Tóm tắt 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:27

Thêm vào BST

Báo xấu

14
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu của tóm tắt luận án "Dạy học định hướng phát triển năng lực tự học môn hóa học với sự hỗ trợ của công nghệ trí tuệ nhân tạo" là 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 năng lực tự học, tự chủ, tự khám phá kiến thức hóa học cho học sinh THCS. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Tóm tắt 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 Ngành: Lý luận và Phương pháp dạy học Mã số: 9140110 TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC Hà Nội – 2024
Công trình được hoàn thành tại: Đại học Bách khoa Hà Nội Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS NGÔ TỨ THÀNH Phản biện 1: Phản biện 2: Phản biện 3: Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp Đại học Bách khoa Hà Nội họp tại Đại học Bách khoa Hà Nội Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ……… Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện: 1. Thư viện Tạ Quang Bửu – Đại học Bách Khoa Hà Nội 2. Thư viện Quốc gia Việt Nam
MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài - Cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 đã và đang tác động toàn diện và sâu sắc đến tất cả các lĩnh vực của đời sống kinh tế xã hội trên thế giới nói chung và ở nước ta nói riêng. - Cả nhân loại trải qua nỗi ám ảnh của đại dịch Covid-19, phải giãn cách xã hội, ảnh hưởng nghiêm trọng đến cuộc sống, kinh tế, giáo dục của người dân trên toàn thế giới. Điều này, thôi thúc công nghệ phát triển, để mọi người ở nhà vẫn có thể làm việc, học tập, thậm chí còn được chữa bệnh không phải đến bệnh viện. Công nghệ giúp con người học tập và làm việc ở bất cứ đâu và bất cứ thời gian nào. Trong đó, giáo dục vẫn được ưu tiên phát triển hàng đầu. - Để đáp ứng được những yêu cầu đặt ra trong thời kì này, giáo dục cần có những thay đổi về chương trình đào tạo, nội dung giảng dạy và phương pháp dạy học,… bên cạnh đó cần áp dụng những tiến bộ của khoa học công nghệ. - Sự hữu ích của công nghệ trí tuệ nhân tạo (AI) trong giáo dục. - Yêu cầu đổi mới phương pháp dạy học nâng cao hiệu quả và chất lượng giáo dục. - Với đặc thù của môn Hóa học và rất nhiều các lợi ích mà AI mang lại trong giáo dục như vậy nhưng hiện nay ở nước ta AI lại chưa được áp dụng một cách rộng rãi, chưa có luận án tiến sĩ nào nghiên cứu và đóng góp cơ sở lý luận, đề xuất ứng dụng AI Chatbot trong dạy học để nâng cao chất lượng dạy học, góp phần đổi mới phương pháp dạy học, phát triển NLTH cho HS. Đặc biệt, cho HS trung học, một bậc học chuyển tiếp vô cùng quan trọng. Xuất phát từ những lí do trên, tác giả nghiên cứu đề tài: “Dạy học định hướng phát triển năng lực tự học môn hóa học với sự hỗ trợ của công nghệ trí tuệ nhân tạo” 2. Mục đích nghiên cứu 2.1. Mục đích chung 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. 1
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. - 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 hệ phổ thông. 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 học sinh tại một số trường trung học cơ sở trên địa bàn 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: Giáo viên và học sinh ở trường THCS Trịnh Hoài Đức, thành phố Thuận An, tỉnh Bình Dương. - Về phạm vi đối tượng thực nghiệm: Học sinh THCS. - 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 định hướng phát triển NLTH với sự hỗ trợ của 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. 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. 2
5.4. Kiểm nghiệm, đánh giá tính khả thi và hiệu quả của giả thuyết khoa học trong luận án. 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. - Tiếp cận năng lực người học: Hướng tiếp cận này giúp tác giả xác định năng lực, mức độ, nội dung, phương pháp sao cho phù hợp với từng đối tượng học sinh. - Tiếp cận trên phương diện so sánh để đánh giá, đối sánh: Để đi đến khẳng định tính khả thi của việc áp thiết kế dạy học có ứng dụng công nghệ AI. 6.2. Phương pháp nghiên cứu Để thực hiện đề tài, tác giả đã sử dụng các phương pháp nghiên cứu sau đây: 6.2.1 Nhóm phương pháp nghiên cứu lý luận - Tham khảo các tạp chí, báo cáo khoa học, tài liệu lưu trữ, sách giáo khoa, văn kiện, nghị quyết, các website liên quan đến đổi mới phương pháp dạy học và ứng dụng CNTT trong dạy học. - Nghiên cứu cơ sở lí thuyết về phát triển năng lực tự học cho học sinh. - Nghiên cứu cơ sở lý thuyết về công nghệ AI nói chung và AI chatbot nói riêng và ứng dụng vào đổi mới phương pháp dạy học. 6.2.2 Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn - Phương pháp khảo sát: Khảo sát một số yếu tố năng lực của HS, thăm dò qua phiếu khảo sát về hoạt động dạy, học một số phần trong chương trình môn Hóa học THCS và THPT. - Phương pháp quan sát: Dự giờ, quan sát việc dạy của các giáo viên trong tổ Hóa và việc học của các lớp đối chứng và lớp thực nghiệm. - Phương pháp tổng kết kinh nghiệm: Tổng kết những thành tựu nghiên cứu của các tác giả và hoạt động giảng dạy môn Hóa để xây dựng cơ sở lý luận và thực tiễn cho đề tài. 3
- Phương pháp chuyên gia: Xin ý kiến chuyên gia về tính khả thi và sự cần thiết của các biện pháp đề xuất trong đề tài và mô hình dạy học ứng dụng công nghệ AI. - Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Để kiểm nghiệm giá trị thực tiễn, tính khả thi và hiệu quả của các kết quả nghiên cứu. 6.2.3 Xử lý số liệu Sử dụng phương pháp thống kê toán học trong nghiên cứu khoa học giáo dục để xử lý, phân tích các kết quả thực nghiệm sư phạm nhằm xác nhận giả thuyết khoa học và đánh giá tính hiệu quả và khả thi của mô hình dạy học đã đề xuất. 7. Những đóng góp mới của Luận án * Về lý luận Phát triển khung lý thuyết về dạy học định hướng phát triển NLTH với sự hỗ trợ của AI: nghiên cứu tổng quan về ứng dụng của AI trong dạy học nhằm phát triển NLTH cho người học, đưa ra một số khái niệm về năng lực, tự học, năng lực tự học, dạy học định hướng phát triển NLTH, công nghệ AI, AI trong giáo dục và AI Chatbot. Trên cơ sở lý luận về cách huấn luyện và tạo cơ sở dữ liệu cho AI chatbot, kết hợp với vận dụng lý thuyết về phát triển NLTH để thiết kế dạy học với sự hỗ trợ của AI Chatbot trong dạy học. * Về thực tiễn - Xây dựng khung NLTH hóa học và bộ công cụ đánh giá NLTH của HS qua dạy học môn hóa học THCS với sự hỗ trợ của AI chatbot. - Xây dựng được Cây phả hệ nội dung sử dụng trong dạy học môn hóa học. - Đề xuất các biện pháp nâng cao NLTH môn hóa học với sự hỗ trợ của AI Chatbot. - Xây dựng quy trình thiết kế kịch bản dạy học môn hóa học với sự hỗ trợ của AI Chatbot. Tức là tạo ra sản phẩm là một AI Chabot: “Hóa Học Bách Khoa” sử dụng trong dạy học môn Hóa học cho HS THCS. Cũng từ quy trình này có thể xây dựng AI Chatbot sử dụng trong dạy học các môn học khác. - Xây dựng quy trình dạy học với sự hỗ trợ của AI Chatbot định hướng phát triển NLTH cho học sinh. 4
8. Bố cục của luận án Ngoài phần mở đầu, kết luận và khuyến nghị, danh mục các công trình nghiên cứu, tài liệu tham khảo và phụ lục; luận án được cấu trúc gồm 3 chương: 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 Chương 2. THIẾT KẾ DẠY HỌC SỬ DỤNG AI CHATBOT CHO MÔN HÓA HỌC TRUNG HỌC CƠ SỞ ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC Chương 3. KIỂM NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ 5
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 1.1 Tổng quan vấn đề nghiên cứu Trên cơ sở tìm hiểu, nghiên cứu các tài liệu, tạp chí, luận án, các công trình nghiên cứu của các tác giả trên thế giới và tại Việt Nam cho thấy có rất nhiều công trình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ trong dạy học nhằm phát triển năng lực tự học cho học sinh. Tác giả luận án đưa ra một số nhận định như sau: Trên thế giới đã có nhiều nghiên cứu liên quan đến việc ứng dụng AI nói chung và AI Chatbot nói riêng vào trong lĩnh vực giáo dục với nhiều góc độ khác nhau, đồng thời nhiều nghiên cứu đã chỉ ra một trong những đặc điểm quan trọng và nổi bật nhất, có tính cốt lõi trong AIEd chính là các hệ thống dạy học thông minh và cá nhân hoá việc học tập. Các công trình nghiên cứu về tự học và phát triển NLTH đều đề cập đến việc định hướng và phát triển NL cho người học trong đó NLTH đóng vai trò tích cực thúc đẩy quá trình học tập có kết quả của người học ở các môn học như CNTT, năng lực nghề nghiệp,… chưa có luận án nào nghiên cứu về ứng dụng công nghệ AI trong dạy học môn Hóa học nhằm nâng cao NLTL cho học sinh THCS. Ở Việt Nam, các luận án đã nghiên cứu tổng quan một cách có hệ thống về những nội dung liên quan đến lý luận về công nghệ dạy học và phương pháp dạy học, dạy học tương tác, dạy học kết hợp (B- learning), về các PCHT, phát triển NLTH. Các luận án đã thể hiện rất rõ kết quả nghiên cứu về lý luận và thực tiễn đối với việc ứng dụng công nghệ trong dạy học, trong đó phần lớn là dạy học cho sinh viên các khối ngành kỹ thuật và học sinh phổ thông. Sản phẩm của các luận án nghiên cứu và ứng dụng trong dạy học môn hóa học hiện tại là các website học tập, các phần mềm tra cứu, các Video học tập, PowerPoint, giáo án điện tử, mô phỏng kiến thức hóa học, phim thí nghiệm hóa học…Và chưa có đề tài nào nghiên cứu, ứng dụng công nghệ AI trong dạy học nhằm hỗ trợ cho quá trình phát triển NLTH Hóa học và xây dựng khung NLTH hóa học cho HS ở các trường THCS. Mặc dù việc ứng dụng AI trong giáo dục đã được nghiên cứu và triển khai, bước đầu đạt được những kết quả đáng kể, tuy nhiên, 6
việc nghiên cứu một cách chuyên sâu về việc ứng dụng AI trong dạy học tại Việt Nam hiện nay chưa có nhiều, các ứng dụng đã triển khai chủ yếu là những sản phẩm thương mại (phải trả phí) hoặc được triển khai trong những tập đoàn công nghệ lớn. Vì vậy, mục tiêu mà luận án hướng đến chính là vận dụng những kết quả nghiên cứu đã có để từ đó xây dựng một AI Chatbot đóng vai trò như một người giáo viên ảo nhằm hỗ trợ cho quá trình phát triển NLTH Hóa học cho HS ở các trường THCS và xây dựng khung NLTH hóa học.Tác giả đã phát hiện ra vấn đề cấp thiết là dạy học như thế nào để phát triển NLTH cho HS với sự hỗ trợ của công nghệ trí tuệ nhân tạo. Vì vậy, luận án này nghiên cứu: dạy học định hướng phát triển năng lực tự học môn hóa học với sự hỗ trợ của công nghệ trí tuệ nhân tạo. 1.2. Một số khái niệm cơ bản * Năng lực là tổng hòa những kiến thức, kỹ năng và thái độ được học tập hoặc sẵn có của con người để hành động có trách nhiệm nhằm nhanh chóng, dễ dàng đạt hiệu quả cao trong một lĩnh vực nào đó. Năng lực được hình thành và phát triển thông qua giáo dục và đào tạo, tự bồi dưỡng và trải nghiệm thực tiễn của mỗi cá nhân. * Tự học là việc tự mình nhận thức được việc học để từ đó có những hành động cụ thể để chiếm lĩnh hệ thống tri thức, kĩ năng, kĩ xảo, những kinh nghiệm của nhân loại, qua đó hoàn thiện bản thân có thể theo sự hướng dẫn và định hướng của giáo viên hoặc theo nhu cầu của bản thân * Năng lực tự học là khả năng của người học tự giác, chủ động, độc lập tìm hiểu, khám phá và lĩnh hội tri thức mới một cách hiệu quả, giải quyết vấn đề trong học tập và vận dụng kiến thức vào thực tiễn cuộc sống. * Dạy học định hướng phát triển năng lực quá trình giáo viên thiết kế và tổ chức dạy học nhằm tạo môi trường cho học sinh chủ động, tích cực, tự lực trong việc lựa chọn tìm kiến các kiến thức, kỹ năng để giải quyết các nhiệm vụ học tập một cách hiệu quả. * Công nghệ trí tuệ nhân tạo là một ngành thuộc lĩnh vực khoa học máy tính, là công nghệ mô phỏng các quá trình suy nghĩ và học tập của con người cho máy móc, qua các thiết bị có trang bị CPU, GPU… đặc biệt là các hệ thống máy tính. Hay nói cách khác là trí tuệ do con người lập trình tạo nên với mong muốn hệ thống máy tính có thể thực hiện được các hành vi thông minh như con người, từ đó hỗ trợ con 7
người thực hiện được những công việc một cách dễ dàng, nhanh chóng và thuận tiện hơn. * Công nghệ trí tuệ nhân tạo trong giáo dục là việc áp dụng trí tuệ nhân tạo trong lĩnh vực giáo dục nhằm hỗ trợ giáo viên, nhà giáo dục và nhà trường thực hiện những công việc như giảng dạy, đánh giá, hành chính, nghiên cứu,…; cá nhân hóa học tập; hỗ trợ học sinh học tập một cách dễ dàng, thuận tiện, và mang lại động lực, hứng thú cho học sinh. 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 NLTH hóa học được hình thành và phát triển thông qua bộ môn Hóa học. Có thể hiểu là khả năng nghiên cứu tài liệu hóa học nhằm tác động vào các yếu tố cơ bản của hóa học. HS xác định được mục tiêu học tập, lập kế hoạch học tập của cá nhân để đạt được các mục tiêu đó. HS biết tìm kiếm và sử dụng các tài liệu hóa học để giải quyết các vấn đề của hóa học đặt ra. Đồng thời, HS tự kiểm tra và điều chỉnh hoạt động học tập cho phù hợp với yêu cầu của bộ môn Hóa học và các yêu cầu chung của giáo dục. Sử dụng AI Chatbot trong dạy học thông qua kịch bản dạy học được giáo viên và các nhà giáo dục xây dựng AI Chatbot phát triển năng lực tự học cho học sinh bằng cách kết hợp các phương pháp học máy và trí tuệ nhân tạo để tùy chỉnh nội dung học tập, phù hợp với nhu cầu và khả năng học tập của từng học sinh, cung cấp hỗ trợ tự động và phản hồi tức thì, từ đó tạo ra môi trường học tập cá nhân và hiệu quả cho từng học sinh, hướng đến người học thông minh ở môn Hóa học. 1.4 Một số lí thuyết, mô hình, phương pháp sử dụng trong dạy học định hướng phát triển NLTH 1.4.1 Một số lí thuyết học tập định hướng phát triển NLTH Tác giả tham khảo và vận dụng các lý thuyết trong luận án: Thuyết kiến tạo, thuyết siêu nhận thức, tiếp cận công nghệ, tải nhận thức và cấu trúc thông tin. 1.4.2 Một số phương pháp và mô hình dạy học định hướng phát triển NLTH Tác giả tham khảo và vận dụng một số phương pháp và mô hình dạy học phát triển năng lực trong luận án: Dạy học phân hóa, sử dụng 8
thí nghiệm trong dạy học, học tập khám phá, kỹ thuật dạy học Microlearning. Vận dụng các cơ sở lý luận trong dạy học phát triển năng lực tự học, năng lực tự học môn hóa học, tiếp cận công nghệ trong dạy học, ở đây là AI Chabot. Tiếp theo, trong luận án này tác giả sẽ nghiên cứu, vận dụng những tính năng và lợi ích của AI Chatbot vào dạy học thông qua việc xây dựng khung NLTH môn hóa học với sự hỗ trợ của AI Chatbot, xây dựng kịch bản AI Chatbot và quy trình sử dụng AI Chatbot trong dạy học môn hóa học nhằm phát triển NTLT cho HS. 1.5 Một số vấn đề về dạy học với sự hỗ trợ của công nghệ AI 1.5.1 Các đặc trưng của dạy học với sự hỗ trợ của AI: (1) phân tích được hành vi của người học, từ đó phán ánh được cảm xúc, động cơ học tập của người học, (2) hỗ trợ Giáo viên sáng tạo và tiết kiệm thời gian, công sức, dễ dàng hơn trong công việc, (3) tạo cho người học một môi trường học tập thông minh, cá nhân hóa lộ trình học tập của mỗi người học, (4) hỗ trợ người học phương thức dạy kèm thông minh, trợ giảng thông minh và (5) phát hiện những bất thường trong môi trường học tập để điều chỉnh kế hoạch học tập và giúp người học thích ứng theo. 1.5.2 Dạy học với sự hỗ trợ của AI Chatbot Sử dụng AI Chatbot trong dạy học: Cung cấp thông tin nhanh chóng và chính xác, Trợ lý giảng dạy hiệu quả, Trợ lý học tập Chatbot, Hỗ trợ thông minh và tức thời, Tạo môi trường học tập tương tác và hấp dẫn, Thúc đẩy sự tham gia và chủ động của học sinh, Hỗ trợ học sinh tự học và phát triển. Mối quan hệ giữa dạy học môn hóa học – Năng lực tự học và AI Chatbot được đề cập trong phần cơ sở lý luận của luận án này là: - Dạy học môn hóa học là quá trình hình thành và phát triển ở HS các phẩm chất và năng lực hóa học bao gồm các thành phần: nhận thức hoá học; tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hoá học; vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học. - NLTH là khả năng của HS trong việc chủ động, tự giác, tích cực, sáng tạo, linh hoạt tiếp thu kiến thức hóa học một cách độc lập để đạt mục tiêu học tập môn hóa học bao gồm: Có khả năng xác định được nhiệm vụ học tập, mục tiêu học tập, kế hoạch học tập, phong cách học tập,... phù hợp với bản thân; Có khả năng tìm kiếm, xử lý thông tin 9
hóa học một cách hiệu quả; Có khả năng giải quyết các vấn đề hóa học trong thực tiễn; Có khả năng tự đánh giá và điều chỉnh cách học của bản thân. - AI Chatbot có thể hỗ trợ DH môn hóa học, góp phần phát triển NLTH hóa học cho học sinh thông qua các vai trò sau: hỗ trợ thông minh và tức thời các kiến thức hóa học cho HS theo hướng cá nhân hóa người học, tạo môi trường học tập tương tác và hấp dẫn, thúc đẩy sự tham gia và chủ động của HS, hỗ trợ HS tự học và phát triển. 1.6 Thực trạng của dạy học định hướng phát triển NLTH môn Hóa học THCS với sự hỗ trợ của AI Chatbot Tiến hành khảo sát về thực trạng ứng dụng công nghệ AI và thực trạng phát triển NLTH môn hóa học trong dạy học ở trường THCS Trịnh Hoài Đức. Trường chưa ứng dụng công nghệ AI nói chung và AI Chatbot nói riêng trong dạy học. Thông qua khảo sát, phỏng vấn GV và HS về thực trạng phát triển NLTH môn Hóa học cho HS thì tác giả có đánh giá năng lực học tập môn hóa học của HS ở mức trung bình khá, tần suất tự học của HS ở mức độ thường xuyên và thái độ của HS khi các thầy cô giao nhiệm vụ học tập ở mức độ bình thường và việc tự học của học sinh được kết hợp từ nhiều nguồn tài liệu nhưng chưa sử dụng AI Chatbot trong học tập môn Hóa học. Thông qua khảo sát, đánh giá thực trạng này, tác giả có cơ sở để phát triển các tính mới trong luận án tiêu biểu như: NLTH, xây dựng và phát triển AI Chatbot, xây dựng quy trình sử dụng AI Chatbot trong dạy học nhằm phát triển NLTH môn hóa học cho HS. 10
KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 Thông qua việc nghiên cứu lý luận và khảo sát thực tiễn dạy học ứng dụng công nghệ AI nhằm phát triển NLTH môn hóa học cho học sinh tại các trường THCS, tác giả luận án có các nhận định chính sau đây: 1. Việc nghiên cứu ứng dụng công nghệ AI trong dạy học trên thế giới đã được đề cập nhiều hơn so với ở Việt Nam, đặc biệt đối với môn Hóa học. Về mặt lý luận ứng dụng công nghệ AI phát triển NLTH cho học sinh chưa được nghiên cứu nhiều ở các môn học nói chung và môn hóa học nói riêng. Tác giả đã nghiên cứu cơ sở lí luận về NL và NLTH, đặc biệt là vai trò tích cực của ứng dụng công nghệ AI nói chung và AI Chatbot nói riêng trong việc phát triển NLTH cho HS ở các trường phổ thông. 2. Tác giả đã nghiên cứu, vận dụng các cơ sở lý thuyết về dạy học học theo hướng phát triển năng lực như: thuyết kiến tạo, thuyết siêu nhận thức, tiếp cận công nghệ, dạy học phân hóa, học tập khám phá, sử dụng thí nghiệm trong dạy học,…và làm rõ vai trò của các lý thuyết đối với các nội dung trong luận án. 3. Tác giả đã khảo sát thực trạng ứng dụng công nghệ AI trong dạy, khảo sát thực trạng phát triển NLTH môn hóa học cho học sinh để xác định được các khó khăn, rào cản để từ đó xác định được sự cần thiết nghiên cứu, vận dụng mô hình ứng dụng công nghệ AI cho việc phát triển NLTH môn Hoá học của HS. Đây là những cơ sở để tác giả đề xuất cấu trúc NL phát triển NLTH với sự hỗ trợ của AI Chatbot cũng như đề xuất các hình thức, quy trình để phát triển NL này cho HS. 4. Tác giả cũng khảo sát thực trạng và đề xuất để triển khai Công nghệ dạy học dựa trên trí tuệ nhân tạo ở bậc Trung học cơ sở tại Việt Nam để chỉ ra 5 đặc trưng phổ biến được các nhà nghiên cứu và phát triển AIED trên thế giới đang thực hiện. Với mục tiêu của nghiên cứu là Đánh giá khả năng triển khai AIbT với 5 đặc trưng phổ biến vào quá trình dạy học THCS tại Việt Nam để đưa ra những đề xuất biện pháp ứng dụng công nghệ AI trong dạy học. Kết quả nghiên cứu lý luận và thực tiễn cho thấy tính cấp thiết của việc ứng dụng công nghệ AI trong dạy học và đặc biệt để phát triển NLTH cho người học nói chung và trong môn Hóa học phổ thông nói riêng. 11
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ DẠY HỌC SỬ DỤNG AI CHATBOT CHO MÔN HÓA HỌC THCS ĐỊNH HƯỚNG PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC 2.1. Phân tích chương trình môn hóa học THCS Từ việc phân tích này, tác giả có cái nhìn toàn diện và tìm ra những thách thức, yêu cầu về việc đổi mới về chương trình môn hóa học THCS. 2.2. Xây dựng khung năng lực tự học môn hóa học sử dụng AI Chatbot Khung NLTH được tác giả xây dựng gồm 5 NL thành phần: (1) NL xác định mục tiêu và nhiệm vụ học tập; (2) NL hỏi và tra cứu kiến thức lí thuyết; (3) NL giải thích thí nghiệm và vận dụng; (4) NL tự giải bài tập; (5) NL tự kiểm tra, đánh giá và cải thiện việc học với 10 TC được mô tả chi tiết theo 4 mức độ tương ứng với mỗi TC: Mức độ 1. NLTH ở mức yếu; Mức độ 2. NLTH ở mức độ trung bình; Mức 3. NLTH ở mức độ khá; Mức 4. NLTH ở mức độ tốt. 2.3. Phả hệ nội dung: cấu trúc nội dung học tập trong kho học liệu của AIChatbot Thông qua cơ sở lý thuyết về Tải nhận thức và giải quyết về vấn đề Tải nhận thức, tác giả sử dụng kỹ thuật dạy học Microlearning, để hạn chế những nhược điểm và phát huy lợi ích của Microlearning thì tác giả đề xuất xây dựng Cây phả hệ nội dung trong dạy học môn hóa học. Từ đó tác giả xây dựng và đề xuất Quy trình xây dựng kịch bản AI Chatbot để tạo ra một AI Chatbot - Giáo viên ảo: “Hóa Học Bách Khoa” được tích hợp trên nền tảng Zalo và nền tảng website có tên miền: www.bko.io.vn. 2.3.1 Cây phả hệ nội dung Kho học liệu của AIChatbot là một hệ thống học liệu được cấu trúc có liên kết giữa các đơn vị học tập (learning object- LO) mà các LO này được thiết kế mang các đặc trưng của kĩ thuật dạy học microlearning. Việc xây dựng nội dung của đơn vị học tập dựa trên việc cấu trúc hóa thành phần nội dung của bài học thành các đơn vị học tập hữu ích (như khái niệm, nguyên lý, định luật, nguyên tắc, quy trình, công thức...) để đảm bảo từ khối nội dung phức tạp thành cấu trúc nội dung đơn giản, dễ hiểu và liên kết chúng thành một hệ thống 12
học liệu theo các mối quan hệ cha – con hoặc ngang hàng, trong đó, các mối quan hệ này phải hợp quy luật tư duy của nội dung và quy luật nhận thức ở người học, đáp ứng mục tiêu học tập. Sự tổ chức nội dung học tập như vậy sẽ tạo thành một phả hệ nội dung, bao quát tổng thể về các nội dung và liên kết giữa chúng trong toàn bài học và các nội dung khác có liên quan. Theo quy định của Bộ Giáo dục Việt Nam, mỗi đơn vị học tập sẽ được tổ chức cho học sinh thực hiện các hoạt động Học, Thí nghiệm, Giải thích hiện tượng, Vận dụng và Vận dụng cao... Quá trình tổ chức nội dung học tập cho AIChatbot là sự kết hợp phả hệ nội dung với các hoạt động học tập. 2.3.2 Thiết kế phả hệ nội dung nội dung dạy học bài Tính chất hóa học của Kim loại môn Hóa 9 Dựa trên khái niệm và nguyên tắc tổ chức của phả hệ nội dung, tác giả đề xuất phả hệ nội dung dạy học hóa học của bài Tính chất hóa học của kim loại là một ví dụ cụ thể về Phả hệ nội dung. Phả hệ nội dung của bài học bao gồm: - Phần gốc: đây là các kiến thức cốt lõi của Hóa Học như Phi kim, dung dịch axit, dung dịch muối, oxit axit… - Phần thân /nhánh lớn: là các đơn vị học tập cốt lõi của bài học, chính là ba tính chất hóa học của kim loại là: Tác dụng với phi kim, tác dụng với dung dịch axit và tác dụng với dung dịch muối. - Các cành nhỏ và lá cây: Đây là những kiến thức nền tảng liên quan đến các kiến thức cốt lõi. Đây là những kiến thức được phân nhánh từ các kiến thức nền tảng. Ví dụ như các kiến thức nền tảng về nội dung về dung dịch muối là các kiến thức về gốc muối, nguyên tố hóa học, hóa trị, khối lượng mol … - Các cành phụ: Là các đơn vị học tập bổ trợ cho các nhiệm vụ mở rộng kiến thức như công thức tính toán, lập công thức của chất, các dạng bài tập. 2.4. Biện pháp phát triển NLTH môn hóa học cho học sinh THCS với sự hỗ trợ của AI Chatbot Thông qua các biện pháp này để GV hướng dẫn, hỗ trợ HS hoặc tự HS nghiên cứu để phát triển kỹ năng TH, kỹ năng nghiên cứu độc lập, kỹ năng tư duy sáng tạo, khả năng khai thác và sử dụng thông tin, kỹ năng cập nhật kiến thức mới, kỹ năng giao tiếp trên máy với sự hỗ 13
trợ của AI Chatbot nhằm phát triển NLTH cho HS đối với từng thành phần năng lực trong khung NLTH mà tác giả đã xây dựng. 2.5 Quy trình xây dựng AI Chatbot trong dạy học môn hóa học Từ vị trí, đặc trưng của môn hóa học, và những lợi ích của AI Chatbot, tác giả nhận thấy AI Chatbot được tích hợp kịch bản dạy học môn hóa học rất phù hợp để dễ dàng đạt được mục tiêu dạy học, nâng cao hiệu quả dạy học và phát triển NLTH môn Hóa học. Quy trình xây dựng kịch bản AI Chatbot trong dạy học môn hóa học được tiến hành theo các bước: Xác định cấu trúc kịch bản, xây dựng nội dung kịch bản, đưa kịch bản lên AI Chatbot, kiểm tra và dạy thử, đánh giá. Với quy trình xây dựng kịch bản dạy học này, tác giả đã xây dựng một “tác phẩm” AI Chatbot Hóa Học Bách Khoa sử dụng trong dạy học môn Hóa học, với quy trình này, GV hay tổ chức giáo dục có thể xây dựng kịch bản dạy học AI Chabot này cho các môn học khác để xây dựng nên một AI Chatbot – GV ảo, hỗ trợ quá trình dạy học theo mục đích của người xây dựng để cá nhân hóa người học mà GV chỉ là người hướng dẫn và hỗ trợ HS tự học. 2.6. Quy trình dạy học định hướng phát triển NLTH môn hóa học với sự hỗ trợ của AI chatbot Sau khi đã có kịch bản dạy học, tức là đã có một sản phẩm là AI Chatbot – GV ảo “Hóa Học Bách Khoa” thì giáo viên dựa vào quy trình dạy học sử dụng AI Chatbot dưới đây để tiến hành sử dụng trong quá trình dạy học môn Hóa học nhằm phát triển NTLT cho HS bao gồm các bước: xác định mục tiêu; đăng nhập; xác định nhiệm vụ học tập; giải quyết vấn đề; học tập, thực hành; vận dụng, trải nghiệm; hỗ trợ. Quy trình sử dụng AI Chatbot trong dạy học môn Hóa học này cũng có thể được sử dụng cho các môn học khác khi đã được xây dựng kịch bản của môn học nhằm phát triển NLTH cho HS mà GV chỉ là người hướng dẫn và hỗ trợ trong quá trình dạy học. 2.7. Phát triển NLTH trong quá trình dạy học môn hóa học THCS với sự hỗ trợ của AI Chatbot Phát triển năng lực tự học môn hóa học THCS với sự hỗ trợ của AI Chatbot: 14
Sử dụng trước khi lên lớp Theo hình thức này, AI Chatbot sẽ hỗ trợ cho HS tiến hành TH, tự nghiên cứu bài học ở nhà. Hoạt động TH này sẽ giúp HS: - Tự hình thành cho mình những kiến thức cơ bản, kiến thức nền theo nội dung học tập đã được chia nhỏ theo Microlearning. - Tự nắm bắt được những định hướng và tự rèn kỹ năng về giải toán hóa học từ cơ bản đến nâng cao. - Tự rèn kỹ năng thực hành, quan sát và giải thích hiện tượng thông qua các mô phỏng, video thí nghiệm trước khi tiến hành thực hành trên phòng thí nghiệm. Sử dụng trong khi lên lớp Với sự hỗ trợ của AI Chatbot “Hóa Học Bách Khoa”, giáo viên chỉ là người giao việc và định hướng, hỗ trợ học tập cho học sinh. Giáo viên hướng dẫn, định hướng các nội dung học tập cho học sinh các kiến thức liên quan đến bài học trước khi học bài chính thức trên lớp để học sinh tự học, tự nghiên cứu. Một lợi ích lớn nhất mà không một giáo viên nào có thể làm được đó là AI Chatbot có thể trả lời hàng triệu câu hỏi một lúc cho hàng triệu học sinh và có thể lặp đi lặp lại nhiều lần mà “giáo viên ảo” này vẫn luôn niềm nở, vui vẻ và không thay đổi thái độ. Đây cũng là một trong những lợi ích của AI Chatbot nhưng không phải trường phổ thông nào cũng có đủ nguồn lực và cơ sở vật chất để đáp ứng được cho nhu cầu học tập của HS. Sử dụng sau khi lên lớp Quá trình TH sau khi lên lớp là quá trình HS tự ôn tập củng cố và kiểm tra kiến thức, kỹ năng học tập của mình sau khi học bài ở trên lớp. Học sinh làm các bài tập giáo viên giao và tự nghiên cứu, khám phá các kiến thức hóa học mới với AI Chatbot Hóa Học Bách Khoa Với hình thức này, tác giả luận án đề xuất các bước tự học như ở hình thức tự học trước khi lên lớp. 2.8 Thiết kế công cụ đánh giá năng lực tự học của học sinh với sự hỗ trợ của AI Chatbot trong dạy học môn hóa học THCS Để biết được mức độ phát triển NLTH của HS với sự hỗ trợ của AI Chatbot Hóa Học Bách Khoa, tác giả luận án đề xuất sử dụng hai công cụ đánh giá là: thang đánh giá NLTH, bài kiểm tra NL. 15
2.8.1 Sử dụng thang đánh giá năng lực tự học Dựa trên cấu trúc của khung NLTH với sự hỗ trợ của AI Chatbot Hóa Hóa Học Bách Khoa mà tác giả luận án đã đề xuất để thiết kế bảng đánh giá NLTH cho HS. Mỗi TC trong 5 NL thành phần sẽ được đánh giá theo thang đo 4 mức độ và mỗi mức độ được tính bằng điểm: Mức độ 1: 1 điểm; Mức độ 2: 2 điểm; Mức độ 3: 3 điểm; Mức độ 4: 4 điểm. Bảng đánh giá NLTH này tác giả đề xuất sử dụng cho cả giáo viên và học sinh. 2.8.2. Đánh giá năng lực tự học thông qua bài kiểm tra Đây là cơ sở để đánh giá về sự phát triển NL và NLTH hóa học của HS và cũng là đánh giá tính khả thi và hiệu quả của AI Chatbot Hóa Học Bách Khoa vào việc hỗ trợ cho quá trình phát triển NLTH hóa học cho HS thông qua bài kiểm tra 45 phút gồm 20 câu hỏi trắc nghiệm. 16
KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 Trên cơ sở lý luận và thực tiễn được nêu trong chương 1, tác giả đã đề xuất cấu trúc và nội dung khung NLTH với sự hỗ trợ AI Chatbot Hóa Học Bách Khoa bao gồm 05 NL thành phần và 10 TC được mô tả chi tiết theo 4 mức độ tương ứng với mỗi TC. Từ khung NLTH đó làm căn cứ để tác giả xây dựng cấu trúc nội dung dạy học môn Hóa học. Thông qua cơ sở lý thuyết về Tải nhận thức và giải quyết về vấn đề Tải nhận thức, tác giả sử dụng kỹ thuật dạy học Microlearning, để hạn chế những nhược điểm và phát huy lợi ích của Microlearning, tác giả đề xuất xây dựng Cây phả hệ nội dung trong dạy học môn hóa học. Tác giả đề xuất các biện pháp phát triển NLTH môn hóa học cho HS THCS với sự hỗ trợ của AI Chatbot gắn với từng thành phần NL phát triển NLTH. Từ khung NLTH , cấu trúc nội dung ở Phả hệ nội dung và các biện pháp phát triển NLTH môn hóa học là cơ sở để tác giả xây dựng và đề xuất Quy trình xây dựng kịch bản AI Chatbot để tạo ra một AI Chatbot - Giáo viên ảo: Hóa Học Bách Khoa được tích hợp trên nền tảng Zalo có tên là “Hóa Học Bách Khoa” và nền tảng website có tên miền: www.bko.io.vn, sau đó tác giả xây dựng và đề xuất Quy trình dạy học với sự hỗ trợ của AI Chatbot: Hóa Học Bách Khoa trong dạy học nhằm phát triển NLTH môn Hóa học cho HS. Bộ công cụ đánh giá NLTH hóa học với sự hỗ trợ của AI Chatbot bao gồm: phiếu tự đánh giá NLTH của HS, bài kiểm tra đánh giá NL của HS. Để đánh giá tính khả thi và hiệu quả từ những kết quả nghiên cứu ở chương 2 này sẽ được kiểm nghiệm và phân tích ở chương 3 của luận án. 17
CHƯƠNG 3. KIỂM NGHIỆM ĐÁNH GIÁ 3.1 Kiểm nghiệm bằng phương pháp chuyên gia  Mục đích Kiểm nghiệm và đánh giá tính khả thi, hiệu quả của giả thuyết khoa học luận án đề ra: - Kịch bản AI Chatbot và quy trình dạy học môn hóa học với sự hỗ trợ của AI Chatbot đã đề xuất phù hợp với khung NLTH và cấu trúc nội dung hóa học định hướng phát triển NLTH. - Phát triển được NLTH hóa học cho học sinh THCS với khung NLTH hóa học đã đề ra.  Kết quả phương pháp chuyên gia Kết quả thu được ở phương pháp chuyên gia cho thấy đa số các chuyên gia đều đồng ý với các thành phần của khung NLTH môn hóa học với sự hỗ trợ của AI Chatbot là ở mức là Đầy đủ. Cấu trúc khung NL cùng với các bộ tiêu chí đánh giá các NL mang tính phổ quát, đảm bảo tính đúng đắn, hoàn toàn có tính khả thi và hiệu quả trong quá trình phát triển NLTH môn Hóa học với sự hỗ trợ của AI Chatbot. 3.2. Thực nghiệm sư phạm  Mục đích và giả thuyết thực nghiệm Mục đích thực nghiệm: Kiểm tra tác động của dạy học môn hóa học với sự hỗ trợ của AI Chatbot đến năng lực tự học hóa học của học sinh, bao gồm kết quả và hành vi NLTH của học sinh. Đối với đánh giá thông qua phiếu khảo sát: So sánh, đánh giá sự khác biệt giữa trước và sau khi tác động trên tổng thể các thành phần NL như: Năng lực học tập, tần suất, thái độ, cách thức, mức độ và kết quả học của quá trình TH để kiểm nghiệm tính khả thi, tính đúng đắn và hiệu quả các tiêu chí trong bảng NLTH nhằm phát triển NLTH môn hóa học cho HS với sự hỗ trợ của AI Chatbot. Đối với đánh thông qua bài kiểm tra thì giả thuyết cụ thể của thực nghiệm: - Giả thuyết 1 (Hypothesis 1 – H1): Có sự khác biệt về kết quả học tập hóa học giữa lớp thực nghiệm được dạy học môn hóa học với sự hỗ trợ của AI Chatbot và lớp đối chứng được giảng dạy thông thường dựa trên sách giáo khoa. - Giả thuyết 2 (Hypothesis 2 – H2): Có sự khác biệt về NLTH hóa học của học sinh giữa lớp thực nghiệm được dạy học môn hóa học với sự 18