Luận án: Xây dựng và sử dụng WebGIS mã nguồn mở trong dạy học Địa lí 12 THPT

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI ----------*---------- NGUYỄN THANH XUÂN XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG WEBGIS MÃ NGUỒN MỞ TRONG DẠY HỌC ĐỊA LÍ 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC Hà Nội, 2019 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM HÀ NỘI ----------*---------- NGUYỄN THANH XUÂN XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG WEBGIS MÃ NGUỒN MỞ TRONG DẠY HỌC ĐỊA LÍ 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Chuyên ngành: Lí luận và Phương pháp dạy học bộ môn Địa lí Mã số: 9.11 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC GIÁO DỤC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC 1.TS Nguyễn Viết Thịnh 2.TS Đặng Văn Đức Hà Nội, 2019 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan công trình nghiên cứu khoa học này là kết quả nghiên cứu của cá nhân tôi. Các số liệu và tài liệu được trích dẫn trong công trình này là trung thực. Kết quả nghiên cứu này không trùng lặp với bất cứ công trình nào đã được công bố trước đó. Hà Nội, tháng năm 2019 Tác giả Nguyễn Thanh Xuân LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TS Nguyễn Viết Thịnh và PGS.

Đặng Văn Đức đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ và tạo điều kiện để em thực hiện luận án này. Tác giả xin trân trọng cảm ơn Ban Giám hiệu Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Quý thầy cô khoa Địa lí Trường Đại học Sư phạm Hà Nội, Ban Giám hiệu và cán bộ, giáo viên Trường THPT Cầu Giấy (TP. Hà Nội), THPT Chuyên Thái Bình (tỉnh Thái Bình), THPT Văn Lâm (tỉnh Hưng Yên), THPT Yên Ninh (tỉnh Thái Nguyên) đã giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi để tác giả nghiên cứu, thực nghiệm và hoàn thành luận án. Tác giả xin gửi lời tri ân tới gia đình, bạn bè và những người thân yêu đã luôn động viên, khích lệ và giúp đỡ trong thời gian học tập, nghiên cứu.

Xin cảm ơn những ý kiến đóng góp quý báu cho bản luận án của Quý thầy cô và bạn bè đồng nghiệp. Hà Nội, tháng năm 2019 Tác giả Nguyễn Thanh Xuân MỤC LỤC MỞ ĐẦU. Lý do chọn đề tài. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu.

Đối tượng và giới hạn phạm vi nghiên cứu. Giả thuyết khoa học. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu. Quan điểm và phương pháp nghiên cứu.

Những đóng góp mới của luận án. Cấu trúc của luận án. 14 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG WEBGIS MÃ NGUỒN MỞ TRONG DẠY HỌC ĐỊA LÍ 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG. Những vấn đề chung về đổi mới giáo dục phổ thông.

Đổi mới chương trình giáo dục phổ thông. Đổi mới về phương pháp, hình thức dạy học và đánh giá kết quả học tập. Ứng dụng công nghệ thông tin và truyền thông trong dạy học địa lí. Vai trò của CNTT&TT trong dạy học địa lí.

Xu hướng ứng dụng CNTT&TT trong dạy học Địa lí. Bản đồ giáo khoa trong dạy học địa lí. Khái niệm bản đồ giáo khoa. Phân loại bản đồ giáo khoa.

Vai trò của bản đồ giáo khoa. WebGIS trong dạy học địa lí. Khái niệm WebGIS. Phân loại WebGIS.

Ưu và nhược điểm của WebGIS. Vai trò của WebGIS trong dạy học địa lí. Mã nguồn mở cho WebGIS. Các ứng dụng GIS mã nguồn mở.

WebGIS mã nguồn mở. Đặc điểm tâm sinh lý và khả năng nhận thức của học sinh lớp 12. Đặc điểm tâm sinh lý lứa tuổi học sinh lớp 12. Khả năng nhận thức của học sinh lớp 12.

Mục tiêu, nội dung chương trình Địa lí 12 trung học phổ thông. Mục tiêu chương trình Địa lí 12. Nội dung chương trình Địa lí 12. Thực trạng của việc sử dụng phương tiện dạy học và việc ứng dụng CNTT&TT trong dạy học Địa lí lớp 12 ở trường THPT.

51 Tiểu kết chương 1. 56 CHƯƠNG 2: QUY TRÌNH XÂY DỰNG VÀ SỬ DỤNG WEBGIS MÃ NGUỒN MỞ TRONG DẠY HỌC ĐỊA LÍ 12 TRUNG HỌC PHỔ THÔNG. Yêu cầu và nguyên tắc của việc xây dựng và sử dụng WebGIS trong dạy học Địa lí 12. Xác định các lớp bản đồ và các lớp thông tin cần xây dựng trên WebGIS.

Quy trình xây dựng WebGIS. Bước 1: Xác định mục đích, yêu cầu. Bước 2: Xác định các lớp bản đồ, lớp thông tin cần thiết. Bước 3: Thiết kế và biên tập dữ liệu.

Bước 4: Lựa chọn công nghệ WebGIS. Bước 5: Xây dựng cấu trúc và giao diện WebGIS. Bước 7: Hoàn thiện và thực nghiệm. Ứng dụng các mã nguồn mở để xây dựng WebGIS.

Giới thiệu sản phẩm WebGIS. Chức năng quản trị các lớp chuyên đề. Chức năng đánh dấu bản đồ. Chức năng chỉnh sửa (Edit).

Chức năng tạo ảnh bản đồ (Print). Chức năng tải dữ liệu (Upload). Sử dụng WebGIS trong dạy học Địa lí 12 THPT. Tiến trình dạy học có sự hỗ trợ của WebGIS.

Khai thác các tính năng của WebGIS trong một số tình huống dạy học Địa lí 12 THPT. Một số giáo án minh họa. 113 Tiểu kết chương 2 .126 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM. Mục đích, nguyên tắc, phương pháp thực nghiệm.

Phương pháp thực nghiệm. Đối tượng, địa bàn, thời gian thực nghiệm. Đối tượng thực nghiệm. Địa bàn thực nghiệm.

Thời gian thực nghiệm. Chọn bài và tổ chức thực nghiệm. Chọn bài thực nghiệm. Tổ chức thực nghiệm.

Kết quả thực nghiệm. Bài thực nghiệm số 1. Bài thực nghiệm số 2. Bài thực nghiệm số 3.

Đánh giá kết quả thực nghiệm. Đánh giá định lượng. Đánh giá định tính. Đánh giá về ứng dụng WebGIS.

144 Tiểu kết chương 3 .147 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ. 149 CÁC CÔNG TRÌNH KHOA HỌC ĐÃ CÔNG BỐ .151 TÀI LIỆU THAM KHẢO.167 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT TRONG LUẬN ÁN Chữ viết tắt Chữ viết đầy đủ CNTT : Công nghệ thông tin CNTT&TT : Công nghệ thông tin và truyền thông ĐC : Đối chứng GIS : Geographic Information System (Hệ thống thông tin địa lí) GV : Giáo viên GDĐT : Giáo dục và đào tạo GTVT : Giao thông vận tải HS : Học sinh KTXH : Kinh tế - xã hội KT, ĐG : Kiểm tra, đánh giá NL : Năng lực PPDH : Phương pháp dạy học SGK : Sách giáo khoa TBDH : Thiết bị dạy học THPT : Trung học phổ thông TN : Thực nghiệm UNESCO : Tổ chức Giáo dục, Khoa học và Văn hóa Liên hợp quốc WGT12 : WebGIS for Geography Teaching (WebGIS dạy học Địa lí 12) DANH MỤC BẢNG Bảng 1. Khả năng tiếp thu và lưu giữ tri thức của HS qua các giác quan. Phân loại bản đồ giáo khoa.

Các chức năng của ứng dụng webGIS. Các loại kết quả từ yêu cầu của máy khách. Các nhánh phát triển của GIS mã nguồn mở. Phân phối chương trình môn Địa lí lớp 12.

Thông tin về mẫu khảo sát của giáo viên. Thông tin mẫu khảo sát của học sinh. Ví dụ về kịch bản sử dụng WebGIS. Các lớp bản đồ và lớp thông tin cần xây dựng trên WebGIS.

Kịch bản sử dụng WGT12 đối với bài 13. Kịch bản sử dụng WGT12 đối với bài 24. Kịch bản sử dụng WGT12 đối với bài 30. Danh sách các trường và giáo viên dạy thực nghiệm.

Danh sách các bài thực nghiệm. Kết quả kiểm tra bài thực nghiệm số 1. Phân loại kết quả kiểm tra bài thực nghiệm số 1. Các tham số tổng hợp của bài kiểm tra số 1.

Kết quả phân tích phương sai một nhân tố của bài kiểm tra số 1. Kết quả kiểm tra bài thực nghiệm số 2. Phân loại kết quả kiểm tra bài thực nghiệm số 2. Các tham số tổng hợp của bài kiểm tra số 2.

Kết quả phân tích phương sai một nhân tố của bài kiểm tra số 2. Kết quả kiểm tra bài thực nghiệm số 3. Phân loại kết quả kiểm tra bài thực nghiệm số 3. Các tham số tổng hợp của bài kiểm tra số 3.

Kết quả phân tích phương sai một nhân tố của bài kiểm tra số 3. Tổng hợp điểm trung bình 3 bài kiểm tra. Kết quả xếp loại điểm kiểm tra. Thông tin về mẫu khảo sát đánh giá WGT12.

Tổng hợp kết quả đánh giá WGT12 của GV. 145 DANH MỤC HÌNH Hình 1. Ví dụ về hệ thống menu của webGIS. Tìm kiếm các đối tượng (A) và thêm dữ liệu (B) trên webGIS.

Các thiết bị di động tương thích tốt với webGIS trên thực địa. Đảo Phú Quốc (trái) và đảo Cát Bà (phải). Dãy núi Hoàng Liên Sơn trên bản đồ ảnh vệ tinh (trái) và bản đồ địa hình (phải). Tỷ lệ tử vong vì ung thư trên 100,000 dân tại Đài Loan giai đoạn 1972 - 2011 (trái) và các giai đoạn nhỏ (phải).

Hiển thị thông tin thuộc tính bằng hộp thoại popup (trái) và bằng bảng thống kê (phải). Thông tin thuộc tính trong bảng thống kê và được trực quan hóa bằng biểu đồ. Hiển thị đa phương tiện các thông tin thuộc tính của đối tượng. Các dự án nhánh C.

Các dự án nhánh Java. Các dự án nhánh. Các dự án nhánh Web. Sơ đồ sự tương thích giữa các thành phần của WebGIS.

Mối quan hệ của một số thành phần WebGIS. Quy trình xây dựng WebGIS. Cấu trúc WebGIS phục vụ dạy học Địa lí 12. Dự kiến giao diện của WebGIS.

Tổ chức dữ liệu (A) và tạo ảnh bản đồ bằng WMS (B) trên GeoServer75 Hình 2. Tạo kiểu dáng của cảng biển bằng CSS. Apache khởi tạo cổng cho ứng dụng WebGIS. Quản lý cơ sở dữ liệu bằng PostgreSQL.

Biên tập dữ liệu trên QGIS. Các tiện ích trong thư viện JavaScript của Heron MC. Leaflet trình bày các đối tượng địa lí dưới dạng đa phương tiện. Bố cục trên giao diện của WebGIS.

Kích hoạt các lớp bản đồ. Quản trị các lớp được kích hoạt. Thao tác đánh dấu bản đồ. Quản lý các bản đồ được đánh dấu.

Bộ công cụ chỉnh sửa. Tạo ảnh bản đồ bằng Print. Tạo ảnh bản đồ bằng chụp màn hình. Tải dữ liệu lên WebGIS.

Kiểm tra chức năng Upload dữ liệu. Sử dụng WGT12 trong dạy học đối với cả lớp. Các bước sử dụng WebGIS trong dạy học với cả lớp. Các bước sử dụng WebGIS dạy học nhóm nhỏ.

Nhóm nhỏ làm việc với WebGIS .