HNUE JOURNAL OF SCIENCE<br />
Educational Sciences, 2018, Volume 63, Issue 5, pp. 3-8<br />
This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn<br />
<br />
DOI: 10.18173/2354-1075.2018-0056<br />
<br />
MỘT SỐ SAI LẦM THƯỜNG GẶP CỦA SINH VIÊN KHI TIẾP CẬN,<br />
VẬN DỤNG KHÁI NIỆM BIẾN NGẪU NHIÊN VÀ GIẢI PHÁP<br />
<br />
Thái Phương Thảo và Phạm Sỹ Nam<br />
Khoa Toán - Ứng dụng, Trường Đại học Sài Gòn<br />
Tóm tắt. Biến ngẫu nhiên (BNN) và các ứng dụng của nó giữ một vai trò quan trọng trong các hoạt<br />
động thực tiễn và nghiên cứu khoa học. Khái niệm biến ngẫu nhiên là một khái niệm khó tiếp cận,<br />
trong quá trình dạy học Xác suất - Thống kê sinh viên (SV) thường vấp phải sai lầm khi tiếp cận và<br />
vận dụng khái niệm này. Hơn nữa, những sai lầm liên quan đến khái niệm của BNN ảnh hưởng đến<br />
việc xác định luật phân phối xác suất của nó. Bài báo phân tích những sai lầm thường gặp của SV,<br />
từ đó vận dụng thuyết kiến tạo để nghiên cứu nguyên nhân của các sai lầm và đề xuất các giải pháp<br />
nhằm giúp SV sửa chữa những sai lầm này.<br />
Từ khóa: Biến ngẫu nhiên, sai lầm, lí thuyết kiến tạo.<br />
<br />
1. Mở đầu<br />
Khái niệm BNN là một khái niệm khó và trừu tượng đối với SV. Khi trình bày về kiến thức<br />
này giáo trình Xác suất thống kê và ứng dụng dành cho SV khối ngành Ngân hàng, Tài chính,<br />
Kinh tế, Kĩ thuật do tác giả Lê Sĩ Đồng chủ biên đã bắt đầu từ ví dụ “số khách hàng đến mua hàng<br />
tại một cửa hàng” và quan tâm đến việc con số này sẽ thay đổi như thế nào? Sau đó, tác giả đi đến<br />
khái niệm BNN: “Biến ngẫu nhiên là một hàm xác định trên không gian các biến cố sơ cấp nhận<br />
mỗi giá trị tương ứng với một xác suất nào đó” [5]. Khái niệm này rất cô đọng khiến SV gặp khó<br />
khăn trong việc hiểu và dễ mắc sai lầm khi xác định BNN.<br />
Có nhiều quan điểm khác nhau về sai lầm và giải pháp sửa chữa sai lầm. Chẳng hạn, thuyết<br />
hành vi thường quan niệm rằng sai lầm đó là một hiện tượng tiêu cực, có hại cho việc lĩnh hội<br />
kiến thức và do đó cần tránh và nếu gặp thì cần khắc phục. Biện pháp sửa chữa sai lầm là: truyền<br />
thụ đầy đủ và chính xác các khái niệm, định lí; dự đoán và phòng tránh sai lầm; rèn luyện cho SV<br />
tránh ngộ nhận trực quan, biết sử dụng các quy tắc suy luận. Tuy nhiên, Shaughnessy (1977) cho<br />
rằng khi học xác suất các quan niệm sai lầm vẫn tiếp tục xuất hiện ngay cả sau khi phương pháp<br />
tiếp cận đúng đã được giảng dạy. Đôi khi, những quan niệm sai lầm thậm chí còn tồn tại cùng với<br />
cách tiếp cận đúng (Clement, 1982a). Trong khi đó, thuyết kiến tạo có cái nhìn tích cực hơn về sai<br />
lầm: “Sai lầm thực sự đóng một vai trò quan trọng và cần thiết cho học tập”, “Học qua sai lầm là<br />
điều rất có ý nghĩa” [4, tr.64]. Các quan điểm nền tảng của thuyết kiến tạo đã nhấn mạnh: “tri thức<br />
được kiến tạo nên một cách tích cực bởi chủ thể nhận thức, chứ không phải tiếp thu một cách thụ<br />
động từ bên ngoài...” Glaserfeld (1989) (dẫn theo [11, tr.32]), “nhận thức là quá trình thích nghi<br />
và tổ chức lại thế giới quan của chính mỗi người. Nhận thức không phải là khám phá một thế giới<br />
độc lập đang tồn tại bên ngoài ý thức chủ thể” (dẫn theo [11, tr.33]). G. Bachelard (1968) nhấn<br />
mạnh: Cần phải tổ chức dạy học thông qua việc phá hủy một cách có hệ thống các sai lầm.<br />
Ngày nhận bài: 19/2/2018. Ngày sửa bài: 19/4/2018. Ngày nhận đăng: 2/5/2018.<br />
Tác giả liên hệ: Phạm Sỹ Nam. Địa chỉ e-mail: phamsynampbc@gmail.com<br />
<br />
3<br />
<br />
Thái Phương Thảo và Phạm Sỹ Nam<br />
<br />
Những quan điểm như vậy cho thấy việc phát hiện và sửa chữa sai lầm đòi hỏi sự chủ động,<br />
tích cực từ người học và việc vận dụng lí thuyết kiến tạo có ưu thế trong việc nghiên cứu và đề ra<br />
các giải pháp để sửa chữa sai lầm.<br />
Trong bài viết này, chúng tôi tập trung vào các câu hỏi nghiên cứu sau:<br />
- Những quy trình (dạng thức) hành động nào, những quan niệm nào được SV vận dụng đã<br />
góp phần tạo ra sai lầm khi học về biến ngẫu nhiên và ứng dụng?<br />
- Những giả thuyết nào có thể đặt ra về nguồn gốc của những quy trình hay quan niệm đó?<br />
- Trong dạy học giảng viên cần thực hiện hoạt động gì để giúp SV phát hiện và sửa chữa<br />
được sai lầm khi học về biến ngẫu nhiên và ứng dụng?<br />
<br />
2. Nội dung nghiên cứu<br />
2.1. Cơ sở lí luận<br />
Lí thuyết kiến tạo (dẫn theo [6]) cho rằng tất cả các tri thức đều nhất thiết là một sản phẩm<br />
của những hoạt động nhận thức của chính chúng ta. Bằng cách xây dựng trên những kiến thức đã<br />
kiến tạo được, học sinh có thể nắm bắt tốt hơn các khái niệm và có thể đi từ nhận biết sự vật sang<br />
hiểu nó.<br />
Trí tuệ của người học không bao giờ trống rỗng. Ngay cả khi một đối tượng kiến thức nào đó<br />
chưa được giảng dạy, thì họ cũng đã có những biểu tượng, những dạng thức hành động ngầm ẩn<br />
liên quan đến đối tượng kiến thức này. Một số biểu tượng có trong cấu trúc trí tuệ của người học<br />
tạo nên những điều kiện thuận lợi cho việc học tập kiến thức mới. Nhưng cũng có những biểu<br />
tượng, dạng thức hành động khá bền vững tạo nên những chướng ngại và thường là nguyên nhân<br />
dẫn người học tới những sai lầm.<br />
Theo Brousseau (1976), “Sai lầm không chỉ đơn giản do thiếu hiểu biết, mơ hồ hay ngẫu<br />
nhiên sinh ra...mà còn là hậu quả của một kiến thức trước đây đã từng hữu ích và đem lại thành<br />
công, nhưng bây giờ tỏ ra sai hoặc đơn giản là không còn thích hợp nữa” (dẫn theo [1, tr.57])...<br />
Sai lầm còn là sự thể hiện của một kiến thức (tự phát hay đã có từ trước) của học sinh, kiến thức<br />
mà cần phá hủy hay làm mất sự ổn định để thay thế nó bởi một kiến thức thích ứng hơn.<br />
Brousseau (1976) cho rằng: “Trong hoạt động giảng dạy, sai lầm bao giờ cũng góp phần hình<br />
thành nên nghĩa của kiến thức thu nhận được” (dẫn theo [1, tr.57]).<br />
Thuyết kiến tạo chủ trương sửa chữa sai lầm bằng các đặt học sinh (HS) vào những tình<br />
huống học tập mới gắn liền với sai lầm đó. Tình huống nhắm tới tạo ra ở HS những xung đột nhận<br />
thức, cho phép họ tự nhận ra không chỉ sai lầm mà chủ yếu nhận ra rằng các quy trình hay quan<br />
niệm mà họ đã vận dụng sẽ dẫn tới những kết quả mâu thuẫn hay nghịch lí. Các tình huống cũng<br />
phải tạo thuận lợi cho HS phá hủy hay điều chỉnh quy trình, quan niệm cũ của mình để xây dựng<br />
kiến thức mới thích ứng.<br />
<br />
2.2. Thiết kế nghiên cứu<br />
2.2.1. Kế hoạch thiết kế của giảng viên<br />
- Tập trung vào các hoạt động nhằm đặt SV vào các tình huống dễ phát sinh các sai lầm.<br />
- Giảng viên cần có kế hoạch cho các hoạt động để ứng phó với câu trả lời sai của SV.<br />
2.2.2. Ý tưởng thiết kế giảng dạy<br />
Trong nghiên cứu này, chúng tôi thiết kế ba hoạt động giảng dạy: hoạt động 1, hoạt động 2<br />
và hoạt động 3. Cả ba hoạt động này đều là những hoạt động dễ vấp sai lầm, qua các hoạt động<br />
như vậy khi SV bộc lộ sai lầm, chúng tôi tiến hành nhận dạng sai lầm để từ đó phán đoán nguyên<br />
nhân; trên cơ sở đó tiến hành hoạt động nhằm giúp SV phát hiện sai lầm và sau đó tiến hành các<br />
hoạt động nhằm giúp SV sửa chữa sai lầm.<br />
4<br />
<br />
Một số sai lầm thường gặp của sinh viên khi tiếp cận, vận dụng khái niệm biến ngẫu nhiên và giải pháp<br />
<br />
Hoạt động 1: xây dựng các câu hỏi nhằm tạo các tình huống mà SV dễ dẫn đến sai lầm khi<br />
tiếp cận BNN rời rạc.<br />
Hoạt động 2: xây dựng các câu hỏi nhằm tạo các tình huống mà SV dễ dẫn đến sai lầm khi<br />
tiếp cận BNN liên tục.<br />
Câu hỏi 1 được xây dựng nhằm tạo cơ sở để chúng tôi có thể phát hiện ra sai lầm của SV<br />
thông qua câu hỏi 2.<br />
Câu hỏi 2 là câu hỏi chúng tôi tạo nên tình huống để SV dễ dàng bộc lộ sai lầm khi cho rằng<br />
/<br />
F ( x) luôn bằng f ( x) .<br />
Hoạt động 3: xây dựng câu hỏi vận dụng khái niệm BNN trong thực tiễn.<br />
2.2.3. Thiết kế và tiến hành thực hiện các hoạt động cụ thể<br />
Trong phần này, chúng tôi yêu cầu SV thực hiện các hoạt động theo ý tưởng thiết kế giảng<br />
dạy nêu trên. Khi thực hiện các hoạt động SV bộc lộ các sai lầm, từ các sai lầm đó chúng tôi dự<br />
đoán nguyên nhân. Các nguyên nhân sai lầm là cơ sở quan trọng để chúng tôi tiến hành tổ chức<br />
các hoạt động tiếp theo nhằm giúp SV phát hiện ra các sai lầm và từ đó đặt ra các yêu cầu mới<br />
nhằm giúp SV sửa chữa các sai lầm đó. Việc tổ chức các hoạt động nhằm giúp SV phát hiện ra sai<br />
lầm được dựa trên đề xuất cách thức để ứng phó với các câu trả lời sai SV của Pham Sy Nam,<br />
Max Stephens [7], đó là: Nêu quan niệm sai trước lớp và yêu cầu tất cả các nhóm kiểm chứng.<br />
Giảng viên có thể sử dụng các cách sau để hỗ trợ việc kiểm chứng của SV:<br />
- Giảng viên đưa ra một phản ví dụ và yêu cầu SV kiểm tra đối chứng với câu trả lời.<br />
- Giảng viên yêu cầu SV thực hiện thêm hoạt động để thông qua hoạt động đó HS nhận ra<br />
được sai lầm.<br />
- Giảng viên yêu cầu SV sử dụng kiến thức đã học để kiểm tra kết quả của mình.<br />
Những cách thức như trên tạo cơ hội để SV tự nhận ra được sai lầm. Việc tự nhận ra được sai<br />
lầm nhằm giúp SV ý thức được lỗi sai và đây là một trong những điều quan trọng để SV không<br />
lặp lại sai lầm cũ.<br />
Hoạt động 1: Thực hiện phép thử tung một đồng xu đồng chất một lần. Nếu đồng xu xuất<br />
hiện mặt ngửa thì được thưởng 5000 đồng. Nếu đồng xu xuất hiện mặt sấp thì mất 2000 đồng.<br />
Hãy xác định biến ngẫu nhiên của phép thử trên?<br />
Khi thực hiện hoạt động này, SV bộc lộ sai lầm sau đây:<br />
Sai lầm 1: Trong câu hỏi 1, phần lớn SV chọn biến cố của phép thử chính là BNN.<br />
Nhằm tạo cơ hội để SV phát hiện sai lầm, chúng tôi tiến hành nêu quan niệm này ra trước lớp<br />
và yêu cầu SV giải thích, thì họ cho rằng: “Biến là cái có thể thay đổi, ngẫu nhiên là khi người ta<br />
chưa xác định được cái gì đó, thì người ta gọi đó là ngẫu nhiên”. Vì vậy, hầu hết sinh viên đều cố<br />
gắng sử dụng vốn kiến thức có sẵn của họ để giải thích cho một khái niệm mới.<br />
Dự đoán nguyên nhân sai lầm 1: Sinh viên đã vận dụng dạng thức của hành động khi bị ảnh<br />
hưởng bởi kiến thức cũ “biến cố ngẫu nhiên” đã được học trước đó. Khi thực hiện phép thử để<br />
quan sát một hiện tượng có xảy ra hay không, hiện tượng có xảy ra hoặc không trong kết cục của<br />
phép thử được gọi là “biến cố ngẫu nhiên”. Vì vậy, SV chỉ quan tâm đến kết quả xuất hiện một<br />
cách ngẫu nhiên của phép thử chính là mặt Sấp hoặc mặt Ngửa. Do đó, SV sẽ dễ dàng mắc sai lầm<br />
khi cho rằng kết quả phép thử chính là biến ngẫu nhiên. Sai lầm này là do SV chưa có sự điều tiết<br />
thích ứng với định nghĩa mới đó là họ phải thực hiện một quy tắc cho tương ứng giữa không gian<br />
biến cố sơ cấp và không gian giá trị thực nhận được cùng với xác suất tương ứng. Vì thế, khi gặp<br />
tình huống mới, SV sẽ có thói quen lặp lại dạng thức hành động cũ mà không có sự điều tiết thích<br />
ứng. Điều này là nguyên nhân chủ yếu sai lầm 1.<br />
Giảng viên ứng phó với sai lầm 1: nhằm giúp SV phát hiện ra sai lầm, chúng tôi đặt ra yêu<br />
cầu “Nêu định nghĩa BNN?”. Yêu cầu này nhằm hướng SV nhớ lại khái niệm BNN: “Hàm xác<br />
5<br />
<br />
Thái Phương Thảo và Phạm Sỹ Nam<br />
<br />
định trên không gian biến cố sơ cấp và nhận mỗi giá trị thực tương ứng với một xác suất nào đó<br />
thì hàm đó là biến ngẫu nhiên”. Việc nhắc lại định nghĩa nhằm giúp SV tập trung vào khái niệm,<br />
sau đó nhằm giúp HS tập trung vào dấu hiệu hàm để đối chiếu với tình huống chúng tôi đặt ra câu<br />
hỏi như sau: “Hãy căn cứ vào định nghĩa, cho biết hàm này xác định trên không gian nào? Hãy<br />
nhận xét các giá trị mà hàm này nhận được?”.<br />
Hoạt động sửa chữa sai lầm 1: Chúng tôi đặt câu hỏi: “Chúng ta cần thực hiện thêm thao tác<br />
gì đối với biến cố để có kết luận đúng?”<br />
Câu hỏi 2: Chọn ngẫu nhiên 3 sinh viên từ 10 sinh viên (5 nam, 5 nữ). Gọi X là số sinh viên<br />
nữ chọn được. Hỏi X có phải là biến ngẫu nhiên hay không? Hãy cho biết các giá trị của X có thể<br />
nhận được.<br />
Khi tiến hành hoạt động 2, SV đưa ra lời giải sai sau đây:<br />
X là số sinh viên nữ được chọn. Do giá trị của X có thể bị thay đổi qua các phép thử khác<br />
nhau nên X là biến ngẫu nhiên. Các giá trị của X có thể nhận được là {1,2,3}.<br />
Sai lầm 2: Xác định không đầy đủ không gian mẫu của phép thử.<br />
Dự đoán nguyên nhân sai lầm 2: Sinh viên đã vận dụng dạng thức của hành động khi cho<br />
rằng tập các số tự nhiên là tập bao gồm các số nguyên dương được bắt đầu bởi số 1 {1,2,3,...} . Vì<br />
vậy, đối với SV tập các số tự nhiên được dùng với mục đích đếm và họ hiển nhiên bắt đầu đếm từ 1.<br />
Do đó, số 0 không hề nằm trong nhận thức phép đếm của họ.<br />
Giảng viên ứng phó với sai lầm 2: Chúng tôi yêu cầu SV thực hiện thêm các hoạt động sau:<br />
- Hãy liệt kê các trường hợp có khả năng xảy ra của phép thử.<br />
- Yêu cầu SV thực hiện phép gán và so sánh giá trị nhận được với kết quả.<br />
Hoạt động sửa chữa sai lầm 2: Chúng tôi đặt câu hỏi: “Ta cần điều chỉnh kết luận như thế<br />
nào?”.<br />
Hoạt động 2<br />
Cho X là biến ngẫu nhiên liên tục có hàm phân phối xác suất như sau:<br />
0 x 0<br />
<br />
F ( x) x 2 0 x 1<br />
1 x 1.<br />
<br />
<br />
Câu hỏi 1: Hãy tìm hàm mật độ của X.<br />
Câu hỏi 2: Hỏi x : 0 x 1 thì F / ( x) có bằng f ( x) hay không?<br />
Đối với câu hỏi 1, SV không gặp khó khăn khi hoàn thành. SV vận dụng mối liên hệ giữa<br />
hàm phân phối xác suất và hàm mật độ xác suất như sau: nếu cho F ( x) yêu cầu tìm f ( x), SV sẽ<br />
lấy đạo hàm của hàm F ( x) , ngược lại nếu cho f ( x) yêu cầu tìm F ( x) SV sẽ lấy tích phân. Vì<br />
vậy, tất cả SV đều đưa ra hàm mật độ xác suất như sau:<br />
0 x 0<br />
<br />
f ( x) 2 x 0 x 1<br />
0 x 1.<br />
<br />
<br />
Tuy nhiên, sai lầm xuất hiện ở câu hỏi 2<br />
Sai lầm 3: SV cho rằng: “ x : 0 x 1 thì F / ( x) f ( x) .”<br />
“ F / ( x) f ( x), x R ”.<br />
Dự đoán nguyên nhân sai lầm 3: SV vận dụng định lí: “Nếu X là BNN liên tục thì<br />
F / ( x) f ( x) tại những điểm F ( x) khả vi”. SV nhận thức rằng muốn tìm hàm mật độ khi đã biết<br />
<br />
6<br />
<br />
Một số sai lầm thường gặp của sinh viên khi tiếp cận, vận dụng khái niệm biến ngẫu nhiên và giải pháp<br />
<br />
hàm phân phối thì họ sẽ lấy đạo hàm. Tuy nhiên, không phải lúc nào hàm F ( x) cũng tồn tại đạo<br />
hàm. Vì vậy, SV chỉ chú ý đến kết quả F / ( x) f ( x) mà không quan tâm đến F ( x) có khả vi tại<br />
điểm đó hay không.<br />
Giảng viên ứng phó với sai lầm 3: SV cho rằng: “ F / ( x) f ( x ), x R ”, nhằm giúp SV nhận<br />
ra sai lầm chúng tôi đặt câu hỏi: “Xét tính khả vi của hàm số F ( x) tại x0 1 ”. Do đó, hàm mật độ<br />
f ( x) chính xác sẽ là:<br />
0 x 0<br />
<br />
f ( x) 2 x 0 x 1<br />
0 x 1.<br />
<br />
<br />
Như vậy, tại x 1 thì giá trị hàm f ( x) sẽ như thế nào? Ta sẽ tự quy ước f (1) 0 hoặc<br />
f (1) 2 .<br />
Hoạt động sửa chữa sai lầm 3: Chúng tôi đặt câu hỏi: “Chúng ta cần điều chỉnh giả thiết của<br />
câu trả lời trên như thế nào để có kết luận đúng?”<br />
Thông qua sai lầm trên cho giảng viên kinh nghiệm đó là: khi dạy các định lí cần chú trọng<br />
đến các điều kiện đủ của định lí. Các định lí toán học nói chung và XSTK nói riêng thường được<br />
diễn đạt theo cấu trúc A B . A là điều kiện đủ cho biết dùng định lí khi nào, B sẽ cho biết kết<br />
luận suy ra được gì khi có A . Định lí: “Nếu X là BNN liên tục thì F / ( x) f ( x) tại những điểm<br />
F ( x) khả vi”. Đối với định lí này ta có thể diễn đạt lại như sau: “Nếu X là BNN liên tục và tại<br />
những điểm F ( x) khả vi thì F / ( x) f ( x) ”. Do đó, “tại những điểm F ( x) khả vi” được coi như là<br />
một điều kiện của định lí. Vì vậy, giảng viên cần cho ví dụ có nội dung tương tự hoạt động 2<br />
nhằm giúp SV nhận ra rằng khi muốn áp dụng định lí cần kiểm tra các điều kiện đủ của định lí.<br />
Hơn nữa, trong quá trình dạy, định lí phát biểu dạng A B , nhằm giúp SV nhận ra chiều<br />
ngược lại B A không đúng, giảng viên cần cho các phản ví dụ nhằm tạo ấn tượng sâu sắc. Ví<br />
dụ xét mệnh đề sau: “Nếu F ( x) là hàm phân phối xác suất của BNN X thì 0 F ( x) 1, x R ”.<br />
Như vậy, ta sẽ tìm hàm thỏa 0 F ( x) 1, x R nhưng hàm đó không là hàm phân phối xác suất<br />
của BNN X nào đó. Ví dụ hàm F ( x) 1, x R .<br />
Hoạt động 3: Thực hiện phép thử tung một đồng xu đồng chất một lần. Nếu đồng xu xuất<br />
hiện mặt ngửa thì được thưởng 5000 đồng. Nếu đồng xu xuất hiện mặt sấp thì mất 2000 đồng. Hỏi<br />
ta có nên tham gia trò chơi này nhiều lần hay không? Giải thích.<br />
Khi thực hiện hoạt động, SV bộc lộ sai lầm sau đây:<br />
Sai lầm 4: Gọi Y là số tiền trung bình nhận được khi tham gia trò chơi.<br />
Y = (5000 - 2000)/2 = 1500, Y > 0, vậy ta nên tham gia trò chơi nhiều lần.<br />
Dự đoán nguyên nhân sai lầm 4: Do thói quen khi tính trung bình cộng của những giá trị cố<br />
định. SV lấy tất cả giá trị xuất hiện của BNN cộng lại rồi chia số giá trị xuất hiện.<br />
Giảng viên ứng phó với sai lầm 4: Chúng tôi yêu cầu SV tính trung bình của dãy số liệu sau:<br />
2322432432<br />
Hoạt động sửa chữa sai lầm 4: Nhằm giúp SV sửa chữa sai lầm, chúng tôi đặt ra câu<br />
hỏi:“Gọi n là số lần thực hiện phép thử, x là số lần mặt sấp xuất hiện, y là số lần mặt ngửa xuất<br />
hiện. Chúng ta cần thêm điều kiện gì của n để có kết luận đúng?”.<br />
<br />
3. Kết luận<br />
Khái niệm BNN là một trong những kiến thức quan trọng trong xác suất – thống kê. Việc<br />
hiểu khái niệm giúp SV biết được quy luật phân phối xác suất, qua đó có thể tính được xác suất.<br />
7<br />
<br />