Phát triển năng lực chứng minh cho học sinh trung học phổ thông trong dạy học hình học

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN MẠNH HÙNG

PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC CHỨNG MINH CHO
HỌC SINH THPT TRONG DẠY HỌC HÌNH HỌC

ơ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC

THÁI NGUYÊN - 2014


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM

NGUYỄN MẠNH HÙNG

PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC CHỨNG MINH CHO
HỌC SINH THPT TRONG DẠY HỌC HÌNH HỌC

Chuyên ngành: Lý luận và phương pháp dạy học bộ môn Toán
Mã số: 60.14.0111

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC
Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS CAO THỊ HÀ

THÁI NGUYÊN - 2014

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các kết
quả nghiên cứu là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình nào
khác.
Thái Nguyên, tháng 4 năm 2014
Tác giả luận văn

Nguyễn Mạnh Hùng
Xác nhận
của trưởng khoa chuyên môn

Xác nhận
của Người hướng dẫn khoa học

PGS.TS Cao Thị Hà

i


LỜI CẢM ƠN
Luận văn được hoàn thành dưới sự hướng dẫn và chỉ bảo tận tình của
PGS.TS. Cao Thị Hà. Em xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành nhất đến cô. Cô đã tận
tình hướng dẫn, hết lòng giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu để
hoàn thành luận văn.
Em xin trân trọng cảm ơn các thầy cô giáo trong Tổ bộ môn Phương pháp
giảng dạy môn Toán Trường Đại học Sư phạm Thái Nguyên, Đại học Sư phạm Hà
Nội; Ban Chủ nhiệm khoa Toán, Ban Chủ nhiệm khoa Sau Đại học Trường Đại học
Sư phạm – Đại học Thái Nguyên đã tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong
quá trình học tập, thực hiện và hoàn thành luận văn.

Dù đã rất cố gắng, xong luận văn cũng không tránh khỏi khỏi những hạn
chế và thiếu sót. Tác giả mong nhận được sự góp ý của thầy cô và các bạn.
Thái Nguyên, tháng 4 năm 2014
Tác giả luận văn

Nguyễn Mạnh Hùng

ii


MỤC LỤC
Trang

iii


Trang phụ bìa
Lời cam đoan ...................................................................................................... i
Lời cảm ơn ........................................................................................................ ii
Mục lục............................................................................................................. iii
Danh mục các từ viết tắt................................................................................... iv
MỞ ĐẦU .......................................................................................................... 1
CHƯƠNG I. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN ...................................... 5
1.1. Chứng minh Toán học................................................................................ 5
1.1.1. Khái niệm ................................................................................................ 5
1.1.2. Cấu trúc của một phép chứng minh ........................................................ 6
1.1.3. Các phép chứng minh toán học ...............................................................
7
1.1.4. Các bước giải một bài toán hình học .................................................... 15
1.2. Vai trò của chứng minh hình học trong việc phát triển năng lực tư duy

của học sinh ..................................................................................................... 26
1.2.1. Khái niệm tư duy................................................................................... 26
1.2.2. Những điều kiện ảnh hưởng đến năng lực tư duy .................................
27
1.2.3. Rèn luyện các thao tác của tư duy cho HS trong DH hình học ........... 28
1.2.4. Bồi dưỡng năng lực phán đoán cho HS trong học tập môn Toán: ....... 38
1.2.5. Bồi dưỡng năng lực quan sát toán học cho HS trong DH Hình học ở
trường phổ thông ............................................................................................. 42
1.3. Thực trạng việc dạy và học hình học ở trường phổ thông .......................
44
1.4. Kết luận chương 1 .................................................................................... 46
CHƯƠNG II. MỘT SỐ BIỆN PHÁP PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC
CHỨNG MINH CHO HỌC SINH THPT QUA DẠY HỌC HÌNH HỌC
.................. 47
2.1. Cơ sở xây dựng biện pháp :...................................................................... 47
iii


2.2. Một số biện pháp phát triển năng lực chứng minh cho HS trong DH Hình
học ................................................................................................................... 47
2.2.1. Biện pháp 1: Tập luyện cho HS nắm được cấu trúc của một phép
chứng minh một cách tàng ẩn ......................................................................... 47
2.2.2. Biện pháp 2 : Tập luyện cho học sinh những hoạt động thành phần
trong chứng minh ............................................................................................ 54
2.2.3. Biện pháp 3 : Chú trọng phân bậc hoạt động chứng minh hình học..... 62
2.3 Kết luận chương 2 ..................................................................................... 70
CHƯƠNG III. THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ............................................. 71
3.1. Mục đích nhiệm vụ thực nghiệm ............................................................. 71
3.1.1 Mục đích thực nghiệm ......................................................................... 71
3.1.2 Nhiệm vụ thực nghiệm ...............................................................................

71
3.2 Nội dung thực nghiệm............................................................................... 71
3.3. Tổ chức thực nghiệm: .............................................................................71
3.3.1 Đối tượng thực nghiệm .......................................................................... 71
3.3.2 Tiến trình thực nghiệm .......................................................................... 72
3.3.3. Nội dung các đề kiểm tra ..................................................................... 94
3.4. Phân tích kết quả thực nghiệm ................................................................. 96
3.4.1. Phân tích định tính................................................................................ 96
3.4.2. Phân tích định lượng ............................................................................ 97
3.5. Kết luận chung về thực nghiệm ............................................................... 99
KẾT LUẬN .................................................................................................. 101
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................. 103

iv


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN
Viết tắt

Viết đầy đủ

BPSP

Biện pháp sư phạm

GV

Giáo viên

HĐ

Hoạt động

HS

Học sinh

PPDH

Phương pháp dạy học

PT

Phương trình

SGK

Sách giáo khoa

i
v


MỞ ĐẦU
1. Lí do chọn đề tài

1


Phát triển tư duy cho HS trong quá trình học tập là một mục tiêu quan

trọng của quá trình DH môn Toán ở trường phổ thông. Việc nghiên cứu
những vấn đề lí luận về việc phát triển năng lực tư duy cho HS trong quá trình
DH Toán đã được nhiều tác giả quan tâm nghiên cứu. Những nghiên cứu về
các biểu hiện của năng lực tư duy của HS cho thấy, năng lực chứng minh toán
học của HS là một trong các năng lực tư duy quan trọng của HS. Trong khi
thực hiện hoạt động chứng minh toán học người học không chỉ được phát
triển kĩ năng phân tích, tổng hợp, khái quát hóa mà họ còn được rèn luyện
một cách thường xuyên năng lực tư duy lôgic. Thông qua hoạt động chứng
minh toán học còn hình thành cho người học khả năng nhìn nhận vấn đề một
cách sâu sắc với những dẫn chứng xác thực chứ không nhìn nhận vấn đề một
cách phiến diện, hời hợt và thiếu căn cứ.
Hình học là một ngành của toán học, nó nghiên cứu hình dạng, kích
thước và vị trí của các hình trong không gian. Bộ môn hình học ở trường phổ
thông có hai đặc trưng cơ bản : thứ nhất nó có tính lôgíc chặt chẽ kết hợp với
biểu tượng trực quan sinh động, thứ hai là mối liên hệ giữa hình học thuần
túy với hình học thực tế, trong đó hình học thuần túy lấy hình học thực tế làm
điểm xuất phát để trừu tượng hóa đồng thời kiểm nghiệm tính đúng đắn của
nó. Đó là con đường lôgíc đến thực tiễn.
Trong chương trình môn Toán ở trường THPT, nội dung hình học
chiếm một phần rất quan trọng. Việc DH hình học ở trường THPT không
chỉ cung cấp cho người học những kiến thức về các đối tượng hình học và
các mối quan hệ giữa chúng mà nó còn là những cơ hội để rèn luyện năng
lực tư duy, phẩm chất trí tuệ, năng lực phát hiện và giải quyết vấn đề và
khả năng vận dụng các kiến thức hình học vào thực tiễn cuộc sống cho
HS. Muốn vậy, việc dạy học hình học ở trường phổ thông phải thể hiện
được hai đặc trưng trên.

2

Trong DH hình học thì các bài tập hình học ở trường phổ thông là
một phương tiện có hiệu quả và không thể thay thế được trong việc giúp học
sinh nắm vững tri thức, phát triển năng lực tư duy, hình thành kĩ năng, kĩ xảo,
ứng dụng vào thực tiễn. Việc giải các bài tập hình học là điều kiện tốt để thực
hiện các mục đích của dạy học toán ở trường phổ thông, được thể hiện thông
qua các chức năng của bài tập toán học là : chức năng dạy học, chức năng
giáo dục, chức năng phát triển và chức năng kiểm tra. Đặc biệt, các bài toán
chứng minh trong hình học có tác dụng rất lớn trong việc rèn luyện tư duy
logic cho học sinh, nó vừa giúp học sinh nắm vững kiến thức vừa giúp học
sinh rèn luyện các thao tác tư duy như phân tích, tổng hợp, so sánh… Hơn
nữa, việc chứng minh bài tập hình học còn là một phương tiện quan trọng trog
việc phát triển năng lực tư duy logic cho HS.
Tuy vậy, thực tiễn DH hình học ở trường phổ thông cho thấy năng lực
chứng minh các bài tập hình học của học sinh còn nhiều bất cập. Nhiều học
sinh không hiểu được các lời chứng minh, không nắm được các phương pháp
chứng minh hình học cũng như không nhận ra được các quy tắc logic được sử
dụng trong các chứng minh. Trong khi đó những nghiên cứu về việc phát triển
năng lực chứng minh hình học cho HS trường THPT cũng chưa được nhiều
tác giả quan tâm nghiên cứu. Từ những thực trạng trên và từ vai trò của bài
tập hình học trong việc phát triển năng lực tư duy cho HS . Vì vậy, tôi lựa
chọn đề tài “PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC CHỨNG MINH CHO HỌC SINH
THPT TRONG DẠY HỌC HÌNH HỌC”.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu nhằm đề xuất một số biện pháp sư phạm trong việc phát
triển năng lực chứng minh cho học sinh thông qua dạy học hình học ở trường
phổ thông.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
Nghiên cứu một số vấn đề lí luận về chứng minh toán học và phát
triển
năng lực chứng minh toán học cho học sinh trường THPT.



3




triển

Tìm hiểu thực trạng dạy học hình học ở trường THPT theo hướng

phát



năng lực chứng minh cho học sinh.
Đề xuất một số BPSP nhằm phát triển năng lực chứng minh toán học

cho



tính

HS trường THPT thông qua dạy học hình học.
Tổ chức dạy thực nghiệm để minh chứng cho tính hiệu quả và

4

khả thi của các BPSP đã đề xuất.
4. Khách thể và đối tượng nhiên cứu


Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy học Hình học ở trường

phổ
thông.
Đối tượng nghiên cứu: Năng lực chứng minh toán học của HS
trong dạy học Hình học ở trường phổ thông.


5. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lí luận
+ Nghiên cứu tài liệu về phương pháp giảng dạy môn Toán, liên quan


đến dạy học chứng minh định lí toán học.
+ Nghiên cứu Sách giáo khoa, Sách giáo viên và các tài liệu có liên quan
đến vấn đề này.
Phương pháp điều tra: Nhằm tìm hiểu thực trạng về khả
năng chứng minh toán học của học sinh.


Phương pháp quan sát: Nhằm tìm hiểu thực trạng việc tổ chức
dạy học chứng minh hình học cho học sinh trường THPT.


Phương pháp thực nghiệm :Tổ chức dạy thực nghiệm một số tiết
ở

Trung học Phổ thông. Thu thập kết quả khảo sát bài kiểm tra của học sinh sau


mỗi tiết dạy thực nghiệm, thống kê kết quả đạt được, phân tích để bước đầu
đánh giá hiệu quả của các BPSP nhằm phát triển năng lực chứng minh toán
học cho học sinh.

5


6. Giả thuyết khoa học
Nếu đề xuất được một số BPSP có tính khả thi trong việc phát triển năng
lực chứng minh cho học sinh qua dạy học hình học thì sẽ góp phát triển năng
lực chứng minh toán học cho học sinh, đồng thời góp phần nâng cao được
hứng thú trong học tập môn hình học đối với học sinh phổ thông.
7. Cấu trúc luận văn
Ngoài phần mở đầu và kết luận, luận văn gòm 3 chương
Chương 1. Cơ sở lí luận và thực tiễn
Chương 2. Một số biện pháp sư phạm phát triển năng lực chứng minh
hình cho học sinh thông qua dạy học hình học.
Chương 3. Thử nghiệm sư phạm

6


CHƯƠNG I. CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN
1.1. Chứng minh Toán học
1.1.1. Khái niệm
Khái niệm về chứng minh toán học cũng được nhiều nhà nghiên cứu định
nghĩa theo nhiều cách khác nhau. Theo Nguyễn Bá Kim [11] “Trong toán

học, một chứng minh là một cách trình bày thuyết phục (sử dụng những chuẩn
mực đã được chấp nhận trong lĩnh vực đó) rằng một phát biểu toán học là
đúng đắn. Chứng minh có được từ lập luận suy diễn, chứ không phải là tranh
luận kiểu quy nạp hoặc theo kinh nghiệm”. Có nghĩa là, một chứng minh phải
biểu diễn cho thấy một phát biểu là đúng với mọi trường hợp, không có ngoại
lệ. Một mệnh đề chưa được chứng minh nhưng được chấp nhận đúng được
gọi là một phỏng đoán.
Một mệnh đề đã được chứng minh thường được gọi là định lý, một khi định
lý đã được chứng minh, nó có thể được dùng làm nền tảng để chứng minh các
mệnh đề khác. Một định lý cũng có thể được gọi là bổ đề, đặc biệt nếu nó
được dự định dùng làm bước đệm để chứng minh một định lý khác.
Theo tác giả Nguyễn Bá Kim [12] thì “Chứng minh một mệnh đề T là tìm ra

7


một dãy hữu hạn A1 , A2 ,...,
An

thỏa mãn các điều kiện sau :

+ Mỗi Ai (i = 1, 2, ..., của dãy đó là một tiên đề, hoặc định nghĩa, hoặc
n)
suy ra từ một số trong các A1 , A2 ,..., Ai

nhờ những quy tắc kết luận lôgic.

1

+

An chính là mệnh đề T.

Như vậy có thể hiểu : Chứng minh toán học là quá trình suy luận hợp lôgic
xuất phát từ các tiền đề đã biết là đúng (các tiền đề có thể là các tiên đề, các
định nghĩa, các định lí đã được chứng minh và các giả thiết của mệnh đề dang
cần chứng minh) và nhờ các quy tắc kết luận lôgic để dẫn đến một kết luận

8


đúng. Do vậy, cấu trúc của một phép chứng minh toán học bao gồm : Luận đề
- luận cứ - luận chứng.
1.1.2. Cấu trúc của một phép chứng minh
Mọi phép chứng minh logic đều gồm có 3 bộ phận :
a) Luận đề : Nó trả lời cho câu hỏi : “Chứng minh cái gì?”. Như vậy ta
có thể hiểu “luận đề” chính là kết luận của mệnh đề.
b) Luận cứ: Là những tiên đề, định nghĩa, định lý đã biết, giả thiết (của
mệnh đề cần chứng minh) được đưa ra làm tiền đề cho mỗi suy luận. Nó trả
lời cho câu hỏi : “Chứng minh dựa vào cái gì ?”.
c) Luận chứng : Là những quy tắc suy luận lôgíc được sử dụng trong
chứng minh. Nó trả lời cho câu hỏi : “chứng minh bằng cách nào, theo những
qui tắc suy luận nào?”
Ví dụ 1 : Chứng minh mệnh đề : “Nếu hai mặt phẳng phân biệt lần lượt đi
qua hai đường thẳng song song thì giao tuyến của chúng (nếu có) song song
với hai đường thẳng đó (hoặc trùng với một trong hai đường thẳng đó)’’.
Ta sẽ đi chứng minh mệnh đề này, muốn vậy ta chuyển mệnh đề trên sang
ngôn
,nếu

ngữ

toán

học

như

sau:

Cho

hai

đường

thẳng d1 // d 2


 d1 
( )

 d 2
 ( )

d  d 2.

thì d // d1 // d 2 hoặc d  d1
hoặc


 ( )  (  )  d

d1

d
d2




Chứng minh : Nếu d không trùng với d1 hoặc d 2 thì ba mặt phẳng ( ) , (
)


và ( d1 , d 2 ) phân biệt,khi đó theo định lý về giao tuyến của ba mặt phẳng ta có

 (d1 , d 2 )  ( )  d1

(d1 , d 2 )  ( )  d 2  d //
d1 // d 2
 ( )  (  )  d


(vì d1 // d nên ba đường thẳng đó không
2

đồng quy).Từ đó suy ra điều phải chứng minh.
Như vậy qua chứng minh mệnh đề trên ta thấy:
- Luận đề : d // d1 // d 2 hoặc h d  d1

oặc

d  d2.

- Luận cứ : + Các giả thiết của mệnh đề
+ Khái niệm hai đường thẳng song song, giao tuyến của hai mặt
phẳng và các tính chất kèm theo
+ Định lý về giao tuyến của ba mặt phẳng : Giả sử ( )
và

( ) lần lượt

đi qua hai đường thẳng d1 và d 2 song song với nhau, gọi d là giao tuyến của
( và ( khi đó áp dụng định lý về giao tuyến của 3 mặt phẳng ( ) ( ) và
,
)
)

( d1 , d 2 ) thì rõ
ràng

d // d1 //
d2

hoặc d 
d1

hoặc d  d 2 . Đó chính là điều
phải

chứng minh.
- Luận chứng : Trong phép chứng minh trên ta sử dụng quy tắc lôgic
A Þ B,A
B
1.1.3. Các phép chứng minh toán học
Trong Toán học người ta có các phép chứng minh như sau:


a) Phép chứng minh diễn dịch : Phép chứng minh diễn dịch là phép
chứng minh mà dựa trên các tiền đề đã biết (được gọi là các luận cứ) và
những quy tắc suy luận (được gọi là các luận chứng) để suy ra điều phải


chứng minh (được gọi là các luận đề). Trong phép chứng minh diễn dịch
người ta chia thành hai loại : phép chứng minh trực tiếp và phép chứng minh
gián tiếp (hay còn gọi là chứng minh phản chứng)
*) Phép chứng minh trực tiếp: Phép chứng minh trực tiếp là dựa
trên các luận cứ, những qui tắc suy luận để rút ra luận đề. Cơ sở của chứng
minh trực tiếp là các quy tắc suy luận (Modus ponens).
Ta có thể hiểu phép chứng minh này như sau: Giả sử ta phải chứng minh
mệnh đề A  B là đúng (A là giả thiết, B là kết luận), ta lập các mệnh đề
mới
A1, A2, …, An gọi là các mệnh đề trung gian và chứng minh các mệnh đề sau
đây đúng:
A  A1…, A1  A2, …, An 
B.
Tức là ta đã vận dụng liên tiếp các quy tắc kết luận sau:
A  B , An
A  A1 , A A1  A2 , A1
,

,..., n
A1
A2
B
Theo quy tắc bắc cầu, ta có:



A  A1    A1  A2   ...   An
 B
B

Ví dụ 2: Chứng minh tính chất: Trong mọi hình bình hành, hai cạnh đối diện
luôn bằng nhau.
Sau đây là đoạn trình bày chứng minh

A

một cách chi tiết

D

Kẻ đường chéo AC, chia hình bình
hành ABCD ra làm hai tam giác ABC và
ADC.

B

C

(i) Nếu hai đường thẳng song song với nhau thì chúng tao thành một
cát tuyến hai góc so le trong bằng nhau.
AD // BC (theo giả thiết)


Vậ (so le trong)
y
C

AD


AC
B

(ii) chứng minh
tương tự, ta được:

BAC  ACD


(iii) Nếu hai tam giác có một cạnh bằng nhau kề với hai góc bằng nhau
từng đôi một thì hai tam giác đó bằng nhau.
Hai tam giác ABC và ADC có
cạnh AC chung
CAD  ACB
và BAC  theo chứng
ACD

minh trên

Vậy hai tam giác đó bằng nhau theo trường hợp g – c – g
(iv) Nếu hai tam giác bằng nhau thì đối diện với các cặp góc bằng nhau
là những cặp cạnh bằng nhau.
Hai tam giác ABC và ADC bằng nhau, mặt khác hai cạnh AD và BC đối
diện với hai góc bằng nhau BAC  ACD , hai cạnh AB và CD đối
diện với hai
góc bằng nhau CAD  ACB .
Vậy AD = BC và AB = CD.
Mỗi mắt xích (i), (ii), (iii), (iv) là một đoạn áp dụng quy tắc kết luận
A  B,
AB

lôgic

(1). Giáo viên cần nhấn mạnh sơ đồ (1) thông qua những ví dụ

cụ thể như trên để học sinh lĩnh hội quy tắc đó một cách ẩn tàng.
Thông thường khi vận dụng quy tắc 1, nếu A  B là một định nghĩa
hay định lí thì người ta thường trình bày vắn tắt không nhắc lại định nghĩa
hay
định lý đó. Vì vậy, đoạn chứng minh trên có thể được viết ngắn gọn như sau:
Kẻ đường chéo AC chia hình bình hành ABCD thành hai tam giác ABC và
ADC.
AD // BC (giả thiết)
Nên CAD  (hai góc so le trong)
ACB

Chứng minh tương tự ta được: BAC 
ACD

Hai tam giác ABC và ADC có: AC cạnh chung;
trên)

BAC 
ACD

(chứng minh


CAD  ACB (chứng

minh trên).