Thạc Sĩ Sử dụng phần mềm Geometer's Sketchpad làm phương tiện trực quan trong việc dạy học hình học không gi

Mở đầu

1. Lý do chọn đề tài
1. Trong chương trình THPT, môn Hình học là môn học có tầm quan trọng rất lớn đối với học sinh. Riêng phần Hình học không gian gần như chiếm trọn chương trình Hình học lớp 11 và 12. Điều này phần nào nói lên tầm quan trọng của bộ môn này. Nó không những trang bị cho học sinh những kiến thức cơ bản về hình học không gian mà còn là phương tiện để học sinh rèn luyện các phẩm chất, kỹ năng của tư duy. Trong quá trình vận dụng kiến thức giải các bài tập về chứng minh, dựng hình, quỹ tích học sinh có thể rèn luyện tư duy logic, tư duy thuật toán và tư duy biện chứng. Đặc biệt môn hình học không gian còn giúp cho học sinh rèn luyện tư duy phối cảnh trực quan phẩm chất tư duy rất cần thiết trong các ngành kỹ thuật, kiến trúc, xây dựng.
2. Lênin đã viết “Từ trực quan sinh động đến tư duy trừu tượng, rồi từ tư duy trừu tượng đến thực tiễn. Đó là con đường biện chứng của sự nhận thức chân lý, của sự nhận thức hiện thực khách quan”[7, tr 6].
Chính vì vậy, để tăng tính trực quan trong dạy học nói chung và dạy học toán nói riêng, xu hướng phổ biến hiện nay là xây dựng các phương tiện trực quan và chỉ dẫn phương pháp sử dụng chúng một cách có hiệu quả, nhằm hình thành ở học sinh các hình ảnh cảm tính của đối tượng nghiên cứu, gợi cho học sinh các tình huống có vấn đề, tạo nên sự hứng thú trong các giờ học toán. Với bộ môn Hình học không gian thì yếu tố trực quan lại càng quan trọng. Trong quá trình giảng dạy để giúp học sinh nhận thức đúng và chính xác kiến thức cũng như rèn luyện tư duy không gian phối cảnh ta cần phải đưa ra các biểu tượng trực quan phong phú, chân thực. Phù hợp với quan điểm lấy học sinh làm trung tâm, hiện nay phương pháp dạy học nêu vấn đề đang là xu thế tất yếu. Việc dạy học hình học không gian cần được đặt trong bối cảnh đó.
3. Thực tiễn của việc dạy học Hình học không gian thường gặp hiện nay là thầy giáo chỉ thông qua hệ thống hình vẽ trên bảng để minh họa cho các hình khối 3 chiều. Giáo viên cố gắng sử dụng hệ thống các nét liền, nét đứt với mong muốn làm cho học sinh hiểu được các tính chất hình học 3 chiều. Điều này là cả một vấn đề khó khăn bởi không phải học sinh nào cũng có thể dễ dàng tiếp nhận được các kiến thức, kỹ năng và phương pháp hình học chỉ thông qua cách dạy đó.
Qua thăm dò ý kiến của giáo viên các trường THPT, ta thấy kết quả học tập hình học không gian của học sinh hiện nay còn thấp, lí do chủ yếu là:
+ Học sinh chưa có kỹ năng vẽ hình không gian và hình dung đúng hình không gian thông qua các hình vẽ phẳng.
+ Học sinh chưa có kỹ năng lập luận, trình bày lời giải một cách mạch lạc, có căn cứ.
+ Học sinh chưa biết vận dụng các công thức đã học một cách linh hoạt để tính toán các đại lượng như góc, khoảng cách, diện tích, thể tích.
Đặc biệt, với thói quen tư duy cụ thể, học sinh rất hạn chế về trí tưởng tượng không gian, tư duy logic, tư duy thuật toán .
Chúng ta còn bắt gặp cả ở một số sinh viên thuộc khoa Toán các trường đại học mà kiến thức về hình học nói chung và hình học không gian nói riêng cũng còn nhiều bất cập.
4. Ngày nay khoa học máy tính và công nghệ thông tin đã thâm nhập vào mọi lĩnh vực hoạt động của con người. Riêng đối với ngành toán đã có những phần mềm tương đối hữu dụng và nhiều chương trình chuyên dụng cho từng bộ môn của toán học. Những phần mềm này giúp ích rất nhiều cho việc giảng dạy toán, học toán cũng như ứng dụng toán học vào trong kỹ thuật. Vì thế tại các nước phát triển chúng trở thành cẩm nang của nhiều sinh viên, kỹ sư và các nhà nghiên cứu khoa học. Bên cạnh đó, trong tương lai số tiết học trên lớp sẽ giảm bớt và thay vào đó là quá trình tự học, tự nghiên cứu cùng với sự hỗ trợ của công nghệ thông tin. Chính vì vậy việc sử dụng nhiều loại hình phương tiện trực quan, đáng chú ý là các phần mềm dạy học (Geometer's Sketchpad, PowerPoint, Đồ Thị, Violet, Cabry, Maple .) nhằm hỗ trợ lẫn nhau, thúc đẩy hoạt động nhận thức tích cực của học sinh, góp phần nâng cao chất lượng dạy học môn toán là việc làm hoàn toàn đúng đắn.
5. Qua quá trình nghiên cứu các phần mềm dạy học khác nhau chúng tôi nhận thấy Geometer's Sketchpad tỏ ra là một phần mềm có tính năng vượt trội trong lĩnh vực dạy học hình học. Đây là một phần mềm có chức năng chính là hỗ trợ cho việc dạy và học môn hình học phẳng, đại số và giải tích. Ưu điểm nổi bật của phần mềm này là nó có thể làm cho các đối tượng chuyển động. Khai thác ưu điểm này chúng tôi có ý tưởng xây dựng nên một hệ trục toạ độ không gian, trong đó ta có thể dựng nên các mô hình không gian mang tính trực quan hơn rất nhiều so với hình vẽ phẳng thông thường. Hơn thế nữa, với tính năng động của nó, ta còn có thể xoay chuyển các mô hình dựng được theo nhiều góc độ khác nhau làm tăng tính trực quan cho các mô hình.
Liên hệ điều này với các khó khăn đã nêu trong việc dạy học hình học không gian chúng tôi nhận thấy việc sử dụng phần mềm có thể sẽ giúp cho giáo viên trình bày các minh hoạ với chất lượng cao, giảm bớt thời gian làm những công việc vụn vặt, thủ công, dễ nhầm lẫn. Nhờ đó, giáo viên có điều kiện để đi sâu vào các vấn đề bản chất của bài giảng. Điều này sẽ góp phần nâng cao hiệu quả của quá trình dạy học lên một cách rõ nét.
Xuất phát từ những lí do trên chúng tôi lựa chọn đề tài cho luận văn của mình là:
“Sử dụng phần mềm Geometer's Sketchpad làm phương tiện trực quan trong việc dạy học hình học không gian 11 (Thể hiện qua chương III - Quan hệ vuông góc)”.

2. Câu hỏi nghiên cứu
Luận văn có nhiệm vụ giải quyết các câu hỏi:
1. Trong dạy học hình học không gian 11 ta có thể sử dụng các dạng phương tiện trực quan nào?
2. Phần mềm Geometer's Sketchpad có những ưu thế gì trong giảng dạy hình học không gian so với những công cụ trực quan khác?
3. Làm thế nào để sử dụng phần mềm Geometer's Sketchpad vào việc thiết kế bài giảng để dạy học phần hình học không gian 11 một cách có hiệu quả?

3. Nhiệm vụ nghiên cứu
1. Hệ thống hóa cơ sở lý luận và thực tiễn dạy học hình học trong mối liên hệ với vai trò và chức năng của phương tiện trực quan trong dạy học toán.
2. Nghiên cứu các chức năng của phần mềm Geometer's Sketchpad từ đó làm bật lên ưu thế của nó trong việc dạy học toán nói chung và dạy học hình học không gian nói riêng.
3. Thực hành ứng dụng phần mềm Geometer's Sketchpad vào trong dạy học hình học không gian (thể hiện qua chương III - Quan hệ vuông góc)
4. Tiến hành thực nghiệm sư phạm kiểm tra tính khả thi và hiệu quả của việc sử dụng phần mềm Geometer's Sketchpad làm phương tiện trực quan trong dạy học hình học không gian 11.

4. Phương pháp nghiên cứu
1. Nghiên cứu các tài liệu về cơ sở tâm lý học, giáo dục học, phương pháp dạy học toán và sách giáo khoa, sách giáo viên, sách tham khảo có liên quan đến đề tài nghiên cứu .
2. Xem xét tình hình sử dụng các công cụ trực quan trong dạy học hình học nói chung và hình học không gian nói riêng ở các trường phổ thông hiện nay và so sánh với mức độ phát triển của nền khoa học công nghệ.
3. Đọc các tài liệu về các phần mềm hỗ trợ dạy học, đặc biệt là phần mềm Geometer's Sketchpad kết hợp xem xét tình hình phát triển của phần mềm trên các Website chuyên ngành.
4. Nghiên cứu việc ứng dụng phần mềm Geometer's Sketchpad vào dạy học hình học không gian nhằm tăng tính trực quan của quá trình dạy học.
5. Thông qua thực nghiệm sư phạm kiểm chứng có so sánh kết quả giữa các lớp thực nghiệm và các lớp đối chứng nhằm xem xét tính hiệu quả của việc sử dụng phần mềm Geometer's Sketchpad làm phương tiện trực quan trong dạy học hình học không gian 11.

5. Giả thuyết khoa học
Qua nghiên cứu các công cụ của phần mềm Geometer's Sketchpad, chúng tôi cho rằng nếu được chỉ dẫn phương pháp sử dụng phần mềm Geometer's Sketchpad làm phương tiện trực quan một cách hợp lý thì sẽ góp phần giúp giáo viên nâng cao chất lượng dạy học hình học không gian 11.

6. Cấu trúc luận văn
Mở đầu.
1. Lý do chọn đề tài
2. Câu hỏi nghiên cứu
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
4. Phương pháp nghiên cứu
5. Giả thuyết khoa học
6. Cấu trúc luận văn
Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn.
1.1 Khái niệm và tầm quan trọng của phương tiện trực quan trong quá trình dạy học.
1.2 Vai trò và chức năng của phương tiện trực quan trong quá trình dạy học.
1.3 Các yêu cầu của quá trình sử dụng phương tiện trực quan vào trong việc dạy học.
1.4 Mục đích, yêu cầu, nội dung và phương pháp dạy học hình học không gian ở trường phổ thông.
1.5 Xác định các dạng phương tiện trực quan trong dạy học hình học không gian.
1.6 Những yêu cầu đối với một phần mềm dạy học.
1.7 Thực trạng của việc sử dụng dụng cụ trực quan trong giảng dạy hình học không gian hiện nay ở các trường THPT.
Chương 2: Sử dụng phần mềm Geometer's Sketchpad làm phương tiện trực quan trong quá trình dạy học hình học không gian 11.
2.1 Các nguyên tắc của việc xây dựng và sử dụng các phương tiện trực quan trong quá trình dạy học.
2.2 Sự hợp lý của việc sử dụng công nghệ thông tin vào quá trình dạy học.
2.3 Tổng quan về phần mềm Geometer's Sketchpad.
2.4 Sử dụng các công cụ phẳng của phần mềm Geometer's Sketchpad để xây dựng hệ toạ độ không gian.
2.5 Sử dụng phần mềm Geometer's Sketchpad làm phương tiện trực quan trong quá trình dạy học hình học không gian 11 (Thể hiện qua chương III - Quan hệ vuông góc).
Chương 3: Thực nghiệm sư phạm
3.1 Mục đích thực nghiệm
3.2. Tổ chức và nội dung thực nghiệm
3.3. Đánh giá kết quả thực nghiệm
3.4. Kết luận chung về thực nghiệm sư phạm
Kết luận.
Tài liệu tham khảo và trích dẫn.
Phụ lục.