Luận án Tiến sĩ Lý luận và phương pháp dạy học: Dạy học định hướng phát triển năng lực tự học môn hóa học với sự hỗ trợ của công nghệ trí tuệ nhân tạo

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:253

Thêm vào BST

Báo xấu

25
lượt xem 14
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận án Tiến sĩ Lý luận và phương pháp dạy học "Dạy học định hướng phát triển năng lực tự học môn hóa học với sự hỗ trợ của công nghệ trí tuệ nhân tạo" trình bày các nội dung chính sau: Cơ sở lý luận và thực tiễn của dạy học định hướng phát triển năng lực tự học với sự hỗ trợ của công nghệ trí tuệ nhân tạo; thiết kế dạy học sử dụng AI Chatbot cho môn Hóa học trung học cơ sở định hướng phát triển năng lực tự học. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Luận án Tiến sĩ Lý luận và phương pháp dạy học: Dạy học định hướng phát triển năng lực tự học môn hóa học với sự hỗ trợ của công nghệ trí tuệ nhân tạo

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN MINH GIÁM DẠY HỌC ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC MÔN HÓA HỌC VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA CÔNG NGHỆ TRÍ TUỆ NHÂN TẠO LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC HÀ NỘI – 2024
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI NGUYỄN MINH GIÁM DẠY HỌC ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC MÔN HÓA HỌC VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA CÔNG NGHỆ TRÍ TUỆ NHÂN TẠO N L Mã số 9140110 LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS NGÔ TỨ THÀNH HÀ NỘI – 2024
LỜI CAM ĐOAN Tác giả xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tác giả. Các số liệu, kết quả nêu trong luận án này được đảm bảo tính khoa học, trung thực và khách quan. Luận án này cho đến nay chưa từng được các tác giả khác công bố. Tác giả hoàn toàn chịu trách nhiệm về sự cam đoan của mình. Hà Nội, ngày 25 tháng 04 năm 2024 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TÁC GIẢ LUẬN ÁN PGS.TS N ô Tứ T N ễ Mi Gi m i
LỜI CẢM ƠN Trong thời gian thực hiện luận án, luôn nhận được sự động viên, cổ vũ và sự tin yêu của gia đình, các thầy cô giáo, các bạn bè đồng nghiệp và các em học sinh yêu quý. Điều này đã tạo cho tác giả nguồn động lực và sức mạnh để vượt qua các khó khăn, thử thách để chiếm lĩnh tri thức, hoàn thành đúng và đủ theo tiến độ của quá trình nghiên cứu đề tài của luận án này. Tác giả xin gửi lòng biết ơn tới toàn thể các thầy, cô giáo ở Khoa Khoa học và Công nghệ Giáo dục nói riêng và của Đại học Bách khoa Hà Nội nói chung – nơi tác giả học tập, nghiên cứu; các nhà khoa học, các nhà giáo. Đặc biệt, tác giả xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới PGS.TS N ô Tứ T – người Thầy đã hướng dẫn và đồng hành cùng tác giả xuyên suốt trong quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thiện luận án này. Tác giả xin trân trọng cảm ơn toàn thể thầy cô Trường THCS Trịnh Hoài Đức, thành phố Thuận An, tỉnh Bình Dương đã tạo điều kiện, giúp đỡ và hỗ trợ để tác giả nghiên cứu, đánh giá và thực nghiệm sư phạm tại trường đạt được những kết quả khách quan nhất và cao nhất. Tác giả xin trân trọng cảm ơn các chuyên gia, các thầy cô đã góp ý chỉnh sửa luận án để sản phẩm của nghiên cứu này đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đề ra, cũng như được áp dụng vào thực tế dạy học một cách thiết thực và hiệu quả. Tác giả xin cảm ơn chân thành tới gia đình, đồng nghiệp, bạn bè đã luôn sát cánh, giúp đỡ tác giả thực hiện thành công những nghiên cứu của luận án. Cuối cùng, tác giả xin gửi tới các bạn học sinh lời cảm ơn, lòng yêu quý với những hỗ trợ nhiệt tình của các bạn trong các đợt thực nghiệm công trình nghiên cứu của luận án. TÁC GIẢ LUẬN ÁN N ễ Mi Gi m ii
MỤC LỤC Trang MỤC LỤC ................................................................................................................ iii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT .................................................................................. ix DANH MỤC BẢNG ................................................................................................ xi DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ ......................................................................... xii MỞ ĐẦU.................................................................................................................... 1 1. Lý do chọn đề tài ................................................................................................ 1 2. Mục đích nghiên cứu .......................................................................................... 3 2.1. Mục đích chung .......................................................................................... 3 2.2. Các mục tiêu cụ thể..................................................................................... 3 3. Khách thể, đối tượng và phạm vi nghiên cứu .................................................... 4 3.1. Khách thể nghiên cứu ................................................................................. 4 3.2. Đối tượng nghiên cứu ................................................................................. 4 3.3. Phạm vi nghiên cứu .................................................................................... 4 4. Giả thuyết khoa học ........................................................................................... 4 5. Nhiệm vụ nghiên cứu ......................................................................................... 4 5.1. Nghiên cứu cơ sở lý luận về dạy học định hướng phát triển NLTH với sự hỗ trợ của AI chatbot trong dạy học môn hóa học. ........................................... 4 5.2. Nghiên cứu thực tiễn dạy học môn hóa học THCS với sự hỗ trợ của AI Chatbot. .............................................................................................................. 5 5.3. Xây dựng kịch bản dạy học AI Chatbot và quy trình dạy học môn hóa học THCS trên cơ sở khung NLTH và cây phả hệ nội dung môn hóa học. ............. 5 5.4. Kiểm nghiệm, đánh giá tính khả thi và hiệu quả của giả thuyết khoa học trong luận án. ..................................................................................................... 5 6. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu ........................................................ 5 6.1. Cách tiếp cận............................................................................................... 5 6.2. Phương pháp nghiên cứu ............................................................................ 6 iii
7. Những đóng góp mới của Luận án ..................................................................... 7 8. Bố cục của luận án ............................................................................................. 7 CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA DẠY HỌC ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC VỚI SỰ HỖ TRỢ CỦA CÔNG NGHỆ TRÍ TUỆ NHÂN TẠO................................................................................. 8 1.1. Tổng quan vấn đề nghiên cứu ......................................................................... 8 1.1.1. Những kết quả nghiên cứu trên thế giới về dạy học định hướng phát triển NLTH với sự hỗ trợ của công nghệ trí tuệ nhân tạo.................................. 8 1.1.1.1 Công nghệ trí tuệ nhân tạo trong giáo dục ........................................ 8 1.1.1.2 Dạy học định hướng phát triển NLTH ............................................ 11 1.1.1.3 Dạy học với sự hỗ trợ của công nghệ AI định hướng phát triển NLTH .......................................................................................................... 11 1.1.2. Những kết quả nghiên cứu tại Việt Nam ............................................... 15 1.1.2.1 Công nghệ trí tuệ nhân tạo trong giáo dục ...................................... 15 1.1.2.2. Dạy học định hướng phát triển NLTH ........................................... 17 1.1.2.3 Dạy học với sự hỗ trợ của công nghệ AI định hướng phát triển NLTH .......................................................................................................... 18 1.1.3. Đánh giá chung ...................................................................................... 19 1.2 Các khái niệm ................................................................................................. 20 1.2.1 Năng lực .................................................................................................. 20 1.2.2 Tự học ..................................................................................................... 21 1.2.3 Năng lực tự học....................................................................................... 22 1.2.4 Dạy học định hướng phát triển năng lực tự học ..................................... 23 1.2.4.1. Dạy học phát triển năng lực ........................................................... 23 1.2.4.2. Dạy học định hướng phát triển năng lực tự học ............................. 24 1.2.5 Công nghệ trí tuệ nhân tạo ...................................................................... 25 1.2.6 Công nghệ trí tuệ nhân tạo trong giáo dục.............................................. 26 iv
1.2.7 AI Chatbot............................................................................................... 26 1.3 Những đặc điểm tự học môn Hóa học của học sinh phù hợp với việc sự hỗ trợ của AI chatbot trong quá trình học tập ................................................................. 27 1.3.1 Đặc điểm tự học môn hóa học của học sinh THCS ................................ 27 1.3.2 Sự phù hợp của phát triển NLTH trong quá trình học tập môn Hóa học với sự hỗ trợ của AI Chatbot .......................................................................... 28 1.4 Một số lí thuyết, mô hình, phương pháp sử dụng trong dạy học định hướng phát triển NLTH ................................................................................................... 29 1.4.1 Một số lí thuyết học tập định hướng phát triển năng lực tự học............. 29 1.4.1.1 Thuyết kiến tạo ................................................................................ 29 1.4.1.2 Thuyết siêu nhận thức ..................................................................... 30 1.4.1.3 Tiếp cận công nghệ.......................................................................... 32 1.4.1.4 Tải nhận thức và cấu trúc thông tin ................................................ 34 1.4.2 Một số phương pháp và mô hình dạy học phát triển NLTH .................. 37 1.4.2.1 Dạy học phân hóa ............................................................................ 37 1.4.2.2 Học tập khám phá ............................................................................ 38 1.4.2.3 Sử dụng thí nghiệm trong dạy học .................................................. 39 1.4.2.4 Kĩ thuật dạy học microlearning ....................................................... 41 1.5 Một số vấn đề về dạy học với sự hỗ trợ của công nghệ AI............................ 41 1.5.1 Các đặc trưng của dạy học với sự hỗ trợ của AI .................................... 41 1.5.2 Nhược điểm của AI trong giáo dục ........................................................ 42 1.5.3 Dạy học với sự hỗ trợ của AI Chatbot .................................................... 43 1.5.3.1 Đặc điểm.......................................................................................... 43 1.5.3.2 Phân loại .......................................................................................... 44 1.5.3.3 Sử dụng AI Chatbot trong dạy học .................................................. 44 1.6 Thực trạng của dạy học định hướng phát triển NLTH môn Hóa học THCS với sự hỗ trợ của AI Chatbot ................................................................................ 49 v
1.6.1 Mục đích khảo sát ................................................................................... 49 1.6.2 Nội dung khảo sát ................................................................................... 49 1.6.3 Đối tượng khảo sát .................................................................................. 49 1.6.4 Địa bàn khảo sát...................................................................................... 49 1.6.5 Phương pháp khảo sát ............................................................................. 50 1.6.6 Phân tích và đánh giá kết quả điều tra .................................................... 50 1.6.6.1 Thực trạng ứng dụng công nghệ AI trong dạy học tại trường THCS ..................................................................................................................... 50 1.6.6.2 Thực trạng về phát triển năng lực tự học môn Hóa học cho học sinh THCS ........................................................................................................... 50 K T LUẬN CHƯ NG 1..................................................................................... 53 CHƯƠNG 2 THIẾT KẾ DẠY HỌC SỬ DỤNG AI CHATBOT CHO MÔN HÓA HỌC THCS ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC ...... 54 2.1. Phân tích chương trình hóa học THCS ......................................................... 54 2.2. Xây dựng khung NLTH môn hóa học với sự hỗ trợ AI Chatbot .................. 55 2.2.1. Mục tiêu ................................................................................................. 55 2.2.2. Nguyên tắc xây dựng ............................................................................. 55 2.2.3. Quy trình xây dựng khung NLTH ......................................................... 56 2.2.4. Khung năng lực tự học hóa học với sự hỗ trợ của AI Chatbot .............. 59 2.3. Phả hệ nội dung: cấu trúc nội dung học tập trong kho học liệu của AIChatbot .............................................................................................................................. 64 2.3.1 Cây phả hệ nội dung ............................................................................... 64 2.3.2 Thiết kế phả hệ nội dạy học bài Tính chất hóa học của Kim loại môn Hóa 9 ................................................................................................................ 67 2.4. Biện pháp phát triển NLTH môn hóa học cho học sinh THCS với sự hỗ trợ của AI Chatbot ..................................................................................................... 69 2.4.1 Đối với thành phần NL xác định mục tiêu và nhiệm vụ học tập ............ 69 2.4.2 Năng lực hỏi và tra cứu kiến thức lý thuyết ........................................... 71 vi
2.4.3 Năng lực giải thích thí nghiệm và vận dụng ........................................... 72 2.4.4 Năng lực tự giải bài tập theo chủ đề ....................................................... 73 2.4.5 Năng lực tự kiểm tra, đánh giá và cải thiện việc học ............................. 74 2.5. Quy trình xây dựng AI Chatbot trong dạy học môn hóa học định hướng phát triển NLTH ........................................................................................................... 75 2.5.1. Mục tiêu xây dựng kịch bản AI Chatbot ............................................... 75 2.5.2. Nguyên tắc xây dựng kịch bản AI Chatbot ........................................... 76 2.5.3. Quy trình xây dựng kịch bản AI Chatbot .............................................. 77 2.6. Quy trình dạy học định hướng phát triển NLTH môn hóa học với sự hỗ trợ của AI chatbot ...................................................................................................... 86 2.7. Phát triển NLTH trong quá trình dạy học môn hóa học THCS với sự hỗ trợ của AI Chatbot ..................................................................................................... 92 2.7.1. Sử dụng trước khi lên lớp ...................................................................... 93 2.7.2. Sử dụng trong khi lên lớp ...................................................................... 94 2.7.3. Sử dụng sau khi lên lớp ......................................................................... 96 2.8 Thiết kế công cụ đánh giá NLTH của học sinh với sự hỗ trợ của AI Chatbot trong dạy học môn hóa học THCS ....................................................................... 96 2.8.1 Sử dụng thang đánh giá năng lực tự học ................................................ 97 2.8.2. Đánh giá năng lực tự học thông qua bài kiểm tra .................................. 99 2.8.2.1 Quy trình thiết kế bài kiểm tra năng lực.......................................... 99 2.8.2.2 Đề kiểm tra và đáp án ...................................................................... 99 K T LUẬN CHƯ NG 2................................................................................... 100 CHƯƠNG 3. KIỂM NGHIỆM ĐÁNH GIÁ ...................................................... 101 3.1 Kiểm nghiệm bằng phương pháp chuyên gia .............................................. 101 3.1.1 Mục đích ............................................................................................... 101 3.1.2 Thiết kế phương pháp chuyên gia......................................................... 101 3.1.3 Kết quả phương pháp chuyên gia ......................................................... 102 3.2. Thực nghiệm sư phạm ................................................................................. 107 vii
3.2.1. Mục đích và giả thuyết thực nghiệm ................................................... 107 3.2.2. Nhiệm vụ và nội dung thực nghiệm .................................................... 107 3.2.3. Tiến trình thực nghiệm ........................................................................ 108 3.2.4. Kết quả thực nghiệm ............................................................................ 110 3.2.4.1. Đánh giá thông qua phiếu khảo sát .............................................. 110 3.2.4.2 Đánh giá thông qua bài kiểm tra ................................................... 117 K T LUẬN CHƯ NG 3................................................................................... 128 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ.............................................................................. 129 1. Kết luận .......................................................................................................... 129 2. Kiến nghị ........................................................................................................ 131 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................... 134 PHỤ LỤC .................................................................................................................. 1 viii
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT * Từ tiế Việt Từ iết tắt Đ CNTT Công nghệ thông tin DH Dạy học DHPH Dạy học phân hóa ĐC Đối chứng GV Giáo viên HH Hóa học HS Học sinh NL Năng lực NLTH Năng lực tự học ND Nội Dung NCS Nghiên cứu sinh NV Nhiệm vụ PPDH Phương pháp dạy học PTDH Phương tiện dạy học TH Tự học TN Thực nghiệm TC Tiêu chí TTNT Trí tuệ nhân tạo THCS Trung học cơ sở ix
* Từ tiế A Từ Viết đầ đủ N ĩa tiế Việt iết tắt AI Artificial Intelligence Trí tuệ nhân tạo AR Augmented Reality Tương tác thực tại ảo AIEd Artificial Intelligence in Education Trí tuệ nhân tạo trong giáo dục AIbIT Artificial Intelligence based- Công nghệ dạy học dựa trên trí tuệ Instructional Technology nhân tạo CAI Computer-Aided Instruction Hướng dẫn có sự hỗ trợ của máy tính Ed Education Giáo dục IoT Internet of Things Internet vạn vật ICT Information & Communication Công nghệ Thông tin và Truyền thông Technologies ITS Intelligent Tutoring Systems Hệ thống dạy học thông minh LMS Learner Management System Hệ thống quản trị người học ML Machine learning Học máy MOOC Massive Open Online Course Khoá học trực tuyến mở đại chúng NLP Natural language processing Xử lý ngôn ngữ tự nhiên VR Virtual Realtime thực tế ảo OLMs Open Learner Models Mô hình người học mở SPSS Statistical Package for the Social Tên của phần mềm thống kê được sử Sciences dụng phổ biến cho các nghiên cứu điều tra xã hội học và kinh tế lượng x
DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1 Khung NLTH hóa học của HS THCS trong dạy học môn Hóa học với sự hỗ trợ của AI Chatbot ...................................................................................59 Bảng 2.2 Câu mẫu, ý định, từ khóa và loại thực thể trong kịch bản AI Chatbot ........80 Bảng 3.1 Bảng kết quả đánh giá thành phần NLTH và thiết kế dạy học môn Hóa học với sự hỗ trợ của AI Chatbot ...............................................................103 Bảng 3.2. Số lượng học sinh tham gia đánh giá thông qua phiếu khảo sát ...............109 Bảng 3.3. Số lượng học sinh ở lớp ĐC và TN ở đánh giá thông qua bài kiểm tra....109 Bảng 3.4. Cách thức tự học của học sinh ..................................................................112 Bảng 3.5. Đánh giá những nhiệm vụ tự học của học sinh .........................................113 Bảng 3.6. HS tự đánh giá mức độ đạt được của việc TH theo các mức độ...............115 Bảng 3.7. HS đánh giá việc tự học tập trước ở nhà ...................................................116 Bảng 3.8. Các thống kê mô tả cho kết quả học tập của học sinh lớp TN và ĐC ......118 Bảng 3.9. Kết quả kiểm định Shpiro-Wilk cho dữ liệu điểm số ...............................120 Bảng 3.10. Kết quả kiểm định "Independent t-test" cho kết quả học tập ..................121 Bảng 3.11. Kết quả kiểm định "Independent t-test" cho kết quả học tập ..................122 Bảng 3.12. Thống kê mô tả các NLTH hóa học của học sinh ...................................123 Bảng 3.13. Kết quả kiểm định Shpiro-Wilk cho dữ liệu NLTH hóa học..................124 Bảng 3.14. Kết quả xếp hạng cho dữ liệu các NLTH hóa học ..................................125 Bảng 3.15. Kết quả thống kê kiểm tra "Mann-Whitney U" cho các NLTH hóa học 125 xi
DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1. Hai quan niệm thay thế về mối kết hợp giữa AI và Ed 67 .........................9 Hình 1.2. Hệ sinh thái cơ bản của giáo dục được cá nhân hóa dựa trên AI 138 ......10 Hình 1.3. Mô hình chatbot hỗ trợ quá trình dạy và học ở trường trung học [111] .....46 Hình 1.4 Các nguồn tài liệu phục vụ cho Việc tự học, tự nghiên cứu kiến thức của HS .................................................................................................................51 Hình 2.1. Sơ đồ Khung NLTH hóa học với sự hỗ trợ của AI Chatbot........................58 Hình 2.2. Phả hệ nội dung ...........................................................................................65 Hình 2.3. Đơn vị học tập và tổ chức các hoạt động học tập cá thể hóa người học (Nguồn: Đề xuất của NCS) ..........................................................................66 Hình 2.4. Tổ chức nội dung và hoạt động học tập trong AIChatbot ...........................67 Hình 2.5. Phả hệ nội dung bài Tính chất hóa học của kim loại ...................................68 Hình 2.6. Cấu trúc nội dung cho bài Tính chất hóa học của kim loại .........................69 Hình 2.7. Quy trình xây dựng kịch bản AI Chatbot trong dạy học môn hóa học .......78 Hình 2.8. Tạo kịch bản (Nguồn: Màn hình ứng dụng Chatbot AI ở bước Tạo kịch bản do NCS phát triển) .................................................................................82 Hình 2.9. Tạo bước ......................................................................................................83 Hình 2.10. Tạo ý định và câu mẫu...............................................................................83 Hình 2.11. Thẻ tiện ích ................................................................................................84 Hình 2.12. Tạo QNA ...................................................................................................84 Hình 2.13. Nội dung QNA ..........................................................................................85 Hình 2.14. Quy trình sử dụng AI Chatbot trong dạy học môn Hóa học .....................87 Hình 2.15. Mã QR đăng nhập AI Chatbot trên Zalo ...................................................88 Hình 2.16. Hướng dẫn học tập với AI Chatbot ...........................................................88 Hình 2.17. Bản đồ từ khóa nội dung hóa học ..............................................................89 Hình 2.18. Học sinh tự học với sự hỗ trợ của AI Chatbot ...........................................95 Hình 2.19. NCS với vai trò là người hướng dẫn trong giờ học của học sinh với AI Chatbot Hóa Học Bách Khoa .......................................................................96 xii
Hình 2.20. Phiếu đánh giá NLTH hóa học của HS với sự hỗ trợ của AI Chatbot ......98 Hình 3.1. Năng lực xác định mục tiêu và nhiệm vụ học tập của người học .............105 Hình 3.2. Năng lực chủ động trong quá trình học tập của người học .......................105 Hình 3.3. Năng lực cải thiện hiệu quả học tập của người học...................................106 Hình 3.4 Năng lực học tập môn hóa học của học sinh TTĐ và STĐ ........................110 Hình 3.5 Thời điểm TH của học sinh ........................................................................111 Hình 3.6 Tần suất thực hiện việc tự học của HS .......................................................111 Hình 3.7 Thái độ của HS khi các thầy (cô) giao nhiệm vụ tự học (lớp ĐC), khi tự học với AI Chatbot (lớp TN) ......................................................................112 Hình 3.8 Cách thức học tập của HS khi TH ..............................................................113 Hình 3.9 Kết quả việc hoàn thành nhiệm vụ TH .......................................................114 Hình 3.10 Kết quả HS tự đánh giá về mức độ đạt được của việc tự học của mình theo các tiêu chí ..........................................................................................115 Hình 3.11 HS đánh giá việc tự học tập trước ở nhà đưa lại kết quả như thế nào khi tham gia tiết học ở trường ..........................................................................116 Hình 3.12. Kết quả kiểm định tính phân phối chuẩn của dữ liệu điểm số ................119 xiii
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Trong thời kỳ cách mạng công nghiệp 4.0, sự ảnh hưởng của công nghệ đã thay đổi mạnh mẽ toàn bộ đời sống kinh tế và xã hội. Điều này đặt ra nhiều thách thức và đồng thời cũng tạo ra cơ hội mới cho tất cả các lĩnh vực, trong đó có giáo dục. Dịch bệnh Covid-19 đã cho thấy việc sử dụng công nghệ trong giáo dục đào tạo mang lại giải pháp có tính đột phá giúp cho việc học tập từ xa phát triển và giữ cho quá trình giáo dục không bị gián đoạn. Chính trong bối cảnh đó, trí tuệ nhân tạo (AI) nổi lên như một công cụ quan trọng có thể thay đổi cách giáo dục đang được triển khai. Trí tuệ nhân tạo là một ngành thuộc lĩnh vực khoa học máy tính (Computer science). Là trí tuệ do con người lập trình tạo nên với mục tiêu giúp máy tính có thể tự động hóa các hành vi thông minh như con người, AI đã và đang ứng dụng trong các lĩnh vực: sản xuất, y tế, dịch vụ, truyền thông, giáo dục…[64]. Trong giáo dục đào tạo, AI có thể cung cấp nội dung học tập phù hợp với cách HS hiểu và nhớ kiến thức tốt nhất của từng cá nhân. AI cho phép tạo ra các bài giảng được tùy chỉnh dựa trên kiến thức hiện có của HS và đề xuất nội dung học tập phù hợp với tải nhận thức của học sinh. AI có thể giúp liên kết giữa các khái niệm, kiến thức này lại với nhau một cách logic và có hệ thống và tạo ra các kế hoạch học tập phù hợp với nhu cầu của từng học sinh. Điều này giúp HS nhận biết được mối liên quan giữa các khái niệm và học tập một cách hiệu quả hơn. AI cũng có thể hỗ trợ trong việc thiết kế các phương tiện thực hành ảo, giúp HS giải thích và vận dụng các thí nghiệm mà không cần sử dụng các vật liệu và thiết bị thực tế. Giúp cơ sở giáo dục tiết kiệm được tài chính, tạo ra sản phẩm chỉ một lần nhưng sẽ sử dụng được nhiều lần sau đó, HS cũng có thể trải nghiệm lại bất cứ lúc nào khi cần và bất cứ ở đâu. AI thực sự đã tạo được sự phối hợp hài hòa giữa các lợi thế của yếu tố con người và máy móc. AI giúp cải thiện tính cá nhân hóa bằng cách tạo ra một trợ lí ảo hỗ trợ cho từng cá nhân HS với những phong cách học tập và tốc độ tiếp thu kiến thức khác nhau. Trợ lí ảo này có thể hỗ trợ HS củng cố kiến thức sâu hơn như một gia sư thực thụ và hỗ trợ cho nhiều HS trong cùng một lúc. Nhờ vậy giúp tiết kiệm 1
thời gian cũng như chi phí cho việc mỗi HS sẽ phải được kèm bởi một gia sư. Không những thế, sử dụng AI trong quá trình DH còn giúp hình thành và bồi dưỡng những NL học tập cần thiết cho học sinh mà trong đó không thể không kể đến năng lực tự học (NLTH) giúp cho các em học tập một cách hiệu quả hơn [150], [64], [87]. Thực tiễn dạy học cho thấy, với những lớp học mà HS có các năng lực và sở thích khác nhau thì việc hỗ trợ cho từng HS là rất cần thiết. Các trường học có chi phí đắt nhất trên thế giới cũng không thể có được loại hình giáo dục này. Đó là lý do tại sao Chatbot là giải pháp thay thế hợp lý nhất cho việc học tập cá nhân hóa [170]. AI Chatbot đang trở thành những công cụ học tập vô cùng hữu ích trong việc cá nhân hóa người học đồng thời là một công cụ hữu hiệu giúp phát triển NLTH cho học sinh trong quá trình học tập. Trong chương trình giáo dục THCS, Hóa học là môn học thuộc nhóm Khoa học tự nhiên có vai trò quan trọng trong việc thực hiện mục tiêu giáo dục phổ thông. Đặc điển của môn Hóa ở phổ thông nói chung và THCS nói riêng, các kiến thức có tính nối tiếp, kế thừa nhau và liên tục từ cấp học THCS đến THPT. Nếu HS không nắm được các kiến thức của bài này thì sẽ không hiểu và học được các kiến thức của bài tiếp theo. Do đó rất cần có một phương tiện lưu trữ và liên kết các kiến thức hóa học lại với nhau logic để hỗ trợ HS có thể tra cứu, học, hỏi ở bất cứ nơi đâu và bất cứ thời điểm nào. Mặt khác, nội dung môn Hóa bao gồm nhiều khái niệm phức tạp và trừu tượng như cấu trúc nguyên tử, phân tử…Các quá trình phản ứng hóa học và tương tác giữa các chất từ hóa học hữu cơ đến vô cơ. Các kiến thức môn Hóa học được xây dựng dựa trên nhau và liên kết với nhau rất phức tạp. Hóa học không chỉ là việc hiểu lý thuyết mà còn bao gồm các hoạt động thực hành như thí nghiệm và tính toán…. Có thể thấy, Hóa học đòi hỏi cao về tính cá nhân hóa trong quá trình học tập của HS mà trong đó NLTH của HS là yếu tố quan trọng có tác động tích cực đến quá trình và kết quả học tập môn Hóa học. Với đặc thù của môn Hóa học đã đặt ra những thách thức không nhỏ cho việc đổi mới phương pháp dạy học nhằm nâng cao NLTH cho người học. AI chính là giải pháp phù hợp giúp giải quyết những thách thức này. Một trong những thành tựu 2
lớn của công nghệ AI là AI Chatbot đã và đang làm thay đổi thế giới theo nhiều cách thức. Từ đặt hàng trực tuyến đến tráo đổi khuôn mặt trong Project Murphy, chatbot dần sắp trở thành một yếu tố bình thường trong cuộc sống hàng ngày. Trong giáo dục AI chatbot sẽ giúp phát triển các công cụ sáng tạo để nâng cao hiệu quả giảng dạy và học tập [87], [171], [182]. Hiện nay, việc sử dụng AI Chatbot trong dạy học vẫn còn nhiều hạn chế do chưa có được cách thức và một sản phẩm cụ thể hỗ trợ cho giáo viện trong việc xây dựng và sử dụng chatbot vào quá trình dạy học bộ môn theo hướng nâng cao NLTH của HS ở phổ thông nói chung và THCS nói riêng. Với mong muốn nâng cao chất lượng dạy và học môn Hóa học ở THCS, phát triển NLTH môn Hóa cho HS bằng việc ứng dụng AI chatbot vào quá trình dạy học, chúng tôi chọn đề tài: “D đị ớ t triể ă ự tự mô óa ới sự ỗ trợ ủa ô ệ trí t ệ â t o” đề thực hiện luận án tiến sĩ chuyên ngành lí luận và phương pháp dạy học; đồng thời góp phần đổi mới phương pháp dạy học nói chung và đổi mới phương pháp dạy học ở THCS nói riêng. 2. Mục đích nghiên cứu 2.1. Mục đích chung Luận án của NCS có mục đích tổng quát như sau: Nghiên cứu, vận dụng công nghệ trí tuệ nhân tạo (ở đây là AI Chatbot) trong dạy học môn hóa học học nhằm góp phần phát triển NLTH, tự chủ, tự khám phá kiến thức hóa học cho học sinh THCS. 2.2. Các mục tiêu cụ thể - Xây dựng cơ sở lý thuyết về phát triển phương pháp dạy học môn hoá học với việc ứng dụng trí tuệ nhân tạo. - Đề xuất khung NLTH môn hóa học với sự hỗ trợ của AI Chatbot. - Xây dựng cơ sở dữ liệu kiến thức hoá học cho AI chatbot: Số hóa cơ sở dữ liệu môn hóa học và xây dựng kịch bản AI Chatbot trong dạy học môn hóa học lớp 9. Nội dung chương trình hóa học của các lớp trước lớp 9 là cung cấp các kiến thức nền về hóa học, đến lớp 9 thì nội dung chương trình tập trung vào vấn đề quan trọng nhất của hóa học đó là học về chất và hợp chất, sự biến đổi của nó. Nội dung kiến 3
thức hóa học lớp 9 là lớp học chuyển tiếp và quan trọng để HS học tập tốt hơn ở cấp học tiếp theo. - Đề xuất quy trình dạy học môn hóa học với sự hỗ trợ cua AI Chatbot nhằm phát triển NLTH hóa học cho HS lớp 9. 3. Khách thể, đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3.1. Khách thể nghiên cứu Quá trình dạy và học môn Hóa học THCS. 3.2. Đối tượng nghiên cứu - Công nghệ AI nói chung và AI Chatbot nói riêng trong việc hỗ trợ dạy học Hóa học cho HS tại một trường THCS Trịnh Hoài Đức, thành phố Thuận An, tỉnh Bình Dương. - Dạy học môn Hóa học với sự hỗ trợ của AI Chatbot. 3.3. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu đổi mới PPDH môn Hóa học với sự hỗ trợ AI Chatbot. - Về địa bàn nghiên cứu: GV và HS ở trường THCS Trịnh Hoài Đức, thành phố Thuận An, tỉnh Bình Dương. - Về phạm vi đối tượng thực nghiệm: Học sinh lớp 9. - Giới hạn và phạm vi nghiên cứu: thực nghiệm sư phạm với chương Kim loại thuộc chương trình Hóa học lớp 9, theo chương trình phổ thông năm 2006. - Về thời gian nghiên cứu: Từ năm 2021 đến năm 2023. 4. Giả thuyết khoa học Nếu thiết kế kịch bản dạy học môn hóa học với sự hỗ trợ của AI Chatbot và xây dựng quy trình học tập môn hóa học với sự hỗ trợ của AI Chatbot hợp lý thì sẽ phát triển NLTH và nâng cao hiệu quả học tập môn hóa học cho học sinh THCS. 5. Nhiệm vụ nghiên cứu 5.1. Nghiên cứu cơ sở lý luận về dạy học định hướng phát triển NLTH với sự hỗ trợ của AI chatbot trong dạy học môn hóa học. - Tìm hiểu cơ sở lý luận về định hướng phát triển NLTH. - Tìm hiểu khái niệm, nguyên tắc hoạt động và ứng dụng của AI chatbot. 4
- Tìm hiểu về đặc điểm, tính chất, chương trình dạy học môn hóa học. - Nghiên cứu sự tương thích giữa môn hóa học và AI Chatbot để vận dụng AI Chatbot trong dạy học môn hóa học. 5.2. Nghiên cứu thực tiễn dạy học môn hóa học THCS với sự hỗ trợ của AI Chatbot. - Tìm hiểu thực tiễn dạy học môn hóa học tại các trường THCS ở Bình Dương. - Thực trạng ứng dụng AI nói chung và AI Chatbot nói riêng trong dạy học môn hóa học. 5.3. Xây dựng kịch bản dạy học AI Chatbot và quy trình dạy học môn hóa học THCS trên cơ sở khung NLTH và cây phả hệ nội dung môn hóa học. - Xây dựng khung NLTH môn hóa học với sự hỗ trợ của AI Chatbot. - Xây dựng cây phả hệ nội dung môn hóa học THCS. - Xây dựng kịch bản AI Chatbot trong dạy học môn hóa học THCS. - Đề xuất quy trình dạy học môn hóa học với sự hỗ trợ của AI Chatbot nhằm phát triển NLTH cho học sinh THCS. 5.4. Kiểm nghiệm, đánh giá tính khả thi và hiệu quả của giả thuyết khoa học trong luận án. - Tổ chức các thực nghiệm sư phạm (TNSP) - Khảo sát ý kiến, nhận xét của giáo viên và HS khi tiếp cận mô hình dạy học. - Thống kê, xử lý các số liệu và đưa ra các kết luận. 6. Cách tiếp cận và phương pháp nghiên cứu 6.1. Cách tiếp cận - Dưới góc độ tâm lý học và giáo dục học: Hướng tiếp cận này giúp tác giả đánh giá được cơ sở lý luận, vị trí và tầm quan trọng của việc sử dụng công nghệ AI vào ứng dụng dạy học môn Hóa học cho sinh. - Dưới góc độ lý luận và giảng dạy các môn khoa học: Hướng tiếp cận này cho phép tác giả đánh giá được tầm quan trọng của việc sử dụng công nghệ AI để xây dựng mô hình dạy học môn Hóa học với sự hỗ trợ của công nghệ AI. 5