Tóm tắt Luận án tiến sĩ Khoa học giáo dục: Xây dựng và sử dụng WebGIS mã nguồn mở trong dạy học Địa lí 12 trung học phổ thông

Chia sẻ: Phong Tỉ | Ngày: | Loại File: DOCX | Số trang:29

Thêm vào BST

Báo xấu

50
lượt xem 5
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích cơ bản của luận án này là tổng quan cơ sở lí luận và thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng WebGIS mã nguồn mở trong dạy học Địa lí. Xác định những yêu cầu, nguyên tắc xây dựng và sử dụng WebGIS trong dạy học Địa lí 12 trung học phổ thông (THPT). Xây dựng quy trình và thiết kế WebGIS.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt Luận án tiến sĩ Khoa học giáo dục: Xây dựng và sử dụng WebGIS mã nguồn mở trong dạy học Địa lí 12 trung học phổ thông

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI * NGUYỄN THANH XUÂN XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG WEBGIS MÃ NGUỒN MỞ TRONG DẠY HỌC ĐỊA LÍ 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Chuyên ngành: Lí luận và Phương pháp dạy học bộ môn Địa lí Mã số: 9.14.01.11 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC
Hà Nội, 2019 CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI Người hướng dẫn khoa học: 1. GS.TS Nguyễn Viết Thịnh 2. PGS.TS Đặng Văn Đức 2
Phản biện 1: PGS.TS Trịnh Lê Hùng Học viện Kỹ thuật Quân sự Phản biện 2: PGS.TS Ngô Quang Sơn Học viện Dân tộc Phản biện 3: PGS.TS Đỗ Vũ Sơn Trường ĐHSP Đại học Thái Nguyên Luận án sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận án cấp Trường họp tại Trường Đại học Sư phạm Hà Nội vào hồi …..giờ … ngày … tháng… năm… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: Thư viện Quốc gia Việt Nam Thư viện Trường Đại học Sư phạm Hà Nội
4 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Bản đồ nói chung, bản đồ giáo khoa nói riêng có vai trò rất quan trọng trong dạy học địa lí. Các loại bản đồ giáo khoa hiện hành được in trên giấy và tồn tại một số đặc điểm: tính cập nhật có độ trễ khá lớn; các đối tượng, hiện tượng phải được khái quát hóa phù hợp với tỉ lệ in, khó mở rộng khối lượng kiến thức trên bản đồ; người dùng gặp bất tiện khi muốn tra cứu hay tìm hiểu các nội dung trên bản đồ mà không mang theo bản đồ. Việc có thêm một hệ thống bản đồ giáo khoa dạng dữ liệu số, lưu trữ, cập nhật trực tuyến, dùng phối hợp với các nguồn bản đồ hiện có, sẽ khắc phục được những hạn chế trên, tạo nhiều thuận lợi cho người dạy và người học. Việc đổi mới phương pháp dạy học ở trường phổ thông, trong đó có môn Địa lí là nhiệm vụ và cũng là giải pháp quan trọng nhằm thực hiện công cuộc đổi mới căn bản toàn diện giáo dục của nước ta. Việc đẩy mạnh ứng dụng công nghệ trong dạy học, tạo môi trường tương tác hiện đại cho học sinh sẽ góp phần quan trọng trong việc đào tạo thế hệ "công dân toàn cầu", phù hợp với yêu cầu của kỷ nguyên cách mạng công nghiệp 4.0. Sự phát triển của khoa học công nghệ và Internet đã cho ra đời WebGIS. Ứng dụng này bước đầu đã được sử dụng ở nhiều lĩnh vực của đời sống, kinh tế, xã hội trong đó có giáo dục. WebGIS xây dựng bằng mã nguồn mở có thể là hướng đi thích hợp, góp phần đổi mới phương pháp dạy học, nâng cao hiệu quả, năng lực ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học địa lí. Địa lí 12 trung học phổ thông là môn học giúp học sinh có kiến thức cơ bản về địa lí Việt Nam. Hệ thống các bản đồ dùng trong dạy học Địa lí 12 chủ yếu là bản đồ in trong sách giáo khoa, bản đồ giáo khoa treo tường và atlat địa lí Việt Nam. Giáo viên có thể tìm kiếm thêm nguồn tư liệu bản đồ từ ứng dụng Google maps và các website khác nhưng WebGIS dành riêng cho dạy học Địa lí 12 thì chưa thấy tác giả nào công bố. Từ những lí do trên, tác giả đã lựa chọn đề tài “Xây dựng và sử dụng WebGIS mã nguồn mở trong dạy học Địa lí 12 trung học phổ thông”. 2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 2.1. Mục tiêu nghiên cứu
5 Xây dựng quy trình, thiết kế WebGIS bằng mã nguồn mở, thực hiện một số bản đồ mẫu trên WebGIS va s ̀ ử dụng trong dạy học Địa lí 12 nhăm góp ph ̀ ần nâng cao hiệu quả dạy học địa lí ở trường trung học phổ thông theo hướng phát triển năng lực học sinh. 2.2. Nhiệm vụ nghiên cứu Tổng quan cơ sở lí luận và thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng WebGIS ma nguôn m ̃ ̀ ở trong dạy học Địa lí; Xác định những yêu cầu, nguyên tắc xây dựng và sử dụng WebGIS trong dạy học Địa lí 12 trung học phổ thông (THPT); Xây dựng quy trình và thiết kế WebGIS; Sử dụng WebGIS trong dạy học Địa lí lớp 12 THPT; Thực nghiệm sư phạm để kiểm chứng tính khả thi va hiêu qua c ̀ ̣ ̉ ủa việc sử dụng WebGIS trong dạy học Địa lí 12 trung học phổ thông. 3. Đối tượng và giới hạn phạm vi nghiên cứu 3.1. Đối tượng nghiên cứu Nghiên cứu quy trình xây dựng WebGIS; ứng dụng mã nguồn mở để xây dựng WebGIS; sử dụng WebGIS trong dạy học Địa lí 12 THPT. 3.2. Giới hạn phạm vi nghiên cứu Trong khuôn khổ luận án, chỉ xây dựng một số bản đồ mẫu trên WebGIS để dạy học 03 bài trong chương trình Địa lí 12 THPT (các bài 13, 24 và 30); Sử dụng WebGIS trong dạy học 3 bài nêu trên; Thực nghiệm sư phạm cũng chỉ giới hạn tại 04 trường THPT thuộc Hà Nội, Thái Bình, Hưng Yên, Thái Nguyên. 4. Giả thuyết khoa học Nếu sử dụng hợp lí sản phẩm WebGIS mã nguồn mở trong dạy học Địa lí lớp 12 thì sẽ phát huy được tính tích cực, phát triển năng lực học sinh, góp phần đổi mới phương pháp, nâng cao hiệu quả dạy học môn Địa lí ở trường phổ thông. 5. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu 5.1. Trên thế giới Trong phần này có điểm qua các công trình về bản đồ và thành lập và sử dụng bản đồ trong dạy học địa lí của các học giả Nga, như V.P. Budanov (1948), A.A.Borzov (1949), N.N. Baranxki (1960), Borden D. Dent (1999); Slocum (1999); A.M. Berliant (2004); K.A. Xalisev (b ản dịch 2005). Từ cuối thế kỷ XX, sự phát triển và bùng nổ của khoa học kỹ thuật và công nghệ đã dẫn đến sự ra đời của dạng bản đồ mới bản đồ số (digital map). Đây chính là một tiền đề quan trọng, tạo một bước nhảy
6 vọt trong việc xây dựng và sử dụng bản đồ. Một số nghiên cứu nổi bật như: Denis Wood, John Fels (1992); A.H. Robinson và nnk (1995); M.J. Kraak và F.J. Ormeling (1996); Allan Brown (2001); Alan M. MacEachren (2004); M.P. Peterson (2005); E. Stefanakis và nnk (2006); W. Cartwright và nnk (2007),… Các công trình đã trình bày việc sử dụng công nghệ và khoa học kỹ thuật trong xây dựng và sử dụng bản đồ, đồng thời đưa ra những phân tích, so sánh tính ưu việt của bản đồ điện tử, bản đồ đa phương tiện so với bản đồ truyền thống. Các tác giả cũng đưa ra các khái niệm nền tảng về loại hình bản đồ trên nền web, trên Internet. WebGIS mã nguồn mở thực sự nở rộ khi các nền tảng công nghệ máy chủ bản đồ (Map Server) mã nguồn mở ra đời, cùng với sự phát triển của các ứng dụng, phần mềm mã nguồn mở liên quan đến GIS và Web. WebGIS ngày càng được ứng dụng rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực của cuộc sống, phục vụ phát triển kinh tế xã hội. Trong lĩnh vực giáo dục, WebGIS cũng sớm được ứng dụng vào giảng dạy tại nhiều quốc gia. 5.2. Tại Việt Nam Trong phần này tổng quan về các công trình của các chuyên gia về bản đồ học và bản đồ giáo khoa như Ngô Đạt Tam (1968); Phạm Ngọc Đĩnh, Vũ Tuấn Cảnh, Lâm Quang Dốc, Lê Huỳnh, Hoàng Xuân Lính, Đỗ Thị Minh Tính (1976); Lê Huỳnh Lê Ngọc Nam (2001); Lâm Quang Dốc Phạm Ngọc Đĩnh, Vũ Bích Vân, Nguyễn Minh Ngọc (2005); Lâm Quang Dốc (2009)… Đồng thời cũng điểm qua các công trình của các chuyên gia về lí luận và phương pháp dạy học Địa lí vể phương pháp sử dụng bản đồ để nâng cao chất lượng dạy học địa lí ở trường phổ thông, như Nguyễn Dược, Nguyễn Trọng Phúc (2001), Mai Xuân San (2001), ̣ Đăng Văn Đ ức, Nguyên Thu Hăng (2003), Nguy ̃ ̀ ễn Đức Vũ (2006). Trong số các đề tài xây dựng bản đồ trực tuyến hay WebGIS có thể kể đến các công trình của Lê Quốc Hưng (2005), Trần Quốc Bình (2010), Võ Anh Tuấn (2012), Trần Vân Anh và Mai Văn Sỹ (2013). Các công trình trên hoặc là tiếp cận các vấn đề vĩ mô như chia sẻ dữ liệu không gian, cơ sở hạ tầng dữ liệu quốc gia ho ặc là trực tiếp xây dựng các ứng dụng WebGIS phục vụ phát triển kinh tế xã hội, du lịch, quản lý tài nguyên, … Cho đến hiện tại tác giả chưa tiếp cận được các công trình nghiên cứu về WebGIS ứng dụng trong dạy học nói chung, dạy học Địa lí nói riêng. 6. Quan điểm và phương pháp nghiên cứu
7 6.1. Quan điểm nghiên cứu Luận án được thực hiện dựa trên những quan điểm: Quan điểm hệ thốngcấu trúc; quan điểm dạy học lấy học sinh làm trung tâm; quan điểm công nghệ dạy học, quan điểm dạy học theo định hướng phát triển năng lực. 6.2. Phương pháp nghiên cứu Các phương pháp nghiên cứu chính được sử dụng trong luận án là: phương pháp thu thập, phân tích và tổng hợp tài liệu; phương pháp Graph (sơ đồ hóa); phương pháp bản đồ và ứng dụng hệ thống thông tin địa lí; phương pháp chuyên gia; phương pháp điều tra, khảo sát; phương pháp thực nghiệm sư phạm; phương pháp thống kê toán học. 7. Những đóng góp mới của luận án 7.1.Về mặt lý luận Tổng quan cơ sở lý luận của việc xây dựng và sử dụng WebGIS mã nguồn mở trong dạy học, vận dụng vào dạy học Địa lí 12 THPT; Xać ̣ đinh nh ưng yêu câu va nguyên tăc xây d ̃ ̀ ̀ ́ ựng WebGIS bằng mã nguồn mở trong dạy học Địa lí 12 THPT; Đề xuất quy trình xây dựng và sử dụng WebGIS trong dạy học Địa lí 12 THPT. 7.2.Về mặt thực tiễn Đánh giá hiện trạng sử dụng phương tiện và ứng dụng CNTT&TT trong dạy học Địa lí 12 THPT; Xây dựng được sản phẩm WebGIS và tổ chức dạy học Địa lí 12 THPT bằng WebGIS theo hướng phát triển năng lực của HS; Tiến hành thực nghiêm s ̣ ư pham ̣ ở trương THPT, qua đó ̀ chứng minh được tính khả thi và tính hiệu quả của việc sử dụng WebGIS trong dạy học Địa lí 12 THPT. 8. Cấu trúc của luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận, nội dung chính của luận án gồm 3 chương. Chương 1: Cơ sở lí luận và thực tiễn của việc xây dựng và sử dụng WebGIS mã nguồn mở trong dạy học Địa lí 12 trung học phổ thông; Chương 2: Quy trình xây dựng và sử dụng WebGIS mã nguồn mở trong dạy học Địa lí lớp 12 trung học phổ thông; Chương 3: Thực nghiệm sư phạm. Ngoài ra còn có danh mục tài liệu tham khảo, danh mục hình, danh mục bảng và các phụ lục. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN
8 CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG WEBGIS MÃ NGUỒN MỞ TRONG DẠY HỌC ĐỊA LÍ 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 1.1. Nhưng vân đê chung vê đ ̃ ́ ̀ ̀ ổi mới giáo dục phổ thông 1.1.1. Đôi m ̉ ơi ch ́ ương trinh giao duc phô thông ̀ ́ ̣ ̉ Chương trình giáo dục phổ thông mới được xây dựng theo định hướng phát triển phẩm chất và năng lực của người học; nhấn mạnh vai trò của người học với tư cách chủ thể của hoạt động nhận thức, phát triển toàn diện các phẩm chất nhân cách, hình thành và phát triển các năng lực (NL) chung và năng lực đặc thù gắn với môn học. Trong dạy học môn Địa lí, cần hình thành và phát triển ở HS các NL chung và các NL đặc thù địa lí: NL nhận thức khoa học địa lí, NL tìm hiểu địa lí, NL vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học. 1.1.2. Đôi m ̉ ơi v ́ ề phương pháp, hinh th ̀ ưc d ́ ạy học và đánh giá kết quả học tập Về phương phaṕ daỵ hoc, ̣ giáo viên (GV) tiếp tục áp dụng các phương pháp tích cực hoá hoạt động của người học, đóng vai trò tổ chức, hướng dẫn hoạt động cho HS. Trong dạy học Địa lí, GV cần tăng cường sử dụng các phương pháp dạy học đề cao chủ thể HS. Đồng thời, GV cần sử dụng có hiệu quả phương tiện dạy học và CNTT. GV cần khuyến khích và tạo điều kiện, môi trường học tập thuận lợi cho HS khai thác thông tin từ Internet để phục vụ học tập; rèn luyện cho HS kĩ năng xử lí, trình bày thông tin địa lí bằng CNTT&TT. Về hình thức tổ chức dạy học: Đa dạng hoá hình thức tổ chức học tập, coi trọng cả dạy học trên lớp và các hoạt động xã hội, trải nghiệm sáng tạo, tập dượt nghiên cứu khoa học. Phối hợp chặt chẽ giáo dục nhà trường, giáo dục gia đình và giáo dục xã hội. ̀ ểm tra, đánh giá: Đa dạng hoá trong đánh giá, sử dụng nhiều Vê ki hình thức và công cụ đánh giá khác nhau. Cần xác định rõ các biểu hiện cụ thể của phẩm chất và năng lực để đánh giá NL của học sinh được chính xác. Vận dụng các quan điểm chỉ đạo và định hướng đổi mới nêu trên, tác giả nghiên cứu xây dựng WebGIS hỗ trợ dạy học Địa lí 12 THPT nhằm tạo phương tiện dạy học và tăng cường ứng dụng CNTT trong dạy và học. Sản phẩm được thiết kế theo hướng có thể đa dạng hóa các hình thức tổ chức dạy học, góp phần hình thành và phát triển NL của HS.
9 1.2. Ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy học địa lí 1.2.1. Khái niệm CNTT&TT là thuật ngữ chỉ chung cho tập hợp các ngành khoa học và công nghệ liên quan đến khái niệm thông tin, các quá trình xử lý thông tin và truyền bá thông tin. Theo nghĩa đó, CNTT&TT cung cấp cho chúng ta các quan điểm, phương pháp khoa học, các phương tiện và giải pháp kỹ thuật hiện đại chủ yếu là các máy tính và phương tiện truyền thông nhằm tổ chức khai thác và sử dụng có hiệu quả các nguồn thông tin trong mọi lĩnh vực hoạt động KTXH, văn hóa và con người. Theo UNESCO, CNTT&TT có thể bổ sung, làm giàu và biến đổi giáo dục tốt hơn. Có những cách thức khác nhau mà công nghệ có thể tạo thuận lợi cho sự tiếp cận phổ quát với giáo dục, kết nối các lĩnh vực học tập, hỗ trợ sự phát triển nghề nghiệp của GV, nâng cao chất lượng của việc dạy học, tăng cường sự hội nhập, cải thiện sự quản lí và quản trị giáo dục. 1.2.2. Vai trò của CNTT&TT trong dạy học địa lí Sự phát triển của Internet và hạ tầng công nghệ mạng đã mở ra 3 hướng khai thác chính trong giáo dục: phục vụ đào tạo, tăng cường tương tác và tìm kiếm tài nguyên học tập. CNTT&TT giúp nâng cao tính trực quan trong dạy học địa lí; GV dễ dàng thể hiện được các phương pháp dạy học tích cực và các kỹ thuật dạy học hiện đại; cải thiện khả năng chú ý của HS; tạo công cụ, phương tiện dạy học. 1.2.3. Xu hướng ứng dụng CNTT&TT trong dạy học Địa lí Khả năng ứng dụng CNTT&TT trong dạy học Địa lí rất phong phú, đa dạng: Khai thác và sử dụng những tiện ích của CNTT&TT trong tất cả các khâu của quá trình dạy học; Tổ chức dạy học thông qua các ứng dụng, phần mềm chuyên ngành địa lí; Xây dựng các đồ dùng trực quan đơn giản bằng CNTT&TT; Dạy học trực tuyến hoặc dạy học kết hợp. Sản phẩm WebGIS mã nguồn mở sử dụng trong dạy học Địa lí lớp 12 THPT mà tác giả xây dựng có thể được coi là sản phẩm ứng dụng được xây dựng nhờ áp dụng các thành tựu của khoa học công nghệ. Việc khai thác, tổ chức dạy học bằng WebGIS về mặt bản chất chính là ứng dụng CNTT&TT vào quá trình dạy và học địa lí. 1.3. Bản đồ giáo khoa trong dạy học địa lí Bản đồ giáo khoa địa lí là biểu hiện thu nhỏ bề mặt Trái Đất lên mặt phẳng dựa trên cơ sở toán học, bằng ngôn ngữ bản đồ, phương
10 tiện (đồ họa) phản ánh sự phân bố, trạng thái, mối liên hệ tương hỗ của khách thể, tương ứng với mục đích, nội dung, phương pháp của môn học theo những nguyên tắc chặt chẽ của tổng quat́ hóa bản đồ, phù hợp với trình độ phát triển trí óc của lứa tuổi HS, yêu cầu thẩm mĩ và vệ sinh học đường. Theo tác giả Lâm Quang Dốc (2009) có thể khái quát hóa các dạng bản đồ giáo khoa hiện hành thành các nhóm theo các tiêu chí phân loại khác nhau. Tác giả luận án đề xuất xếp WebGIS dùng cho dạy học là loại bản đồ giáo khoa trực tuyến, do WebGIS được duy trì và phát triển trên không gian mạng, truy cập, sử dụng thông qua trình duyệt web hoặc ứng dụng kết nối internet. Bản đồ giáo khoa có vai trò quan trọng trong dạy học Địa lí. Về phương diện kiến thức, bản đồ giáo khoa là công cụ duy nhất có khả năng bao quát các hiện tượng, những khu vực lãnh thổ rộng lớn, những vùng lãnh thổ xa xôi trên bề mặt Trái Đất. Khi thao tác tư duy dựa trên bản đồ, HS mở rộng khái niệm không gian, thiết lập các chiều cạnh không gianthời gian của các mối quan hệ tương hỗ và nhân quả giữa các hiện tượng và các quá trình trong tự nhiên và trong xã hội được phản ánh trên bản đồ; khám phá các quy luật phân bố của các đối tượng và hiện tượng địa lí. Về mặt phương pháp, bản đồ giáo khoa là loại kênh hình thể hiện súc tích thông tin về các đối tượng và hiện tượng đã được mã hóa bằng các kí hiệu bản đồ và định vị không gian, có khả năng phản ánh sự phân bố và những mối quan hệ của đối tượng trên bề mặt Trái Đất một cách cụ thể. Bản đồ giáo khoa là công cụ hỗ trợ hiệu quả để GV áp dụng nhiều phương pháp giảng dạy tích cực, phát triển tri thức, rèn luyện năng lực cho HS. Bản đồ giáo khoa tạo thuận lợi cho GV đa dạng hóa các hình thức tổ chức dạy học cả ở trong lớp lẫn ngoài lớp 1.4. WebGIS trong dạy học địa lí Khái niệm WebGIS có liên quan đến các khái niệm về Internet và Web, khái niệm về hệ thống thông tin địa lí. WebGIS là hệ thống thông tin địa lí được vận hành và phát triển thông qua hệ thống mạng máy tính, cho phép người dùng thực hiện các chức năng thu thập, lưu trữ, cập nhật, xử lý, phân tích dữ liệu địa lí và nhận kết quả trực tiếp trên trình duyệt Web mà không cần phải sử dụng thêm các phần mềm GIS. Về mặt hình thức WebGIS là bản đồ tồn tại trên không gian mạng hay còn gọi là bản đồ trực tuyến (online).
11 WebGIS rất phong phú và đa dạng về thể loại. Chúng được phân chia dựa theo nhiều tiêu chí khác nhau, nếu dựa trên khả năng cung cấp dịch vụ, có 5 dạng là: Geodata Server, Map Server, Online Retrielval System, Online GIS và GIS Function Server (Claus Rinner, 1998). So với bản đồ giấy và các phần mềm GIS truyền thống cài đặt trên máy tính, WebGIS có nhiều ưu điểm như: Khả năng tiếp cận toàn cầu, Đáp ứng số lượng lớn người dùng, Khả năng đa nền tảng, Chi phí rất thấp bởi số lượng người dùng lớn, Dễ sử dụng, Cập nhật thuận lợi, Các ứng dụng đa dạng, Cung cấp thông tin chi tiết, cụ thể. Nhược điểm của WebGIS liên quan đến việc người mới sử dụng WebGIS sẽ phải thay đổi một chút thói quen so với dùng bản đồ giấy truyền thống. Phần lớn các WebGIS đều hoạt động trực tuyến (online), nên thiết bị truy cập của người dùng phải ở trạng thái kết nối mạng Internet. Mặt khác, tốc độ truy cập dữ liệu phụ thuộc vào máy chủ của nhà cung cấp và lưu lượng đường truyền dịch vụ mạng. Trong dạy học địa lí, WebGIS có khả năng: Nâng cao tính tương tác trong quá trình dạy học, Đa dạng hóa các hình thức tổ chức dạy học, Hình thành và phát triển năng lực của HS, Tạo ra công cụ, phương tiện dạy học trực quan, Cung cấp lượng thông tin, kiến thức phong phú, cập nhật. WebGIS có thể được sử dụng phối hợp với bản đồ truyền thống, đồng thời, WebGIS trở thành một phương thức nâng giá trị của bản đồ lên một tầm cao mới, khẳng định bản đồ là nguồn tri thức không thể thiếu trong dạy học địa lí. 1.5. Mã nguồn mở cho WebGIS Phần mềm nguồn mở là những phần mềm được cung cấp dưới cả dạng mã và nguồn, không chỉ là miễn phí về giá mua mà còn miễn phí về bản quyền. Người dùng có quyền sửa đổi, cải tiến, phát triển, nâng cấp theo một số nguyên tắc chung quy định trong giấy phép. Các sản phẩm GIS mã nguồn mở rất phong phú, đa dạng, tuy nhiên có thể phân ra 4 nhánh chính trong đó có 3 nhánh dựa theo ngôn ngữ lập trình, nhánh còn lại chỉ tập trung phát triển web. Về cơ bản, sự phát triển của WebGIS mã nguồn mở cũng dựa trên sự phát triển của các nhánh ứng dụng GIS mã nguồn mở, tuy nhiên mức độ phức tạp lớn hơn nhiều do WebGIS là một hệ thống gồm nhiều thành phần kết hợp. Việc lựa chọn các ứng dụng theo nhánh nào là rất
12 quan trọng để có thể phát huy ưu điểm của các ngôn ngữ lập trình đồng thời đảm bảo tính tương thích, tăng hiệu suất của hệ thống. 1.6. Đặc điểm tâm sinh lý và khả năng nhận thức của học sinh lớp 12 HS lớp 12 thuộc giai đoạn đầu của tuổi thanh niên, là thời kỳ diễn ra những thay đổi quan trọng về tâm sinh lí. Sự tự ý thức là nét nổi bật trong độ tuổi này, từ đó các em phát triển nhu cầu đánh giá và tự đánh giá. Đây là cơ sở để GV mạnh dạn áp dụng đổi mới PPDH, đa dạng các hình thức tổ chức dạy học, tổ chức các hoạt động nhận thức và giao nhiệm vụ để HS phát huy tính chủ động, sáng tạo. Với HS lớp 12, tính chủ định được phát triển mạnh ở tất cả các quá trình nhận thức. Ghi nhớ có chủ định giữ vai trò chủ đạo trong hoạt động trí tuệ, đồng thời ghi nhớ logic trừu tượng, ghi nhớ ý nghĩa cũng ngày càng tăng. Khả năng tư duy lí luận, tư duy trừu tượng của các em cũng bộc lộ khá rõ, kỹ năng đọc bản đồ, kỹ năng so sánh, phân tích bảng số liệu, biểu đồ…. đã được phát triển ở trình độ đáng kể thậm chí ở mức thành thạo đối với những HS khá, giỏi. Việc tổ chức các hoạt động nhận thức thông qua ứng dụng WebGIS hoặc giao bài tập bằng WebGIS có thể đem lại sự hứng thú, khám phá các tiềm năng của HS. Tuy nhiên, năng lực tư duy của HS lớp 12 chưa hoàn thiện như người trưởng thành, nên cần sự hướng dẫn của GV để các em hoàn thiện khả năng nhận thức của bản thân. 1.7. Mục tiêu, nội dung chương trình Địa lí 12 trung học phổ thông 1.7.1. Mục tiêu chương trình Địa lí 12 Sau khi học xong chương trình, HS trình bày được hệ thống kiến thức về địa lí Tổ quốc (địa lí tự nhiên, địa lí dân cư, địa lí kinh tế, địa lí địa phương); Giải thích được các hiện tượng địa lí (tự nhiên, KTXH) trong thực tiễn ở các vùng và các địa phương. Củng cố và phát triển kĩ năng học tập và nghiên cứu địa lí, kĩ năng thu thập, xử lí, tổng hợp và thông báo thông tin địa lí, trình bày các thông tin địa lí, kĩ năng vận dụng tri thức địa lí để giải thích các hiện tượng, sự vật địa lí và bước đầu tham gia giải quyết những vấn đề của cuộc sống phù hợp với khả năng của HS. Hình thành và phát triển tình yêu thiên nhiên, quê hương, đất nước; có niềm tin vào khoa học; có ý chí tự cường dân tộc, niềm tin vào tương lai của đất nước. 1.7.2. Nội dung chương trình Địa lí 12
13 Chương trình Địa lí 12 THPT được cấu tạo theo các đơn vị kiến thức lớn, sắp xếp khoa học và phù hợp với logic của quá trình dạy học, bao gồm các phần chủ yếu: Việt Nam trên con đường đổi mới và hội nhập, Địa lí tự nhiên Việt Nam, Địa lí dân cư, Địa lí các ngành kinh tế, Địa lí các vùng kinh tế và Địa lí địa phương. Về phân phối chương trình, SGK Địa lí 12 gồm 45 bài, trong đó có 35 bài lí thuyết và 10 bài thực hành. Trong các bài học, phần lớn đều có các bản đồ trong SGK, Atlat Địa lí Việt Nam hoặc bản đồ giáo khoa treo tường phục vụ giảng dạy. Các bản đồ có thể được bóc tách thành các lớp chuyên đề riêng hoặc cập nhật số liệu mới. Một số bài học có thể xây dựng bản đồ mới kết hợp với khai thác số liệu trong SGK thuận lợi cho việc tổ chức các hoạt động nhận thức, giúp HS dễ hiểu, dễ nhớ kiến thức. 1.8. Thực trạng của việc sử dụng phương tiện dạy học và việc ứng dụng CNTT&TT trong dạy học Địa lí lớp 12 THPT Tác giả luận án đã tiến hành khảo sát thực tế tại một số trường THPT để: Tìm hiểu thực trạng sử dụng bản đồ giáo khoa trong dạy học Địa lí 12; những thuận lợi và những khó khăn trong quá trình sử dụng các dạng bản đồ hiện có để dạy học địa lí; Xác định thực tế về cơ sở vật chất kỹ thuật, phương tiện, TBDH, đặc biệt về hạ tầng công nghệ tối thiểu để triển khai dạy học bằng WebGIS; Tìm hiểu khả năng ứng dụng CNTT của GV dạy Địa lí để thuận tiện cho việc trao đổi và phối hợp triển khai thực nghiệm sư phạm. Tác giả luận án sử dụng phiếu xin ý kiến đối với GV và HS bằng cả hình thức trực tiếp và gián tiếp. Kết quả phân tích ý kiến phản hồi của 58 GV Địa lí từ 40 trường THPT thuộc 17 tỉnh, thành phố cho thấy: trên 90% GV thường xuyên, trong đó 35% rất thường xuyên sử dụng bản đồ trong dạy học. Trên 70% GV cho biết nhà trường có trang bị bản đồ treo tường, tập bản đồ, quả địa cầu, hài lòng với cơ sở vật chất hiện có. Trong dạy học địa lí, GV khai thác bản đồ trong SGK, atlat, tập bản đồ, bản đồ treo tường, quả địa cầu, bản đồ số và phần mềm hỗ trợ. Trên 70% GV có khả năng tìm được ảnh bản đồ từ Internet. Các GV cũng phản ánh các khó khăn trong sử dụng bản đồ giáo khoa để dạy học, như một số bản đồ có số liệu đã cũ, bản đồ có kích thước nhỏ, có nhiều nội dung, không thuận tiện để tách nội dung cho việc tổ chức hoạt động nhỏ hoặc chia nhóm nhỏ.
14 Đối với dạng bản đồ trực tuyến (WebGIS), 2/3 số GV chưa từng sử dụng vào cuộc sống, trên 70% số GV chưa từng sử dụng vào dạy học địa lí. Tuy nhiên, nếu có một ứng dụng bản đồ trực tuyến (webGIS) phục vụ dạy học địa lí lớp 12 THPT, trên 90% GV sẵn lòng sử dụng. Kết quả phân tích 300 ý kiến phản hồi của học sinh lớp 12 ở các trường có khảo sát GV cho thấy: 75% số HS cảm thấy thích thú khi giáo viên sử dụng các loại bản đồ trong dạy học địa lí, 93% số HS ý kiến xác nhận tác dụng rõ nhất khi khai thác, sử dụng các loại bản đồ khi học môn Địa lí là giúp các em hiểu bài và nhớ bài. Phần lớn HS thường được GV hướng dẫn khai thác, sử dụng bản đồ từ những nguồn chính là: bản đồ trong SGK, atlat, tập bản đồ, bản đồ treo tường, ảnh bản đồ trên Internet. HS cũng phản ánh một số khó khăn khi sử dụng bản đồ giáo khoa truyền thống như: số liệu chậm cập nhật, bản đồ đôi khi nhỏ nên khó xác định, phạm vi bản đồ bị cố định ở tỷ lệ, … 70% HS phản hồi chưa bao giờ được khai thác, sử dụng bản đồ trực tuyến (webGIS) dạng giống nh ư Google Map vào giờ học môn Địa lí. Tuy nhiên >95% số HS sẵn lòng khai thác, sử dụng một ứng dụng bản đồ trực tuyến (webGIS) dưới sự hướng dẫn của giáo viên. Như vậy, WebGIS vẫn còn rất mới lạ đối với dạy học Địa lí ở trường phổ thông, tuy nhiên tiềm năng là rất lớn và khả thi. CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG WEBGIS MÃ NGUỒN MỞ TRONG DẠY HỌC ĐỊA LÍ 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 2.1. Yêu cầu và nguyên tắc của việc xây dựng và sử dụng WebGIS trong dạy học Địa lí 12 2.1.1. Yêu cầu Về khả năng hỗ trợ dạy và học địa lí: Nội dung của WebGIS phải phù hợp với chương trình, nội dung của môn học, với tâm lí lứa tuổi và khả năng nhận thức của HS. Thông tin, số liệu trên WebGIS phải cập nhật. WebGIS phải đơn giản, dễ sử dụng, tạo điều kiện thuận lợi để GV tổ chức dạy học, xây dựng các tình huống học tập. Sản phẩm cần giúp cho người học có thể tự học, tự khám phá tri thức. WebGIS cần hướng tới việc tăng cường khả năng tương tác trong dạy và học.
15 Về mặt cơ sở vật chất: Ứng dụng WebGIS hoạt động trực tuyến, vì vậy cần phải có mạng Internet hoặc bộ phát di động 3G, 4G. Cơ sở vật chất tối thiểu trong lớp học cần có máy tính/laptop và máy chiếu (projector) hoặc màn hình LCD cỡ lớn. Đối với giáo viên và học sinh: GV cần có sự am hiểu và thành thục nhất định về CNTT. Trước mỗi bài học, GV nên chuẩn bị một kịch bản sử dụng WebGIS. GV cần lưu ý tránh lạm dụng WebGIS; trong dạy học địa lí cần kết hợp sử dụng các dạng kênh hình khác (biểu đồ, bảng số liệu, tranh ảnh, …) đồng thời kế thừa các bản đồ giáo khoa hiện có nhằm tăng hiệu quả tiếp thu kiến thức của HS. Để HS thực hiện các dự án học tập hoặc một số dạng bài tập về nhà, cần sử dụng một số tính năng nâng cao của WebGIS, vì vậy GV cần dành thời gian để hướng dẫn HS thực hành với WebGIS, mặt khác các nhóm thực hiện dự án đều phải có HS thành thục về CNTT. 2.1.2. Nguyên tắc Đảm bảo tính khoa học: Tính khoa học biểu hiện ở tính chính xác của cơ sở toán học, ở lượng thông tin đầy đủ nhưng không quá tải. Tính khoa học còn thể hiện ở việc vận dụng ngôn ngữ bản đồ đảm bảo trình bày những thông tin rõ ràng, dễ nhớ, dễ hiểu. Đảm bảo tính sư phạm: WebGIS này thích hợp nhất cho dạy học Địa lí lớp 12. Nếu sử dụng nó để dạy cho lớp học cao hơn hoặc thấp hơn thì sẽ không đúng nội dung, không phù hợp với trình độ, chất lượng dạy học sẽ không đảm bảo. Việc xây dựng các bản đồ phải được cân nhắc lựa chọn tránh quá tải cả về số lượng bản đồ cũng như lượng thông tin trên mỗi bản đồ. WebGIS cần hỗ trợ tốt việc tổ chức các hoạt động nhận thức cho HS, dễ dàng tương tác và HS có thể chủ động khám phá. Đảm bảo tính trực quan: WebGIS phải đảm bảo cho HS dễ phát hiện được những đối tượng quan trọng trên bản đồ và mối quan hệ giữa những đối tượng địa lí quan trọng ấy với các đối tượng địa lí khác. Màu sắc phải rõ ràng, ký hiệu nên chân thực, gần gũi để HS dễ liên tưởng đến các đối tượng ngoài thực tế. Đảm bảo tính hiện đại và cập nhật: WebGIS phải phản ánh được những thành tựu mới nhất của khoa học địa lí và khoa học bản đồ, đồng thời ứng dụng những thành tựu mới nhất của công nghệ hiện đại vào thành lập và sử dụng bản đồ, đáp ứng yêu cầu mới của giáo dục. Đảm bảo tính thẩm mĩ: Bố cục WebGIS phải gọn gàng, rõ ràng. Các lớp bản đồ chuyên đề phải đặt ở vị trí trung tâm và chiếm phạm
16 vi chủ đạo. Các biểu tượng (icon) trên các thanh công cụ phải sắc nét, dễ tìm. Giao diện trang Web cần tươi sáng, màu sắc các đối tượng, các lớp bản đồ cần hài hòa, logic, phù hợp với môi trường học đườ ng. Đảm bảo tính tương tác: Việc thiết kế WebGIS cần chú ý tới các tình huống dạy học cụ thể, cung cấp các công cụ đa dạng để tăng cường khả năng tương tác của hệ thống trong quá trình dạy học. 2.2. Xác định các lớp bản đồ và các lớp thông tin cần xây dựng trên WebGIS Căn cứ vào mục tiêu, nội dung của chương trình Địa lí lớp 12 THPT và các bài học cụ thể, căn cứ vào các nguồn tài liệu hiện có, tác giả đã tiến hành xây dựng ma trận các lớp bản đồ và các lớp thông tin cần thiết trên WebGIS. Các lớp dữ liệu này gồm 2 nhóm chính: nhóm kế thừa từ các bản đồ giáo khoa hiện có, đượ c tách thành các lớp riêng biệt, cập nhật các số liệu mới hoặc các đối tượ ng mới và nhóm bổ sung mới. Tác giả lựa chọn xây dựng bản demo WebGIS với các lớp dữ liệu của 3 bài học cụ thể gồm: bài 13, bài 24 và bài 30. 2.3. Quy trình xây dựng WebGIS Theo nghiên cứu của tác giả, quy trình xây dựng webGIS trải qua 7 bước cơ bản (hình 2.1). Bước 1: Xác định mục đích, yêu cầu: Việc xác định mục đích, yêu cầu của sản phẩm phải căn cứ vào mục tiêu, nội dung chương trình Địa lí 12 THPT và của từng bài học, dự kiến hoạt động nhận thức của HS, các phương pháp giảng dạy, các phương tiện dạy học đi kèm và các hình thức tổ chức dạy học. Bước 2: Xác định các lớp bản đồ, lớp thông tin cần thiết: Tổng hợp các dạng bản đồ giáo khoa hiện có sử dụng dạy học Địa lí 12 THPT làm căn cứ quan trọng để xác định các lớp bản đồ, lớp thông tin cần thiết trên sản phẩm WebGIS. Việc xác định này phải kế thừa và kết hợp được với nguồn bản đồ truyền thống, tạo ra các lớp bản đồ cập nhật về số liệu, nội dung hoặc các lớp mới phục vụ cho các ý tưởng dạy học. Hình 2.1. Quy trình xây dựng webGIS
17 Bước 3: Thiết kế và biên tập dữ liệu: Căn cứ vào ma trận các lớp bản đồ được xác định từ bước 2, dữ liệu được tổ chức thành 2 nhóm: dữ liệu nền và dữ liệu chuyên đề. Bước 4: Lựa chọn công nghệ WebGIS: Đối với WebGIS phục vụ dạy học Địa lí 12, tác giả luận án lựa chọn kết hợp các thành phần công nghệ sau: về phía máy chủ chọn Apache là máy chủ web, GeoServer là máy chủ bản đồ; về phía máy khách sử dụng bộ code Heron MC để tạo giao diện. Để quản lý cơ sở dữ liệu sử dụng PostgreSQL/PostGIS. Bước 5: Xây dựng cấu trúc và giao diện WebGIS Cấu trúc WebGIS phục vụ dạy học Địa lí 12 gồm 3 tầng (tier) cơ bản như một Website thông thường gồm tầng giao diện, tầng máy chủ ứng dụng và tầng dữ liệu (hình 2.2). Tác giả luận án thiết kế giao diện của sản phẩm bao gồm các thành phần chính sau: phần đặt banner hoặc logo WebGIS; phần quản trị các lớp bản đồ; phần hiển thị nội dung các lớp bản đồ; phần chú giải; phần đặt các thanh công cụ của WebGIS. Hình 2.2. Cấu trúc WebGIS phục vụ dạy học Địa lí 12 Bước 6: Kiểm thử: Mục đích của bước này nhằm kiểm tra các chức năng của ứng dụng webGIS, sự hiển thị các lớp dữ liệu. Khởi động (start) Apache và Geoserver để khởi tạo dịch vụ web và dịch vụ bản đồ cho ứng dụng, sau đó sử dụng trình duyệt web truy cập địa chỉ: http://localhost/geo12. Bước 7: Hoàn thiện và thực nghiệm: Ở bước này, tiếp tục giải quyết thêm những nhiệm vụ hoặc bổ sung những tính năng hữu ích khác cho sản phẩm. Tác giả công bố WebGIS trực tuyến tại địa chỉ truy cập: http://emap12.tk để tiếp tục kiểm tra các tính năng và tham khảo ý kiến các chuyên gia để bổ sung, chỉnh sửa. Sau đó tiến hành thực nghiệm sư phạm, đồng thời hoàn thiện sản phẩm. 2.4. Ứng dụng các mã nguồn mở để xây dựng WebGIS Tác giả luận án đã sử dụng các mã nguồn mở: GeoServer, Apache, PostgreSQL/PostGIS, QGIS, Heron MC và thư viện Leaflet để xây dựng sản phẩm WebGIS 2.5. Giới thiệu sản phẩm WebGIS
18 Sản phẩm WebGIS dùng trong dạy học Địa lí lớp 12 THPT (WGT12) cung cấp các chức năng chính sau: 1/ Chức năng quản trị các lớp chuyên đề; 2/ Chức năng đánh dấu bản đồ; 3/ Chức năng chỉnh sửa (Edit); 4/ Chức năng tạo ảnh bản đồ (Print); 5/ Chức năng tải dữ liệu (Upload) 2.6. Sử dụng WebGIS trong dạy học Địa lí lớp 12 THPT 2.6.1. Tiến trình dạy học khi sử dụng WebGIS Tác giả tập trung trình bày cách thức sử dụng sản phẩm cho 2 hình thức tổ chức dạy học trên lớp: dạy học cả lớp và dạy học với nhóm nhỏ. Đối với cả lớp: Tác giả đã xác định và đề xuất tiến trình sử dụng WebGIS đối với dạy học cả lớp gồm các bước cơ bản sau đây (hình 2.22): Bước 1: GV kích hoạt các bản đồ chuyên đề trên WebGIS theo kịch bản Bước 2: GV giao nhiệm vụ học tập cho HS thông qua WebGIS Bước 3: HS trả lời/trình bày kết quả với sự hỗ trợ của WebGIS Bước 4: GV chính xác hóa nội dung học tập bằng WebGIS Hình 2.22. Các bước sử dụng WebGIS trong dạy học với cả lớp Đối với nhóm nhỏ: Tác giả đề xuất quy trình sử dụng WebGIS đối với nhóm nhỏ bao gồm các bước chính sau (hình 2.23): Bước 1: GV chia nhóm Bước 2: GV phát phiếu học tập và các nhóm thực hiện nhiệm vụ Bước 3: HS báo cáo kết quả làm việc nhóm với sự hỗ trợ của WebGIS Bước 4: GV chính xác hóa nội dung học tập bằng WebGIS. Hình 2.23. Các bước sử dụng WebGIS dạy học nhóm nhỏ 2.6.2. Khai thác các tính năng của WebGIS trong một số tình huống dạy học Địa lí lớp 12 THPT Phần này có những chỉ dẫn cụ thể về khai thác các tính năng của WebGIS, như: Tìm kiếm, xác định các đối tượng theo tên gọi; Xác định vị trí đối tượng theo tọa độ; Thêm mới, chỉnh sửa, trực quan hóa các đối tượng tự tạo; Quan sát đồng thời nhiều đối tượng; Cung cấp thông tin
19 dưới dạng đa phương tiện; Tạo bản đồ trống; Lưu trữ, tái sử dụng các dữ liệu số. 2.7. Một số giáo án minh họa 2.7.1. Giáo án số 1 Bài 13: Thực hành: Đọc bản đồ địa hình, điền vào lược đồ trống một số dãy núi và đỉnh núi 2.7.2. Giáo án số 2 Bài 24: Vấn đề phát triển ngành thủy sản và lâm nghiệp 2.7.3. Giáo án số 3 Bài 30: Vấn đề phát triển ngành giao thông vận tải và thông tin liên lạc CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 3.1. Mục đích, nguyên tắc, phương pháp thực nghiệm 3.1.1. Mục đích Thực nghiệm sư phạm (TN) nhằm kiểm tra tính đúng đắn của các nghiên cứu về lý thuyết, đồng thời chứng tỏ tính khả thi và hiệu quả của việc xây dựng WebGIS bằng mã nguồn mở và sử dụng WebGIS trong dạy học Địa lí 12 THPT. Kết quả và phân tích kết quả sau TN là căn cứ khoa học để kết luận việc chấp nhận hay bác bỏ giả thuyết khoa học của đề tài. 3.1.2. Nguyên tắc Quá trình TN cần đảm bảo một số nguyên tắc: Tính khoa học, khách quan; Tính phổ biến và đại diện; Tính thực tiễn. 3.1.3. Phương pháp thực nghiệm Tác giả sử dụng phương pháp TN so sánh (Vũ Cao Đàm, 1999). Việc đánh giá kết quả TN trên cả 2 mặt định tính và định lượng. 3.2. Đối tượng, địa bàn, thời gian thực nghiệm 3.2.1. Đối tượng thực nghiệm Đối tượng TN là HS lớp 12 tại 04 trường THPT (07 lớp TN và 07 lớp ĐC). 3.2.2. Địa bàn thực nghiệm Bảng 3.1 Danh sách các trường và giáo viên dạy thực nghiệm Lớp TN Lớp ĐC Tên trường Tên giáo viên Lớp Sĩ số L ớp Sĩ số THPT Trần Hoài 12A2 43 12D4 45
20 Cầu Giấy 12A3 47 12D5 47 Thu (Hà Nội) THPT Chuyên Lê Vân Thái Bình 12A1 43 12Anh2 39 Anh (Thái Bình) THPT Văn 12A8 38 12A5 42 Lâm Nguyễn 12A2 44 12A1 48 (Hưng Thị Hồ Lý Yên) THPT Yên 12A1 28 12A2 30 Trần Hải Ninh (Thái 12A5 32 12A4 31 Yến Nguyên) Tổng số HS 275 282 3.2.3. Thời gian thực nghiệm Từ tháng 10/2017 đến tháng 4/2018, năm học 2017 2018. 3.3. Chọn bài và tổ chức thực nghiệm 3.3.1. Chọn bài thực nghiệm Ba bài được chọn để tiến hành TN gồm: Bài 13. Thực hành: Đọc bản đồ địa hình, điền vào lược đồ trống một số dãy núi và đỉnh núi Bài 24: Vấn đề phát triển ngành thủy sản và lâm nghiệp Bài 30. Vấn đề phát triển ngành giao thông vận tải và thông tin liên lạc 3.3.2. Tổ chức thực nghiệm Để quá trình TN diễn ra thuận lợi, đạt hiệu quả, tác giả đã tiến hành theo trình tự sau: Bước 1: Khảo sát thực tế; Bước 2: Dự giờ; Bước 3: Chọn bài, soạn giáo án; Bước 4: Hướng dẫn GV sử dụng WebGIS; Bước 5: Dạy thực nghiệm và kiểm tra; Bước 6: Khảo sát đánh giá WebGIS. 3.4. Kết quả thực nghiệm 3.4.1. Bài thực nghiệm số 1 Bảng 3.5. Các tham số tổng hợp của bài kiểm tra số 1 Lớp n S TN 275 7,1 0,97