Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Dạy học dự án Trải nghiệm nuôi tinh thể theo giáo dục STEM nhằm phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và nâng cao hứng thú học tập cho học sinh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:60

Thêm vào BST

Báo xấu

8
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu sáng kiến nhằm làm rõ cơ sở lý luận và thực tiễn về tổ chức cho học sinh THPT tham gia dự án theo giáo dục STEM; Đề xuất biện pháp phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và nâng cao hứng thú học tập của HS thông qua dạy học chủ đề Hoá học THPT theo giáo dục STEM.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Dạy học dự án Trải nghiệm nuôi tinh thể theo giáo dục STEM nhằm phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và nâng cao hứng thú học tập cho học sinh

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT QUỲNH LƯU 2 ===***=== SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI DẠY HỌC DỰ ÁN “TRẢI NGHIỆM NUÔI TINH THỂ” THEO GIÁO DỤC STEM NHẰM PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, CHỦ ĐỘNG, SÁNG TẠO VÀ NÂNG CAO HỨNG THÚ HỌC TẬP CỦA HỌC SINH Lĩnh vực: Hoá học Năm học: 2022 – 2023 1
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT QUỲNH LƯU 2 ===***=== SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM TÊN ĐỀ TÀI DẠY HỌC DỰ ÁN “TRẢI NGHIỆM NUÔI TINH THỂ” THEO GIÁO DỤC STEM NHẰM PHÁT HUY TÍNH TÍCH CỰC, CHỦ ĐỘNG, SÁNG TẠO VÀ NÂNG CAO HỨNG THÚ HỌC TẬP CỦA HỌC SINH Lĩnh vực: Hoá học Họ và tên: Lê Văn Bằng - 0982098102 Trần Thị Duyên - 0396908310 Nguyễn Thị Trinh – 0373667345 Năm học: 2022 - 2023 2
ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Lí do chọn đề tài Trong cuộc cách mạng 4.0, khoa học kĩ thuật phát triển nhanh chóng, Giáo viên không còn là nguồn cung cấp thông tin duy nhất cho học sinh. Vì vậy, để đáp ứng được nhu cầu của người học cũng như đòi hỏi ngày càng cao của xã hội, phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo cho học sinh là công việc rất quan trọng. Chương trình giáo dục 2018 đã xây dựng theo hướng phát triển năng lực của người học. Việc đổi mới phương pháp dạy học theo định hướng phát triển năng lực học sinh, phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo, nâng cao hứng thú cho học sinh là rất cần thiết. Chỉ thị số 16/CT-TTg của Thủ tướng chính phủ nêu rõ việc đưa giáo dục STEM vào trường phổ thông mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đối mới giáo dục phổ thông. Học sinh được giáo dục STEM không những nâng cao được kiến thức về khoa học, công nghệ, kĩ thuật, toán học mà còn phát triển cho học sinh các năng lực đặc thù. Theo thông tư số 32/2018/TTBGDĐT ngày 26/12/2018 của Bộ trưởng Bộ GD-ĐT về việc ban hành chương trình giáo dục phổ thông, nêu rõ: “Giáo dục khoa học tự nhiên giúp học sinh dần hình thành và phát triển năng lực khoa học tự nhiên qua quan sát và thực nghiệm, vận dụng tổng hợp kiến thức, kĩ năng để giải quyết các vấn đề và sáng tạo trong cuộc sống; đồng thời cùng với các môn Toán, Vật lí, Hoá học, Sinh học, Công nghệ, Tin học thực hiện giáo dục STEM, một trong những xu hướng giáo dục được coi trọng ở nhiều quốc gia trên thế giới và được quan tâm thích đáng trong đổi mới giáo dục phổ thông của Việt Nam”. Theo chương trình giáo dục phổ thông 2018, hoạt động trải nghiệm là một chương trình bắt buộc trong kế hoạch giáo dục. Hoạt động trải nghiệm giúp cho nội dung giáo dục không bị hạn chế trong sách vở, mà gắn liền với thực tiễn đời sống xã hội; gắn lý thuyết với thực hành. Hoạt động trải nghiệm STEM giúp học sinh khám phá các thí nghiệm ứng dụng khoa học kĩ thuật trong thực tế đời sống; hoạt động nghiên cứu khoa học dành cho những học sinh có năng lực, sở thích và hứng thú với việc tìm tòi, khám phá khoa học, kĩ thuật để giải quyết các vấn đề thực tiễn. Bài học STEM gắn với việc giải quyết tương đối trọn vẹn vấn đề, trong đó học sinh được tổ chức tham gia học tập một cách tích cực, chủ động và biết vận dụng kiến thức vừa học để giải quyết vấn đề đặt ra; thông qua đó góp phần hình thành phẩm chất năng lực cho HS. Trong chương trình Hoá học lớp 10 – chương trình giáo dục phổ thông 2018, khi dạy về bài liên kết ion trong chương liên kết hoá học, các em rất hào hứng khi được làm dự án “trải nghiệm nuôi tinh thể”, từ việc tự đọc sách giáo khoa, tìm kiếm nguồn tư liệu trên internet đến việc tự làm ra các tinh thể với nhiều hình dạng và màu sắc khác nhau, các em đã hiểu được cấu trúc của tinh thể, tự liên 1
hệ bài học và áp dụng được vào thực tế cuộc sống. Hoạt động trải nghiệm nuôi tinh thể không những thoả mãn đam mê nghiên cứu khoa học của nhiều đối tượng học sinh mà còn để lại nhiều kỉ niệm đẹp, rèn luyện kĩ năng làm việc nhóm, tinh thần trách nhiệm, đồng thời thắp lên những ước mơ cho các em về cuộc sống. Chúng tôi nhận thấy phương pháp học tập này mang lại hiệu quả học tập lớn, kích thích niềm say mê khoa học, phát triển được năng lực tự học của học sinh. Trên tinh thần đó, chúng tôi chọn đề tài: “Dạy học dự án “Trải nghiệm nuôi tinh thể” theo giáo dục STEM nhằm phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và nâng cao hứng thú học tập cho học sinh” 2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu * Đối tượng nghiên cứu: - Học sinh lớp 10 học chương trình GDPT 2018. - Dạy học dự án. - Tinh thể đơn nguyên tử. - Tinh thể đa nguyên tử. * Phạm vi nghiên cứu: - Hoạt động dạy học môn Hoá học chương trình lớp 10 (giáo dục phổ thông 2018) Trường THPT Quỳnh Lưu 2. - Tìm hiểu quy trình và thực hành nuôi tinh thể đơn nguyên tử, tinh thể đa nguyên tử. 3. Phương pháp nghiên cứu - Cơ sở lí luận và thực tiễn về việc tổ chức cho học sinh THPT tham gia dự án theo giáo dục STEM. - Điều tra cơ bản thực trạng dạy và học theo giáo dục STEM trong trường THPT theo định hướng phát triển năng lực học sinh. - Quy trình thiết kế, tổ chức cho học sinh THPT tham gia dự án giáo dục STEM theo định hướng phát triển năng lực học sinh. - Thăm dò, trao đổi với giáo viên và học sinh về trải nghiệm nuôi tinh thể. 4. Đóng góp mới của đề tài - Làm rõ cơ sở lý luận và thực tiễn về tổ chức cho học sinh THPT tham gia dự án theo giáo dục STEM. - Đề xuất biện pháp phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và nâng cao hứng thú học tập của HS thông qua dạy học chủ đề Hoá học THPT theo giáo dục STEM. - Đề xuất quy trình, thiết kế, tổ chức cho HS THPT tham gia dự án giáo dục STEM theo hướng phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và nâng hứng thú học tập của học sinh. 2
NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Chương 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN 1.1. Cơ sở lý luận về giáo dục STEM trong trường phổ thông 1.1.1. Khái niệm về giáo dục STEM STEM là viết tắt của từ Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kĩ thuật), Mathematics (Toán học). Giáo dục STEM (STEM education) là một cách tiếp cận liên ngành trong quá trình học, trong đó các khái niệm học thuật mang tính nguyên tắc được lồng ghép với các bài học trong thế giới thực, ở đó các bạn học sinh được áp dụng kiến thức và kĩ năng trong các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học vào trong các bối cảnh cụ thể, giúp kết nối giữa trường học, cộng đồng, nơi làm việc và các tổ chức toàn cầu, được truyền đạt đan xen và kết dính lẫn nhau cho học sinh trên cơ sở thông qua thực hành và hướng đến giải quyết các vấn đề thực tiễn. Ngoài ra giáo dục STEM còn chú trọng trang bị cho học sinh những kĩ năng mềm cần thiết cho sự thành công trong công việc sau này như kĩ năng cộng tác, làm việc nhóm, giải quyết vấn đề, tư duy sáng tạo, tư duy phản biện, …. Như vậy, giáo dục STEM là một phạm trù rộng và liên quan đến nhiều lĩnh vực với hai đặc điểm nổi bật là tính tích hợp liên môn và hoạt động thực hành gắn với lý thuyết. Với giáo dục STEM, học sinh có thể học để lập trình điều khiển, chế tạo robot những cũng có thể đơn giản là chế tạo ra những sản phẩm phục vụ đời sống. Qua đó cho thấy việc dạy và học STEM không nhất thiết cần điều kiện cơ sở vật chất công nghệ hiện đại mà hoàn toàn tuỳ thuộc vào ý tưởng triển khai bài dạy của giáo viên. 1.1.2. Dạy học chủ đề theo giáo dục STEM trong trường phổ thông Dạy học chủ đề theo giáo dục STEM là chủ đề dạy học được thiết kế dựa trên vấn đề thực tiễn kết hợp với chuẩn kiến thức, kĩ năng của các môn khoa học trong chương trình phổ thông. Trong quá trình dạy học, giáo viên tổ chức cho học sinh làm việc nhóm, sử dụng công nghệ truyền thống và hiện đại, công cụ toán học để tạo ra những sản phẩm có tính ứng dụng thực tiễn, phát triển kĩ năng và tư duy học sinh. Dạy học chủ đề theo giáo dục STEM cần đảm bảo các tiêu chí: giải quyết vấn đề thực tiễn, kiến thức trong chủ đề thuộc lĩnh vực STEM, định hướng hoạt động thực hành, làm việc nhóm. Các mức độ áp dụng giáo dục STEM trong giáo dục như sau: 1.1.2.1. Dạy học các môn học theo phương pháp giáo dục STEM Đây là hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu trong nhà trường. Theo cách này, các bài học, hoạt động giáo dục STEM được triển khai ngay trong quá trình dạy học các môn học STEM theo tiếp cận liên môn. Các chủ đề STEM, bài 3
học STEM, hoạt động STEM bám sát chương trình của các môn học thành phần. Hình thức giáo dục STEM này không làm phát sinh thêm thời gian học tập. 1.1.2.2. Tổ chức các hoạt động trải nghiệm trong chương trình giáo dục STEM Trong hoạt động trải nghiệm STEM, học sinh được khám phá các ứng dụng khoa học, kĩ thuật trong thực tiễn đời sống. Qua đó, nhận biết được ý nghĩa của khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học đối với đời sống con người, nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM. Đây cũng là cách thức để thu hút sự quan tâm của xã hội đến giáo dục STEM. Để tổ chức thành công các hoạt động trải nghiệm STEM, cần có sự tham gia, hợp tác của các bên liên quan như trường trung học, cơ sở giáo dục nghề nghiệp, các trường đại học, doanh nghiệp. Trải nghiệm STEM còn có thể được thực hiện thông qua sự hợp tác giữa trường trung học với các cơ sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp. Theo cách này, sẽ kết hợp được thực tiễn phổ thông với ưu thế về cơ sở vật chất của giáo dục đại học và giáo dục nghề nghiệp. Các trường trung học có thể triển khai giáo dục STEM thông qua hình thức câu lạc bộ STEM. Tham gia câu lạc bộ STEM, học sinh được học tập nâng cao trình độ, triển khai các dự án nghiên cứu, tìm hiểu các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM. Đây là hoạt động theo sở thích, năng khiếu của học sinh. 1.1.2.3. Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật Giáo dục STEM có thể được triển khai thông qua hoạt động NCKH và tổ chức các cuộc thi sáng tạo khoa học kĩ thuật. Hoạt động này không mang tính đại trà mà dành cho những học sinh có năng lực, sở thích và hứng thú với các hoạt động tìm tòi, khám phá khoa học, kĩ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn. Tổ chức tốt hoạt động câu lạc bộ STEM cũng là tiền đề phát triển hoạt động sáng tạo KHKT và triển khai các dự án nghiên cứu trong khuôn khổ cuộc thi khoa học kĩ thuật dành cho học sinh trung học. Bên cạnh đó, tham gia câu lạc bộ STEM và nghiên cứu khoa học, kĩ thuật là cơ hội để học sinh thấy được sự phù hợp về năng lực, sở thích, giá trị của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM. * Dạy học chủ đề theo giáo dục STEM trong trường trung học có ý nghĩa: - Góp phần thực hiện mục tiêu giáo dục cần hướng tới trong chương trình giáo dục phổ thông 2018. - Phát triển kĩ năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn cho học sinh phổ thông thông qua ứng dụng STEM nhằm: + Phát triển các năng lực đặc thù của các môn học Vật lí, Hoá học, Sinh học, Công nghệ, Tin học và Toán. 4
+ Biết vận dụng kiến thức các môn Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật và Toán học vào giải quyết các vấn đề thức tiễn. + Có thể đề xuất các vấn đề thực tiễn mới phát sinh và giải pháp giải quyết các vấn đề đó trong thực tiễn. - Phát triển các năng lực cốt lõi cho học sinh như: Năng lực chung gồm năng lực tự chủ và tự học, kĩ năng giao tiếp và hợp tác nhóm với các thành viên khác, giải quyết vấn đề theo nhiều cách khác nhau một cách sáng tạo và triệt để; Năng lực đặc thù hay còn gọi là năng lực chuyên môn: Ngôn ngữ, Tính toán, Tin học, Thể chất, Thẩm mỹ, Công nghệ, Tìm hiểu tự nhiên và xã hội. - Định hướng nghề nghiệp cho học sinh. - Hướng tới giải quyết vấn đề trong thực tiễn. - Hướng tới việc học sinh vận dụng các kiến thức trong lĩnh vực STEM để giải quyết. - Định hướng thực hành, nghề nghiệp. - Khuyến khích làm việc nhóm giữa các học sinh. * Giáo dục STEM có thể phân theo các loại hình như sau: - Phân loại theo mục tiêu: STEM phát triển năng lực; STEM hướng nghiệp; STEM phát triển thói quen tư duy kĩ thuật. - Phân loại theo nội dung: STEM khuyết; STEM đầy đủ. - Phân loại theo phương pháp dạy học: Tự chế tạo sản phẩm đơn giản; Thực hành STEM; Dự án STEM; Các gameshow về STEM. - Phân loại theo địa điểm: STEM trong lớp học; Câu lạc bộ STEM; Trung tâm STEM; Trải nghiệm thực tế STEM. - Phân loại theo phương tiện: STEM tái chế; STEM robotic; STEM trong phòng thí nghiệm. 1.1.3. Quy trình xây dựng bài học STEM 1.1.3.1. Chủ đề dạy cần xuyên suốt cả quy trình học STEM Quy trình xây dựng bài học STEM chuẩn bắt đầu từ việc lựa chọn chủ đề dạy học STEM xuyên suốt quy trình dạy học STEM. Đây là bước đầu tiên, quan trọng trong việc xây dựng được bài học STEM chất lượng và hiệu quả. Ở bước này, người xây dựng bài học STEM cần căn cứ vào nội dung kiến thức trong chương trình môn học và tình hình thực tiễn để xác định chủ đề dạy học phù hợp với độ tuổi, nhận thức, khả năng tiếp thu và mức độ hữu ích của chủ đề đối với người học. 5
1.1.3.2. Kết nối chủ đề STEM với các vấn đề thực tế Sau khi xác định được chủ đề dạy học STEM, giáo viên cần kết nối chủ đề STEM đã xác định với một vấn đề trong thực tế. Ở bước này, giáo viên cần sử dụng kinh nghiệm, kiến thức cá nhân để liên kết chủ đề STEM với một vấn đề, tình huống chân thực, gần gũi, có tính thực tế cao. Đặc biệt, vấn đề này phải được giải quyết thông qua những kiến thức, kĩ năng mà học sinh được trang bị thông qua môn học. 1.1.3.3. Xác định vấn đề STEM mà học sinh cần giải quyết Sau khi đã lựa chọn được chủ đề STEM và kết nối chủ đề ấy với một vấn để đã và đang tồn tại trong thực tế, giáo viên cần xác định cụ thể nhiệm vụ mà học sinh cần giải quyết trong bài học này. Đó có thể là nhiệm vụ sử dụng kiến thức để xác định và giải quyết vấn đề, hoặc vận dụng kĩ năng để kiến tạo sản phẩm. 1.1.3.4. Các tiêu chí đánh giá kết quả học STEM của học sinh Các tiêu chí đánh giá kết quả học STEM của học sinh là tiêu chuẩn quan trọng để định hình một hoạt động STEM được coi là thành công. Dựa trên những tiêu chí này, học sinh cũng dễ dàng điều chỉnh hoạt động của mình để đáp ứng được những yêu cầu của bài học. Đồng thời, giáo viên cũng dễ dàng đánh giá quá trình và kết quả học tập của học sinh. Muốn lập được các tiêu chí đánh giá kết quả học STEM của học sinh một cách chuẩn xác, giáo viên cần xác định được mục tiêu chính của bài học và những mục tiêu phụ mong muốn học sinh đạt được. Một số tiêu chí đánh giá kết quả học STEM thường thấy có thể kể đến: - Mức độ chuẩn bị cho bài học. - Mức độ đóng góp, đề xuất ý tưởng. - Khả năng thực hiện, triển khai ý tưởng - Chất lượng của sản phẩm STEM,… 1.1.3.5. Sử dụng quy trình thiết kế kĩ thuật giúp học sinh lập kế hoạch Mô hình giáo dục STEM có nhiệm vụ giúp học sinh làm quen với quy trình thiết kế kĩ thuật ngay trong các bài học STEM. Chính bởi vậy, việc đưa ra một quy trình thiết kế kĩ thuật sẽ là hướng dẫn quan trọng giúp học sinh giải quyết vấn đề một cách khoa học và cụ thể. Các bước cơ bản trong quy trình thiết kế kĩ thuật thường có: - Nghiên cứu. - Tìm hiểu yêu cầu thiết kế. - Nghiên cứu khả thi. - Hình thành ý tưởng. 6
- Thiết kế sơ bộ. - Thiết kế chi tiết. - Hoạch định sản xuất. Dựa vào tính chất, đặc điểm của từng chủ đề của mỗi bài học STEM, giáo viên có thể đưa ra những hướng dẫn, yêu cầu cụ thể, chi tiết cho từng bước quan trọng trong quy trình xây dựng bài học STEM này. 1.1.3.6. Giúp học sinh xác định thử thách Giáo viên cần đưa ra câu hỏi và yêu cầu học sinh thực hành giải quyết một vấn đề cụ thể. Điều này khiến các em nảy sinh sự tò mò với kiến thức và vấn đề của bài học, giúp các em tự đặt ra các câu hỏi, và chủ động tìm tòi, đưa ra giải pháp giải quyết vấn đề. Đặc biệt, trong giờ học STEM, giáo viên sẽ chỉ giúp học sinh xác định chính xác thử thách của bài học, kèm theo sự hướng dẫn để các em đi đúng hướng khi cần thiết. Giáo viên không có vai trò cho học sinh biết cách giải quyết vấn đề, để mỗi nhóm có thể đưa ra những giải pháp khác nhau. Các ý tưởng của các em đều sẽ được hoan nghênh, miễn là chúng khả thi và thực tế. 1.1.3.7. Thu hút nhóm học sinh nghiên cứu nội dung Việc thu hút nhóm học sinh nghiên cứu nội dung cũng cần được lên kế hoạch chi tiết. Điều này có thể được thực hiện thông qua việc cung cấp hướng dẫn có chủ đích để giúp học sinh làm việc nhóm hiệu quả. Trong đó, các hướng dẫn thực hành, những lưu ý về các hành vi phù hợp, kĩ năng tương tác với bạn cùng nhóm sẽ là những kiến thức cần thiết và hữu ích cho quá trình làm việc nhóm của học sinh. Chỉ khi các em nắm được những kiến thức ấy và thực hành trong quá trình xây dựng bài học STEM, các em mới hình thành được các kĩ năng giao tiếp và kĩ năng làm việc nhóm cần thiết. 1.1.3.8. Khuyến khích nhóm học sinh phát triển ý tưởng để giải quyết vấn đề Giáo viên có thể chuẩn bị những học liệu liên quan tới thử thách và giao cho các nhóm học sinh nghiên cứu. Đây là bước gợi ý các em chủ động nghiên cứu và thu thập kiến thức, từ đó tự mình đưa ra các cách khác nhau để giải quyết vấn đề được đặt ra trong môn học. 1.1.3.9. Hướng dẫn các nhóm lựa chọn ý tưởng làm hình mẫu và triển khai Không có duy nhất một hình mẫu lý tưởng nào cho cách giải quyết những vấn đề được đặt ra trong bài học STEM. Chính bởi vậy, giáo viên cần hướng dẫn để các em đưa ra những lựa chọn mà bản thân cho là tối ưu khi giải quyết thử thách của bài học. 7
1.1.3.10. Tạo điều kiện cho quá trình thử nghiệm và đánh giá mẫu Thực tế, để có thể đưa ra một giải pháp tối ưu nhất cho thử thách của môn học, các nhóm học sinh cần được thử nghiệm và đánh giá. Vậy nên, ở bước thứ 10 của quy trình xây dựng bài học STEM, giáo viên cần lên kế hoạch cho việc tạo điều kiện cho các em được thử nghiệm mẫu và thu thập dữ liệu để đánh giá hiệu quả, mức độ hoạt động của các mẫu thử. Từ đó, giáo viên hướng dẫn các em phân tích dữ liệu và đánh giá mẫu thử đó có đáp ứng các tiêu chí được đưa ra hay không, có tối ưu so với các lựa chọn khác hay không. 1.1.3.11. Tạo cơ hội chia sẻ quá trình nghiên cứu giữa các nhóm với nhau Việc tạo cơ hội để các nhóm học sinh chia sẻ quá trình, kinh nghiệm nghiên cứu là một bước quan trọng khi thiết kế giáo án STEM. Giáo viên có thể thực hiện điều này thông qua việc tổ chức các buổi cho phép học sinh chia sẻ kinh nghiệm, giải thích về phương pháp của mình với cả lớp. Điều này không chỉ khiến các em được ôn tập lại kiến thức mà còn tạo điều kiện để các em trao đổi kinh nghiệm, đưa ra những giải pháp tối ưu hơn cho bài học STEM của mình. 1.1.3.12. Thiết kế lại nếu có thời gian Sau khi được nghe chia sẻ từ các nhóm khác và tự đưa ra đánh giá hiệu quả của từng giải pháp, hãy cho học sinh cơ hội được thiết kế lại sản phẩm của mình theo phương pháp các em cho là hiệu quả nhất. Đây là một cơ hội thực hành thứ hai giúp các em nắm vững kiến thức hơn, đồng thời hài lòng hơn với sản phẩm của mình. 1.1.4. Tiến trình tổ chức dạy học STEM trong trường phổ thông Mỗi bài học STEM thường được tổ chức theo 5 hoạt động như sau: Hoạt động 1: Xác định vấn đề Trong hoạt động này, giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ học tập chứa đựng vấn đề trong đó học sinh phải hoàn thành một sản phẩm học tập cụ thể với các tiêu chí đòi hỏi học sinh phải sử dụng kiến thức mới trong bài học để đề xuất, xây dựng giải pháp và thiết kế nguyên mẫu của sản phẩm cần hoàn thành. Tiêu chí của sản phẩm là yêu cầu hết sức quan trọng, bởi đó chính là “tính mới” của sản phẩm, kể cả sản phẩm đó là quen thuộc với học sinh; đồng thời, tiêu chí đó buộc học sinh phải nắm vững kiến thức mới thiết kế và giải thích được thiết kế cho sản phẩm cần làm. Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp Trong hoạt động này, học sinh thực hiện hoạt động tích cực, tự lực dưới sự hướng dẫn của giáo viên, học sinh phải tự tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng 8
vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩm cần hoàn thành. Kết quả là, khi học sinh hoàn thành bản thiết kế thì đồng thời cũng đã học được kiến thức mới theo chương trình môn học tương ứng. Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp Trong hoạt động này, học sinh được tổ chức để trình bày, giải thích và bảo vệ bản thiết kế kèm theo thuyết minh (sử dụng kiến thức mới học và kiến thức đã có); đó là sự thể hiện cụ thể của giải pháp giải quyết vấn đề. Dưới sự trao đổi, góp ý của các bạn, giáo viên và học sinh tiếp tục hoàn thiện (có thể phải thay đổi để bảo đảm khả thi) bản thiết kế trước khi tiến hành chế tạo, thử nghiệm. Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá Học sinh tiến hành chế tạo mẫu theo bản thiết kế đã hoàn thiện; trong qúa trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm và đánh giá. Trong quá trình này, học sinh cũng có thể phải điều chỉnh thiết kế ban đầu để bảo đảm mẫu chế tạo là khả thi và tối ưu. Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh Trong hoạt động này, học sinh được tổ chức để trình bày sản phẩm học tập đã hoàn thành; trao đổi, thảo luận, đánh giá để tiếp tục điều chỉnh, hoàn thiện. 1.2. Cơ sở thực tiễn 1.2.1. Thực trạng tổ chức dạy học môn Hoá học theo định hướng STEM nhằm phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và nâng cao hứng thú học tập của học sinh ở trường THPT Hiện nay, các trường học trên địa bàn tại huyện Quỳnh Lưu việc giáo dục STEM đã và đang được đưa vào hoạt động dạy và học chính khoá của nhà trường. Nhà trường xây dựng nhiều chuyên đề dạy học STEM, bước đầu đưa vào giảng dạy có hiệu quả ở các môn học. Thực tế cho thấy, giáo dục STEM được tổ chức trong nhà trường thường tập trung qua các hình thức: dạy học tích hợp theo hướng giáo dục STEM; sinh hoạt câu lạc bộ STEM, các cuộc thi, các hoạt động trải nghiệm sáng tạo, ngày hội STEM, … Qua đây cho thấy, giáo dục STEM đã có được những kết quả bước đầu, tạo tiền đề thuận lợi cho việc áp dụng dạy học theo định hướng giáo dục STEM một cách đại trà. Tuy nhiên, theo điều tra ở một số trường phổ thông trên địa bàn huyện Quỳnh Lưu, thực tế triển khai vẫn còn gặp nhiều khó khăn, bất cập. Để tiến hành tìm hiểu về thực trạng dạy học STEM trong dạy học môn Hoá học ở trường trung học phổ thông tôi đã tiến hành khảo sát bằng phiếu điều tra kết hợp với phỏng vấn đối với giáo viên và học sinh với mục đích thu thập thông tin, phân tích khó khăn, thuận lợi của thực trạng dạy học STEM môn Hoá học ở trường phổ thông. 9
Nội dung khảo sát: Tìm hiểu nhận thức, hiểu biết, quá trình tổ chức dạy học STEM môn Hoá học để phát huy tính tích cực, chủ động và nâng cao hứng thú học tập của học sinh. Đối tượng khảo sát: Các giáo viên dạy các bộ môn Toán, Vật lí, Hoá học ở trường THPT Quỳnh Lưu 2 và các học sinh lớp 10A2, 10A3, 10A5. Thời gian khảo sát: Từ tháng 2/2023 đến tháng 4/2023. 1.2.2. Điều tra thực trạng và tình hình học tập của học sinh theo định hướng giáo dục STEM nhằm phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo và nâng cao hứng thú học tập của học sinh *Về phía giáo viên: - Phần lớn GV chưa nhận thức đầy đủ về giáo dục STEM và có những hướng suy nghĩ giáo dục STEM cao xa, khó thực hiện. GV THPT được đào tạo đơn môn, do đó gặp khó khăn khi triển khai dạy học theo hướng liên môn như giáo dục STEM. Bên cạnh đó, giáo viên còn ngại học hỏi, ngại chia sẻ với đồng nghiệp, nên chưa có sự phối hợp tốt giữa giáo viên các bộ môn trong dạy học STEM. Việc đổi mới PPDH không được thực hiện một cách triệt để, vẫn còn nặng về phương pháp truyền thống, có đổi mới nhưng chỉ dừng lại ở hình thức, chưa đi vào thực chất nhằm giúp khai thác kiến thức có chiều sâu. Việc vận dụng phương pháp dạy học để phát triển năng lực cho HS trong môn học còn hạn chế. Dạy học STEM tốn rất nhiều công sức của giáo viên cho việc chuẩn bị giáo án, thiết bị dạy học. Do đây là hoạt động nhóm, thực hành, …. Yêu cầu thời gian thường lớn hơn nhiều so với phương pháp dạy học truyền thống nên dễ cháy giáo án. Giáo viên chỉ dành một phần thời gian cho hoạt động STEM (ngoại khoá, hoạt động ngoài giờ lên lớp hoặc một số tiết tự chọn) là chủ yếu. Giáo viên chưa dành nhiều thời gian để cho học sinh tự học, tự nghiên cứu, hướng dẫn học sinh tự học; còn hạn chế thời gian trên lớp để học sinh báo cáo, thuyết trình, thảo luận, luyện tập, thực hành, bảo vệ kết quả tự học của mình. * Về phía học sinh: - Đa số các em học sinh ngoan, có ý thức cao trong học tập và có mục tiêu học tập đúng đắn. Các em luôn muốn được vận dụng kiến thức vào trải nghiệm thực tế để hình thành kĩ năng nghiên cứu, kích thích tư duy sáng tạo, tăng cường tính chủ động học tập, tự giác thu thập kiến thức Hoá học cần thiết cho bản thân. - Đối với HS lớp 10 học chương trình GDPT 2018, nhìn chung điểm tuyển sinh đầu vào thấp. Mặt khác, các em ở cấp THCS chỉ tập trung các môn Toán, Văn, Anh để đạt điểm cao cho kì thi tuyển vào lớp 10 nên môn Hoá học chưa được chú trọng ở cấp THCS. Do đó, đa số các em bị quên phần lớn kiến thức cũ, một số 10
học sinh còn mất kiến thức gốc nên việc học của các em bị hạn chế, cảm thấy bị áp lực khi học môn Hoá. Một bộ phận nhỏ học sinh còn lười học, chưa có thái độ học tập tốt nên dẫn đến học yếu, chán học Hoá, hay sợ mỗi khi đến giờ Hoá. Trình độ học sinh không đồng đều, học sinh chưa hứng thú với môn học, năng lực học sinh còn hạn chế nên giáo viên dạy gì thì các em học cái đó. Học sinh còn thụ động trong học tập, lười suy nghĩ, đọc sách, ôn bài ở nhà, chỉ đợi đến giờ lên lớp là vào học. *Hình thức kiểm tra, đánh giá và nội dung chương trình Hình thức kiểm tra, đánh giá hiện nay vẫn còn là rào cản. Cụ thể là kì thi THPTQG được tổ chức theo hình thức làm bài thi trắc nghiệm kiểm tra kiến thức, kĩ năng. Chương trình giáo dục phổ thông 2018 vừa mới triển khai được lớp 10, nên chưa được tiếp cận với kì thi đánh giá năng lực của học sinh cho phù hợp. Trong khi đó, kiểm tra, đánh giá theo mô hình giáo dục STEM là đánh giá thông qua sản phẩm, đánh giá quá trình. Vì vậy trên thực tế, việc triển khai giáo dục STEM vẫn phải hạn chế ở các lớp cuối cấp để dành thời gian cho học sinh ôn thi. *Cơ sở vật chất, trang thiết bị Chưa có phòng học STEM riêng, trong khi phòng học thực hành bộ môn chưa phù hợp để học sinh có không gian hoạt động, làm việc nhóm, nghiên cứu, thí nghiệm cũng là một khó khăn. Sĩ số một lớp học quá đông cũng gây khó khăn cho tổ chức hoạt động, gây cản trở việc đổi mới phương pháp dạy học của giáo viên. Chưa có hệ thống thu gom hoá chất sau thí nghiệm của HS. Hoá chất sau thí nghiệm các HS phải đổ trực tiếp ra môi trường gây ảnh hưởng đến môi trường. *Tài liệu tham khảo: Tài liệu đổi mới phương pháp dạy học theo giáo dục STEM còn chưa nhiều. Trên cơ sở phân tích các nguyên nhân, khó khăn đã đề cập ở trên, chúng tôi thấy muốn tổ chức dạy học STEM có hiệu quả, thành công, việc đầu tiên GV phải dành nhiều thời gian đọc, nghiên cứu, tìm hiểu về các tài liệu chuyên sâu STEM. Từ đó, căn cứ vào điều kiện dạy học cụ thể của mỗi nhà trường thực hiện các hoạt động chuyên môn: trao đổi ý kiến với đồng nghiệp, thống nhất xây dựng các chủ đề STEM của mỗi phân môn, tổ chức các hoạt động dạy học phù hợp. Không nhất thiết đặt nặng vấn đề tạo ra các sản phẩm STEM phức tạp, có tính kĩ thuật cao mà điều quan trọng trong dạy học là tạo cho HS một thói quen thường xuyên ứng dụng các kiến thức lý thuyết, các nguyên lý đã học vào thực tiễn để quá trình học là một quá trình phát triển năng lực. Sau khi học được mỗi chủ đề STEM học sinh đạt được những phẩm chất, năng lực mà giáo viên đã đề ra. Các sản phẩm STEM nên kích thích được sự tò mò, hứng thú trong quá trình học tập của HS. Từ đó phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo của HS. 11
Chương 2: TỔ CHỨC DẠY HỌC DỰ ÁN “TRẢI NGHIỆM NUÔI TINH THỂ” - HOÁ HỌC LỚP 10 (CHƯƠNG TRÌNH GIÁO DỤC PHỔ THÔNG 2018) THEO GIÁO DỤC STEM 2.1. Kiến thức STEM trong dự án “Trải nghiệm nuôi tinh thể” Sản phẩm Khoa học (S) Công nghệ (T) Kĩ thuật (E) Toán (M) - Tinh thể - Chất rắn kết - Sử dụng các - Kĩ thuật tìm - Tính toán muối ăn. tinh. vật liệu, hoá kiếm thông được tỉ lệ nước - Tinh thể - Độ tan của chất tạo sản tin. và chất rắn kết phèn. một chất trong phẩm theo quy - Thiết kế tinh. nước: Dung trình: Phèn, được sơ đồ - Tính toán dịch chưa bão muối ăn, cốc, tiến trình tạo lượng hoá hoà, dung dịch sợi dây chỉ, và nuôi tinh chất, nước để bão hoà, dung nước, giấy lọc, thể; quy trình tạo dung dịch dịch quá bão màu thực phẩm nuôi tinh thể. bão hoà. hoà. hoặc màu hoá học. - Tính toán - Liên kết hoá thời gian tạo học. mầm và nuôi - Trạng thái lớn tinh thể. của chất. - Phần mặt - Sự đông đặc phẳng, sự đối và nóng chảy xứng hình học, liên quan đến trục đối xứng, sự kết tinh và góc và tính sự hình thành chất của các của đá – khối hộp khoáng vật. không gian. - Sự phản xạ ánh sáng liên quan tới tính chất bề mặt của tinh thể có ánh kim loại sẽ phản xạ ánh sáng tốt hơn và không cho ánh sáng đi qua. 12
2.1.1. Tinh thể: là những vật thể được cấu tạo bởi các ion, nguyên tử hoặc phân tử theo trật tự nhất định và có ảnh hưởng nhiễu xạ chủ yếu là gián đoạn 2.1.1.1. Độ tan Độ tan (S) của một chất trong nước là số gam chất đó tan được trong 100g nước để tạo thành dung dịch bão hoà ở một nhiệt độ xác định. Ví dụ: Ở 250C, độ tan của đường là 204g, NaCl là 36g, AgNO3 là 222g, … 2.1.1.2. Dung dịch bão hoà Ở một nhiệt độ xác định: - Dung dịch chưa bão hoà là dung dịch có thể hoà tan thêm chất tan. - Dung dịch bão hoà là dung dịch không thể hoà tan thêm chất tan. - Dung dịch siêu bão hoà là trạng thái mà dung dịch chứa nồng độ chất rắn hoà tan cao hơn bão hoà sự tập trung. Sự kết tinh chỉ có thể xảy ra khi đạt đến các điều kiện siêu bão hoà. 2.1.1.3. Cách làm tăng quá trình hoà tan chất rắn Muốn quá trình hoà tan chất rắn diễn ra nhanh hơn, ta có thể thực hiện một trong những cách sau (hoặc áp dụng đồng thời): - Khuấy dung dịch: tăng sự tiếp xúc giữa chất rắn và các phân tử nước. - Đun nóng dung dịch: các phân tử nước chuyển động càng nhanh, tăng số lần va chạm giữa các phân tử nước và chất tan. - Nghiền nhỏ chất tan: làm tăng diện tích tiếp xúc giữa chất tan và các phân tử nước. 2.1.1.4. Kết tinh: là một phương pháp để tinh chế một chất bằng dung môi và tiếp theo là sự kết tủa. 2.1.1.5. Các bước trong quá trình kết tinh lại một hợp chất Bước 1: Tìm dung môi thích hợp để kết tinh lại. Bước 2: Hoà tan chất rắn không tinh khiết trong một thể tích dung môi nóng tối thiểu. Bước 3: Loại bỏ bất kì tạp chất không hoà tan bằng cách lọc. Bước 4: Làm nguội từ từ dung dịch nóng để kết tinh hợp chất mong muốn từ dung dịch. Bước 5: Lọc dung dịch để tách hợp chất rắn tinh khiết. 2.1.1.6. Tính chất của tinh thể *Hình dạng tinh thể vô cùng phong phú: có đến 7 hệ tinh thể. 13
Tuy nhiên, hình dạng của tinh thể vẫn phải tuân theo khuôn mẫu hệ tinh thể mặc định. Ví dụ: KH2PO4 là hệ tứ phương nên có kiểu hình hộp chữ nhật, … 14
* Màu sắc tinh thể phụ thuộc vào thành phần tạo nên tinh thể Màu sắc là đặc điểm dễ nhận biết nhất ở các khoáng vật. Mỗi loại khoáng vật có thể có một hoặc nhiều màu sắc khác nhau. Màu sắc của khoáng vật được chia làm hai nhóm chính: Màu tự sắc là màu do tính chất hoá học cấu tạo nên chúng mà có ví dụ như Sunfur, Gold, Carbon, … Trong khi đó màu tạo chất là màu có được do các khoáng chất khác nhiễm vào khoáng vật chính mà có. Ví dụ thạch anh là khoáng vật không màu, trong suốt nhưng khi nhiễm một khoáng chất từ sắt (Iron) có thể tạo nên thạch anh tím, vàng, đỏ tuỳ theo điều kiện và hàm lượng. Màu tạp chất thường không đều như màu tự sắc mà tạo thành vệt, vân và thành ổ. Hình 1: Màu tự sắc của Malachite Hình 2: Gypsum màu xanh do nhiễm Malachite *Độ cứng: là khả năng làm trầy xước của bề mặt một khoáng vật này lên khoáng vật khác. Nếu khoáng vật A có khả năng làm xước khoáng vật B thì có thể suy ra khoáng vật A cứng hơn khoáng vật B. Theo độ cứng Mohs, trong tự nhiên độ cứng lớn nhất là kim cương và thấp nhất là nhóm khoáng vật Talc. Lưu ý: Độ cứng không thể hiện được khả năng bền cơ học hay chống chịu được va đập. Ví dụ Kim cương có độ cứng hơn búa sắt nhưng búa sắt vẫn có khả năng đập bể được kim cương. *Kết cấu của tinh thể: Các ion mang điện tích trái dấu trong tinh thể sẽ có lực hút tạo nên kết cấu bền vững cho tinh thể. 15
2.1.2. Phân loại tinh thể 2.1.2.1. Tinh thể tự nhiên: Là khoáng vật hình thành trong tự nhiên thông qua các quá trình địa chất rất lâu dài, có thể lên đến vài triệu năm. Tinh thể này góp phần cấu thành nên đá tự nhiên như Granite từ thạch anh, Biolite và Orthoclase. Thứ tự từ trái qua phải, trên xuống dưới tên các khoáng vật: 1.Vanadinite. 2.Crocoite. 3.Cuprite. 4. Cinnabar. 5.Karibibite. 6.Conichalcite. 7.Pyromorphite. 8.Adamite. 9.Cyanotrichite. 10.Linarite. 11. Kinoite. 12.Afghanite. 13.Roselite. 14.Bastnasite. 15.Thomsonite (Ca). 16.Ilmenite. 17.Clinochlore (Cr). 18.Arsenopyrite. 2.1.2.2. Tinh thể nhân tạo: là những tinh thể được điều chế trong phòng thí nghiệm dựa trên hiện tượng kết tinh trong môi trường có nhiệt độ, áp suất, tạp chất, … do con người tạo ra. 16
2.2. Phương pháp tổ chức dạy học trong dự án “Trải nghiệm nuôi tinh thể” - Dạy học dự án. - Dạy học theo giáo dục STEM. - Dạy học theo nhóm. 2.3. Nội dung học tập theo giáo dục STEM trong dự án “Trải nghiệm nuôi tinh thể” 2.3.1. Tài liệu hướng dẫn hoạt động “tạo và nuôi tinh thể” Tinh thể được ứng dụng rất phổ biến như thạch anh dùng làm đồng hồ, tinh thể ruby dùng trong laser phục vụ kĩ thuật quang học, muối NaCl (Sodium Chlorine) dùng để bảo quản thực phẩm, .. Ngoài ra, trong phòng thí nghiệm, kết tinh cũng là một phương pháp nhằm làm sạch hoá chất chứa tạp chất bẩn hoặc hoàn nguyên lại hoá chất tinh thể đã qua sử dụng. a. Nuôi tinh thể: là việc tạo ra môi trường có điều kiện nhiệt độ, áp suất, tạp chất, … phù hợp nhờ vào kĩ thuật khoa học để hình thành tinh thể và giúp nó lớn lên. Điều kiện nuôi tinh thể ở mỗi loại tinh thể sẽ khác nhau tuỳ vào đặc tính của tinh thể. 17
b. Kĩ thuật nuôi tinh thể: là một phương pháp vận dụng từ hiện tượng kết tinh của chất rắn trong các giai đoạn chuyển pha để chế tạo nên tinh thể theo mục đích mà con người đặt ra. Quá trình chế tạo sẽ được thiết lập các điều kiện thích hợp để một chất rắn từ một trạng thái pha ban đầu chuyển dần sang pha kết tinh rồi tinh thể sẽ được hình thành và lớn dần theo thời gian. *Một số kĩ thuật nuôi tinh thể đơn giản: - Kĩ thuật nuôi từ pha nóng chảy sang đông đặc: Các nguyên liệu sẽ được đưa lên điểm nóng chảy và hoá lỏng. Theo thời gian, chất lỏng sẽ nguội chậm dần và chuyển pha, quá trình kết tinh sẽ diễn ra. - Kĩ thuật nuôi thăng hoa: Nguyên liệu sẽ được nung ở một mức nhiệt độ và áp suất thích hợp để cho khối chất rắn sẽ thăng hoa thành hơi bay lên ở nhiệt độ thấp hơn và kết tinh. - Kĩ thuật nuôi từ pha dung dịch lỏng: Nguyên liệu sẽ được hoà tan vào một trong dung môi như nước hoặc chất lỏng hữu cơ không phân cực và tái kết tinh lại ở một mức nhiệt độ, áp suất khác hoặc dựa vào sự bay hơi dung môi. * Mầm tinh thể Ở bất kì phương pháp nuôi tinh thể nào thì việc chuẩn bị mầm tinh thể ban đầu là điều hết sức quan trọng vì nó sẽ ảnh hưởng đến việc định hình tinh thể sau này. + Đơn tinh thể: là một tinh thể có dạng hình khối đơn lẻ và không có chia tách hoặc gắn kết với bất kì một khối hình học nào khác. Mầm đơn tinh thể càng tốt, tinh thể phát triển sau này sẽ càng tốt. + Đa tinh thể: là hình hai khối hình học trở lên ghép lại. Việc lựa chọn đa tinh thể cũng không quá khó khăn so với đơn tinh thể nhưng để phù hợp với mục đích nuôi cấy sau này thì cần khéo léo chọn những khối đa tinh thể có hình dạng gần giống hình dạng khối tinh thể mong muốn sau này. Kỹ thuật nuôi đơn tinh thể (Tinh thể Copper Sulfate CuSO4) Nguyên liệu: 150 gram bột Copper Sulfate ngậm nước (màu xanh dương) độ tinh khiết 99.5% trở lên 200 ml nước sạch Dụng cụ: 2 cốc thủy tinh 250 ml (số 1 và 2) 1 cặp đĩa thủy tinh (petri) 1 đoạn dây cước (loại mỏng như tơ) 18