1.5. Các phương pháp nghiên cứu lí luận dạy học Sinh học
1.5.5. Phương pháp thực nghiệm sư phạm
1.5.5.1. Cách bố trí thực nghiệm sư phạm
Có thể bố trí thực nghiệm sư phạm theo một trong những phương pháp sau:
Lớp học bình thường: Tiến hành thực nghiệm sư phạm ở các lớp bình thường, giữ nguyên các điều kiện khách quan, kể cả giáo viên và học sinh.
Những lớp dạy theo phương án thí điểm gọi là lớp thực nghiệm, còn lớp dạy bình thường để làm mốc so sánh gọi là lớp đối chứng.
Lớp học đặc biệt: Đây là những lớp học gồm một số nhóm nhỏ học sinh, được tiến hành dạy một vấn đề xác định của chương trình theo kiểu phân hóa. Cách làm này có ưu điểm là cho phép đi sâu vào quá trình lĩnh hội tri thức của một loại học sinh, phát hiện ra một kiểu tư duy nào đó khi tiếp thu tri thức. Nhưng nhược điểm là làm cho việc dạy học diễn ra ngoài khung cảnh bình thường của lớp học.
Thực nghiệm chéo: Thông thường chất lượng lĩnh hội tri thức của học sinh ở các lớp không đồng đều nhau. Thành phần học sinh trong các lớp cũng khác nhau do đó ít nhiều ảnh hưởng lớn tới kết quả thực nghiệm. Để loại trừ những ảnh hưởng đó có thể bố trí thực nghiệm chéo.
Ví dụ: Chương 1 dạy thực nghiệm ở lớp A, đối chứng là lớp B. Chương 2 dạy thực nghiệm ở lớp B, đối chứng là lớp A.
a. Rút mẫu ngẫu nhiên trực tiếp từ tổng thể
Để chọn lớp thực nghiệm và lớp đối chứng một cách ngẫu nhiên, loại bỏ các yếu tố chủ quan tác động vào thực nghiệm sư phạm. Có thể sử dụng phần mềm Microft Excel để chọn lớp thực nghiệm và đối chứng – rút mẫu trực tiếp từ tổng thể.
Tổng thể là tập chứa mọi phần tử thuần nhất (theo một tiêu chuẩn nào đó) mà ta cần nghiên cứu, mỗi cá thể là một phần tử của tổng thể đó. Ký hiệu của tổng thể là N. Tổng thể có số lượng phần tử lớn đến vô cùng lớn và như vậy việc nghiên cứu toàn bộ các cá thể của tổng thể là không thực hiện được.
Việc thực nghiệm sư phạm phải được tiến hành trên diện đủ rộng và mang tính đại diện cho từng vùng miền. Trong vô số các dữ kiện, người nghiên cứu phải chọn ra một số mẫu để theo dõi và mô tả, ví dụ trong một trường đặt thực nghiệm, ta cần chọn ra một số lớp trong đó có một số lớp dạy thực nghiệm và một số lớp dạy đối chứng đảm bảo nguyên tắc đồng đều.
Sau khi chọn được các trường đặt thực nghiệm, ta có một tổng thể đại diện. Từ tổng thể ta rút ra một tập con được gọi là một mẫu. Số phần tử nằm trong mẫu gọi là kích thước mẫu, ký hiệu của mẫu là n. Các thực nghiệm (TN) được tiến hành trên mẫu có đối chứng, kết quả thu được qua xử lý thống kê để suy rộng ra cho cả tổng thể.
Trước đây, người nghiên cứu thường xác định các lớp dạy đối chứng và các lớp dạy thực nghiệm dựa vào kết quả học tập của các lớp và ý kiến của giáo viên đang giảng dạy các lớp đó. Cách làm đó khó tránh khỏi sự thiếu khách quan làm ảnh hưởng không ít tới kết quả nghiên cứu do kích thước mẫu là hữu hạn. Cho nên những kết luận được suy ra từ mẫu cho tổng thể sẽ có một sai số, đó là sai số do chọn mẫu. Nguyên nhân dẫn tới sai số do chọn mẫu là: Do kích thước mẫu quá nhỏ và do phương pháp chọn mẫu thiếu khách quan.
Muốn thật sự khách quan, có thể dùng phương pháp rút mẫu ngẫu nhiên bằng phần mềm Microft Excel để chọn lớp thực nghiệm và lớp đối chứng.
Việc lựa chọn lớp thực nghiệm và lớp đối chứng phải dựa trên nguyên tắc đảm bảo tính đồng đều. Tính đồng đều về kết quả học tập môn sinh học giữa lớp dạy thực nghiệm và lớp đối chứng được xác định qua thống kê kết quả học tập môn sinh học. Muốn vậy, ở những trường đặt thực nghiệm sư phạm, chúng ta chọn ra một số lớp trong đó có một số lớp dạy thực nghiệm và một số lớp dạy đối chứng, sau đó ta nhập điểm tổng kết môn sinh học của các năm học trước đó của từng học sinh (không cần ghi tên).
Dùng hàm AVERAGE để tính giá trị trung bình điểm tổng kết môn sinh học. Những lớp có điểm trung bình chung tương đương nhau sẽ được chọn làm thực nghiệm và đối chứng. Sau đó kiểm tra giả thuyết H0 (Hypothesized Mean Difference) về tính đồng đều trong học tập của các lớp đối chứng và các lớp thực nghiệm bằng tiêu chuẩn U và giả thuyết H0 được công nhận khi P > 0.05. Cuối cùng tiến hành rút mẫu trực tiếp từ tổng thể bằng phần mềm Excel để chọn ra các lớp thực nghiệm và đối chứng. Cách làm này sẽ đảm bảo tính đồng đều và khách quan giữa các lớp thực nghiệm và các lớp đối chứng. Các bước tiến hành như sau :
b. Quy trình rút mẫu để chọn lớp thực nghiệm và lớp đối chứng
Sử dụng Analysis ToolPack được tích hợp sẵn trong Excel. Nếu trong menu Tools chưa thấy công cụ này, tiến hành cài đặt như sau: Tools\ Add-Ins\
chọn Analysis ToolPack\OK .
Hình 1.2. Chọn Add-ins trong cửa sổ Tools
Nếu ít dùng nên gỡ bỏ để máy chạy nhanh hơn, việc gỡ bỏ ngược lại quá trình cài đặt.
Hình 1.3. Gỡ bỏ Analysis ToolPack trong Add-ins
Bước 1. Lập danh sách tất cả các lớp được chọn làm thực nghiệm và đối chứng.
Bước 2. Mã hoá mỗi lớp bằng 1 mã số (bằng các số tự nhiên).
Bước 3. Chọn lệnh Tools trên thanh Menu, rồi chọn lệnh Data Analysis, chọn lệnh Sampling và chọn OK.
Bước 4. Khai báo: Trong hộp thoại Sampling chọn các lệnh
+ Input Range (nguồn nhập vào): Khai báo mã số của các mẫu + Number of samples (số mẫu rút ra): Số lượng mẫu cần chọn.
+ Output range (vùng đặt kết quả): Chọn vùng xuất kết quả.
Máy tính sẽ thông báo cho chúng ta biết được tên của các lớp tham gia thực nghiệm là những lớp nào của trường nào và tên giáo viên dạy.
Bằng quy trình trên, phần mền excel sẽ tự động rút mẫu cho chúng ta một cách ngẫu nhiên các lớp tham gia thực nghiệm và lớp đối chứng, loại bỏ hoàn toàn yếu tố chủ quan của người nghiên cứu.
c. Ví dụ minh họa
Người nghiên cứu muốn tìm hiểu về hiệu quả của phương pháp tích hợp giáo dục môi trường qua dạy học Sinh thái học so với phương pháp giảng dạy truyền thống. Sau khi thiết kế bài học theo phương pháp tích hợp, người nghiên cứu tổ chức thực nghiệm để đánh giá hiệu quả của phương pháp mới so với phương pháp giảng dạy truyền thống.
Sau khi đã dùng hàm AVERAGE để tính giá trị trung bình điểm tổng kết của môn Sinh học của các năm học trước đó của từng học sinh và kiểm tra giả thuyết Ho về tính đồng đều trong học tập của các lớp đối chứng và các lớp thực nghiệm bằng tiêu chuẩn U. Nghĩa là đã lựa chọn được các lớp thuộc các trường THPT để thực nghiệm sư phạm. Tiến hành thống kê các lớp 12 của các trường đã được chọn (hình 1.4).
Bước 1. Lập danh sách tất cả các lớp được chọn làm thực nghiệm và đối chứng.
Bước 2. Mã hoá mỗi lớp bằng 1 mã số (bằng các số tự nhiên).
Bước 3. Chọn lệnh Tools trên thanh Menu, rồi chọn lệnh Data Analysis, chọn lệnh Sampling. Nhấn OK và điền những thông số vào cửa sổ Sampling.
Hình 1.4. Lập danh sách các lớp để rút mẫu Bước 4. Khai báo:
+ Input range: gõ địa chỉ ô mã số, ví dụ : A5:A120 + Check vào ô lable.
+ Trong khung Numble of sample: gõ số lớp cần chọn, ví dụ 20 lớp.
+ Trong khung Output range : chọn một ô bất kỳ (ví dụ ô H4) để xuất kết quả rút mẫu rồi nhấn OK
Hình 1.5. Điền những thông số vào cửa sổ Sampling
Sau khi nhấn OK, từ ô H4 máy tính sẽ đưa ra mã số của 20 lớp được chọn thực nghiệm.
Hình 1.6. Mã số của các lớp được chọn thực nghiệm.
Cũng bằng quy trình trên, tiếp tục rút từ các lớp tham đối chứng lấy lớp đối chứng, phần mền excel sẽ tự động rút mẫu cho chúng ta một cách ngẫu nhiên các lớp tham đối chứng.
Qui trình trên đảm bảo tính đồng đều về kết quả học tập môn sinh học giữa lớp dạy thực nghiệm và lớp đối chứng, loại bỏ hoàn tòan yếu tố chủ quan của người nghiên cứu.