Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục: Rèn luyện NL GQVĐ cho HS trong dạy học phần DTH ở trường THPT chuyên.docx (Luận án Tiến sĩ Khoa học giáo dục)

1 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI PHAN KHẮC NGHỆ RÈN LUYỆN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC DI TRUYỀN HỌC Ở TRƯỜNG THPT CHUYÊN LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC 2 MỞ ĐẦU 1. LÍ DO CHỌN ĐỀ TÀI Xã hội càng phát triển, đòi hỏi giáo dục phải chuẩn bị cho người học có khả năng tốt nhất để thích ứng và phát triển không ngừng trước thực tế luôn biến động. Để nâng cao chất lượng giáo dục, có rất nhiều vấn đề (VĐ) cần phải đạt được, như: Mục tiêu giáo dục, chương trình giáo dục, phương pháp (PP) giáo dục,... Trong đó, yếu tố tiên quyết là mục tiêu giáo dục. Đảng và Nhà nước đã ban hành nhiều văn bản định hướng cho công cuộc đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục và đào tạo (GD&ĐT). Trong đó, nhấn mạnh mục tiêu của nền giáo dục hiện đại là: Hình thành và phát triển năng lực (NL) người học. Nghị quyết 29 của Ban chấp hành trung ương Đảng khóa XI đã chỉ rõ: “…Tập trung dạy cách học, cách nghĩ, khuyến khích tự học, tạo cơ sở để người học tự cập nhật và đổi mới tri thức, kỹ năng (KN), phát triển NL...” [13; tr. 4]. Trong nhà trường phổ thông, ngoài việc trang bị kiến thức thì việc hình thành và phát triển NL cho người học đóng vai trò quan trọng. Nhằm hình thành và phát triển NL cho người học, các quốc gia đều lựa chọn và xây dựng hệ thống các NL chung và các NL đặc thù mà môn học cần hướng tới. Các NL được nhiều nước chọn làm NL cốt lõi như: NL tự học, NL giải quyết vấn đề (GQVĐ), NL hợp tác, NL giao tiếp, NL sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông,.... Trong đó, NL GQVĐ như là một trong những NL cốt lõi nhất, cần hình thành và phát triển cho người học ở trường phổ thông. Điều đó chứng tỏ GQVĐ là một trong những NL quan trọng mà người học cần phải có trong cuộc sống. Thông qua giải quyết các tình huống có vấn đề (CVĐ) người học vừa nắm vững kiến thức, vừa thành thạo PP chiếm lĩnh kiến thức đó. Mặt khác, thông qua GQVĐ trong học tập giúp cho HS hình thành KN phát hiện VĐ và KN tiến hành giải quyết các vấn đề (VĐ) gặp phải trong thực tiễn. Trong chương trình Sinh học (SH) phổ thông, Di truyền học (DTH) là một phân môn chiếm tỉ trọng lớn (gần 50% thời lượng DH). Là một trong 05 nội dung quan trọng của chương trình SH trung học phổ thông (THPT). Di truyền 3 học có rất nhiều ứng dụng trong thực tiễn cuộc sống như chăn nuôi, trồng trọt, trong nghiên cứu bệnh tật và sức khỏe con người. Đồng thời, DTH là kiến thức cốt lõi, nền tảng cơ sở của các nội dung kiến thức SH. Vì vậy, học sinh (HS) không chỉ cần phải hiểu sâu sắc về DTH mà còn phải biết vận dụng kiến thức DTH vào cuộc sống. Nội dung kiến thức DTH có tính logic chặt chẽ, liên hệ biện chứng giữa cấu trúc với chức năng, giữa các cơ chế di truyền với các quá trình, hoạt động sống của cơ thể, giữa lí thuyết gắn với thực tiễn. Điều này tạo điều kiện thuận lợi để phát triển NL GQVĐ cho HS. Trong hệ thống các trường THPT công lập hiện nay có 2 loại hình là trường THPT và trường THPT chuyên. Trong đó, trường THPT chuyên được xem như là trường THPT chất lượng cao. Mục tiêu chung của trường THPT chuyên là: “… phát hiện những HS có tư chất thông minh, đạt kết quả xuất sắc trong học tập để bồi dưỡng thành những người có lòng yêu đất nước, tinh thần tự hào, tự tôn dân tộc; có ý thức tự lực; có nền tảng kiến thức vững vàng; có PP tự học, tự nghiên cứu và sáng tạo...” [9; tr. 9]. Để góp phần thực hiện nhiệm vụ phát triển nhân tài theo mục tiêu của Bộ GD&ĐT thì các trường THPT chuyên không những phải chú trọng trang bị cho HS các kiến thức chuyên sâu mà còn phải tập trung phát triển các NL cho HS, trong đó có NL GQVĐ. Xuất phát từ những lí do trên, chúng tôi lựa chọn đề tài “Rèn luyện NL GQVĐ cho HS trong dạy học phần DTH ở trường THPT chuyên” làm đề tài nghiên cứu của mình. 2. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Nghiên cứu, đề xuất cấu trúc NL GQVĐ; Thiết kế quy trình và các công cụ để rèn luyện NL GQVĐ cho HS trong DH phần DTH ở các lớp chuyên Sinh của trường THPT chuyên. 3. ĐỐI TƯỢNG VÀ KHÁCH THỂ NGHIÊN CỨU 3.1. Đối tượng nghiên cứu: - Năng lực GQVĐ của HS ở lớp chuyên Sinh của trường THPT chuyên. - Quy trình rèn luyện, công cụ rèn luyện, biện pháp ĐG NL GQVĐ trong DH DTH ở trường THPT chuyên. 4 3.2. Khách thể nghiên cứu: Quá trình DH phần DTH ở trường THPT chuyên. 4. GIẢ THUYẾT KHOA HỌC Nếu đề xuất được cấu trúc của NL GQVĐ, thiết kế được quy trình, công cụ rèn luyện NL GQVĐ và vận dụng vào DH phần DTH ở trường THPT chuyên thì sẽ rèn luyện được NL GQVĐ cho HS. 5. NHIỆM VỤ NGHIÊN CỨU 1) Nghiên cứu cơ sở lí luận của đề tài: Hệ thống hóa, làm rõ những VĐ về cơ sở lí luận của NL GQVĐ, rèn luyện NL GQVĐ trong DH nói chung và trong DH DTH ở trường THPT chuyên nói riêng. 2) Điều tra thực trạng DH theo hướng rèn luyện NL GQVĐ trong DH SH và DH DTH ở trường THPT chuyên. 3) Phân tích logic cấu trúc nội dung phần DTH ở trường THPT chuyên làm cơ sở cho việc xây dựng công cụ và các biện pháp rèn luyện NL GQVĐ cho HS. 4) Xác định cấu trúc của NL GQVĐ và đề xuất quy trình rèn luyện các kỹ năng thành tố trong NL GQVĐ cho HS trong DH phần DTH ở trường THPT chuyên. 5) Xây dựng bộ công cụ để rèn luyện các kỹ năng thành tố của NL GQVĐ và ĐG các kỹ năng thuộc NL GQVĐ của HS trong DH DTH. 6) Xây dựng đường phát triển NL GQVĐ. Đề ra biện pháp ĐG NL GQVĐ của HS. 7) Tổ chức TN sư phạm để ĐG tính khả thi của quy trình và các biện pháp đã đề xuất. 6. PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 6.1. Nghiên cứu lí thuyết - Nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến VĐ nghiên cứu làm cơ sở cho việc xác định cấu trúc NL GQVĐ, rèn luyện NL GQVĐ trong DH SH. - Nghiên cứu tài liệu về SH và SH phổ thông chuyên để tìm hiểu nội dung kiến thức, mục tiêu cần đạt ở trường THPT chuyên. Từ đó xác định vị trí, nội dung kiến thức trọng tâm cần khai thác để thiết kế các tình huống phục vụ hoạt động DH rèn luyện NL GQVĐ đạt hiệu quả tối ưu. 5 - Nghiên cứu các tài liệu về ĐG quá trình học tập của HS, tài liệu giảng dạy chuyên Sinh để thiết kế bộ công cụ ĐG NL GQVĐ. 6.2. Điều tra, quan sát sư phạm - Điều tra thực trạng việc áp dụng PPDH tích cực và việc rèn NL GQVĐ cho HS khối chuyên Sinh trong các trường THPT chuyên. - Quan sát, ghi chép quá trình thực hiện các hoạt động học tập rèn luyện NL GQVĐ của HS để ĐG thái độ, KN hoạt động và cách thức tổ chức trong các khâu thực hiện GQVĐ. Nội dung của điều tra thực trạng được thực hiện thông qua việc thiết kế phiếu điều tra trên đối tượng là GV (GV) giảng dạy chuyên Sinh ở các trường THPT chuyên trên toàn quốc. 6.3. Phương pháp chuyên gia Sau khi xây dựng được các quy trình và bộ công cụ rèn luyện, ĐG NL GQVĐ cho HS, chúng tôi đã tham khảo ý kiến của một số giảng viên, GV có kinh nghiệm về vấn đề nghiên cứu. 6.4. Thực nghiệm sư phạm - Lựa chọn địa điểm thực nghiệm (TN) ở 3 trường THPT chuyên đại diện cho 3 vùng miền trên cả nước. + Trường THPT chuyên Trần Phú - Hải Phòng đại diện cho hệ thống các trường THPT chuyên thuộc vùng Bắc bộ. + Trường THPT chuyên Hà Tĩnh, tỉnh Hà Tĩnh đại diện cho hệ thống các trường THPT chuyên thuộc vùng Trung bộ. + Trường THPT chuyên Lê Hồng Phong - Thành phố Hồ Chí Minh đại diện cho hệ thống các trường THPT chuyên thuộc vùng Nam bộ. - Phối hợp với những GV có kinh nghiệm ở các trường THPT chuyên để tiến hành TN sư phạm. 6.5. Xử lý số liệu bằng thống kê toán học - Các số liệu điều tra cơ bản có tính chất định lượng được xử lý trong phần mềm SPSS 17.0 và Excel. - Các thông tin thu thập định tính sẽ được đối chiếu với các nguồn tài liệu khác nhau để rút ra kết luận có chất lượng khoa học. 6 7. THỜI GIAN VÀ GIỚI HẠN NGHIÊN CỨU - Thời gian nghiên cứu: Bắt đầu từ tháng 10 năm 2012 đến hết tháng 11 năm 2015. - Giới hạn nghiên cứu: Nghiên cứu việc rèn luyện NL GQVĐ trong DH chương “Cơ chế di truyền và biến dị” và chương “Tính quy luật của hiện tượng di truyền” thuộc chương trình SH 12 chuyên Sinh. 8. NHỮNG ĐÓNG GÓP MỚI CỦA ĐỀ TÀI 1) Góp phần hệ thống hóa cơ sở lý luận và cơ sở thực tiễn về NL GQVĐ và rèn luyện NL GQVĐ trong DH nói chung và DH SH nói riêng. 2) Xác định được cấu trúc của NL GQVĐ trong DH phần DTH. Phân tích các KN của NL GQVĐ trong DH phần DTH. 3) Xây dựng được các nguyên tắc, quy trình rèn luyện NL GQVĐ cho HS trong DH. 4) Xây dựng được quy trình thiết kế tình huống CVĐ và vận dụng quy trình để thiết kế các tình huống CVĐ sử dụng làm công cụ rèn luyện và ĐG NL GQVĐ cho HS trong DH phần DTH ở trường THPT chuyên. 5) Xây dựng được đường phát triển NL GQVĐ và bảng tiêu chí ĐG các KN thuộc NL GQVĐ. Thiết kế được một số bài tập ĐG NL GQVĐ của HS trong DH DTH ở trường THPT chuyên. 7 KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. LƯỢC SỬ NGHIÊN CỨU VỀ NĂNG LỰC VÀ NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 1.1.1. Trên thế giới Tư tưởng DH chú trọng việc bồi dưỡng và hình thành NL cho người học đã có từ lâu. Ngay từ thời cổ đại, Khổng Tử (551 – 479 trước công nguyên) đã rất chú ý giảng dạy theo NL của đối tượng và chú ý kích thích sự suy nghĩ để phát triển NL tư duy của người học. Cách dạy của ông là gợi mở để học trò tự tìm ra chân lý, thầy chỉ là người định hướng, còn mọi VĐ khác trò phải từ đó mà tìm ra, thầy không được làm thay học trò. Ông nói: “Vật có 4 góc, bảo cho biết một góc mà không suy ra 3 góc kia thì không dạy nữa” [74; tr. 60]. Mạnh Tử (372-289 trước công nguyên) nhấn mạnh: “Tin cả ở sách thì chi bằng không có sách”. Ông đòi hỏi người học phải cố gắng, tự suy nghĩ, tìm hiểu, nghiên cứu chứ không nên làm theo sách một cách máy móc. Ông ví người DH như người dạy bắn cung, chỉ kéo thẳng dây cung mà không bắn tên đi, tự người bắn phải bắn lấy [30; tr. 56]. Sự hoài nghi trước các VĐ là cần thiết đối với học tập và nghiên cứu khoa học. Chính sự hoài nghi đã giúp cho người học phải soi xét lại các kết quả học tập, nhờ đó phát triển NL tư duy phản biện, làm cho kiến thức sâu sắc và vững chắc. Sự hoài nghi trong học tập là động lực giúp cho HS phát triển KN hình thành các giả thuyết khoa học và có nhu cầu tiến hành GQVĐ. Phát huy vai trò của cá nhân trong học tập cũng được Vistorrino (1378 1446) - người Italia coi trọng, ông đã dạy cho HS lý trí, sự phán đoán, tinh thần sáng tạo: “Tôi muốn dạy cho thanh niên suy nghĩ”. Điều này cũng được John Locke (1632) - người Anh đề cao, ông yêu cầu người thầy giáo phải gợi ý, gây nên sự tò mò đối với HS:“Tò mò là cái lợi khí lớn nhất của tự nhiên dùng để sửa cái dốt nát của chúng ta” [30; tr. 56]. Đêmôcrit (460 – 370 trước công nguyên) đã cho rằng: Giáo dục cần phải hướng tới phát triển trí tuệ cho người học chứ không phải hướng tới biết hết mọi thứ [50; tr. 7 và tr. 32]. Xôcrat (469 – 399 trước công nguyên) 8 đã đề cao vai trò của cá nhân trong quá trình học tập với khẩu hiệu “anh phải tự biết lấy anh” đã đưa ra PP đặt câu hỏi để gợi cho người nghe dần dần tìm ra kết luận, đây được gọi là “Phép đỡ đẻ”. Phương pháp này thường gọi là PP Socrate nhằm mục đích phát hiện “chân lý” bằng cách đặt câu hỏi để gợi cho người nghe dần tìm ra kết luận [50]; [30]; [74]. J.A. Komenxki (1592 – 1670 của Tiệp khắc cũ) đòi hỏi người thầy phải làm thế nào để HS thích thú học tập và tự lực trong suy nghĩ. Ông nói “Tôi thường bồi dưỡng cho HS của tôi tinh thần độc lập trong quan sát, trong đàm thoại và trong việc ứng dụng vào thực tiễn” [24; tr. 62]. Đến đầu thế kỷ 19, M. Laue (1789 – 1860) khẳng định: “Tiếp thu kiến thức không quan trọng bằng phát triển NL tư duy” [50; tr. 8]. Như vậy, từ thời cổ đại cho đến đầu thế kỷ 19, các nhà giáo dục lỗi lạc đã khẳng định bản chất của giáo dục là hình thành ở HS NL tư duy, khả năng suy nghĩ, phản biện để giải quyết các VĐ chứ không phải ép buộc HS học thuộc những kiến thức có sẵn. Khoa học tâm lí nghiên cứu về NL, tài năng được hình thành từ nửa sau thế kỉ 19, mở đầu bằng 2 tác phẩm “Thiên tài di truyền” (1869) và “Thừa kế tự nhiên” (1889) của F. Gantông (1822 – 1891). Sau đó, năm 1905 đánh dấu một mốc lớn ứng dụng vào phát hiện và bồi dưỡng tài năng là năm Binê và Simông sáng tạo ra bộ công cụ đầu tiên để đo chỉ số thông minh. Thuật ngữ “chỉ số trí tuệ” (viết tắt là IQ) xuất hiện từ năm 1916 ở Đại học Stanford (Mỹ) [36; tr. 1]. Theo Gardner, trí nhớ thật ra là một thuộc tính gắn liền với trí tuệ. Không có trí nhớ kém, cũng không có trí nhớ tốt khi ta chưa xác định được trí tuệ là gì, như thế nào? Chẳng hạn một người có trí nhớ tốt đối với khuôn mặt (trí tuệ không gian, trí tuệ giao tiếp) nhưng lại có trí nhớ kém về tên họ và ngày tháng (trí tuệ ngôn ngữ, trí tuệ logic toán học). Cũng như vậy, một người có thể có trí nhớ siêu đẳng về một bản nhạc (trí tuệ âm nhạc) nhưng lại có trí nhớ kém cỏi về một điệu múa (trí tuệ hình thể, động năng). Vì vậy, trong DH cần phát triển NL của HS chứ không phải là phát triển khả năng ghi nhớ [75]. Đến cuối thế kỷ 19, khi nghiên cứu về giáo dục, John Dewey cho rằng: “Mục đích giáo dục thế hệ trẻ không phải là ở chỗ thông tin cho họ các giá trị 9 của quá khứ mà giúp họ sáng tạo ra các giá trị của tương lai” [50; tr. 13]. Ông khẳng định “nền giáo dục đích thực là nền giáo dục khuyến khích mọi NL của đứa trẻ, thông qua sự đòi hỏi của hoàn cảnh xã hội, mà trong đó đứa trẻ luôn tìm được chính mình”. Trong xu thế đổi mới giáo dục hiện nay, thế giới đang có xu hướng xây dựng chương trình giáo dục phổ thông theo hướng tiếp cận kết quả đầu ra. Tiếp cận NL chính là xây dựng chương trình theo hướng hình thành và phát triển NL cho người học. Cách tiếp cận NL nhằm trả lời câu hỏi: Chúng ta muốn HS biết và làm được những gì? Những nước đang đi đầu trong lĩnh vực này là New Zealand, Canada, Indonesia, Australia, Nhật bản và nhiều nước châu Âu như Tây Ba Nha, Đức,… [31; tr. 2]. Từ năm 2000, OECD bắt đầu nghiên cứu khung NL chung với các tiêu chí là: (1) Cá nhân hoá tối đa việc học tập; (2) Người học có thể giải quyết và đáp ứng sự biến đổi nhanh chóng của xã hội hiện đại; (3) Nhà trường có cơ hội phát huy yếu tố dân chủ; (4) Có hiệu lực và khả thi đối với nhiều bối cảnh kinh tế - xã hội. Đến tháng 10 năm 2002, OECD công bố khung NL của HS phổ thông theo 3 nhóm NL, được nhìn nhận theo cách tiếp cận tổng thể và tích hợp. Cụ thể theo sơ đồ sau [88]: 10 Tiếp cận tổng thểvà tích hợp Sử dụng công cụ tương tác: - Có khả năng sử dụng ngôn ngữ, kí hiệu, biểu tượng và các văn bản một cách tích cực - Có khả năng kiểm soát kiến thức và thông tin - Có khả năng sử dụng công nghệ mới một cách phù hợp Hành động một cách tự chủ, sáng tạo - Có khả năng bảo vệ và khẳng định quyền, lợi ích, trách nhiệm, nhu cầu cá nhân và những giới hạn cho phép - Có khả năng xây dựng và thực hiện kế hoạch cá nhân và các dự án. - Có khả năng hành động hiệu quả trong điều kiện, hoàn cảnh thay đổi Tương tác hoà đồng với nhiều nhóm xã hội - Có khả năng thiết lập quan hệ với người khác - Có khả năng hợp tác - Có khả năng điều chỉnh và hoá giải các mâu thuẫn Các nước thuộc khối OECD đã nghiên cứu và chọn lựa các NL then chốt để hình thành và phát triển cho người học, NL then chốt được hiểu là những NL chủ chốt mà một cá nhân cần có chứ không chỉ là kiến thức và KN. “NL chính là những giá trị cụ thể, ở nhiều lĩnh vực, hữu ích và cần thiết cho tất cả mọi người, liên quan đến khả năng đáp ứng các nhu cầu phức tạp bằng cách tạo lập và huy động cả những nguồn lực tâm lý xã hội (bao gồm cả KN và thái độ) trong một bối cảnh cụ thể” [88]. Chương trình ĐG HS quốc tế (PISA) tiến hành ĐG HS lứa tuổi 15 ở 3 lĩnh vực là: NL đọc hiểu, toán, khoa học. Nghiên cứu về NL GQVĐ, nhiều tác giả cho rằng NL này được hình thành thông qua quá trình GQVĐ và khi có NL GQVĐ thì sẽ tăng hiệu quả GQVĐ, giúp quá trình GQVĐ đạt hiệu quả tối ưu. Có rất nhiều lí thuyết và khung nghiên cứu về cách thức GQVĐ, trong đó có 5 lí thuyết được nhiều nhà khoa học chú ý là Polya, PISA, O’Neil, ACARA, ATC21S (2013). Tất cả các lí thuyết này đều đưa ra 4 bước thực hiện quy trình GQVĐ. 11 Bảng 1.1. Tóm tắc các bước giải quyết vấn đề của các khung lí thuyết Polya Bước 1 Hiểu VĐ Lên Bước 2 Bước 3 Bước 4 kế hoạch Thực hiện kế hoạch Rà soát lại và thực PISA O’Neil việc GQVĐ KT kết quả của GQVĐ việc GQVĐ Thăm dò và hiểu Miêu tả và hình Lên kế hoạch và thực Giám sát và xem VĐ Hiểu nội dung. (1999) ACARA hiện thành VĐ. hiện GQVĐ. xét việc GQVĐ. Đưa ra chiến lược Đưa ra chiến lược Tự điều chỉnh. GQVĐ. GQVĐ và tự điều chỉnh. Tìm hiểu nhằm Đưa ra những ý Phân tích, tổng hợp Xem xét cách tư xác định, khám tưởng, phương án và ĐG cách lí luận và duy và quy trình. phá, tổ chức và các hành quy trình thực hiện. Lập mục tiêu, Tính hệ thống và việc Xem quản lí thông tin và ý động. ATC21S (2013) tưởng. Phân tích VĐ. xét và nguồn phát triển các quy tắc giám sát, kiểm lực, thu thập và từ nguyên nhân và nghiệm kết nối thông tin. những kết quả của hành giả thuyết khác. động. Trong các khung lí thuyết nói trên, thì khung lí thuyết của Polya và khung lí thuyết của ATC21S phù hợp với quá trình hình thành và rèn luyện NL GQVĐ cho HS trong DH ở trường phổ thông; Khung lí thuyết của PISA phù hợp với việc ĐG NL GQVĐ của HS; Khung lí thuyết của O’Neil phù hợp với việc giải quyết các VĐ thực tiễn phát sinh trong đời sống hằng ngày; Khung lí thuyết của ACARA – Khả năng suy nghĩ phản biện và khả năng sáng tạo phù hợp với việc phản biện VĐ và ĐG NL GQVĐ mang tính tổng thể. Mặc dù có nhiều khung lí thuyết nghiên cứu về NL GQVĐ nhưng khung lí thuyết của Polya về GQVĐ thường xuyên được sử dụng như nền tảng cho những nghiên cứu về GQVĐ. Theo quan điểm của Polya, một người GQVĐ cần tự làm quen hoàn toàn với VĐ trước khi đưa ra một kế hoạch hay một chiến lược để tiến tới xử lí được VĐ đó. Người GQVĐ cũng cần phải thực hiện các bước hành động, thực hiện một cách chính xác kế hoạch hành động, cuối cùng họ cũng phải xem xét lại toàn bộ quá trình, nếu có thể đưa ra các PP thay thế, để hiểu rõ hơn được VĐ sau khi đã xử lí. 12 1.1.2. Ở Việt Nam Trong những năm gần đây, ở Việt Nam đã có khá nhiều công trình nghiên cứu về NL và NL GQVĐ của người học. Năm 1995, Nguyễn Thế Khôi trong đề tài luận án tiến sĩ của mình đã nghiên cứu phương án xây dựng hệ thống bài tập để góp phần phát triển NL GQVĐ cho HS [53]. Năm 2003, Phạm Thị Ngọc Thắng trong đề tài luận án tiến sĩ đã tiến hành nghiên cứu các PP nâng cao hiệu quả học tập thông qua việc bồi dưỡng NL GQVĐ cho HS [76]. Năm 2007, Trần Văn Kiên nghiên cứu DH tiếp cận GQVĐ trong DH Di truyền học [51]. Năm 2010, các tác giả Nguyễn Thị Hoàng Hà [34; tr. 19]; Nguyễn Thị Thế Bình [19; tr. 29]; Nguyễn Minh Tâm [72]; Trương Đại Đức [33; tr. 36] đã có các nghiên cứu về rèn luyện KN, NL và xây dựng tiêu chí ĐG NL được trình bày trong các bài viết trên Tạp chí giáo dục. Cũng trong năm 2010, Lê Huy Hoàng nghiên cứu KN phát hiện VĐ trong DH dựa trên GQVĐ [38; tr. 20]. Trong bài viết này, tác giả khẳng định: “Tuỳ thuộc vào cấp độ tư duy của HS khi tham gia GQVĐ, có thể chia VĐ thành 3 mức độ: mức 1 “Bài tập vận dụng”; mức 2 “Câu chuyện thực tế dựa trên bài tập”; mức 3 “Tình huống thực tế”. Năm 2011, các tác giả Nguyễn Quang Cương [25; tr. 30]; Nguyễn Thị Côi [22; tr. 35] đã tiến hành các nghiên cứu về rèn luyện và phát triển NL cho người học thông qua DH bộ môn Lịch sử, Ngữ văn. Đỗ Thị Trinh nghiên cứu về rèn luyện KN đặt câu hỏi trong DH toán cho sinh viên sư phạm [79; tr. 52]; Lê Thanh Oai nghiên cứu việc rèn luyện KN đọc sách giáo khoa (SGK) cho HS trong quá trình chuẩn bị bài học môn SH ở trường phổ thông [68; tr. 54]. Bùi Minh Đức – Đào Thị Việt Anh – Hoàng Thị Kim Huyền nghiên cứu về đổi mới mô hình đào tạo GV trong các trường đại học sư phạm theo hướng tiếp cận NL [31; tr. 2-5]. Năm 2012, Từ Đức Thảo với đề tài luận án tiến sĩ “Rèn luyện NL GQVĐ cho HS trong dạy học Hình học ở trường THPT”, đã đưa ra một số biện pháp sư phạm để rèn luyện NL GQVĐ cho HS trong DH hình học ở trường THPT [73]. Tác giả Phan Thị Thanh Hội và nhóm nghiên cứu cũng đã có một số công trình nghiên cứu về NL như: “Rèn luyện và ĐG NL hợp tác trong DH SH [45; tr. 91- 13 99], [46; tr. 103-112]. Trong các công trình này, tác giả đã nghiên cứu về quy trình rèn luyện và ĐG NL hợp tác cũng như các thiết kế và sử dụng các công cụ tương ứng, các nghiên cứu về NL tư duy logic; xây dựng quy trình rèn luyện và ĐG NL [44, tr. 42-46]; [43; tr. 56-59]. Ngoài ra, tác giả Lê Đình Trung, Phan Thị Thanh Hội và các thành viên cũng đã có các công trình nghiên cứu khác về rèn luyện và ĐG các NL khác như NL thu nhận và xử lí thông tin [80; tr. 12-14], NLTN [42; tr. 70-75], NL nghiên cứu khoa học [41]. Trong các nghiên cứu này, các tác giả đều xây dựng các quy trình rèn luyện và ĐG các NL. Năm 2012, Cao Thị Thặng - Nguyễn Cương - Trần Thị Thu Huệ đã tiến hành nghiên cứu sự phát triển NL phát hiện và GQVĐ thông qua DH môn Hoá cho HS THPT [77; tr. 29-31]. Các tác giả này khẳng định, để phát triển NL GQVĐ cho HS THPT cần xác định những biểu hiện của NL này và đề xuất quy trình rèn luyện NL. Đỗ Ngọc Miên khi nghiên cứu về chiến lược DH của GV nhằm phát triển tư duy cho HS phổ thông đã khẳng định: “Tư duy là 1 hiện tượng tâm lí, là hoạt động nhận thức bậc cao của con người. DH phát triển tư duy là làm cho người học biết cách tư duy một VĐ nào đó để GQVĐ” [62; tr. 53-55]. Trần Khánh Đức (2012), nghiên cứu NL và NL nghề nghiệp [32; tr. 23-27]. Năm 2015, tác giả Hà Thị Thúy đã bảo vệ thành công luận án tiến sĩ với đề tài “Tổ chức dạy học dự án Sinh học 10 THPT góp phần nâng cao NL tự học cho học” [78]. Tác giả Đinh Quang Báo (2015) và nhóm chuyên gia của Bộ GD&ĐT nghiên cứu về những đổi mới chương trình và SGK từ năm 2015 đến 2020 đã đưa ra các nghiên cứu về NL và phân chia NL thành 2 nhóm là NL chung và NL chuyên biệt [18; tr. 9]. Năm 2015, tác giả Lê Đình Trung và nhóm nghiên cứu đã hoàn thiện đề tài cấp Bộ “Dạy học theo định hướng hình thành và phát triển NL người học trong dạy học SH ở nhà trường phổ thông”, trong đề tài này, nhóm nghiên cứu đã hệ thống hóa cơ sở lí luận về NL, các loại NL chung và NL đặc thù môn học, đã xây dựng quy trình hình thành và phát triển NL cũng như quy trình ĐG các NL trong DH ở trường phổ thông [81]. Tác giả Nguyễn Thị Thế Bình (2015) đã nghiên cứu sự phát triển năng lực GQVĐ cho HS khi DH cuộc tổng tiến công và nổi dậy xuân 1975 [20; tr. 28-30]. 14 Như vậy, có thể thấy ở trên thế giới nói chung và ở Việt Nam nói riêng đã và đang có nhiều công trình nghiên cứu về NL và DH theo hướng hình thành và phát triển NL cho người học. Trong hầu hết các nghiên cứu thì chủ yếu tập trung vào nghiên cứu lí luận chung về NL, các loại NL. Một số công trình đã tập trung nghiên cứu việc rèn luyện một số NL cốt lõi như NL tự học, NL GQVĐ, NL tư duy logic, NL hợp tác,… cho HS phổ thông trong một số môn học như Toán học, Ngữ văn, Hóa học, Lịch sử, Sinh học…. Để góp phần hình thành và phát triển NL cho HS ở trường THPT chuyên, chúng tôi sẽ tập trung nghiên cứu việc rèn luyện NL GQVĐ khi tổ chức DH phần DTH – thuộc chương trình SH 12 chuyên Sinh. 1.2. CƠ SỞ LÍ LUẬN CỦA ĐỀ TÀI 1.2.1. Năng lực 1.2.1.1. Khái niệm năng lực Theo tác giả Đinh Quang Báo và cộng sự (2013) thì NL được định nghĩa theo nhiều cách khác nhau bằng sự lựa chọn các loại dấu hiệu khác nhau, trong đó có thể phân làm 3 nhóm chính [17; tr. 16-37]. Nhóm thứ nhất, lấy dấu hiệu tố chất tâm lí để định nghĩa. Các định nghĩa theo nhóm này đều khẳng định NL là một phẩm chất của nhân cách. Ví dụ: “NL là tổ hợp những thuộc tính tâm lí độc đáo của cá nhân phù hợp với những yêu cầu đặc trưng của một hoạt động nhất định nhằm đảm bảo cho hoạt động đó có kết quả tốt” [50; tr. 15]. Nhóm thứ hai, dựa vào thành phần cấu trúc của NL để định nghĩa NL. Các định nghĩa theo nhóm này đều khẳng định NL được cấu thành từ các KN. Ví dụ: “NL là tập hợp trật tự các KN tác động lên các nội dung trong một loại tình huống cho trước để GQVĐ do tình huống này đặt ra” [50; tr. 15]. Nhóm thứ ba, dựa vào nguồn gốc hình thành nên NL để định nghĩa NL. Các định nghĩa của nhóm này đều khẳng định NL được hình thành từ các hoạt động và thông qua hoạt động thì NL mới hình thành và phát triển. Nhóm thứ nhất lấy dấu hiệu tố chất tâm lí để định nghĩa có các quan điểm của A. Binet (1875-1911) và T. Simon [40], E. Durkhiem (1858-1917); J.B. Watson (1870-1958); P.A. Rudich [83]; X.L. Rubinstein [82]; Vũ Xuân Lương, Hoàng Thị Tuyền Linh, Phạm Thị Thuỷ, Đào Thị Minh Thu, Đặng Thanh Hoà 15 [59; tr. 848]; Nguyễn Trọng Khanh [50; tr. 21]; Vũ Dũng [28; tr. 499]; B.M. Chieplôv [23]. B.M. Chieplôv coi NL là những đặc điểm tâm lí cá nhân có liên quan với kết quả tốt đẹp của việc hoàn thành một hoạt động nào đó. Theo ông có hai yếu tố cơ bản liên quan đến khái niệm NL. Thứ nhất, NL là những đặc điểm tâm lí mang tính cá nhân. Mỗi cá thể khác nhau có NL khác nhau về cùng một lĩnh vực, vì vậy không thể nói rằng “Mọi người đều có NL như nhau!”. Thứ hai, khi nói đến NL, không chỉ nói tới các đặc điểm tâm lí chung chung mà NL còn phải gắn với một hoạt động nào đó và được hoàn thành có kết quả tốt (tính hướng đích). * Như vậy, theo những quan điểm này thì NL chính là khả năng bên trong (phẩm chất tâm lí và sinh lí) của mỗi con người để đạt được một hoạt động nào đó. Nhóm thứ hai dựa vào thành phần cấu trúc của NL để định nghĩa NL. Cùng quan điểm này, có các tác giả: De Ketele (1995) [84]; X. Roegiers [69] . Nhóm thứ ba dựa vào nguồn gốc hình thành nên NL để định nghĩa NL. Cùng quan điểm với nhóm này, có các tác giả như: Bùi Thế Cường, Đặng Thị Việt Phương, Trịnh Huy Hoá [26; tr. 365]; Phạm Minh Hạc [35]; Nguyễn Thị Côi [22]; Gerard và Roegiers (1993) [69]; Bernd Meier [50]; John Erpenbeck [27]; Weitnert (2001) [91]; Chương trình giáo dục của New Zealand [31]. Tiêu biểu cho các định nghĩa theo quan điểm của nhóm này có: “Năng lực là tích hợp các KN tác động một cách tự nhiên lên các nội dung trong một loạt các tình huống cho trước để giải quyết những VĐ do những tình huống này đặt ra” [69]; “NL là khả năng vận dụng những kiến thức, kinh nghiệm, KN, thái độ và hứng thú để hành động một cách phù hợp và có hiệu quả trong các tình huống đa dạng của cuộc sống”. Trong 3 hướng tiếp cận định nghĩa NL nói trên, đề tài nghiên cứu của chúng tôi chọn hướng tiếp cận NL từ thành phần cấu trúc của nó. Chúng tôi cho rằng, để hình thành và phát triển NL thì cần phải hình thành và phát triển các KN thành tố cấu trúc nên NL. Trên cơ sở đó, để phát triển NL thì phải tập trung rèn luyện các KN thành tố cấu trúc nên NL đó. Trong đó, sự rèn luyện các KN 16 chính là quá trình tích lũy về lượng để dẫn tới sự phát triển năng lực, chính là quá trình biến đổi về chất. Dựa vào cách định nghĩa đó thì bản chất của NL là khả năng của chủ thể kết hợp một cách linh hoạt, có tổ chức hợp lí các kiến thức, KN với thái độ, giá trị, động cơ, nhằm đáp ứng những yêu cầu phức hợp của một hoạt động, bảo đảm cho hoạt động đó đạt kết quả tốt đẹp trong một bối cảnh (tình huống) nhất định. Biểu hiện của NL là biết sử dụng các kiến thức và các KN vào giải quyết các tình huống có ý nghĩa, chứ không phải chỉ ở việc tiếp thu, ghi nhớ một lượng tri thức rời rạc. Trong Dự án Deseco [85], nhóm tác giả đã xác định “NL như là một hệ thống cấu trúc tinh thần bên trong, là khả năng huy động các kiến thức, KN nhận thức, KN thực hành và thái độ, cảm xúc, giá trị, đạo đức, động lực của một người để thực hiện thành công các hoạt động trong một bối cảnh cụ thể” [87]. Tác giả T. Lobanova, Yu. Shunin (2008) [90; tr. 45-65] nhấn mạnh, không nên coi “năng lực” và “kỹ năng” là đồng nghĩa. KN là khả năng thực hiện các hành động nhận thức hoặc hành động thực hành một cách thành thạo, chính xác và thích ứng với điều kiện luôn thay đổi, còn NL là hệ thống các hành động phức tạp, bao gồm các KN và các thành phần phi nhận thức (thái độ, xúc cảm, động cơ, giá trị, đạo đức). Theo dự thảo Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể (2015) của Bộ GD&ĐT thì: “NL là khả năng thực hiện thành công hoạt động trong một bối cảnh nhất định nhờ sự huy động tổng hợp các kiến thức, KN và các thuộc tính cá nhân khác như hứng thú, niềm tin, ý chí,... NL của cá nhân được ĐG qua phương thức và kết quả hoạt động của cá nhân đó khi giải quyết các VĐ của cuộc sống” [12; tr. 6]. Như vậy, có thể thấy dù hình thức phát biểu có khác nhau, nhưng nội hàm của các định nghĩa đều khẳng định: Khi đề cập đến NL là phải nói đến khả năng thực hiện công việc, khả năng hành động, là phải biết làm (know-how), biết hành động chứ không chỉ có biết và hiểu (know-what) kiến thức. Từ việc tổng hợp các tài liệu nghiên cứu, có thể thấy NL chính là phẩm chất bên trong của mỗi con người tạo tiền đề để chủ thể thực hiện thành công 17 một hoạt động nào đó, đồng thời NL chính là khả năng thực hiện các hành động một cách hiệu quả, khả năng GQVĐ. Sự hình thành NL của mỗi người có nguồn gốc di truyền (yếu tổ bẩm sinh, năng khiếu) và quá trình tập luyện (tác động của xã hội và môi trường giáo dục), trong đó vai trò chủ yếu là do hình thành và phát triển các KN thành tố của NL. Vì vậy, trong giáo dục, muốn phát triển loại NL nào thì phải hình thành và phát triển các KN cấu thành nên NL đó. Trên cơ sở tổng quan những quan điểm về NL, xét trên phương diện giáo dục, chúng ta có thể tổng kết lại như sau: - NL mang đặc thù tâm lí, sinh lí khác biệt của cá nhân, chịu ảnh hưởng của yếu tố bẩm sinh di truyền, được phát triển do những tác động của giáo dục và điều kiện môi trường sống. - Một người sinh ra đã có sẵn yếu tố bẩm sinh của NL (các năng khiếu) nhưng cần có môi trường xã hội (giới hạn trong môi trường giáo dục) thuận lợi thì NL mới phát triển được, nếu không sẽ bị thui chột. Do vậy, NL được phát triển thông qua hoạt động, chỉ tồn tại và thể hiện trong những hoạt động cụ thể. - Trong giáo dục, khi nói đến NL tức là chỉ đề cập đến NL trong một loại hoạt động cụ thể của con người chứ không phải là NL tổng hợp. - Cấu trúc của NL bao gồm một tổ hợp nhiều KN thực hiện những hành động thành phần và có liên quan chặt chẽ với nhau. Đồng thời, NL còn liên quan đến khả năng phán đoán, nhận thức, hứng thú và tình cảm. - Hình thành và phát triển các NL cơ bản của HS trong học tập và đời sống là nhiệm vụ quan trọng của các nhà trường phổ thông. - NL có thể được hình thành và phát triển thông qua tất cả các môn học trong nhà trường. Tuy nhiên, tuỳ theo đặc thù của mỗi môn học có thể thuận lợi hơn trong việc hình thành và phát triển một số NL cơ bản nào đó. Ví dụ môn SH thuận lợi cho việc hình thành và phát triển NL tự học, NL tư duy, NL GQVĐ, NL thực nghiệm, NL vận dụng kiến thức để giải quyết các VĐ thực tiễn,… 1.2.1.2. Cấu trúc của năng lực Xét trên quan điểm giáo dục phát triển NL thì NL chính là khả năng thực hiện thành công một hoạt động nào đó. Vì vậy, NL được cấu thành từ các kiến thức, KN, thái độ để thực hiện các hoạt động trong bối cảnh nhất định. 18 Khi nhìn nhận vấn đề NL dưới góc độ gắn với các KN, xét từ phương diện tìm cách phát triển NL cho HS trong học tập, X. Rogiers đã mô hình hoá khái niệm NL thành các KN hành động trên những nội dung cụ thể trong một loại tình huống hoạt động: “NL chính là sự tích hợp các KN tác động một cách tự nhiên lên các nội dung trong một loạt các tình huống cho trước để giải quyết những VĐ do tình huống này đặt ra” [69; tr. 90]. Kết quả của việc hoàn thành một hoạt động nào đó phụ thuộc vào KN thực hiện những hành động thành phần của nó. Đồng thời, thể hiện cấp độ tinh vi, thành thục khi thực hiện các KN đó chính là kỹ xảo. Như vậy, NL và KN, kỹ xảo có mối liên hệ mật thiết, gắn bó với nhau, trong đó NL thường bao gồm một tổ hợp các KN thành phần có quan hệ chặt chẽ với nhau, giúp con người hoạt động có hiệu quả. Có thể minh họa NL bằng mô hình được cấu trúc gồm 7 thành tố: (1) Kiến thức, KN nhận thức (những tri thức nhân loại mà người học thu nhận được); (2) KN thực hành và kinh nghiệm sống của người học (có được thông qua quá trình trải nghiệm cuộc sống); (3) Thái độ (hứng thú, tích cực, sẵn sàng, chấp nhận thách thức…); (4) Động cơ học tập; (5) Xúc cảm (yêu thích khoa học, văn chương, nghệ thuật…); (6) Giá trị (yêu gia đình và bản thân, tự tin, ý thức trách nhiệm,…); và (7) Đạo đức (cách ứng xử trong gia đình và xã hội). Các thành tố này đặt trong bối cảnh hoặc tình huống thực tiễn (xem sơ đồ 1.1). 19 Sơ đồ 1.1. Các thành tố của năng lực 1.2.1.3. Phân loại năng lực Trong chương trình DH hiện nay của các nước thuộc khối OECD, người ta phân chia NL thành hai nhóm chính, đó là các NL chung và các NL chuyên môn. Nhóm NL chung bao gồm: Khả năng hành động độc lập thành công, khả năng sử dụng các công cụ giao tiếp và công cụ tri thức một cách tự chủ, khả năng hành động thành công trong các nhóm xã hội không đồng nhất. Nhóm NL chuyên môn liên quan đến từng môn học riêng biệt. Ví dụ nhóm NL chuyên môn trong môn Toán bao gồm: NL giải quyết các VĐ toán học, NL lập luận toán học, NL mô hình hóa toán học, NL giao tiếp toán học, NL tranh luận về các nội dung toán học, NL vận dụng các cách trình bày toán học, NL sử dụng các ký hiệu, công thức, các yếu tố thuật toán. Ở Việt Nam, hầu hết các tác giả đều cho rằng có nhiều cách phân loại NL nhưng cách phổ biến nhất là phân NL thành 2 loại là NL chung và NL chuyên biệt [32; tr. 23 - 27]. Năng lực chung là NL cơ bản, thiết yếu mà bất kỳ một người nào cũng cần có để sống, học tập và làm việc. Các hoạt động giáo dục (bao gồm các môn học và hoạt động trải nghiệm sáng tạo), với khả năng khác nhau, nhưng đều hướng tới mục tiêu hình thành và phát triển các NL chung của HS. Năng lực đặc thù môn học (theo tính chuyên biệt của từng môn) là NL mà môn học đó có ưu thế hình thành và phát triển (do đặc điểm của môn học quy định). Một NL có thể là NL đặc thù của nhiều môn học khác nhau [12; tr. 9 - 10]. Ngoài ra NL cũng có thể được phân loại thành các NL thành phần như NL xã hội, NL cá nhân, NL phương pháp, NL nghề nghiệp,… Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể của Bộ GD&ĐT phân loại NL thành 2 nhóm là NL chung và NL chuyên biệt [12; tr. 9 - 10]. Năng lực chung bao gồm 8 NL cốt lõi là NL tự học, NL GQVĐ và sáng tạo, NL thẩm mỹ, NL thể chất, NL giao tiếp, NL hợp tác, NL tính toán, NL sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông (ICT). NL chuyên biệt là NL đặc thù cho từng môn học. Ví dụ môn SH có các NL đặc thù như NL nghiên cứu khoa học, NL nhận thức SH, NL TN, … 20 NĂNG LỰC CHUNG NL tự học NL GQVĐ và sáng tạo NL thẩm mỹ NĂNG LỰC CHUYÊN BIỆT NL giao tiếp NL hợp tác NL thể chất NL công nghệ thông tin và truyền thông NL tính toán PHÂN LOẠI NĂNG LỰC Sơ đồ 1.2. Phân loại năng lực 1.2.2. Năng lực giải quyết vấn đề 1.2.2.1. Quan niệm về phát hiện vấn đề và giải quyết vấn đề Trong học tập cũng như trong thực tiễn, để GQVĐ thì cần phải trải qua 02 giai đoạn là phát hiện VĐ và GQVĐ, trong đó giai đoạn phát hiện vấn đề là tiền đề, khởi đầu cho quá trình tiến hành việc GQVĐ. * Phát hiện vấn đề Phát hiện VĐ là nhận ra mâu thuẫn trong nội tại của VĐ, xác định được bản chất của VĐ, chuyển nội dung của VĐ thành một câu hỏi. Trong DH, VĐ chính là nội dung chứa đựng trong các câu hỏi, bài tập, tình huống được GV đưa ra để HS phát hiện và giải quyết. Theo Nguyễn Bá Kim, tình huống gợi VĐ là gợi cho HS những khó khăn về mặt lí luận hoặc thực tiễn mà HS có thể vượt qua với khả năng của mình, nhưng không phải ngay tức khắc mà nhờ một số quy tắc có tính thuật toán, một quá trình tích cực suy nghĩ, hoạt động để biến đổi đối tượng hoặc điều chỉnh tri thức đã có [52]. Theo quan điểm của chúng tôi, trong DH DTH, phát hiện VĐ chính là nhận ra mâu thuẫn giữa VĐ mới nảy sinh với kiến thức đã biết và phát biểu VĐ thành 1 câu hỏi nêu bật nội hàm của VĐ. Từ việc phát hiện VĐ sẽ kích thích HS có nhu cầu muốn hành động để GQVĐ. Vì vậy, phát hiện VĐ chính là khâu đầu 21 tiên giúp chủ thể nhận ra được bản chất bên trong của VĐ, từ đó có kế hoạch và giải pháp để tiến hành GQVĐ. * Giải quyết vấn đề GQVĐ được hiểu theo nghĩa thông thường là thiết lập những PP thích ứng để giải quyết các khó khăn, trở ngại. Đối với VĐ có độ khó cao hơn, các PP giải quyết cần phải tối ưu khi giải pháp thông thường không thể đáp ứng với hoàn cảnh khó khăn này. Một số nhà tâm lí học nhận định rằng hầu hết các kiến thức HS tiếp thu được đều liên quan đến việc giải quyết các VĐ nói chung và VĐ khó khăn nói riêng. Có nhiều khái niệm GQVĐ được đưa ra. Cho đến cuối thế kỷ XX, nhìn chung cộng đồng giáo dục quốc tế chấp nhận định nghĩa của Mayer (1992): GQVĐ là một quá trình nhận thức để chuyển đổi từ một tình huống nhất định đến tình huống mong muốn, mà ở đó các cách để thực hiện sự thay đổi không phải là trực tiếp và rõ ràng cho chủ thể GQVĐ [89]. Đến đầu thế kỷ XXI, khái niệm GQVĐ tiếp tục được điều chỉnh theo hướng mở rộng nội hàm của khái niệm. Các tác giả Jean-Paul Reeff, Anouk Zabal, Christine Blech (2006) đã nêu: “GQVĐ là khả năng suy nghĩ và hành động trong những tình huống không có quy trình, thủ tục, giải pháp thông thường có sẵn. Người GQVĐ có thể ít nhiều xác định được mục tiêu hành động, nhưng không phải ngay lập tức biết cách làm thế nào để đạt được nó. Sự am hiểu tình huống VĐ và lý giải dần việc đạt mục tiêu đó trên cơ sở việc lập kế hoạch và suy luận tạo thành quá trình GQVĐ” [86; 91]. Như vậy, có thể thấy GQVĐ là một quá trình tư duy phức tạp, nó bao gồm sự phát hiện VĐ, đưa ra luận điểm, rút ra kết luận, ĐG,… để đưa ra một hoặc nhiều giải pháp khắc phục những khó khăn, thách thức của VĐ. Trong quá trình GQVĐ, chủ thể thường phải trải qua hai giai đoạn cơ bản: (1) Giai đoạn tìm hiểu VĐ và thiết lập không gian VĐ, hình thành giả thuyết: Đầu tiên, chủ thể nỗ lực tìm hiểu nội hàm của VĐ; Sau đó huy động các nguồn lực, tìm kiếm hướng đi, thủ pháp, tiến trình,... để dẫn tiến tới một giải pháp cho việc GQVĐ. 22 (2) Giai đoạn thực hiện GQVĐ và ĐG giải pháp GQVĐ, rút ra kết luận: Thực hiện các quá trình suy luận và hành động để diễn giải dần từng bước cho giải pháp đã lựa chọn (giải quyết các VĐ nhỏ hơn ở từng lĩnh vực/nội dung cụ thể; chuyển đổi ý nghĩa của kết quả thu được về bối cảnh thực tiễn); KT, ĐG giải pháp vừa thực hiện, hoặc tìm kiếm giải pháp khác và ĐG sự tối ưu giữa các giải pháp; đề xuất cách vận dụng giải pháp. Các tác giả Trần Bá Hoành [39], Trần Văn Kiên [51] đưa ra quy trình DH GQVĐ có 3 bước: Bước đặt VĐ (GV tạo tình huống có VĐ; HS phát hiện và nhận dạng VĐ nảy sinh, phát biểu VĐ cần giải quyết); Bước GQVĐ (HS đề xuất các giả thuyết, lập kế hoạch giải, thực hiện kế hoạch giải quyết); Bước kết luận (HS tiến hành thảo luận kết quả và ĐG, phát biểu kết luận, đề xuất VĐ mới). Branford trong nghiên cứu The IDEAL problem Solver - Con người lí tưởng giải quyết các VĐ khó khăn (xuất bản 1984) đã đề nghị 5 thành phần trong việc GQVĐ là: Nhận diện VĐ; Tìm hiểu cặn kẽ VĐ khó khăn “thiết lập không gian VĐ và hình thành giả thuyết”; Đưa ra một giải pháp; Thực hiện giải pháp; ĐG hiệu quả việc thực hiện. Tác giả Đinh Thị Thu Hằng [37], Nguyễn Bá Kim [52] đều đưa ra quy trình GQVĐ gồm 4 bước là: Bước 1- Phát hiện/Thâm nhập VĐ; Bước 2- Tìm giải pháp, tìm cách GQVĐ; Bước 3- Trình bày giải pháp GQVĐ; Bước 4- Nghiên cứu sâu giải pháp. Sau khi đã tìm ra một giải pháp, có thể tiếp tục tìm thêm những giải pháp khác, so sánh chúng với nhau để tìm ra giải pháp hợp lý nhất. Như vậy, mặc dù các tác giả chia quá trình GQVĐ thành các bước theo các cách khác nhau nhưng chung quy lại đều khẳng định: GQVĐ là một quá trình, nó diễn ra theo một quy trình thao tác các KN. Trong quá trình GQVĐ, cá nhân sử dụng kiến thức, KN, kinh nghiệm có được trước đó để giải quyết một tình huống mà cá nhân đó có nhu cầu giải quyết. GQVĐ không phải chỉ dừng lại ở ý tưởng mà yêu cầu chủ thể phải tiến hành các thao tác hành động để thu được sản phẩm. Trong quá trình GQVĐ, chủ thể vừa lĩnh hội được kiến thức mới vừa hình thành và phát triển được NL GQVĐ. 1.2.2.2. Khái niệm năng lực giải quyết vấn đề 23 Khái niệm NL GQVĐ không hoàn toàn đồng nghĩa với khái niệm GQVĐ (đã nêu ở trên). Điều này thể hiện rõ qua tóm lược kết quả tổng quan của dự án ERB - SOE2 - CT98 - 2042, Ủy ban Nghiên cứu và phát triển châu Âu [89]. Người có NL GQVĐ sẽ có các ý tưởng, khả năng, các thao tác khi tiến hành GQVĐ, họ biết cách phát hiện VĐ, hình thành giả thuyết để giải thích cho nguyên nhân của VĐ, đề ra được giải pháp hợp lí và tiến hành GQVĐ một cách hiệu quả, biết cách ĐG giải pháp GQVĐ và rút ra kết luận để có được giải pháp tối ưu nhất. Theo Từ Đức Thảo [73], khi giải quyết một VĐ nào đó, HS phải dựa vào vốn hiểu biết và kinh nghiệm đã tích lũy được, tiến hành suy luận để tìm câu trả lời, và cũng nhờ suy luận, HS có thể nảy sinh ý tưởng mới. Như vậy, GQVĐ cho phép HS học và luyện tập tư duy. Tư duy và GQVĐ có mối quan hệ mật thiết với nhau; tư duy để GQVĐ, thông qua GQVĐ mà phát triển tư duy. Theo Chương trình ĐG HS quốc tế PISA [47], NL GQVĐ là khả năng sử dụng kiến thức của một cá nhân trong quá trình nhận thức và giải quyết các VĐ thực tế. Thông qua những tình huống rèn luyện trí óc, HS phải biết vận dụng, phối hợp các NL đọc hiểu, làm toán và khoa học để đưa ra các giải pháp thực hiện. Theo nghiên cứu của tác giả Đinh Quang Báo, ở bậc học THPT, NL GQVĐ được biểu hiện ở các hoạt động [16]: - Phân tích được tình huống trong học tập, trong cuộc sống; phát hiện và nêu được tình huống CVĐ trong học tập, trong cuộc sống. - Thu thập và làm rõ các thông tin có liên quan đến VĐ; đề xuất và phân tích được một số giải pháp GQVĐ; lựa chọn được giải pháp phù hợp nhất; - Thực hiện và ĐG giải pháp GQVĐ; suy ngẫm về cách thức và tiến trình GQVĐ để điều chỉnh và vận dụng trong bối cảnh mới. Qua những phân tích ở trên, khái niệm NL GQVĐ được chúng tôi đề xuất sau đây sẽ hàm chứa những đặc điểm của NL GQVĐ và tiến trình xử lý thông tin để GQVĐ: NL GQVĐ là khả năng cá nhân vận dụng những hiểu biết và xúc cảm để phát hiện VĐ và tìm ra giải pháp, tiến hành GQVĐ một cách hiệu quả, tự ĐG và điều chỉnh quá trình GQVĐ. Trong DH SH, HS có NL GQVĐ khi các 24 em biết sử dụng kiến thức, KN của môn SH một cách tự tin vào việc giải quyết các VĐ thuộc các lĩnh vực học tập ở nhà trường và các VĐ trong cuộc sống. Từ định nghĩa trên, chúng tôi cho rằng: NL GQVĐ gồm 4 nhóm KN thành tố, đó là nhóm KN phát hiện VĐ; nhóm KN thiết lập không gian VĐ và hình thành giả thuyết; nhóm KN xây dựng giải pháp và thực hiện việc GQVĐ; nhóm KN ĐG giải pháp GQVĐ và rút ra kết luận. 1.2.2.3. Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề Muốn tiến hành GQVĐ thì chủ thể cần phải có NL GQVĐ. Vì vậy, cấu trúc của NL GQVĐ gồm các KN thành phần tương ứng để tiến hành các thao tác nhằm thực hiện việc GQVĐ đạt hiệu quả tối ưu. Trong DH SH, các tác giả Trần Bà Hoành - Trịnh Nguyên Giao [39], Trần Văn Kiên [51; tr. 65], Ngô Văn Hưng [48; tr. 100], đưa ra quy trình DH tiếp cận GQVĐ gồm 3 bước: Bước 1 - Đặt vấn đề: Trong bước này, GV tạo tình huống có VĐ, HS phát hiện, nhận dạng VĐ nảy sinh và phát biểu VĐ cần giải quyết. Bước 2 - GQVĐ: HS đề xuất các giả thuyết, lập kế hoạch và thực hiện kế hoạch GQVĐ. Bước 3 - Kết luận: HS rút ra kết luận về kiến thức mới. Trong ba bước nói trên, bước 1 sẽ rèn luyện cho HS KN khám phá, phát hiện VĐ; bước 2 sẽ rèn luyện cho HS KN thiết lập không gian VĐ, KN lập kế hoạch và tiến hành GQVĐ; bước 3 không chỉ rèn luyện cho HS KN tổng hợp và khái quát hoá kiến thức, hình thành kiến thức mới mà còn rèn luyện cho HS rút ra các bài học kinh nghiệm sau khi GQVĐ. Căn cứ vào các bước GQVĐ, trên cơ sở phân tích cấu trúc của NL GQVĐ, chúng tôi cho rằng để phát triển NL GQVĐ thì HS cần phải được hình thành và phát triển được 4 KN thành tố, đó là: KN1 “Khám phá, phát hiện VĐ”; KN2 “Thiết lập không gian VĐ và hình thành giả thuyết”; KN3 “Lập kế hoạch, thực hiện GQVĐ”; KN4 “ĐG giải pháp GQVĐ và rút ra kết luận”. 25 Khám phá, phát hiện vấn đề Thiết lập không gian vấn đề và hình thành giả thuyết Năng lực giải quyết vấn đề Lập kế hoạch, thực hiện GQVĐ Đánh giá giải pháp GQVĐ, rút ra kết luận Sơ đồ 1.3. Cấu trúc của năng lực giải quyết vấn đề Trên cơ sở phân tích các thao tác của các KN thành phần thuộc NL GQVĐ, chúng tôi đề xuất các thao tác thực hiện KN của NL GQVĐ như sau: Bảng 1.2. Biểu hiện của các kỹ năng thành phần trong năng lực giải quyết vấn đề Khám phá, Thiết lập không Lập kế hoạch GQVĐ, ĐG giải pháp phát hiện vấn đề gian VĐ và hình thực hiện việc GQVĐ GQVĐ, rút ra thành giả thuyết kết luận - Phân tích, làm rõ - Thu thập, lựa chọn, - Đề xuất các PP để kiểm - ĐG tính hiệu quả của nội dung của VĐ. sắp xếp những nội chứng giả thuyết. việc GQVĐ. - Nhận ra mâu dung kiến thức liên + Bằng PP suy luận phản - Tổng hợp, khái quát thuẫn giữa VĐ mới quan đến VĐ. biện khoa học. hóa tri thức, hình nảy sinh với kiến - Thiết lập mối quan + Hoặc bằng cách tiến thành tri thức mới. thức đã học. hệ giữa nội dung của hành các TN khoa học. - Xác nhận những kiến - Phát biểu thành VĐ với các nội dung - Giải thích, làm rõ thức và kinh nghiệm một mệnh đề (một kiến thức đã học. nguyên nhân của VĐ, rút thu nhận được sau khi câu hỏi hoặc bài - Đề xuất giả thuyết ra kết luận về nguyên hoàn tập). giải thích VĐ. nhân của VĐ. 1.2.3. Phát triển năng lực giải quyết vấn đề GQVĐ. thành việc 26 Năng lực GQVĐ được cấu thành từ 4 KN thành tố, vì vậy sự phát triển của NL GQVĐ chính là quá trình hình thành và phát triển các KN thành tố của NL này. Về mặt bản chất, sự hình thành các KN thành tố của NL chính là sự biến đổi về lượng, còn sự phát triển của NL chính là sự phát triển về chất. Khi các KN thành tố được hình thành từ các thao tác riêng lẽ đến KN và kỹ xảo thì tất yếu sẽ dẫn tới sự phát triển NL. Sự hình thành KN từ mức thao tác đơn giản đến kỹ xảo sẽ dẫn tới sự phát triển NL từ thấp đến cao, từ chưa hoàn thiện đến hoàn thiện. 1.2.3.1. Quy trình phát triển năng lực giải quyết vấn đề Năm 2012, Cao Thị Thặng và cộng sự đã đưa ra quy trình phát triển NL GQVĐ thông qua DH môn Hóa học cho HS THPT gồm 5 bước là [77; tr. 29-31]: - Bước 1: GV lập kế hoạch phát triển NL GQVĐ cho HS và trình bày trong giáo án. Sau đó, lựa chọn bài học có nội dung phù hợp để thiết kế các tình huống DH. Ở bước này, cần phải xây dựng ma trận đơn vị kiến thức của toàn bộ chương trình; phân loại đơn vị kiến thức theo 2 nhóm, nhóm những đơn vị có nhiều thuận lợi để rèn luyện được NL GQVĐ và nhóm những đơn vị khó sử dụng trong việc rèn luyện NL GQVĐ. - Bước 2: GV tạo ra tình huống CVĐ và tổ chức các hoạt động DH, sử dụng các PPDH tích cực để hình thành và phát triển NL GQVĐ cho HS. - Bước 3: GV sử dụng các PP DH tích cực để phát triển NL GQVĐ và theo dõi, hướng dẫn, hỗ trợ HS khi cần thiết. - Bước 4: GV ĐG quá trình phát triển NL GQVĐ của HS thông qua các công cụ: Bảng theo dõi kết quả của HS dựa trên các tiêu chí đã đặt ra; Phiếu ĐG của GV và tự ĐG của HS; Xây dựng các bài tập, các tình huống mô phỏng để KT, ĐG quá trình phát triển NL GQVĐ của HS. - Bước 5: Rút ra kinh nghiệm, phát huy những kết quả đã đạt được, đề xuất các biện pháp nhằm khắc phục những khó khăn, hạn chế của HS trong quá trình học tập. Chúng tôi thống nhất với nội hàm của quy trình rèn luyện NL GQVĐ mà Cao Thị Thặng và nhóm tác giả đưa ra. Tuy nhiên, theo chúng tôi, việc rèn luyện NL GQVĐ bằng các tình huống CVĐ tập trung vào việc HS tiến hành các 27 thao tác, các KN để thực hiện việc GQVĐ, qua đó sẽ rèn luyện được các KN, tạo ra sự phát triển về NL GQVĐ. Do vậy, quy trình mà chúng tôi đưa ra là trình tự các bước tiến hành GQVĐ khi phát sinh tình huống CVĐ. Trong quy trình rèn luyện không có giai đoạn chuẩn bị và giai đoạn tập dượt GQVĐ, các giai đoạn này được GV tiến hành trước khi bước vào quá trình rèn luyện NL GQVĐ cho HS và được xếp vào giai đoạn chuẩn bị cho công tác rèn luyện. Quy trình rèn luyện NL GQVĐ mà chúng tôi đưa ra là các bước tiến hành việc rèn luyện các KN của NL GQVĐ, trong đó thể hiện rõ việc rèn luyện KN phát hiện VĐ; KN thiết lập không gian VĐ và hình thành giả thuyết; KN lập kế hoạch và tiến hành GQVĐ; KN ĐG giải pháp GQVĐ và rút ra kết luận. Quá trình rèn luyện được tiến hành lặp đi lặp lại thông qua việc giải quyết các tình huống CVĐ, nhờ đó sẽ hình thành các KN. Khi các KN của NL GQVĐ được hình thành và phát triển thì sẽ dẫn tới sự phát triển NL GQVĐ. 1.2.3.2. Tình huống có vấn đề là công cụ để rèn luyện năng lực giải quyết vấn đề Trong DH GQVĐ, các tác giả Trần Văn Kiên [51], Trần Bá Hoành, Trịnh Nguyên Giao [39], Ngô Văn Hưng [48, tr. 100] đã khẳng định vai trò của tình huống CVĐ trong việc sử dụng để dạy học GQVĐ, hướng tới hình thành kiến thức mới. Trong đề tài nghiên cứu này, chúng tôi sử dụng tình huống CVĐ làm công cụ để tổ chức DH rèn luyện NL GQVĐ, đồng thời hình thành kiến thức mới cho HS. * Vấn đề và vấn đề học tập Theo từ điển Tiếng Việt, vấn đề là điều cần được xem xét, nghiên cứu, giải quyết [71, tr. 1711]. Trong tự nhiên, một sự việc, một hiện tượng, một thực tại khách quan cần được quan tâm xem xét, giải quyết đều được gọi là VĐ. Trong cuộc sống và học tập, thường xuyên tồn tại các VĐ và các VĐ này thường xuyên tác động lên mọi chủ thể. Trong hoạt động học tập, một câu hỏi, một bài tập, một định lí, một quy luật,… đều là những VĐ. Những VĐ này tác động lên mọi HS trong lớp học nhưng không phải HS nào cũng hiểu rõ và giải quyết được nó. 28 Tất cả mọi hiện thực khách quan khi tác động lên chủ thể đều được gọi là VĐ. Tuy nhiên, trong hoạt động DH, GV thường chỉ sử dụng những VĐ có tính thử thách đối với HS để kích thích sự tìm tòi, khám phá, nghiên cứu của HS. Vì vậy, thuật ngữ VĐ mà các nhà giáo dục bàn tới là những nội dung có tính thử thách, yêu cầu HS phải giải quyết và HS có thể giải quyết được. Tác giả Lê Ngọc Sơn (2008) cho rằng: “VĐ là một bài toán, một câu hỏi hay một đòi hỏi yêu cầu hành động giải quyết, đòi hỏi một cá nhân hay một nhóm đưa ra cách giải, câu trả lời, các hành động phải tiến hành, mà chưa biết con đường nào dẫn tới kết quả câu trả lời” [70; tr. 26]. Theo I.Ia. Lecne: “VĐ là một câu hỏi nảy sinh được đặt ra cho chủ thể mà chủ thể chưa biết lời giải, nhưng chủ thể đã có sẵn một số phương tiện ban đầu để sử dụng thích hợp vào việc tìm tòi nó” [54, tr. 27]. Theo quan điểm của chúng tôi, VĐ học tập là nội dung kiến thức mà người học cần nắm vững, tồn tại khách quan, số đông HS chưa nhận ra, phải qua hoạt động học tập thì các em mới lĩnh hội được. Vấn đề luôn tồn tại khách quan, độc lập với chủ thể. Khi cùng tiếp nhận một VĐ, các chủ thể khác nhau có phản ứng khác nhau. Ví dụ, cùng một câu hỏi được GV đưa ra nhưng các đối tượng HS khác nhau sẽ có phản ứng khác nhau. Sẽ có HS nhanh chóng trả lời câu hỏi, có HS suy nghĩ một thời gian sau mới có câu trả lời, có những HS không hiểu nội dung của câu hỏi. Như vậy, VĐ tồn tại độc lập, khách quan với chủ thể, tác động lên chủ thể nhưng sự phản ứng của chủ thể đối với VĐ phụ thuộc vào trạng thái tâm lí, kiến thức, KN sẵn có của chủ thể. * Phân loại vấn đề - Căn cứ vào các loại bối cảnh của VĐ, người ta phân chia VĐ thành 4 loại: VĐ cá nhân; VĐ giáo dục/nghề nghiệp; VĐ cộng đồng và VĐ khoa học. - Chương trình ĐG học sinh quốc tế (PISA) phân chia VĐ thành 2 loại là VĐ tĩnh và VĐ động. Ở VĐ tĩnh (static problem), các thông tin liên quan đến 29 VĐ đều cho sẵn và không bị thay đổi theo thời gian. Ở VĐ động (dynamic problem), trạng thái VĐ thay đổi (các thông tin cần thiết cho VĐ không hoàn toàn cho sẵn) và phát triển theo thời gian tùy thuộc vào hành vi tương tác của người GQVĐ. Trong thực tiễn, VĐ động gần gũi hơn với cuộc sống hàng ngày vì trong cuộc sống thì một số khía cạnh của VĐ có thể ngày càng trầm trọng thêm theo thời gian, trong khi một số khía cạnh khác có thể ngày càng đơn giản và biến mất. Trong hoạt động DH rèn luyện NL GQVĐ cho HS chuyên, chúng tôi tiến hành xây dựng các VĐ theo các cấp độ thứ bậc khác nhau. Trong đó, toàn bộ nội dung DTH là một vấn đề gồm 3 đơn vị nhỏ là cấu trúc của VCDT, sự vận động của VCDT, ứng dụng DTH vào thực tiễn. Mỗi đơn vị đó cũng chính là một VĐ và tiếp tục được chia ra thành các VĐ nhỏ hơn. Cứ như thế, chúng tôi phân chia VĐ theo thứ bậc thông qua sơ đồ phân nhánh để tạo điều kiện cho việc tổ chức hoạt động DH rèn luyện NL GQVĐ cho HS chuyên. Đồng thời, quá trình tổ chức hoạt động DH cũng chính là quá trình chia VĐ lớn thành những VĐ nhỏ để HS dễ dàng có biện pháp giải quyết. Trong thực tiễn cuộc sống cũng vậy, một VĐ cho dù có phức tạp bao nhiêu nhưng nếu được phân tích và chia thành các VĐ nhỏ hơn thì sẽ dễ dàng có biện pháp giải quyết. Vì vậy, cách thức mà chúng tôi tiến hành tổ chức DH rèn luyện NL GQVĐ cho HS chuyên sẽ là quá trình khai thác các VĐ lớn, phân tích và chia VĐ lớn thành các VĐ nhỏ, sau đó tiếp tục phân chia VĐ nhỏ thành những VĐ nhỏ hơn để HS dễ dàng giải quyết, từ đó rèn luyện cho HS PP giải quyết các VĐ lớn trong thực tiễn cuộc sống. 30 VĐ cấp 2 VĐ cấp 1 VĐ cấp 2 Vấn đề tổng thể VĐ cấp 2 VĐ cấp 1 VĐ cấp 2 Sơ đồ 1.4. Ví dụ minh họa về tính thứ bậc của vấn đề * Thuật ngữ “Có vấn đề”: Chúng tôi phân biệt VĐ với CVĐ. Bởi lẽ, theo quan điểm của chúng tôi, tất cả mọi hiện tượng, sự vật đều được gọi là VĐ, nhưng không phải mọi VĐ đều trở thành CVĐ đối với chủ thể. Một VĐ chỉ trở thành CVĐ khi VĐ đó tác động được vào hứng thú của chủ thể, kích thích được sự trăn trở, suy nghĩ, tìm tòi của chủ thể. Vì vậy, có thể cùng một VĐ, khi chủ thể thứ nhất tiếp cận thì nhận thấy CVĐ nhưng ở chủ thể thứ hai thì lại không nhận thấy có gì bất thường. Như vậy, thuật ngữ “có vấn đề” là để chỉ trạng thái tâm lí của chủ thể thay đổi khi tiếp nhận VĐ. Vì vậy, CVĐ hay không CVĐ không chỉ phụ thuộc vào VĐ mà còn phụ thuộc vào trình độ nhận thức, sự hứng thú và sự quan tâm của chủ thể đối với VĐ đó. Từ đó có thể kết luận: Những VĐ tạo được sự hứng thú, sự quan tâm của chủ thể, được chủ thể mong muốn khám phá, giải quyết thì được gọi là CVĐ. Một VĐ được chuyển thành CVĐ nếu nó đáp ứng được ba phần cơ bản: thông tin, kết luận và chủ thể. Trong hoạt động học tập, một VĐ sẽ trở thành CVĐ khi nó mang tính triết học (chứa đựng mâu thuẫn), có yếu tố tâm lí (được HS mong muốn giải quyết), phải mang tính giáo dục (HS có thể giải quyết được và sau khi giải qsuyết thì sẽ hình thành được kiến thức mới và củng cố, phát triển được một số KN, NL cho người học). 31 * Tình huống và tình huống có vấn đề Theo từ điển Tiếng Việt, tình huống là sự diễn biến của tình hình, về mặt cần phải đối phó [71; tr. 1551]. Như vậy, tình huống là một thuộc tính tâm lí của chủ thể và phản ánh trạng thái suy nghĩ của chủ thể. Khi nói đến tình huống là muốn chỉ ra sự diễn biến về mặt tư duy và các dự định chuẩn bị hành động của chủ thể. Tình huống CVĐ là những biểu hiện tâm lí của chủ thể về một VĐ nào đó. Trong hoạt động DH, tình huống CVĐ chính là trạng thái tâm lí của HS khi gặp phải những VĐ học tập có tính vừa sức, hấp dẫn, kích thích được sự tìm tòi khám phá, chiếm lĩnh tri thức mới. Theo tác giả Đinh Quang Báo, tình huống CVĐ là một trạng thái tâm lý của chủ thể nhận thức khi vấp phải một mâu thuẫn, một khó khăn về nhận thức. Mâu thuẫn và khó khăn đó vượt ra khỏi giới hạn của tri thức đã có của chủ thể, bao hàm một điều gì đó chưa biết, đòi hỏi một sự tìm tòi tích cực, sáng tạo [15; tr. 3]. Ngoài ra, nhiều tác giả khác đưa ra định nghĩa về tình huống CVĐ, trong đó có M.I. Macmutop [61], A.V.Pêtrôpski [65], I.Ia.lecne [57], Nguyễn Ngọc Quang [67],... Mặc dù cách diễn đạt khác nhau nhưng các tác giả đều khẳng định tình huống CVĐ luôn chứa đựng một nội dung cần xác định, một nhiệm vụ cần được giải quyết. Trong DH, bằng nghiệp vụ sư phạm của mình, GV phải chuyển các VĐ học tập trở thành những nội dung CVĐ để gây ra những biến đổi tâm lí trong suy nghĩ, nhận thức của HS. Khi HS tiếp cận với các nội dung CVĐ thì các em sẽ có nhu cầu khám phá, nghiên cứu, làm xuất hiện các diễn biến tâm lí, khi đó gọi là tình huống CVĐ. Như vậy, tình huống CVĐ là một thuật ngữ dùng để chỉ trạng thái tâm lí muốn tìm hiểu, khám phá VĐ của HS khi HS tiếp cận nội dung CVĐ. Vì vậy, nhiều tác giả thường sử dụng thuật ngữ “tình huống CVĐ” để chỉ những VĐ được HS quan tâm tìm hiểu, khám phá, nghiên cứu. Trong đề tài luận án của mình, chúng tôi cũng sử dụng thuật ngữ “tình huống CVĐ” với ý nghĩa như vậy. 32 Tóm lại, chúng tôi quan niệm rằng tất cả mọi nội dung học tập đều là VĐ, nhưng chỉ có những nội dung kích thích được sự tìm tòi suy nghĩ của HS thì mới trở thành CVĐ và được gọi bằng thuật ngữ tình huống CVĐ. Tình huống CVĐ là công cụ được chúng tôi sử dụng để rèn luyện NL GQVĐ cho HS và nhiệm vụ của GV là phải tạo ra các tình huống CVĐ để kích thích sự tìm hiểu, khám phá, GQVĐ của HS. * Thuật ngữ “Bối cảnh”: Là điều kiện lịch sử, hoàn cảnh chung có tác dụng đối với một con người, một sự kiện [71; tr. 137]. Trong cùng một bối cảnh, trước một VĐ, các chủ thể khác nhau sẽ có phản ứng khác nhau. Vì vậy, trong DH, cần phải có các bối cảnh phù hợp để HS có các phản ứng phù hợp, làm nảy sinh các vấn đề và làm phát sinh các tình huống CVĐ. Nói một cách khái quát cũng có thể xem bối cảnh là một loại VĐ. Bởi lẽ, bối cảnh tồn tại khách quan với chủ thể và cũng tác động lên chủ thể, kích thích sự suy nghĩ của chủ thể khám phá nó. Tuy nhiên, bối cảnh thường có không gian rộng hơn VĐ và thường không có nội dung rõ ràng. Vì vậy, bối cảnh là một loại VĐ đặc biệt, nó sẽ được sử dụng để làm phát sinh các VĐ mới. Trong đề tài nghiên cứu này, ở mức cao nhất, chúng tôi hướng vào việc tạo các bối cảnh để HS phát sinh các VĐ, từ đó nảy sinh tình huống CVĐ. Vì vậy, thuật ngữ “bối cảnh” mà chúng tôi sử dụng cho luận án chính là những mẫu chuyện kể về nội dung kiến thức DTH hoặc những câu hỏi nêu VĐ để HS suy nghĩ và phát sinh các tình huống CVĐ. 1.2.4. Vị trí, vai trò của việc phát triển năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học Sinh học ở trường trung học phổ thông Theo Đỗ Ngọc Miên [62; tr. 53-55], trong DH phổ thông, để phát triển tư duy cho HS cần có sự cộng hưởng của nhiều yếu tố (tố chất của HS, PP DH của GV, nội dung DH,…). DH phát triển tư duy là làm cho người học biết cách tư duy một VĐ nào đó để GQVĐ. Ví dụ, giúp HS biết suy nghĩ trước khi hành động, biết khi nào cần làm gì và làm như thế nào, biết lựa chọn cách thức, nguyên tắc phù hợp để GQVĐ. Trong DH luôn có sự phân hoá cấp độ tư duy của HS do đặc điểm tâm sinh lí, đặc điểm nhận thức của mỗi HS là khác nhau; 33 do vậy GV cần có những chiến lược DH hợp lí để phát triển tư duy cho HS. Trong DH SH, việc rèn luyện NL GQVĐ sẽ phát triển tư duy cho HS. Sự phát triển NL cũng tuân theo các quy luật “mâu thuẫn” và “lượng chất” như tất cả các sự vật hiện tượng trong hiện thực khách quan; có thể thấy, mâu thuẫn giữa kiến thức, KN SH có ở HS với yêu cầu xây dựng và sử dụng kiến thức mới đã tạo ra nhu cầu, động lực để các em tiến hành hoạt động GQVĐ trong DH SH. Do đó, nếu HS thường xuyên được tập luyện hoạt động phát hiện và GQVĐ (mặt số lượng hoạt động) thì sẽ dẫn tới sự phát triển NL GQVĐ (mặt chất lượng của hoạt động). Học sinh THPT ở lứa tuổi 16 -18 là giai đoạn phát triển thể chất và tâm, sinh lí, có khả năng tự ý thức, tự ĐG, tự điều chỉnh trong hoạt động học tập; tri giác có chủ định chiếm ưu thế, NL ghi nhớ tăng lên rõ rệt, sự tập trung chú ý cao hơn và dần dần hướng tới tự học để thoả mãn nhu cầu nhận thức… Mặt khác, do tiếp xúc với nhiều môn học, nhiều thầy/cô, nhiều PP DH, hình thức DH khác nhau,… nên đòi hỏi các em phải có những biến chuyển lớn về NL quan sát, ghi nhớ, tư duy logic, tính độc lập, kiên trì, tư duy phê phán,…[66; tr. 232 - 243]. Những đặc điểm này tạo điều kiện thuận lợi cho việc hình thành và phát triển NL GQVĐ ở mỗi HS. Theo Nguyễn Minh Tâm [72], NL GQVĐ có quan hệ chặt chẽ với tư duy sáng tạo và tư duy phê phán. Các hoạt động GQVĐ không chỉ kích thích và phát triển KN tư duy và khả năng lập luận của HS mà còn giúp GV có điều kiện để quan sát các PP mà các em đã sử dụng, từ đó có điều chỉnh cho phù hợp và hiệu quả. Từ những công trình nghiên cứu có liên quan tới các NL trong DH SH và NL GQVĐ nói chung, có thể thấy rằng: Năng lực GQVĐ có những mối quan hệ mật thiết với KN quan sát, KN so sánh, KN tổng hợp, khái quát hoá, trừu tượng hoá,… Các KN này đan xen, tương hỗ, gắn bó với nhau trong quá trình nhận thức của HS. Nếu hiểu mỗi VĐ trong học DTH của HS theo nghĩa hẹp (là khái niệm, định luật, quy luật, quá trình, bài toán,…) thì NL GQVĐ là một trong những thành phần quan trọng, có tính quyết định trong việc hình thành nên NL học 34 DTH. Trong bộ môn SH, NL GQVĐ có thể xem xét, nghiên cứu theo đặc thù từng phân môn: Tế bào học, Sinh thái học, Sinh lí người và động vật, DTH,… Chúng có những nét riêng gắn với tính chất các hoạt động tương ứng ở mỗi phân môn, đồng thời có mối liên hệ chặt chẽ tương hỗ lẫn nhau, tạo nên NL GQVĐ và NL học SH thông qua quá trình DH SH (yếu tố giáo dục). Mặt khác, nếu xét theo các tình huống DH điển hình của môn Sinh học thì có KN quan sát; KN thu thập và xử lí số liệu; KN suy luận để tìm ra mối quan hệ giữa cấu trúc với chức năng, KN so sánh; KN giải bài tập; KN phân tích, tổng hợp và khái quát hoá; KN vận dụng kiến thức vào thực tiễn; … Trong tất cả các KN đó thì đều cần có NL GQVĐ, nó đóng vai trò quan trọng ở mỗi KN thành phần (nhất là KN trả lời các câu hỏi và giải các bài tập bởi tính VĐ trong bài toán và hoạt động giải bài toán thể hiện rõ đặc thù GQVĐ). Nếu xét ở phạm vi của thực tiễn cuộc sống, mỗi HS luôn phải tự nhận biết và giải quyết những VĐ xảy ra đối với bản thân (trong đó có những VĐ của việc học tập) thì NL GQVĐ có cấu trúc phức tạp hơn, bao gồm nhiều thành phần và có vai trò rộng hơn NL học tập (nói riêng là NL học DTH). Nhưng nếu xét riêng ở phạm vi học tập, hay hẹp hơn nữa là trong hoạt động học DTH thì mỗi đơn vị kiến thức, mỗi câu hỏi, bài tập có thể chứa nhiều VĐ. Khi đó, NL GQVĐ lại là một bộ phận trong NL học tập. Như vậy, có thể khẳng định NL GQVĐ và NL học tập môn DTH là hai bộ phận có quan hệ biện chứng và gắn bó mật thiết với nhau. Học DTH sẽ góp phần hình thành và phát triển NL GQVĐ, đồng thời việc hình thành và phát triển NL GQVĐ sẽ góp phần thúc đẩy việc học tập phần DTH đạt hiệu quả cao. 1.3. CƠ SỞ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.3.1. Đặc điểm của học sinh THPT khối chuyên Sinh Trong đề án phát triển hệ thống trường trung học phổ thông chuyên giai đoạn 2010 – 2020, Bộ GD&ĐT đã khẳng định “…mỗi tỉnh, thành phố trực thuộc trung ương có ít nhất một trường THPT chuyên với tổng số HS chuyên chiếm khoảng 2% số HS THPT của từng tỉnh, thành phố” [14]. Như vậy, xét trên quy mô rộng hơn thì HS chuyên là 2% số HS giỏi nhất của cả nước, là 35 những cá nhân có NL tư duy tốt, có trí tuệ xuất sắc, thuộc nhóm người hiền tài của quốc gia. Theo tác giả Phạm Minh Hạc, trên thế giới, số HS năng khiếu chiếm khoảng 2% tổng số HS cùng lứa tuổi. Ở Việt Nam, theo số liệu điều tra HS từ 11 đến 18 tuổi của chương trình khoa học - công nghệ nhà nước KX – 05, thì trong giai đoạn 1996 – 2001 có 3,6% số HS có chỉ số IQ trên 110 điểm trong đó có 0,2% HS có IQ trên 130 điểm. Điều này chứng tỏ 2% số HS có trình độ học vấn giỏi nhất ở các tỉnh được học ở trường THPT chuyên là những HS có chỉ số IQ ở mức cao [36; tr. 1-3]. Chính vì vậy, HS chuyên là những HS có trí thông minh, nhanh nhẹn trong tư duy; Có trí nhớ tốt, có độ bền kiến thức cao; Có sức khỏe tốt, các thao tác chân tay nhanh nhẹn, không bị bệnh bẩm sinh; Có các NL chung như NL ngôn ngữ, NL hợp tác nhóm, NL tính toán, NL tư duy, NL GQVĐ ở mức cao; Có NL tự học tốt; Có khả năng vận dụng những kiến thức liên môn để giải quyết một VĐ thực tiễn đặt ra; Có sự khéo léo trong thao tác chân tay để tiến hành các TN, thực hành,... Theo Phạm Văn Lập (2012), HS chuyên Sinh ở các trường THPT chuyên hầu hết có NL tư duy thường xếp sau các HS khối chuyên Toán, chuyên Lí, chuyên Hóa. Vì trong thi tuyển vào các khối chuyên, những HS có NL tư duy tốt nhất thường đăng kí vào các khối chuyên Toán, chuyên Anh,... Ngoài những bạn yêu thích môn Sinh học, thường chỉ có những HS có trình độ NL ở mức khá mới đăng kí thi vào chuyên Sinh. Do đó, HS chuyên Sinh thường có NL tư duy có phần thấp thua hơn các nhóm HS thuộc các khối chuyên khác [55]. Có thể khẳng định, HS chuyên Sinh là những HS có trình độ tư duy ở mức cao hơn so với HS cùng thế hệ ở các trường THPT không chuyên. Ở họ có đầy đủ các yếu tố bẩm sinh tạo điều kiện thuận lợi cho việc phát triển các NL nói chung và NL GQVĐ nói riêng. Nhưng so với HS của các khối chuyên khác thì HS thuộc khối chuyên Sinh thường có trình độ tư duy và các tố chất để phát triển trí tuệ ở mức thấp hơn. Vì vậy, cần có những đặc thù riêng khi tiến hành các PP DH đối với HS thuộc khối chuyên Sinh. 1.3.2. Thực trạng về dạy học rèn luyện năng lực giải quyết vấn đề ở trường trung học phổ thông chuyên 36 Để tìm hiểu thực trạng về DH theo định hướng phát triển NL GQVĐ của HS, chúng tôi đã thiết kế 01 phiếu điều tra (Xem phụ lục 1) và điều tra hầu hết các GV giảng dạy chuyên Sinh ở tất cả các trường THPT chuyên trên toàn quốc với tổng số 92 GV. Nội dung và kết quả phân tích được hiển thị dưới đây. 1.3.2.1. Đặc điểm của đối tượng điều tra nghiên cứu Nghiên cứu được triển khai đối với 92 GV. Đặc điểm của đối tượng nghiên cứu được thể hiện ở bảng sau: Bảng 1.3. Số năm công tác của giáo viên được khảo sát Dưới 10 năm Số lượng 18 (tỉ lệ %) (19,6) Số năm công tác của GV được khảo sát Từ 10 năm đến dưới 20 Từ 20 năm đến năm 33 (35,87) Trên 30 năm 30 năm 33 (35,87%) 8 (8,66) Tuổi nghề trung bình của GV tham gia nghiên cứu là 18,36 tuổi, trong đó đa số GV có tuổi nghề trên 10 năm. Với độ tuổi này, các GV đã rất có kinh nghiệm trong DH và vận dụng các PP DH tích cực. 1.3.2.2. Thời điểm điều tra Chúng tôi điều tra GV giảng dạy chuyên Sinh ở các trường THPT chuyên trên toàn quốc vào ngày 05 tháng 11 năm 2013 tại Hội nghị tập huấn GV giảng dạy chuyên Sinh do vụ Giáo dục trung học của Bộ GD&ĐT tổ chức tại Hà Nội. 1.3.2.3. Kết quả điều tra Tổng số phiếu đã phát là 92, thu vào 92 nhưng ở một số câu hỏi nhiều GV không trả lời. Xử lí số liệu từ các phiếu điều tra chúng tôi thu được kết quả như sau: * Đánh giá về thực trạng rèn luyện năng lực giải quyết vấn đề trong dạy học Di truyền học Câu 1. Thầy (Cô) hãy cho biết vai trò của việc rèn luyện NL GQVĐ cho HS khi dạy phần DTH? Trong 92 GV được hỏi, chỉ có 81 GV trả lời câu hỏi này và tất cả đều khẳng định sự cần thiết của việc rèn luyện NL GQVĐ, trong đó có 42 phiếu (51,9%) trả lời rất cần thiết. Câu 2. Thầy (cô) có thường xuyên rèn luyện cho HS NL GQVĐ không? 37 Trong 92 GV được hỏi, có 85 GV trả lời, trong đó có 14 GV (16,7%) thường xuyên rèn luyện NL GQVĐ cho HS; 65 GV (76,7%) không thường xuyên rèn luyện NL GQVĐ; 6 GV (6,6%) chưa rèn luyện NL GQVĐ cho HS. Kết quả điều tra ở 2 câu hỏi 1 và 2 cho thấy, hầu hết GV được hỏi đều khẳng định vai trò, tầm quan trọng của việc rèn luyện NL GQVĐ cho HS chuyên. Tuy nhiên, trong số đó chỉ mới có một số ít GV (16,7%) thường xuyên rèn luyện NL GQVĐ cho HS. Đại đa số GV được hỏi đều đã tiến hành rèn luyện NL GQVĐ, chỉ có 6,6% GV chưa tiến hành rèn luyện NL này cho HS. Qua đó có thể xác nhận rằng, việc rèn luyện NL GQVĐ cho HS chuyên Sinh đã được GV thực hiện nhưng chưa thường xuyên và việc rèn luyện mang đậm tính ngẫu hứng của GV chứ chưa phải là mục tiêu chính, nhiệm vụ quan trọng được GV đặt ra trong quá trình DH. Câu 3: Thầy (cô) thường sử dụng các PP dạy học, kỹ thuật DH để rèn luyện NL GQVĐ cho HS ở cấp độ nào sau đây? Bảng 1.4. Thực trạng sử dụng các phương pháp dạy học ở trường THPT chuyên T Phương pháp dạy học, T phương tiện dạy học Tổng Thường xuyên Thỉnh thoảng Chưa bao giờ số phiếu Số trả lời lượng 77 10 Tỉ lệ Số Tỉ lệ Số Tỉ lệ % lượng % lượng % 13,0 43 55,8 24 31,2 1 Thuyết trình 2 Đàm thoại 80 13 16,3 58 72,5 9 11,2 3 Dạy học GQVĐ 86 14 16,3 55 64,0 17 19,7 4 5 Dạy học bằng bài tập tình huống Dạy học dự án 79 64 11 1 13,9 1,6 53 13 67,1 20,3 15 50 19,0 78,1 6 Dạy học khám phá 76 7 9,2 35 46,1 34 44,7 7 Câu hỏi/bài tập 79 26 32,9 49 62,0 4 5,1 8 Phiếu học tập 77 13 16,9 51 66,2 13 16,9 9 Tự nghiên cứu SGK/tài liệu 82 26 31,7 51 62,2 5 6,1 84 13 15,5 55 65,5 16 19,0 10 Sơ đồ, biểu đồ Qua bảng điều tra cho thấy, số lượng GV thường xuyên sử dụng các PP DH tích cực để phát triển NL GQVĐ cho HS chưa nhiều. Ví dụ: có 16,3% GV sử dụng PP DH GQVĐ; 13,9% GV thường xuyên DH bằng bài tập tình huống; 38 1,6% GV vận dụng DH dự án; 9,2% GV vận dụng DH khám phá. Điều này cho thấy GV đã xác định được tầm quan trọng của việc rèn luyện NL GQVĐ nhưng chỉ có một tỉ lệ chưa nhiều GV thực hiện rèn luyện NL GQVĐ cho HS. Câu 4: Trong DH GQVĐ cho HS chuyên Sinh hiện nay, thực tế thầy (cô) đã giải quyết ở mức độ nào sau đây? - Có 8 GV trả lời: Giáo viên nêu VĐ và tự GQVĐ, HS học cách GQVĐ của GV (mức 1). - Có 37 GV trả lời: Giáo viên nêu VĐ, HS và GV cùng GQVĐ (mức 2). - Có 40 GV trả lời: Giáo viên nêu VĐ, HS tiến hành GQVĐ, GV xác định mức độ đúng đắn kết quả GQVĐ từ HS (mức 3). - Có 7 GV trả lời: Học sinh tự tìm kiếm VĐ, tự GQVĐ, GV xác định mức độ chính xác của VĐ mà HS phát hiện và tự GQVĐ (mức 4). Qua kết quả trả lời các phiếu hỏi của GV, cho thấy hầu hết GV chuyên Sinh đang tổ chức DH GQVĐ ở cấp độ 2 hoặc cấp độ 3, đó là: GV nêu VĐ, sau đó HS GQVĐ hoặc HS và GV cùng GQVĐ. Với các cấp độ DH này, HS chưa được chủ động phát hiện VĐ mới, chưa được đưa ra các VĐ để cả lớp cùng bàn luận, mà hầu hết các VĐ được đưa ra giải quyết đều do GV đề xuất và áp đặt ngay từ đầu. Điều này đã hạn chế tính sáng tạo và tính phản biện của HS. Câu 5: Trong quá trình DH, thầy (cô) đã sử dụng công cụ nào để rèn luyện NL GQVĐ cho HS? Trong 92 phiếu hỏi, có 15 GV (16%) sử dụng tình huống CVĐ, có 20 GV (21,7%) sử dụng bài toán nhận thức, có 7 GV (7,6%) sử dụng dự án học tập, có 40 GV (43,9%) trả lời sử dụng cả 3 loại công cụ mà phiếu hỏi đưa ra, có 10 GV (10,8%) không điền vào bất cứ loại công cụ nào. Như vậy, có thể thấy đa số GV chuyên Sinh đã sử dụng các loại công cụ để rèn luyện NL GQVĐ cho HS, tuy nhiên vẫn còn một tỉ lệ GV nhất định chưa sử dụng những công cụ DH thông dụng cho việc tổ chức rèn luyện NL GQVĐ. * Điều tra việc đánh giá năng lực giải quyết vấn đề của học sinh Câu 6: Trong quá trình DH cho HS chuyên Sinh, thầy (cô) có ĐG NL GQVĐ của HS không? 39 Có 11 GV (13%) trả lời đã tiến hành thường xuyên; có 56 GV (67,5%) tiến hành khá thường xuyên; 15 GV (18,2%) tiến hành không thường xuyên; 01 GV (1,3%) chưa bao giờ tiến hành ĐG NL GQVĐ của HS. Câu 7: Theo thầy (cô), để rèn luyện NL GQVĐ của HS, thì cần phải rèn luyện những KN nào? Hầu hết các GV đều không trả lời câu hỏi này, chỉ có 8 phiếu (8,7%) trả lời đã tiến hành rèn luyện KN phát hiện VĐ và KN GQVĐ. Kết quả của các câu trả lời và các phiếu không có câu trả lời cho thấy, hầu hết GV chưa xác định được cấu trúc của NL GQVĐ, vì vậy chưa xác định được các KN của NL này, do đó chưa biết cần phải rèn luyện những KN nào của NL GQVĐ. Câu 8: Trong quá trình DH, thầy (cô) đã tiến hành ĐG NL GQVĐ của HS bằng PP nào? Tất cả các phiếu hỏi đều để trống phần trả lời ở câu hỏi này. Điều này cho thấy, tất cả các GV đều chưa biết cách ĐG NL GQVĐ của HS. Việc trả lời câu hỏi này mâu thuẫn với việc trả lời câu hỏi 6 vì trong câu hỏi 6 hầu hết GV đều trả lời đã ĐG NL GQVĐ, tuy nhiên câu này cho thấy họ chưa biết ĐG như thế nào, có thể GV chỉ dựa vào kết quả HS đã trả lời các bài tập tình huống, các bài toán nhận thức, các nhiệm vụ học tập để ĐG khả năng GQVĐ. Tóm lại, qua kết quả điều tra cho thấy đội ngũ GV chuyên Sinh đã nhận thức khá đầy đủ về vai trò của việc DH GQVĐ và vai trò của việc rèn luyện NL GQVĐ cho HS. Hầu hết GV đều trả lời đã thực hiện rèn luyện NL GQVĐ cho HS bằng cách này hay cách khác, thường xuyên hay không thường xuyên. Tuy nhiên, khi hỏi về PP rèn luyện, công cụ rèn luyện thì hầu hết GV không có câu trả lời, điều đó cho thấy họ đang rất lúng túng trong việc xác định quy trình rèn luyện cũng như công cụ rèn luyện NL GQVĐ. Mặt khác, những GV đã tiến hành tổ chức DH rèn luyện NL GQVĐ thì cách thức chủ yếu vẫn là GV nêu VĐ, HS và GV cùng GQVĐ hoặc GV nêu VĐ, HS GQVĐ, GV xác định mức độ đúng đắn của kết quả GQVĐ từ HS. Tức là hoạt động DH GQVĐ chủ yếu ở mức 2 và mức 3. Hầu hết GV đều chưa biết cách ĐG NL GQVĐ như thế nào. Vì vậy, chúng tôi nhận định việc DH GQVĐ của đội ngũ GV chuyên Sinh hiện nay 40 đang ở mức tự phát, chưa có một cơ sở lí luận vững chắc để tiến hành các bước một cách bài bản. Do đó, kết quả rèn luyện NL GQVĐ của HS cũng chưa được theo dõi, ĐG một cách thỏa đáng. Vì vậy, các nhà quản lí và GV chưa thể khẳng định chính xác sau khi hoàn thành chương trình THPT thì các thế hệ HS chuyên Sinh đã phát triển được những KN nào của NL GQVĐ và những KN nào còn yếu, cần phải tiếp tục tăng cường rèn luyện. Trong phạm vi đề tài nghiên cứu của mình, chúng tôi lựa chọn và nghiên cứu cơ sở lí luận, đề xuất quy trình rèn luyện và quy trình ĐG NL GQVĐ, xây dựng các công cụ rèn luyện, các công cụ ĐG NL GQVĐ cho HS chuyên Sinh, nhằm góp phần giúp đội ngũ GV có PP, công cụ để tiến hành tổ chức DH rèn luyện NL GQVĐ và ĐG NL GQVĐ cho HS trong DH ở trường THPT chuyên. 41 Kết luận chương 1 Trên thế giới và ở Việt Nam đã có nhiều nghiên cứu về NL và rèn luyện NL GQVĐ. Có nhiều nhà nghiên cứu đưa ra định nghĩa về NL, phân loại NL và tiến hành rèn luyện một số NL cốt lõi cho người học. Trong hệ thống các NL chung thì NL GQVĐ được khá nhiều tác giả nghiên cứu, phân tích và xem xét bởi nó là một trong những NL cần thiết nhất mà người học cần có. Qua việc nghiên cứu tổng quan các công trình, chúng tôi đưa ra các thuộc tính bản chất của NL và đưa ra định nghĩa NL GQVĐ; Xác định cấu trúc của NL GQVĐ; Các biểu hiện của NL GQVĐ. Đây là những định hướng quan trọng để chúng tôi tiếp tục nghiên cứu đề xuất quy trình, tổ chức DH để rèn luyện các KN trong NL GQVĐ của HS khi DH phần DTH ở trường THPT chuyên. Qua phân tích cấu trúc của NL GQVĐ, chúng tôi xác định được 4 KN thành phần của NL này cần được rèn luyện, ĐG để xác định sự phát triển NL của HS. Các KN thành phần của NL GQVĐ bao gồm: KN phát hiện VĐ; KN thiết lập không gian VĐ và hình thành giả thuyết; KN xây dựng kế hoạch và tiến hành GQVĐ; KN ĐG giải pháp GQVĐ và rút ra kết luận. Chúng tôi đã xác định khái niệm VĐ, phân loại VĐ và tình huống CVĐ, làm cơ sở để xây dựng các công cụ rèn luyện NL và ĐG NL GQVĐ của HS. Chúng tôi đã tiến hành điều tra thực trạng về DH GQVĐ hướng tới phát triển NL GQVĐ của HS trong DH SH ở các trường THPT chuyên. Kết quả điều tra cho thấy GV đã nhận thức được tầm quan trọng của DH hướng đến rèn luyện NL GQVĐ nhưng thực hiện còn hạn chế. Một số GV đã tiến hành việc rèn luyện NL GQVĐ cho HS. Tuy nhiên, họ chưa thường xuyên vận dụng tốt các PP DH phù hợp vào việc rèn luyện NL GQVĐ cho HS và đang lúng túng trong việc sử dụng công cụ và cách thức để rèn luyện. Đặc biệt, GV chưa biết cách để ĐG NL GQVĐ của HS. 42 CHƯƠNG 2: RÈN LUYỆN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ CHO HỌC SINH TRONG DẠY HỌC PHẦN DI TRUYỀN HỌC Ở TRƯỜNG THPT CHUYÊN 2.1. PHÂN TÍCH KIẾN THỨC PHẦN DI TRUYỀN HỌC Ở TRƯỜNG THPT CHUYÊN LÀM CƠ SỞ ĐỀ RÈN LUYỆN NĂNG LỰC GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ Ở chương trình SH phổ thông, phần DTH trong SGK SH 12 có 5 chương được trình bày theo cấu trúc hệ thống và có tính thứ bậc từ di truyền cấp phân tử đến di truyền cấp tế bào, di truyền cấp cơ thể, cấp quần thể và di truyền ứng dụng. Ở trường THPT chuyên, nội dung DTH được học chuyên sâu hơn so với chương trình SH 12 nâng cao. Trong đó, chương trình môn chuyên gồm 80% thời lượng kiến thức dành cho chương trình nâng cao, 20% thời lượng kiến thức dành cho chương trình chuyên sâu. Mục tiêu của chương trình chuyên Sinh là trang bị cho HS những kiến thức cơ bản, chuyên sâu về SH phân tử, các quy luật di truyền, ứng dụng DTH vào thực tiễn. Toàn bộ phần DTH ở trường THPT chuyên được trình bày thành một chỉnh thể thống nhất, trong đó có 3 thành tố cơ bản là: Cấu trúc của VCDT; Sự vận động của VCDT; Các ứng dụng DTH. Trong đó, về mặt nội dung kiến thức, ngoài việc phải làm rõ được 3 thành tố nói trên thì HS phải hiểu được vai trò của đặc tính di truyền và biến dị đối với sự vận động của các tổ chức sống. Di truyền và biến dị là hai mặt của một chỉnh thể thống nhất, đảm bảo sự tồn tại và phát triển của thế giới hữu sinh. Sự sống được tiếp diễn liên tục nhờ sự truyền thông tin trên ADN từ tế bào này sang tế bào khác, từ thế hệ này sang thế hệ khác [1; tr. 8]. Ngoài ra, HS phải hiểu rõ tính thứ bậc trong các cấp tổ chức, trong đó nghiên cứu sâu về cấu trúc và sự vận động của VCDT ở cấp độ: phân tử, tế bào, cơ thể, quần thể, quần xã, hệ sinh thái. Về cấu trúc và cơ chế di truyền, HS phải giải thích được vì sao ADN lại là vật chất quy định sự tồn tại và tiến hóa của toàn bộ sinh giới; Phân tích được cấu trúc của ADN, cấu trúc của gen, sự biểu hiện của gen và các cơ chế 43 di truyền, biến dị ở cấp phân tử. Trong chương trình chuyên Sinh, các cơ chế di truyền ở cấp phân tử được học chuyên sâu, không chỉ nghiên cứu về quá trình nhân đôi ADN, phiên mã ở sinh vật nhân thực, sinh vật nhân sơ mà còn đề cập đến tất cả các quá trình tái bản VCDT ở ADN virut, ARN của virut khảm thuốc lá, ARN của restrovirut. Không chỉ nghiên cứu về các cơ chế di truyền, biến dị ở cấp phân tử mà đi sâu nghiên cứu các ứng dụng của di truyền phân tử. Ví dụ, ứng dụng của lai phân tử trong việc xác định vị trí của gen trong tế bào, ứng dụng nguyên lí nhân đôi ADN để nhân dòng ADN theo kỹ thuật PCR,... Ở chương trình SH 12 nâng cao, sự điều hòa hoạt động gen chỉ nghiên cứu cấp độ điều hòa phiên mã của operon Lac và có tìm hiểu các cấp độ điều hòa hoạt động gen ở tế bào nhân thực; Còn trong chương trình chuyên Sinh, các cơ chế điều hòa đề cập đến tất cả các cấp độ, bao gồm điều hòa trước phiên mã, điều hòa phiên mã, điều hòa sau phiên mã, điều hòa dịch mã, điều hòa sau dịch mã. Trong đó, đi sâu phân tích cơ chế điều hòa ở mức trước phiên mã thông quan hiện tượng lặp gen, sự metyl hóa, axetyl hóa, sự bất hoạt NST,... Ở cơ chế điều hòa phiên mã của sinh vật nhân sơ, bao gồm cả cơ chế điều hòa cảm ứng theo con đường trao đổi chất dị hóa mà điển hình là cơ chế điều hòa của operon Lac và cơ chế điều hòa ức chế theo con đường trao đổi chất đồng hóa mà điển hình là opêron Trip. Ở cấp độ điều hòa sau dịch mã, trình bày chi tiết cơ chế hoàn thiện, đóng gói và phân phối prôtêin đến các cơ quan khác nhau của tế bào, cơ thể. Trong chương “Tính quy luật của hiện tượng di truyền”, chương trình chuyên Sinh không chỉ bao gồm các quy luật di truyền của Menden và các quy luật di truyền tương tác gen, hoán vị gen, liên kết giới tính, di truyền ngoài NST mà còn đề cập đến các hiện tượng di truyền hiệu ứng dòng mẹ, di truyền in vết gen, di truyền phụ thuộc giới tính, di truyền của sự tương tác giữa gen của nhân với gen của tế bào chất,... Các bài tập về quy luật di truyền dành cho học sinh giỏi (HSG) trong các kì thi chọn HSG quốc gia, quốc tế đều có sự tích hợp kiến thức của nhiều quy luật di truyền, trong đó có những bài có sự tích hợp của tương tác gen, liên kết giới tính và hoán vị gen. 44 Ở chương Di truyền học quần thể, ngoài nội dung của chương trình nâng cao thì HS chuyên Sinh còn được học chuyên sâu về quần thể nội phối và hệ số nội phối, nghiên cứu sâu về cấu trúc di truyền của quần thể giao phối không ngẫu nhiên. Kiến thức về di truyền quần thể là cơ sở nền tảng để HS học về cơ chế tiến hóa và cơ chế hình thành quần thể thích nghi. Chương 4 và chương 5 là những ứng dụng DTH vào thực tiễn chọn giống và tìm hiểu di truyền loài người. Vì vậy, về bản chất thì kiến thức của chương 4 và chương 5 là sự phát triển của nội dung kiến thức ở các chương 1, 2 và 3 theo hướng vận dụng vào thực tiễn. Muốn ứng dụng di truyền vào chọn giống thì HS phải có kiến thức về ADN và gen, cơ chế biểu hiện của gen thì mới có thể vận dụng để hiểu rõ quy trình chuyển gen từ tế bào của loài này sang tế bào của loài khác; Khi hiểu được cấu trúc di truyền của quần thể thì mới vận dụng để tạo ra giống thuần chủng và duy trì giống thuần để bảo tồn nguồn gen quý hiếm,... Muốn hiểu rõ về di truyền của loài người thì HS phải có kiến thức về cơ chế di truyền, biến dị và kiến thức về di truyền quần thể người, các quy luật di truyền của tính trạng. Cả 5 chương của phần DTH đều được trình bày theo logic cấu trúc hệ thống và theo tính thứ bậc, trong đó nắm vững nội dung kiến thức chương trước là cơ sở để học chương sau, vì vậy rất thuận lợi để xây dựng các tình huống CVĐ làm công cụ DH phát triển tư duy và rèn luyện NL GQVĐ cho HS. Mặt khác, ở chương trình chuyên Sinh, nội dung kiến thức được chuyên sâu, nâng cao theo hướng tăng cường phát triển các ứng dụng kiến thức vào nghiên cứu ứng dụng DTH, tăng cường các bài thực hành tìm hiểu kiến thức về gen, ADN, NST và đột biến NST; Sự bố trí hài hòa giữa các bài lí thuyết với các bài thực hành đã tạo điều kiện thuận lợi để HS rèn luyện KN tư duy, KN khái quát hóa và KN thực hành. Nội dung cụ thể của mỗi bài học được chúng tôi phân tích dưới đây: 2.1.2.1. 1: Axit nucleic là vật chất mang thông tin di truyền 45 Axit nucleic có 2 loại là ADN và ARN. Axit nucleic là những axit hữu cơ tồn tại trong tế bào. Học sinh đã được học cấu trúc của phân tử ADN, ARN ở chương trình SH 9 trung học cơ sở. Ở chương trình THPT, các cấu trúc ADN, ARN được học ở chương trình SH tế bào (SH 10). Tuy nhiên, với yêu cầu của trường THPT chuyên thì ngoài các nội dung kiến thức được trình bày trong SGK SH 9, SH 10 và SH 12 thì HS còn phải hiểu rõ 4 tiêu chuẩn để một loại phân tử hữu cơ trở thành VCDT, nắm vững khái niệm thông tin di truyền (TTDT) và nguyên tắc lưu giữ TTDT, cơ chế truyền đạt TTDT ở các chủng virut. * Các đặc điểm là vật chất mang thông tin di truyền [58; tr. 46]: (1) Có khả năng lưu giữ TTDT ở dạng bền vững cần cho việc cấu tạo, sinh sản và hoạt động của tế bào; (2) Có khả năng sao chép chính xác để TTDT được truyền chính xác từ thế hệ này sang thế hệ khác; (3) Thông tin chứa đựng trong VCDT phải được dùng để tạo ra các phân tử cần cho cấu tạo và hoạt động sống của tế bào; (4) Vật liệu di truyền có khả năng biến đổi, nhưng những biến đổi này chỉ xảy ra ở tần số thấp và biến đổi đó có khả năng truyền lại cho đời sau. Đối chiếu với 4 đặc điểm nói trên thì ở cấp độ phân tử, chỉ có ADN và ARN virut là vật chất mang TTDT. * Khái niệm thông tin di truyền TTDT là thông tin về cấu trúc của phân tử prôtêin hoặc thông tin về cấu trúc của một loại phân tử tARN, rARN. Không phải vùng nào của ADN cũng chứa TTDT mà trên thực tế có nhiều vùng của ADN không chứa TTDT, đó là các trình tự điều hòa hoạt động gen, vùng điều hòa, vùng kết thúc, vùng intron của gen; các gen giả, các yếu tố di truyền vận động, các trình tự khởi đầu nhân đôi ADN; trình tự tâm động, trình tự đầu mút của NST. * Đặc điểm cấu trúc của ADN ADN là một đại phân tử SH có cấu trúc 2 mạch xoắn kép. ADN được cấu trúc theo nguyên tắc đa phân, đơn phân là 4 loại nucleotit liên kết với nhau bằng các liên kết photphodieste giữa đường của nucleotit này với axit của 46 nucleotit kia để tạo nên chuỗi polinuclêôtit. Ở các ADN mạch kép thì mỗi phân tử ADN được cấu trúc từ 2 mạch ngược chiều nhau và liên kết bổ sung bằng các liên kết hidro. Nhờ cấu trúc theo nguyên tắc đa phân nên chỉ với 4 loại nucleotit có thể tạo ra được vô số loại ADN khác nhau, là nguyên nhân dẫn tới tính đa dạng của thế giới sinh vật. Chỉ cần thay đổi một cặp nucleotit là đã làm thay đổi cấu trúc của ADN, từ đó làm thay đổi TTDT được lưu trữ trên ADN. Nhờ cấu trúc theo nguyên tắc bổ sung giúp cho ADN đảm bảo duy trì ổn định cấu trúc, từ đó giúp ổn định VCDT. Nếu khi một mạch của ADN bị sai sót ở một nucleotit nào đó thì sẽ được sửa chữa dựa trên nguyên tắc bổ sung của mạch kia (sử dụng nguyên tắc bổ sung khi sửa sai). Ở sinh vật nhân thực, ADN trong nhân tế bào có cấu trúc mạch thẳng, ADN trong bào quan ti thể, lục lạp có cấu trúc mạch vòng; Ở sinh vật nhân sơ, ADN có cấu trúc mạch vòng; Ở một số virut, ADN có cấu trúc một mạch đơn. Các nhà di truyền phân tử đã ứng dụng nguyên tắc bổ sung để tiến hành các phép lai phân tử giữa ADN với ADN; ADN với ARN; ARN với ARN. Khi tiến hành lai phân tử giữa gen (1 đoạn ADN) với mARN trưởng thành thì sẽ cho phép xác định được gen phân mảnh hay gen không phân mảnh. Tiến hành sử dụng các mẫu dò để lai phân tử giữa 1 đoạn ADN mẫu dò với các phân tử ADN trong hệ gen sẽ xác định được vị trí của gen trên NST. Người ta sử dụng lai phân tử để xác định cấp độ tương đồng trong cấu trúc ADN giữa các loài, từ đó cho phép suy ra được quan hệ gần gủi giữa các loài trong quá trình tiến hóa. * Đặc điểm cấu trúc của ARN ARN là một loại axit nucleic. ARN được cấu trúc theo nguyên tắc đa phân, chỉ có cấu trúc một mạch, có các cấu hình không gian khác nhau. Ở tế bào sinh vật, ARN được phiên mã từ ADN, vì vậy ARN không phải là vật chất mang TTDT. Ở các virut có cấu trúc lõi là ARN thì ARN là vật chất mang TTDT và ARN virut có khả năng tái bản để truyền đạt TTDT, hình thành các hạt virut mới. * Khái niệm về gen và đặc điểm cấu trúc của gen. 47 Gen là một đoạn của phân tử ADN mang thông tin mã hóa cho một chuỗi polipeptit hay một phân tử ARN [5; tr. 6]. Mỗi gen mã hóa prôtêin gồm 3 vùng trình tự nucleotit là vùng điều hòa, vùng mã hóa, vùng kết thúc [6; tr. 7]. Ba vùng này của gen đều thực hiện các chức năng khác nhau để giúp gen thực hiện phiên mã và điều hòa hoạt động phiên mã của gen. Trong đó, vùng điều hòa nằm ở đầu 3’ của mạch mã gốc của gen, mang tín hiệu khởi động và kiểm soát phiên mã; Vùng mã hóa mang thông tin mã hóa các axit amin; Vùng kết thúc nằm ở đầu 5’ của mạch mã gốc của gen, mang tín hiệu kết thúc phiên mã. Nhờ có cấu trúc 3 vùng nên các gen được tách biệt với nhau, quá trình phiên mã thường chỉ diễn ra ở từng gen riêng rẽ, giúp cho sự biểu hiện gen đáp ứng các nhu cầu và hoạt động sống của tế bào. Khi dựa vào đặc điểm mã hóa của vùng mã hóa, người ta phân chia gen thành 2 loại là gen phân mảnh và gen không phân mảnh; Khi dựa vào chức năng của sản phẩm do gen quy định tổng hợp, người ta chia gen thành 2 loại là gen điều hòa và gen cấu trúc. Gen phân mảnh là gen mà vùng mã hóa của gen gồm có các đoạn mã hóa (đoạn exon mang thông tin quy định cấu trúc của axit amin) xen kẽ các đoạn không mã hóa (đoạn intron). Khi phiên mã, gen phân mảnh quy định tổng hợp mARN sơ khai, sau đó mARN sơ khai sẽ được biến đổi theo hướng cắt bỏ các đoạn intron và nối các đoạn exon lại với nhau để tạo nên mARN trưởng thành. Phân tử mARN trưởng thành sẽ đi ra tế bào chất để thực hiện chức năng dịch mã. Như vậy, đoạn ARN tương ứng với đoạn intron của gen được cắt bỏ nên người ta gọi đây là đoạn không mã hóa và loại gen này được gọi là gen phân mảnh. Gen điều hòa là gen mà prôtêin do gen này quy định tổng hợp có chức năng điều hòa hoạt động phiên mã của gen khác. Gen cấu trúc là gen quy định tổng hợp các loại tARN, rARN, prôtêin cấu trúc nên tế bào hoặc prôtêin trở thành enzym, hooc môn, kháng thể,... 2.1.2.2. 2: Mã di truyền là trình tự sắp xếp các nucleotit trên gen quy định trình tự sắp xếp các axit amin trên chuỗi polipeptit. Mã di truyền là mã bộ ba, được 48 đọc từ 1 điểm xác định theo từng bộ ba liên tục, không gối lên nhau. Mã di truyền có tính phổ biến, tức là tất cả các loài sinh vật đều có chung 1 bộ mã di truyền (trừ một vài ngoại lệ). Tính phổ biến của mã di truyền là một bằng chứng quan trọng để chứng minh nguồn gốc chung của tất cả các loài trên Trái Đất. Mã di truyền có tính đặc hiệu, tức là một bộ ba chỉ mã hoá cho 1 loại axit amin. Mã di truyền mang tính thoái hoá, tức là nhiều bộ ba khác nhau cùng mã hoá cho một loại axit amin (trừ bộ ba AUG và UGG). Bộ ba AUG mã hoá cho axit amin mêtiônin (Met), bộ ba UGG mã hoá cho axit amin triptôphan (Trp). Mã di truyền quy định tổng hợp axit amin thông qua quá trình phiên mã và dịch mã. Trong cùng một tế bào, TTDT được truyền từ nhân tế bào ra tế bào chất thông qua cơ chế phiên mã và dịch mã. Như vậy, có thể khái quát cơ chế truyền đạt TTDT ở cấp phân tử của các loài sinh vật theo sơ đồ: ADN → mARN → Chuỗi polipeptit → Prôtêin → Tính trạng. ↓ ADN → mARN → Chuỗi polipeptit → Prôtêin → Tính trạng. Tuy nhiên, ở một số virut có VCDT là ARN thì ARN quy định tổng hợp ARN hoặc ARN quy định tổng hợp ADN thông qua quá trình phiên mã ngược. Vì vậy, sơ đồ khái quát về cơ chế di truyền ở cấp phân tử của một số virut có VCDT là ARN được trình bày như sau: Đối với các virut có VCDT là ARN và không có phiên mã ngược ARN → mARN → Chuỗi polipeptit → Prôtêin → Tính trạng. ↓ ARN → mARN → Chuỗi polipeptit → Prôtêin → Tính trạng. Đối với các restrovirut (virut phiên mã ngược) ARN → ADN → ARN → Chuỗi polipeptit → Prôtêin → Tính trạng. ↓ ADN → ARN → Chuỗi polipeptit → Prôtêin → Tính trạng. 49 Cấu trúc của mARN quy định cấu trúc của prôtêin thông qua cơ chế dịch mã (các phản ứng sinh hóa diễn ra trong tế bào) để tổng hợp các axit amin tự do của môi trường thành chuỗi axit amin được diễn ra theo một khuôn mẫu các bộ ba trên phân tử mARN. Mỗi bộ ba trên mARN sẽ được phân tử tARN dịch thành 1 axit amin trên chuỗi polipeptit. Sau khi được tổng hợp, chuỗi axit amin tiếp tục biến đổi về mặt hoá học (cắt bỏ một số axit amin, gắn thêm các phân tử hữu cơ) và biến đổi về mặt không gian để hình thành các bậc cấu trúc cao hơn, tạo nên phân tử prôtêin thực hiện các chức năng sống của tế bào. * Điều hòa hoạt động của gen Hoạt động của gen được hiểu là hoạt động phiên mã tạo ra mARN, sau đó mARN được dịch mã để tạo ra chuỗi polipeptit, chuỗi polipeptit hình thành nên cấu trúc prôtêin. Ở trong mỗi tế bào có đầy đủ bộ gen của cơ thể nhưng tùy theo chức năng của gen và tùy theo thời điểm mà trong tế bào chỉ có một số gen hoạt động để tạo ra sản phẩm quy định cấu trúc, chức năng sống của tế bào. Sự điều hòa hoạt động của gen đảm bảo tế bào chỉ tổng hợp những loại prôtêin với hàm lượng vừa đủ cho hoạt động sống của tế bào. Do đó, duy trì ổn định các hoạt động bình thường của tế bào và đảm bảo tiết kiệm nguồn vật chất cho tế bào. Ở sinh vật nhân sơ, sự điều hòa hoạt động của gen chủ yếu diễn ra ở cấp độ phiên mã, trong đó mô hình điều hòa hoạt động của operon Lac là mô hình đặc trưng cho quá trình chuyển hóa vật chất theo con đường dị hóa, mô hình hoạt động của operon Trip là đặc trưng cho quá trình chuyển hóa vật chất theo con đường đồng hóa. Ở mỗi operon có cấu trúc gồm 1 vùng khởi động, 1 vùng vận hành và các gen cấu trúc mang thông tin quy định cấu trúc của các prôtêin; mỗi operon đều chịu sự kiểm soát của gen điều hòa. Ở tế bào nhân thực, có 5 cấp độ điều hòa với cơ chế điều hòa phức tạp là điều hòa trước phiên mã, điều hòa phiên mã, điều hòa sau phiên mã (trước dịch mã), điều hòa dịch mã, điều hòa sau dịch mã. Điều hòa trước phiên mã được thực hiện thông qua cơ chế điều hòa cấu hình không gian của NST. Quá trình này được thực hiện thông qua hai cơ chế chủ yếu: cải biến Histone và 50 methyl hóa ADN. Cải biến histone là hiện tượng gắn nhóm acetyl vào các phân tử lysine tích điện dương của đuôi histone sẽ làm giãn xoắn NST, khởi động quá trình phiên mã của gen; Ngược lại, nếu gắn nhóm methyl vào histone sẽ làm co xoắn NST, ức chế sự biểu hiện của gen. Các gen nằm trong vùng co xoắn (vùng dị nhiễm sắc) của NST sẽ không được biểu hiện. Chỉ những gen nằm trong vùng giãn xoắn (vùng nguyên nhiễm sắc) mới có cơ hội được biểu hiện. 2.1.2.3. 3: Nhân đôi ADN và đột biến gen * Nhân đôi ADN: Từ một phân tử ADN mẹ trải qua quá trình nhân đôi đã hình thành nên 2 phân tử ADN con có cấu trúc giống nhau và giống ADN mẹ ban đầu. Quá trình nhân đôi ADN diễn ra theo nguyên tắc bổ sung và nguyên tắc bán bảo tồn. Sự nhân đôi của ADN là cơ sở cho sự nhân đôi của NST, là cơ sở cho phân bào; nhờ đó mà cơ thể có khả năng sinh sản, di truyền các đặc điểm cho đời sau. Trong quá trình nhân ADN, enzym ADN polimeraza không có khả năng tự khởi đầu quá trình tổng hợp mạch polinuclêôtit mới mà cần phải có sẵn một đoạn mạch polinuclêôtit có đầu 3’OH tự do để làm điểm tựa cho sự khởi đầu tổng hợp, vì vậy cần phải có sự tham gia của enzym ARN polimeraza để tổng hợp đoạn ARN mồi. Sau khi hình thành chuỗi polinuclêôtit thì đoạn ARN mồi được ADN polimeraza I tiến hành thủy phân và tổng hợp thay thế đoạn ADN dựa trên nguyên tắc kéo dài mạch polinuclêôtit của đoạn Okazaki phía trước có đầu 3’OH. Ở tế bào nhân sơ, do ADN có cấu trúc mạch vòng cho nên tất cả các đoạn ARN mồi đều được thay thế bằng đoạn ADN tương ứng, vì vậy kích thước ADN không bị thay đổi sau mỗi lần nhân đôi. Do đó tế bào vi khuẩn có thể phân bào liên tục và bất tử. Ở tế bào nhân thực, phân tử ADN có cấu trúc mạch thẳng cho nên ở đoạn ARN mồi nằm tại đầu mút 5’ của chuỗi polinuclêôtit bị enzym ADN polimeraza I cắt bỏ nhưng không được thay thế bằng đoạn ADN tương ứng nên sau mỗi lần nhân đôi thì phân tử ADN bị mất đi một đoạn tương ứng với đoạn ARN mồi. Sự ngắn dần của đầu mút ADN được gọi là sự cố đầu mút. Hiện tượng này làm cho NST ngắn dần và 51 đến một vị trí nhất định thì tế bào sẽ ngừng quá trình nhân đôi ADN và tế bào đi vào chương tình tự chết. Trong quá trình phát sinh giao tử, trong tế bào có enzym telomeraza có khả năng kéo dài đầu mút ADN làm cho độ dài của đoạn ADN được khôi phục trở về đúng với đoạn ADN của loài. Ở tế bào ung thư của người, do có enzym telomeraza cho nên tế bào ung thư có khả năng phân bào liên tục mà không đi vào con đường tự chết như các tế bào sinh dưỡng. Điều này giải thích vì sao tế bào ung thư trở thành tế bào bất tử. Trong quá trình nhân đôi của ADN, nếu ở một vị trí nào đó, nucleotit tự do của môi trường liên kết với nucleotit của mạch khuôn không theo nguyên tắc bổ sung thì sẽ làm cho ADN con có cấu trúc khác nhau và khác ADN mẹ, điều này dẫn tới phát sinh đột biến gen. Nếu trong môi trường nội bào có các tác nhân đột biến thì càng dễ dẫn tới sự lắp ráp các nucleotit không theo nguyên tắc bổ sung. Vì vậy tần số đột biến gen phụ thuộc vào cường độ, liều lượng và thời gian sử dụng tác nhân đột biến. Tuy nhiên, trong môi trường không có tác nhân đột biến thì vẫn có thể xảy ra sai sót ngẫu nhiên do sự lắp ráp sai của enzym ADN polimeraza, song hiện tượng này rất hiếm xảy ra vì bản thân phân tử ADN có khả năng tự điều chỉnh rất cao. * Đột biến gen là những biến đổi trong cấu trúc của gen, xảy ra ở một hoặc một số cặp nucleotit trong phân tử ADN. Hầu hết các đột biến gen thường được phát sinh trong quá trình nhân đôi ADN, do nhân đôi không theo nguyên tắc bổ sung. Một số đột biến gen được phát sinh do tác động của các bazơ nitơ dạng hiếm hoặc do virut làm sai hỏng hệ gen. Nếu đột biến được phát sinh do quá trình nhân đôi ADN diễn ra không theo nguyên tắc bổ sung thì đột biến đó thường chỉ xảy ra ở một cặp nucleotit (gọi là đột biến điểm). Nếu đột biến xảy ra do tác nhân của virut hoặc do yếu tố di truyền vận động thì đột biến đó làm thay đổi một đoạn ADN (chứa một số cặp nucleotit). Ví dụ, khi virut xâm nhập vào tế bào chủ, hệ gen của virut cài xen vào hệ gen ADN của tế bào chủ thì ở vị trí xảy ra sự cài xen, ADN sẽ bị sai hỏng làm phát sinh đột biến gen hoặc làm hỏng gen. Yếu tố di truyền vận động sẽ cài xen ngẫu nhiên vào các vị trí trên phân tử ADN của hệ gen tế bào gây ra đột 52 biến gen. Đoạn ADN vận động thường chỉ có độ dài khoảng 10 cặp nucleotit. Do đó, ở vị trí mà đoạn ADN này cài xen vào thì thì sẽ làm cho gen bị đột biến theo kiểu làm tăng một số cặp nucleotit. Gen quy định cấu trúc của prôtêin thông qua mối quan hệ “Gen à mARN à Prôtêin à Tính trạng”. Do vậy, khi gen bị đột biến thì hậu quả của đột biến phụ thuộc vào mối quan hệ này. Nếu gen bị đột biến nhưng gen đó đã đi vào bất hoạt thì đột biến đó là trung tính. Nhưng nếu gen đột biến làm thay đổi cấu trúc của prôtêin thì chức năng của prôtêin sẽ thay đổi và khi đó hậu quả của đột biến sẽ rất khác nhau tùy thuộc vào chức năng của proein do gen đột biến sinh ra. Trong thực tế, tất cả các vùng ADN đều có thể bị đột biến nhưng ở những vùng có vai trò đặc biệt quan trọng thì đột biến sẽ gây hại, nên hầu hết các đột biến ở vùng này đều bị chọn lọc tự nhiên loại bỏ. Do vậy, trong quá trình tiến hóa của mỗi loài, những vùng ADN có vai trò đặc biệt quan trọng đối với sự phân bào, sinh sản của tế bào, sinh trưởng và phát triển của cơ thể thì được bảo thủ tuyệt đối, gần như ít có sai khác giữa các loài với nhau. Những vùng có vai trò đặc biệt quan trọng này thường là trình tự tâm động, trình tự khởi đầu nhân đôi ADN, trình tự điều hòa hoạt động gen, các gen mã hóa prôtêin có vai trò quan trọng đối với hoạt động sống của tế bào,... Còn những vùng ADN có chức năng ít quan trọng thì khi bị đột biến sẽ ít ảnh hưởng đến sức sống và khả năng sinh sản của sinh vật nên những vùng này có nhiều sai khác giữa các loài với nhau. Người ta dựa vào vùng ADN có tính bảo thủ cao để khẳng định nguồn gốc tiến hóa của các loài và dựa vào những vùng ADN có nhiều biến đổi để xác định quan hệ tiến hóa xa gần giữa các loài sinh vật. Đột biến gen làm biến đổi cấu trúc của gen, do đó sẽ tạo ra các alen mới từ một gen ban đầu. Quá trình đột biến sẽ tạo ra nhiều alen, làm đa dạng vốn gen của quần thể, từ đó tạo ra nhiều kiểu gen mới cung cấp nguyên liệu cho tiến hóa và chọn giống. 53 2.1.2.4. Nhiễm sắc thể (NST) là cơ sở vật chất của hiện tượng di truyền ở cấp tế bào. NST là cấu trúc mang gen, các gen được phân bố trên NST tại những vị trí (lôcut) xác định. Ở sinh vật nhân sơ, NST là một phân tử ADN dạng vòng, trần. Ở sinh vật nhân thực, NST nằm trong nhân tế bào, được cấu trúc bởi hai thành phần chính là ADN và prôtêin histon. Mỗi loài có một bộ NST đặc trưng về số lượng, hình thái và cấu trúc. Số lượng NST nhiều hay ít không phản ánh trình độ tiến hoá của loài. NST có chức năng lưu trữ và truyền đạt TTDT. NST tham gia phân chia đồng đều VCDT trong quá trình phân bào và tham gia điều hoà hoạt động của các gen. NST có cấu trúc xoắn nhiều bậc, cấu trúc xoắn nhiều bậc này không chỉ làm rút ngắn kích thước của NST mà còn có vai trò điều hoà hoạt động của các gen trên NST. Ở tất cả các loài, bộ NST được duy trì ổn định qua các thế hệ. Ở các loài sinh sản vô tính, bộ NST của loài được duy trì ổn định nhờ phân bào nguyên phân. Phân bào nguyên phân làm duy trì ổn định bộ NST của loài là vì bước vào nguyên phân, tất cả các NST đều nhân đôi thành NST kép. Ở kì sau của nguyên phân thì tất cả các NST kép đều phân li thành NST đơn tạo thành 2 hàng ngang phân li về 2 cực của tế bào. Do vậy, nguyên phân luôn đảm bảo tế bào con có bộ NST giống với tế bào mẹ. Ở các loài sinh sản hữu tính, bộ NST của loài được duy trì ổn định qua các thế hệ nhờ sự kết hợp của 3 quá trình: giảm phân, thụ tinh và nguyên phân. Cơ thể có bộ NST 2n trải qua giảm phân tạo ra giao tử có bộ NST đơn bội (n). Ở giảm phân, có 2 sự kiện quan trọng cho phép tạo ra được các loại giao tử đơn bội có kiểu gen khác nhau: Đó là, sự tiếp hợp và trao đổi chéo giữa các crômatit ở kì đầu của giảm phân I và sự phân li độc lập, tổ hợp tự do giữa các NST kép trong cặp tương đồng ở kì sau của giảm phân I. Nhờ 2 sự kiện này mà giảm phân đã tạo ra vô số loại giao tử có kiểu gen khác nhau, qua thụ tinh sẽ tạo ra vô số loại hợp tử có bộ NST lưỡng bội (2n) nhưng có kiểu gen khác nhau, từ đó làm cho sinh vật đa dạng và phong phú. 54 2.1.2.5. Đột biến ở cấp tế bào gồm có đột biến cấu trúc NST và đột biến số lượng NST. Đột biến cấu trúc NST là những biến đổi về cấu trúc của NST, bao gồm có 4 dạng là mất đoạn, lặp đoạn, đảo đoạn, chuyển đoạn. Cơ chế làm phát sinh các dạng đột biến cấu trúc NST là do sự tiếp hợp và trao đổi đoạn không cân giữa các crômatit trong cùng một cặp NST hoặc giữa các crômatit thuộc các NST khác nhau hoặc trong cùng một crômatit. Nếu sự tiếp hợp và trao đổi chéo không cân giữa các crômatit trong cùng một cặp NST thì sẽ dẫn tới đột biến mất đoạn, lặp đoạn NST; Nếu sự tiếp hợp và trao đổi chéo giữa các NST thuộc các cặp khác nhau thì sẽ dẫn tới đột biến chuyển đoạn NST. Nếu sự cuộn xoắn và trao đổi chéo trong cùng một crômatit thì sẽ dẫn tới đột biến đảo đoạn NST. Như vậy, hầu hết các đột biến cấu trúc đều có liên quan tới sự tiếp hợp nên chúng đều diễn ra ở kì đầu của giảm phân I. Đột biến cấu trúc NST làm mất cân bằng gen trong bộ NST của loài dẫn tới có thể gây hại cho thể đột biến. Hầu hết các đột biến mất đoạn hoặc chuyển đoạn đều gây chết hoặc làm mất khả năng sinh sản của sinh vật; Các đột biến đảo đoạn thường ảnh hưởng đến khả năng sinh sản và đảo đoạn sẽ làm phát sinh các nòi mới. Các đột biến cấu trúc NST cũng được ứng dụng trong việc tạo ra các giống mới. Đột biến số lượng NST là những biến đổi về số lượng NST, bao gồm đột biến lệch bội và đột biến đa bội. Đột biến lệch bội là sự biến đổi số lượng về một hoặc một số cặp NST nào đó; Đột biến đa bội là sự thay đổi bộ NST ở tất cả các cặp NST theo hướng tạo nên một bộ NST là bội số của bộ đơn bội (từ 3n trở lên). Cơ chế làm phát sinh đột biến số lượng NST là do sự rối loạn phân li của bộ NST trong quá trình phân bào. Nếu trong phân bào, sự rối loạn phân li ở một cặp hoặc một số cặp NST thì sẽ làm phát sinh đột biến lệch bội. Nếu tất cả các cặp NST đều không phân li thì sẽ làm phát sinh đột biến đa bội. Tất cả các đột biến cấu trúc hoặc đột biến số lượng NST đều ảnh hưởng đến thể đột biến thông qua việc thay đổi hàm lượng prôtêin trong tế bào. Các đột 55 bi...