảnh này dễ dàng thay đổi vị trí bằng các thao tác “rê” chuột. Điều này đặt ra câu hỏi về việc làm thế nào có

thể nâng cao vai trò của phần mềm DH Cabri II Plus trong DH Toán ở trường phổ thông tại Việt
Nam.


Hiện nay đã có một số nghiên cứu về sử dụng phần mềm Cabri trong DH Toán của một số sinh viên như Trịnh Thanh Thùy (K46), Nguyễn Thị Thu (K46), Nguyễn Đức Thắng (Cao học Toán, 2007), Nguyễn Thị Xuân (Cao học Toán 2007) tuy nhiên chưa có nghiên cứu về sử dụng phần mềm trong dạy học mô hình hóa hàm số.
Những ghi nhận ban đầu nêu trên đưa chúng tôi đến một số nhiệm vụ nghiên cứu sau:
1. Xác định những tình huống và dạng bài tập về mô hình hoá hàm số trong CT Toán PT, SGK 2006.
2. Sử dụng phần mềm này để xây dựng nội dung DH các bài toán liên quan đến mô hình hoá khái niệm hàm số như tính diện tích.
3. Thực nghiệm một số giáo án đề xuất trong nghiên cứu.
Để thực hiện các nhiệm vụ này, chúng tôi dự sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau:
‐ Phân tích CT và (SGK), sách giáo viên Đại số 10, Giải tích 12, tài liệu hướng dẫn giảng dạy trong CT được thực hiện từ năm 2006.
‐ Xây dựng thực nghiệm trên môi trường giấy bút truyền thống và trên phần mềm Cabri
để biết được tác động từ môi trường trong việc DH mô hình hoá hàm số.
CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI
Mô hình là một đối tượng cụ thể nào đó dùng thay thế cho một nguyên bản tương xứng để có thể giải quyết một nhiệm vụ nhất định trên cơ sở sự đồng dạng về cấu trúc và chức năng. Mô hình toán học là một mô hình biểu diễn toán học của những mặt chủ yếu của một nguyên bản theo một nhiệm vụ nào đó, trong phạm vi giới hạn, với một độ chính xác vừa đủ và trong dạng thích hợp cho sử dụng. Cụ thể hơn, mô hình toán học là các công thức để tính toán các quá trình hoá học, vật lý, sinh học, được mô phỏng từ hệ thống thực.






























Quá trình mô hình hoá toán học được minh hoạ bằng sơ đồ sau:






Phạm vi ngoài toán học



Hệ thống, tình huống cần giải quyết (bài toán có nội dung thực tiễn)

Câu trả lời cho bài toán có nội dung thực tiễn




Sự chuyển đổi phạm
vi và hệ



(1) (5)




Bài toán phỏng Câu trả lời



Sự chuyển đổi phạm
vi và































Quy trình mô hình hoá một hệ ngoài toán học, Coulange (1997) (trích dẫn trong Nguyễn Chí Thành (2007)
Bước (1): Tiến hành mô tả các vấn đề bản chất của một hệ thống, tình huống cần giải quyết (bài toán có nội dung thực tiễn) để đưa vào một bài toán phỏng thực tiễn (BTPTT) bằng cách: loại bỏ những chi tiết không quan trọng làm cho bài toán có nội dung thực tiễn trở nên dễ hiểu và dễ nắm bắt hơn. Từ đó, xác định các yếu tố, khía cạnh cốt lõi của hệ thống. Rút ra những mối liên hệ, điều kiện, ràng buộc liên quan đến các yếu tố cốt lõi của hệ thống.
Bước (2): Chuyển từ một BTPTT thành bài toán toán học (BTTH) bằng cách sử dụng hệ thống biểu đạt, công cụ toán học. Như vậy, mô hình hóa toán học là trừu tượng hóa dưới dạng ngôn ngữ toán học của hiện tượng thực tế, cần phải được xây dựng sao cho việc phân tích nó cho phép ta hiểu được bản chất của hiện tượng. Mô hình toán học thiết lập các mối liên hệ giữa các biến số và các tham số điều khiển hiện tượng. Như vậy, sau hai bước đầu ta đã phát biểu được bài toán cần giải.
Bước (3): Tìm và áp dụng các công cụ toán học để giải BTTH.


Bước (4): Nhìn lại các thao tác đã làm ở bước (2) để chuyển ngược lại từ câu trả lời của BTTH sang câu trả lời cho BTPTT.
Trong bước này cần phải xác lập mức độ phù hợp với mô hình lí thuyết với vấn đề thực tế mà nó mô tả. Để thực hiện bước này, có thể làm thực nghiệm hoặc áp dụng phương pháp phân tích chuyên gia.
Ở đây có 2 khả năng :
Khả năng 1. Các kết quả tính toán phù hợp với thực tế. Khi đó có thể áp dụng nó vào việc giải quyết vấn đề thực tế đặt ra.
Khả năng 2. Các kết quả tính toán không phù hợp với thực tế. Trong trường hợp này cần phải xem xét các nguyên nhân của nó. Nguyên nhân đầu tiên có thể do các kết quả tính toán trong bước 3 là chưa có đủ độ chính xác cần thiết. Khi đó cần phải xem lại các thực tế cũng như các CT tính toán trong bước này. Một nguyên nhân khác rất có thể là do mô hình xây dựng chưa phản ánh được đầy đủ hiện tượng thực tế. Nếu vậy, cần phải rà soát lại bước 1, trong việc xây dựng mô hình định tính có yếu tố hoặc quy luật nào bỏ xót không ? Cuối cùng, cần phải xem xét hoặc xây dựng lại mô hính toán học ở bước 2.

Bước (5): Phân tích kết quả thu được từ BTPTT, nhìn lại những gì đã làm ở bước (1) để chuyển từ câu trả của BTPTT sang câu trả lời cho bài toán có nội dung thực tiễn.
Như vậy, quá trình mô hình hoá toán học đã khai thác việc sử dụng mô hình toán học kết hợp với sự chuyển đổi phạm vi và hệ thống biểu đạt. Điều đó đã tạo nên thế mạnh của quá trình mô hình hoá toán học: giải quyết được nhiều vấn đề phức tạp, đa dạng trong nhiều phạm vi ngoài toán học.
Theo Lê Văn Tiến (2006), DH mô hình hoá là DH cách thức xây dựng mô hình toán học của thực tiễn, nhắm tới trả lời cho những câu hỏi, vấn đề nảy sinh từ thực tiễn. Từ đó, một quy trình DH tương ứng có thể là: DH tri thức toán học lý thuyết → vận dụng các tri thức này vào việc giải các bài toán thực tiễn và do đó vào việc xây dựng mô hình của thực tiễn. Tuy nhiên, quy trình này làm mất đi vai trò động cơ của các bài toán thực tiễn và do đó làm mất đi nguồn gốc thực tiễn của các tri thức toán học: tri thức toán học không còn nảy sinh từ nhu cầu giải quyết các bài toán thực tiễn. Quan niệm “DH bằng mô hình hoá” cho phép khắc phục khiếm khuyết này. Theo quan niệm này, vấn đề là DH toán thông qua DH mô hình hoá. Như vậy, tri thức toán học cần giảng dạy sẽ nảy sinh qua quá trình giải quyết các bài toán thực tiễn. Quy trình DH tương ứng có thể là: Bài toán thực tiễn → Xây dựng mô hình toán học → Câu trả lời cho bài toán thực tiễn → Tri thức cần giảng dạy → Vận dụng tri thức này vào giải các bài toán thực tiễn.
II. KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU
Kết quả phân tích CT và SGK, sách giáo viên Đại số 10, Giải tích 12, tài liệu hướng dẫn giảng dạy trong CT được thực hiện từ năm 2006
Ở phần này, các tác giả đề tài tập trung đến một số bài toán diện tích trong CT toán phổ
thông.
Trong Đại số-Giải tích, người ta sử dụng “đường cong - đồ thị hàm số” như một công cụ hữu hiệu để nghiên cứu hàm số. Nghiên cứu này chỉ tập trung nghiên cứu các vấn đề về hàm số, đồ thị kết hợp với DH mô hình hoá hàm số thông qua bài toán tính diện tích. Chúng được trình bày chủ yếu trong các SGK Đại số 10, Giải tích 12.
Một ví dụ bài toán thực tế mà SGK Đại số10 Nâng cao (Bài 37, trang 60) đưa ra như sau:
Bài toán bóng đá: Khi một quả bóng được đá lên, nó sẽ đạt đến độ cao nào đó rồi rơi xuống. Biết rằng quỹ đạo của quả bóng là một cung parabol trong mặt phẳng với hệ trục toạ độ Oth, trong đó t là thời gian (tính bằng giây), kể từ khi quả bóng được đá lên; h là độ cao (tính bằng mét) của quả bóng. Giả thiết rằng quả bóng được đá từ độ cao 1,2m. Sau đó 1 giây, nó đạt đến độ cao 8,5m và 2 giây sau khi đá lên, nó ở độ cao 6m.
a) Hãy tìm hàm số bậc hai biểu thị độ cao h theo thời gian t và có phần đồ thị trùng với quỹ đạo của quả bóng trong tình huống trên.
b) Xác định độ cao lớn nhất của quả bóng (tính chính xác đến hàng phần nghìn).
c) Sau bao lâu thì quả bóng sẽ chạm đất kể từ khi đá lên(tính chính xác đến hàng phần trăm).
Nhận xét: Tất cả các bài toán thực tế của hai chương trong SGK có chung đặc điểm như sau: Dữ
liệu bài toán vừa đủ, không thừa, không thiếu. Trong các bài toán này, vấn đề chọn biến để tìm ra

được công thức của hàm số thì đề bài đã chọn sẵn, HS không có nhiệm vụ chọn biến. Ngoài ra, mỗi bài toán đều có hình vẽ minh họa trong hệ trục tọa độ vuông góc.
Từ đó cho thấy, năm bước của quá trình mô hình hoá đã phần nào được CT, SGK quan tâm. Nhưng thực tế cho thấy nó bị xem nhẹ và không là mục tiêu nhắm đến của chương, chúng chỉ mang nặng tính hình thức. Tham chiếu với năm bước của quá trình mô hình hoá một bài toán thực phỏng thực tế, ta thấy:
Bước 1: Những bài toán thực tế được đưa ra chỉ là những bài toán toán học hoặc phỏng thực tế nên bước 1 không có điều kiện xuất hiện.
Bước 2: Việc chuyển từ bài toán phỏng thực tế sang bài toán toán học (hàm số bậc hai) chỉ
mang tính hình thức.
Bước 3: Việc giải bài toán toán học được chú trọng đến cả chi tiết tiến trình giải lẫn kết quả. Trong khi chỉ cần kết quả đúng để cung cấp cho bài toán phỏng thực tế.
Bước 4: Khâu chuyển từ kết quả của bài toán toán học sang bài toán phỏng thực tế thường chỉ mang tính hình thức: kết quả đa phần là trùng nhau. Bài toán phỏng thực tế bao giờ cũng có nghiệm.