Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Khơi nguồn cảm hứng sáng tạo cho học sinh thông qua dạy học theo định hướng STEM chương cacbon - Hóa học lớp 11 – Ban cơ bản

Chia sẻ: Cỏ Xanh | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:71

Thêm vào BST

Báo xấu

30
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu sáng kiến là trên cơ sở giáo dục STEM, xây dựng chủ đề dạy học theo định hướng STEM trong chương cacbon – Hóa học lớp 11 nhằm phát triển năng lực cho HS THPT đáp ứng chương trình giáo dục phổ thông mới.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Khơi nguồn cảm hứng sáng tạo cho học sinh thông qua dạy học theo định hướng STEM chương cacbon - Hóa học lớp 11 – Ban cơ bản

MỤC LỤC Nội dung Trang PHẦN I – ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Lý do chọn đề tài 4 2. Mục tiêu đề tài 5 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 6 4. Phương pháp nghiên cứu 6 5. Những đóng góp mới của đề tài 6 PHẦN II – NỘI DUNG Chương 1 – Cơ sở lý luận và cơ sở thực tiễn của đề tài 1.1. Cơ sở lý luận 7 1.1.1. Giáo dục STEM là gì? 7 1.1.2. Tại sao phải dạy học theo định hướng STEM? 7 1.1.3. Quy trình xây dựng bài học STEM 7 1.2. Cơ sở thực tiễn 8 1.2.1. Thực trạng dạy học môn Hóa học ở trường THPT hiện 8 nay 1.2.2. Thực trạng dạy học theo định hướng STEM ở trường 8 THPT hiện nay 13 Chương 2: Xây dựng chủ đề dạy học theo định hướng STEM trong chương Cacbon, Hóa học lớp 11 – Ban cơ bản 2.1. Đề xuất xây dựng một số chủ đề dạy học theo định hướng 13 STEM trong chương Cacbon, Hóa học lớp 11 – Ban cơ bản 2.2. Xây dựng chủ đề STEM “Thiết bị lọc nước mini” trong chương 13 Cacbon, Hóa học lớp 11 – Ban cơ bản 2.2.1. Tiêu chí xây dựng bài học STEM “Thiết bị lọc nước 15 mini” 2.2.2. Quy trình xây dựng bài học STEM “Thiết bị lọc nước 17 1
mini” 2.2.3. Tiến trình tổ chức dạy học chủ đề STEM “Thiết bị lọc 17 nước mini” Chương 3: Kết quả thực nghiệm 47 3.1. Đối với nhà trường 3.2. Đối với giáo viên 3.3. Đối với học sinh PHẦN III – KẾT LUẬN, KIẾN NGHỊ 50 1. Kết luận 50 2. Hướng phát triển của đề tài 3. Kiến nghị 50 PHỤ LỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 2
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG SÁNG KIẾN Nội dung Viết tắt Trung học phổ thông THPT Học sinh HS Giáo viên GV Phương pháp PP Phương pháp dạy học PPDH Kế hoạch dạy học KHDH Giáo dục đào tạo GDĐT Sách giáo khoa SGK Công nghiệp hóa- hiện đại hóa CNH- HĐH Chủ đề dạy học CĐDH Giáo dục phổ thông GDPT 3
PHẦN I: ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Lý do chọn đề tài Cùng với khái niệm cách mạng công nghiệp lần thứ tư thì cơn cuồng STEM đang lan rộng trên toàn thế giới. STEM là viết tắt của Science (Khoa học), Technology (Công nghệ), Engineering (Kỹ thuật) và Math (Toán học); Trong đó, giáo dục STEM là phương thức giáo dục tích hợp theo cách tiếp cận liên môn, như một sự giao thoa hội tụ của các môn học. Và không thể phủ nhận sức mạnh của giáo dục STEM là xóa bỏ được khoảng cách giữa các kiến thức hàn lâm với ứng dụng thực tiễn – điều mà hầu hết các nền giáo dục trên thế giới đang hướng tới. Bởi giáo dục truyền thống tạo ra sự cản trở vô cùng lớn cho sự phát triển của học sinh khi mà nó tách rời toán học với các môn khoa học, công nghệ và kĩ thuật; Học sinh rất khó khăn để vận dụng các kiến thức học được vào các vấn đề thực tiễn vì ít được rèn luyện, ít được thực hành và ít được kích thích sự sáng tạo. Không những vậy, ngày nay công nghệ đang dần làm chủ thế giới, bởi vậy chúng ta càng không thể đào tạo riêng lẻ các môn học, lại càng không thể tách nó ra khỏi công nghệ. Nắm rõ được xu thế phát triển của thế giới, vào tháng 5 năm 2017, Thủ tướng Chính phủ đã ký Chỉ thị số 16 về việc “Tăng cường năng lực tiếp cận cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ tư” mà nhiệm vụ của Bộ Giáo dục và Đào tạo: Thúc đẩy triển khai giáo dục về khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán học (STEM) trong chương trình giáo dục phổ thông; tổ chức thí điểm tại một số trường phổ thông ngay từ năm học 2017-2018”. Chương trình giáo dục phổ thông 2018 định hướng phát triển phẩm chất và năng lực học sinh, lấy người học làm trung tâm. Đòi hỏi giáo viên cần phải chuyển đổi từ phương pháp dạy học truyền thống sang dạy học định hướng cho học sinh khả năng tư duy, liên hệ giữa “kiến thức” và “thực tiễn”, đồng thời có sự kết nối và vận dụng giữa các môn học. Bởi vậy, dạy học theo định hướng STEM là một xu thế tất yếu đáp ứng chương trình giáo dục phổ thông 2018. Hóa học là một bộ môn khoa học gắn liền với thực tiễn cuộc sống. Thực hành thí nghiệm và tham gia các hoạt động trải nghiệm sáng tạo là nét đặc trưng có tính ưu thế trong việc rèn luyện và phát triển các phẩm chất và năng lực cho học sinh đối với môn Hóa học. Nội dung kiến thức được chọn đưa vào chủ yếu là những kiến thức thức phổ thông và cơ bản, cần thiết cho việc nhận thức đúng đắn các hiện tượng tự nhiên, cho cuộc sống hằng ngày và cho việc lao động trong nhiều ngành kĩ thuật. Nhưng làm thế nào để vận dụng dạy vào trường học một cách hiệu quả? Trong quá trình nghiên cứu, chúng tôi nhận thấy nguyên tố cacbon có nhiều ứng dụng; đồng thời có thể khơi nguồn cảm hứng sáng tạo cho 4
học sinh vận dụng kiến thức đã học để giải quyết các vấn đề trong cuộc sống hằng ngày. Với tâm nguyện như vậy, và sau một thời gian lồng ghép dạy học theo định hướng STEM và dạy học truyền thống qua chương Cacbon – Hóa học lớp 11, chúng tôi mạnh dạn đề xuất đề tài: “Khơi nguồn cảm hứng sáng tạo cho học sinh thông qua dạy học theo định hướng STEM chương cacbon - Hóa học lớp 11 – Ban cơ bản.” 2. Mục tiêu đề tài: Trên cơ sở giáo dục STEM, xây dựng chủ đề dạy học theo định hướng STEM trong chương cacbon – Hóa học lớp 11 nhằm phát triển năng lực cho HS THPT đáp ứng chương trình giáo dục phổ thông mới. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đề tài thực hiện cụ thể trên các lớp khối 11 tại trường THPT Hoàng Mai - Khơi nguồn cảm hứng sáng taọ thông qua dạy học theo định hướng STEM chương cacbon – hóa học 11. 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu tài liệu. - Phương pháp chuyên gia. - Phương pháp quan sát. - Phương pháp thực nghiệm sư phạm. - Phương pháp nghiên cứu các sản phẩm hoạt động (thông qua các bài tập, bài kiểm tra của học sinh). - Phương pháp phân tích, tổng hợp. - Phương pháp thống kê. 5. Những đóng góp mới của đề tài - Dạy học theo định hướng giáo dục STEM góp phần đến việc hình thành và phát triển năng lực của người học, giúp phát huy tính tích cực, chủ động, sáng tạo trong học tập của người học. Đặt học sinh trước một tình huống thực tiễn, đòi hỏi phải tìm tòi, nghiên cứu các kiến thức liên môn để giải quyết vấn đề đặt ra. - Mang lại cách nhìn đúng đắn về giáo dục STEM: giáo dục STEM không nhất thiết yêu cầu HS phải sáng tạo ra sản phẩm mới lạ, độc đáo, nó có thể là những sản phẩm đơn giản; nhưng trong đó học sinh đã tự vận dụng những kiến thức đã học, tự khám phá, chỉnh sửa để hoàn thiện sản phẩm. 5
- Vận dụng quy trình thiết kế giáo dục STEM để phân tích, thiết kế, xây dựng một chủ đề dạy học theo định hướng STEM trong chương Cacbon – Hóa học lớp 11. - Tạo ra sản phẩm STEM dễ làm, giá thành rẻ, nhưng ứng dụng nhiều trong cuộc sống; sử dụng được khi mất điện, mùa nước mưa ngập lụt. - Khơi nguồn ý tưởng sáng tạo cho học sinh vận dụng kiến thức khoa học đã học, sử dụng các nguyên vật liệu tái chế, có sẵn trong cuộc sống để thiết kế hệ thống lọc nước, nâng cao chất lượng nước sử dụng tại hộ gia đình. - Thúc đẩy, tạo động lực cho học sinh vận dụng các kiến thức các môn học, “chế biến” lại chúng để giải quyết nhiều tình huống trong thực tiễn. 6
PHẦN 2 – NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Chương 1: Cơ sở lý luận và cơ sở thực tiễn 1.1. Cơ sở lý luận 1.1.1. Giáo dục STEM là gì? Thuật ngữ STEM được hiểu như một “tổ hợp đa lĩnh vực” bao gồm: Khoa học(Science), Công nghệ (Technology), Kỹ thuật (Engineering) và Toán học (Mathematics). Hiện nay, thuật ngữ STEM được dùng trong nhiều ngữ cảnh khác nhau, ví dụ như: "STEM education" (giáo dục STEM), hay "STEM Integration" (tích hợp STEM) hoặc "STEM- focused curriculum" (chương trình học tập chung về STEM)... Các thuật ngữ đi kèm với STEM giúp làm sáng tỏ ý nghĩa của từ STEM hơn. Như vậy, khi đề cập đến STEM, chúng ta cần lựa chọn các từ đi kèm với nó để diễn đạt cho chuẩn xác vấn đề liên quan đến STEM. Giáo dục STEM (STEM education) như 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 học sinh được áp dụng kiến thức và kỹ năng trong các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kỹ 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 học 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 kỹ năng mềm cần thiết cho sự thành công trong công việc sau này như kỹ năng cộng tác, làm việc nhóm, giải quyết vấn đề, tư duy sáng tạo, tư duy phản biện… Giáo dục STEM là phương pháp tiếp cận, khám phá trong giảng dạy và học tập giữa hai hay nhiều hơn các môn học STEM, hoặc giữa một chủ đề STEM và một hoặc nhiều môn học khác trong nhà trường. STEM được hiểu trong giáo dục như sau: Hệ thống tri thức về Vật lý, Quy trình sản xuất, chế tạo Hoá học, Sinh học… để vận dụng Science Techno (khoa logy học) (Công nghệ) Engine Maths ering (toán Thiết kế, chế tạo, (kỹ học) Con số, phép tính, hình dạng, đẽo gọt, gắn kết,... thuật) biện luận, giải thích... 7
Mối liên hệ giữa các lĩnh vực trong giáo dục STEM: Bốn lĩnh vực này không phải hiện diện một cách riêng lẻ mà cần phải được tích hợp, liên kết chặt chẽ với nhau để giải quyết các vấn đề trong tình huống đặt ra. Đặc điểm quan trọng khi nói về giáo dục STEM: - Cách tiếp cận liên ngành - Liên hệ, lồng ghép với cuộc sống thực tiễn - Hướng đến phát triển kỹ năng của thế kỷ 21 - Thách thức học sinh vượt lên chính mình - Kết nối từ trường học, cộng đồng đến các tổ chức toàn cầu 1.1.2. Tại sao phải dạy học theo định hướng STEM? STEM trong trường phổ thông được hiểu là trang bị cho người học những kiến thức và kĩ năng cần thiết liên quan đến các lĩnh vực khoa học, công nghệ, kĩ thuật và toán học. Những kiến thức và kĩ năng này phải được tích hợp, lồng ghép và bổ trợ nhau giúp học sinh không chỉ hiểu biết về nguyên lý mà còn có thể áp dụng để thực hành và tạo ra được những sản phẩm trong cuộc sống thường ngày. Những sản phẩm này không nhất thiết phải là sản phẩm mới, sản phẩm STEM là những sản phẩm trong đó HS đã vận dụng linh hoạt kiến thức đã học, từ đó suy nghĩ đề xuất ra các ý tưởng, tự chủ giải quyết các vấn đề phát sinh và tiến hành thực hiện chỉnh sửa hoàn thiện sản phẩm. Việc đưa giáo dục STEM vào trường trung học mang lại nhiều ý nghĩa đối với định hướng đổi mới giáo dục phổ thông. Cụ thể là: - Đảm bảo giáo dục toàn diện: Triển khai giáo dục STEM ở nhà trường, bên cạnh các môn học đang được quan tâm như: Toán, Khoa học, các lĩnh vực 8
Công nghệ, Kĩ thuật cũng sẽ được quan tâm, đầu tư trên tất cả các phương diện: đội ngũ GV, chương trình, cơ sở vật chất. - Nâng cao hứng thú học tập các môn học STEM: Những dự án học tập trong giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải quyết các vấn đề thực tiễn, HS được hoạt động, trải nghiệm và thấy được ý nghĩa của tri thức với cuộc sống, tạo động lực cho HS nhờ đó sẽ nâng cao hứng thú học tập,. - Hình thành và phát triển năng lực, phẩm chất cho HS: Khi triển khai các dự án học tập STEM, HS hợp tác với nhau, chủ động và tự thực hiện các nhiệm vụ học; được làm quen với những hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học. Các hoạt động trên góp phần tích cực vào việc hình thành và phát triển phẩm chất, năng lực cho HS. - Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu quả giáo dục STEM, cơ sở giáo dục phổ thông thường kết nối với các cơ sở giáo dục nghề nghiệp, đại học tại địa phương nhằm khai thác nguồn lực về con người, cơ sở vật chất để triển khai hoạt động giáo dục STEM một cách hiệu quả. - Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM ở trường phổ thông, HS sẽ được trải nghiệm trong các lĩnh vực STEM, đánh giá được sự phù hợp, năng khiếu, sở thích của bản thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM. Đây cũng là cách thức thu hút HS theo học, lựa chọn các ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM, các ngành nghề có nhu cầu cao về nguồn nhân lực trong cuộc cách mạng công nghiệp lần thứ 4, phần luồng sớm, hiệu quả cho tương lai. Dạy học theo xu hướng STEM là xu thế tất yếu trong thời đại hiện nay. Trong xu hướng của cách mạng công nghiệp 4.0, nguồn lao động chất lượng cao không chỉ cần có kiến thức chuyên ngành mà đòi hỏi có sự hiểu biết của liên ngành. Ngoài ra các kỹ năng sử dụng kiến thức để giải quyết vấn đề, tạo sản phẩm sáng tạo và làm việc nhóm ngày càng được đề cao. Trong khi đó, ảnh hưởng của khoa học công nghệ, đặc biệt công nghệ thông tin dần chiếm ưu thế trên mọi mặt của đời sống. 1.1.3. Quy trình xây dựng bài học STEM Bước 1: Lựa chọn chủ đề bài học Căn cứ vào nội dung kiến thức trong chương trình các môn học và các hiện tượng, quá trình gắn với các kiến thức đó trong tự nhiên; quy trình hoặc thiết bị công nghệ có sử dụng của kiến thức đó trong thực tiễn... để lựa chọn chủ đề của bài học phù hợp. Chủ đề STEM được lựa chọn dựa vào các yếu tố sau: 9
Vận dụng kiến thức nào trong lĩnh vực STEM? Tiêu chí Giải quyết vấn Khuyến khích chủ đề đề thực tiễn làm việc nhóm STEM nào? Định hướng hoạt động- thực hành Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết Sau khi chọn chủ đề của bài học, cần xác định vấn đề cần giải quyết để giao cho học sinh thực hiện sao cho khi giải quyết vấn đề đó, học sinh phải học được những kiến thức, kĩ năng cần dạy trong chương trình môn học đã được lựa chọn (đối với STEM kiến tạo) hoặc vận dụng những kiến thức, kỹ năng đã biết (đối với STEM vận dụng) để xây dựng bài học. SẢN KHOA CÔNG KĨ TOÁN PHẨM HỌC NGHỆ THUẬT HỌC STEM Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị/giải pháp giải quyết vấn đề Sau khi đã xác định vấn đề cần giải quyết/sản phẩm cần chế tạo, cần xác định rõ tiêu chí của giải pháp/sản phẩm. Những tiêu chí này là căn cứ quan trọng để đề xuất giả thuyết khoa học/giải pháp giải quyết vấn đề/thiết kế mẫu sản phẩm. Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học Mỗi bài học STEM được tổ chức theo 5 hoạt động: Xác định vấn đề; Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp; Lựa chọn giải pháp; Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá; Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh. 10
Tiến trình bài học STEM tuân theo quy trình kĩ thuật nêu trên nhưng các "bước" trong quy trình không được thực hiện một cách tuyến tính (hết bước nọ mới sang bước kia) mà có những bước được thực hiện song hành, tương hỗ lẫn nhau. Việc "Nghiên cứu kiến thức nền" được thực hiện đồng thời với "Đề xuất giải pháp"; "Chế tạo mô hình" được thực hiện đồng thời với "Thử nghiệm và đánh giá", trong đó bước này vừa là mục tiêu vừa là điều kiện để thực hiện bước kia. 1.2. Cơ sở thực tiễn 1.2.1. Thực trạng dạy học môn Hóa học ở trường THPT hiện nay Hóa học là bộ môn khoa học thực nghiệm, có nhiều ứng dụng trong cuộc sống. Tuy nhiên, trong quá trình dạy học chúng tôi nhận thấy nhiều HS cảm thấy “sợ” môn Hóa học. Để tìm hiểu rõ thực trạng, nguyên nhân và nguyện vọng của các em, đầu năm học 2020-2021 chúng tôi đã tiến hành khảo sát HS và GV trên địa bàn Quỳnh Lưu – TX Hoàng Mai. - Về phía học sinh: tiến hành khảo sát 175 em học sinh khối 11 (gồm 4 lớp 11A1, 11A4, 11A7, 11A11) về sự hứng thú, cách thức học và nội dung phương pháp học môn hóa học; Kết quả khảo sát cho thấy số lượng học sinh yêu và thích môn hóa rất thấp chỉ chiếm 69%; và hầu hết những HS này hứng thú với môn hóa vì để kiểm tra, để thi tốt nghiệp THPT. 17% HS cảm thấy kiến thức môn Hóa khó hiểu, khô khan, không hiểu tại sao phải học những công thức, phương trình hóa học của phản ứng hay các công thức tính toán. Qua phân tích khảo sát, chúng tôi nhận thấy các em HS vẫn chủ yếu học theo lối truyền thống, nhồi nhét kiến thức, nặng về thi cử đối phó, tiếp thu kiến thức khoa học một cách nặng nề. Ít HS có yếu tố đam mê nghiên cứu và thực sự yêu thích, kĩ năng thực hành rất hạn chế. - Về phía giáo viên: Tiến hành khảo sát 35 giáo viên các trường THPT trên địa bàn huyện Quỳnh Lưu và thị xã Hoàng Mai. Kết quả khảo sát cho thấy, đa số giáo viên (20/35) đang áp dụng phương pháp dạy học truyền thống. Một số giáo viên rất muốn đổi mới phương pháp dạy học theo hướng tích cực nhưng đang loay hoay không biết bắt đầu như thế nào. Đây là nguyên nhận dẫn đến năng lực làm việc hạn chế sau của HS khi ra trường, đặc biệt là trong thời đại 4.0 với kỉ nguyên của thế giới phẳng thì khả năng đáp ứng đầu ra sau khi ra trường lại càng rất khó khăn. Đây là một thực trạng rất đáng báo động hiện nay, bởi vậy chúng tôi viết đề tài này với mong muốn đưa phương pháp dạy học STEM vào để giảng dạy kết hợp phương pháp truyền thống. 11
PHIẾU KHẢO SÁT HỌC SINH Em hãy tích dấu x vào nội dung câu hỏi sau: Câu Nội dung Ý kiến HS 1 Sự hứng thú của các em đối với môn Hóa học như thế nào? Rất thích Thích Bình thường Không thích 2 Lý do em học môn Hóa là: Để kiểm tra và thi tốt nghiệp Bài học sinh động Kiến thức dễ hiểu Kiến thức liên hệ thực tiễn nhiều 3 Em mong muốn điều gì khi học môn Hóa: Tăng cường học lí thuyết và giải bài tập tính toán gắn với kiểm tra và kì thi tốt nghiệp. Giảm tải lí thuyết, vận dụng kiến thức đã học để đưa kiến thức vào thực tiễn, tăng cường thí nghiệm thực hành. Không cần thí nghiệm thực hành nhiều 1.2.2. Thực trạng dạy học theo định hướng STEM ở trường phổ thông hiện nay Mô hình giáo dục tích hợp STEM còn khá mới mẻ đối với giáo dục Việt Nam khi chỉ mới thử nghiệm khoảng vài năm gần đây. Về phía giáo viên: Tại đơn vị chúng tôi công tác, giáo viên đã được triển khai về phương pháp giáo dục STEM, nên chúng tôi tiến hành với khảo sát với 6 câu hỏi: 12
“Thầy/cô hiểu thế nào về giáo dục STEM?”; “Các em được học gì thông qua chương trình đó?”; “Thầy/cô hãy đề xuất các biện pháp giảng dạy STEM?”; “Thầy/cô đã áp dụng phương pháp giáo dục STEM vào tiết dạy của mình chưa?”; “Mức độ hứng thú của HS khi thầy/cô áp dụng dạy học STEM?” “Thầy/cô có mong muốn giảng dạy STEM vào môn học của mình không?”. Qua khảo sát chúng tôi nhận thấy hầu hết giáo viên đều biết đến dạy học theo định hướng STEM, hiểu rằng đây là phương pháp dạy học tích cực, hướng đến phát triển năng lực của người học; một số GV cũng đã vận dụng dạy học theo định hướng STEM vào môn học của mình nhưng chỉ dừng lại ở mức yêu cầu HS thực hiện các thí nghiệm, tạo một sản phẩm theo định hướng của giáo viên là chính, chưa phát huy hết khả năng sáng tạo ở người học. Phần lớn giáo viên chưa thật sự nghiên cứu về bản chất, quy trình xây dưng bài học STEM. Và hầu hết các GV đều có mong muốn được áp dụng mô hình giáo dục này vào giảng dạy môn của mình, nhưng phần lớn GV chưa thật sự hiểu một cách bài bản, sâu sắc về bản chất của giáo dục STEM cũng như cách để thiết kế và tổ chức hoạt động STEM trong môn học. Bên cạnh đó, qua điều tra tôi nhận thấy vẫn có một phần nhỏ GV còn hiểu sai về STEM cho rằng sản phẩm HS tạo ra phải là những phát minh thật mới lạ, sáng tạo mới được xem là sản phẩm STEM và việc hướng HS ở nông thôn tìm ra công nghệ mới, sản phẩm mới là không khả thi nên sẽ khó triển khai trong môn học của mình. Việc tổ chức dạy học theo hướng giáo dục STEM ở các trường THPT nói chung còn hạn chế, các trường chủ yếu còn giao nhiệm vụ cho tổ nhóm tạo ra 1 sản phẩm STEM chứ chưa mang tính tự giác. Về phía học sinh: Đa số HS đều cảm thấy thích các tiết học trải nghiệm thực tế, hứng thú khi được giao các chủ đề trải nghiệm, tự mình sáng tạo các sản phẩm STEM theo định hướng của giáo viên. Mặc dù chương trình thi cử còn nặng về điểm số, thời gian dành cho việc học căng thẳng nhưng khi có các hoạt động trải nghiệm và sinh hoạt ngoại khóa thì học sinh hứng thú, thích tham gia, thích trải nghiệm. Như vậy, qua khảo sát, chúng tôi nhận thấy cơ sở lý luận và thực tiễn của việc dạy học Hóa học THPT theo định hướng STEM nhằm phát triển năng lực của HS là điểm tựa, nguồn tư liệu phong phú, đáng tin cậy, là động lực giúp chúng tôi có căn cứ để thực hiện đề tài này. 13
Chương 2: Xây dựng chủ đề dạy học theo định hướng STEM trong chương cacbon, Hóa học lớp 11 – Ban cơ bản 2.1. Đề xuất xây dựng một số chủ đề dạy học theo định hướng STEM trong chương Cacbon, Hóa học 11 – Ban cơ bản Dựa vào nhu cầu thực tiễn của cuộc sống mà HS cần khám phá, kết hợp với nội dung kiến thức chương trình SGK Hóa học 11, chương Cacbon, GV có thể xây dựng được rất nhiều chủ đề dạy học STEM. Tuy nhiên khi lựa chọn, xây dựng và thực hiện các chủ đề STEM này thì GV cần lưu ý không nên để ảnh hưởng đến thời lượng dạy học của bộ môn, xáo trộn nhiều kiến thức trong chương trình dạy học. Sau khi học xong chủ đề STEM, HS phải nắm được các chuẩn kiến thức, kĩ năng được quy định trong chương trình THPT, các chủ đề STEM khai thác phù hợp với điều kiện thực tiễn dạy học của nhà trường, trình độ của HS. Trên cơ sở đó, chúng tôi đề xuất một số chủ đề STEM chương Cacbon, Hóa học lớp 11 mà theo chúng tôi là phù hợp trong quá trình dạy học tại trường phổ thông như sau: TT Chủ đề Kiến thức môn Hóa học liên quan 1 Thiết bị lọc nước mini Bài 15: Cacbon 2 Mạch điện than chì Bài 15: Cacbon 3 Mặt nạ phòng độc Bài 15: Cacbon 4 Xe đua banking soda Bài 16: Hợp chất của cacbon 5 Làm tên lửa từ banking soda Bài 16: Hợp chất của cacbon 6 Sản phẩm sáng tạo Bài 17: Silic Với các chủ đề STEM cơ bản được xây dựng trên cơ sở kiến thức thuộc phạm vi các môn khoa học, công nghệ, kỹ thuật và toán trong chương trình giáo dục phổ thông. Các sản phẩm chủ đề STEM này thường đơn giản, bám sát nội dung SGK và thường được xây dựng trên cơ sở các nội dung thực hành, thí nghiệm trong chương trình GDPT. 2.2. Xây dựng chủ đề STEM “Thiết bị lọc nước mini” trong chương Cacbon, Hóa học lớp 11 2.2.1. Tiêu chí xây dựng bài học STEM Để thực hiện được mục tiêu phát triển năng lực cho HS, chúng tôi đã xây dựng chủ đề bài học STEM theo 6 tiêu chí sau: 14
Tiêu chí 1: Chủ đề bài học STEM tập trung vào các vấn đề thực tiễn - Chúng tôi hình thành ý tưởng từ các vấn đề sau: + Trên địa bàn thị xã Hoàng Mai ở gần biền nên nguồn nước giếng nhiễm phèn, không thể sử dụng trực tiếp. + Đồng bào miền Trung thường xuyên thiếu nước sinh hoạt trong các ngày mưa lũ. + Cacbon vô định hình và nhiều vật liệu trong cuộc sống có tính hấp phụ, lọc được các chất bẩn. + Hệ thống bể lọc nước nhiễm phèn mà ông bà xây dựng xưa nay đến hệ thống lọc nước hiện đại... - Vì vậy bài học STEM “chế tạo thiết bị lọc nước mini” tập trung vấn đề thực tiễn là làm sạch nguồn nước. Từ đó giúp HS mở rộng kiến thức để có thể hiểu và làm sạch nguồn nước sinh hoạt ở hộ gia đình. Tiêu chí 2: Cấu trúc bài học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật Trong chủ đề STEM thiết kế thiết bị lọc nước mini HS cần phải thực hiện theo 1 quy trình: (1) Xác định vấn đề (2) Nghiên cứu kiến thức nền (3) Đề xuất ý tưởng cho giải pháp (4) Lựa chọn giải pháp tối ưu (5) Phát triển và chế tạo mô hình (6) Thử nghiệm và đánh giá (7) Hoàn thiện thiết kế. Tiêu chí 3: Phương pháp dạy học bài học STEM đưa học sinh vào hoạt động tìm tòi và khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm và sản phẩm Trong bài học STEM thiết kế thiết bị lọc nước mini GV cần: - Khơi dậy óc tò mò, nguồn cảm hứng của HS: GV đặt ra các vấn đề trong thực tiễn: Nguồn nước giếng ở gia đình các em có thể sử dụng trực tiếp không? Làm thế nào để xử lý nước sạch để đưa vào sinh hoạt? Trong mùa mưa lũ, mất điện, điều kiện kinh tế khó khăn không có máy lọc nước hiện đại thì làm như thế nào?.... 15
- Hướng HS hình thành được tư duy bậc cao: tự đặt ra các câu hỏi để xác định được hướng giải quyết vấn đề thực tiễn bằng cách tạo ra sản phẩm. HS tự đặt được các câu hỏi như: + Thiết bị lọc nước mini thiết kế như thế nào cho khoa học, hợp lý? + Từ những chai nhựa phế thải, ống nhựa PVC làm thế nào để có được thiết bị lọc nước hiệu quả, tiện lợi, kinh tế, cung cấp được nước sạch cho hộ gia đình. + Nguyên vật liệu nào thích hợp để lọc loại chất bẩn nào? Tại sao? + Cách bố trí thí nghiệm như thế nào thì sẽ thấy rõ được vai trò của mỗi loại nguyên vật liệu trong việc làm sạch nước. + Mở rộng thiết bị lọc lọc nước kết hợp với hệ thống bơm nước lên. ….. - Phát triển tư duy phản biện cho HS: thông qua quá trình thảo luận và tranh luận để hoàn thành sản phẩm. - Tham quan trải nghiệm hệ thống lọc nước tại một số hộ gia đình: giúp HS khám phá các ứng dụng, kỹ thuật trong thực tiễn đời sống, HS được thấy hệ thống thực tế từ đó tự trả lời được các câu hỏi do chính mình đặt ra, làm tăng thêm hứng thú, học tập và sáng tạo ở HS, đồng thời giúp HS nâng cao mức độ hoàn thành sản phẩm. Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức bài học STEM lôi cuốn học sinh vào hoạt động nhóm kiến tạo GV giao nhiệm vụ cho các nhóm học tập để giúp các em làm việc cùng nhau như một nhóm kiến tạo. Làm việc nhóm trong thực hiện các hoạt động của bài học STEM là cơ sở để phát triển năng lực giao tiếp và hợp tác. Trong bài học STEM thiết kế thiết bị lọc nước mini GV chỉ cung cấp cho HS bộ câu hỏi gợi ý, định hướng mà không cung cấp cụ thể chi tiết các bước tiến hành như thế nào. HS sẽ phải chủ động suy nghĩ, làm việc nhóm và thảo luận với nhau nhiều để quyết định chọn cách thực hiện nào. Tiêu chí 5: Nội dung bài học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học và toán học mà học sinh đã và đang học Trong bài học STEM thiết kế thiết bị lọc nước mini, GV cần kết nối và tích hợp nội dung ở lĩnh vực khoa học (sinh học, vật lý, hóa học), công nghệ và toán học. Từ đó, HS thấy rằng khoa học, công nghệ và toán không phải là các môn học độc lập, mà chúng liên kết với nhau để giải quyết các vấn đề. Tiêu chí 6: Tiến trình bài học STEM tính đến có nhiều đáp án đúng và coi sự thất bại như là 1 phần cần thiết trong học tập 16
Trong bài học STEM, phương án giải quyết vấn đề là do HS suy nghĩ, làm việc nhóm và thảo luận với nhau lựa chọn cách thực hiện. Với việc chia 1 lớp thành 4 nhóm như vậy sẽ có nhiều phương án khả thi, nhưng có thể sẽ khác nhau ở mức độ tối ưu khi giải quyết vấn đề. Qua đó HS được nếm trải qua các cảm xúc của thất bại cũng như thành công trong quá trình học tập. 2.2.2. Quy trình xây dựng bài học STEM “thiết bị lọc nước mini” Bước 1: Lựa chọn chủ đề bài học Căn cứ vào nội dung kiến thức bài Cacbon – Hóa học 11: Tìm hiểu về nguyên tố cacbon (tính chất vật lý, tính chất hóa học, ứng dụng) Nội dung gắn với thực tiễn: tính hấp phụ của cacbon vô định hình => Sản phẩm ứng dụng => Chủ đề STEM. + Nội dung: Than gỗ, than xương, cacbon hoạt tính có tính hấp phụ mạnh, hấp phụ các hơi chất hữu cơ, chất độc, khử mùi, xử lý nước sinh hoạt… + Vấn đề thực tiễn: Nguồn nước tại địa bàn thị xã Hoàng Mai đa phần chưa sử dụng trực tiếp trong sinh hoạt (gần biển, nhiễm phèn…) → Cần phải xử lý nguồn nước: làm sạch, tạo môi trường nước trung tính. + Sản phẩm ứng dụng: thiết bị lọc nước mini, kết hợp hệ thống bơm. + Chủ đề STEM: Thiết kế thiết bị lọc nước mini. Mô tả chủ đề Nước sạch đóng vai trò rất quan trọng đối với sức khỏe và cuộc sống của con người. Hiện nay có nhiều địa phương điều kiện kinh tế còn khó khăn, hệ thống nước máy không có, nhiều hộ gia đình không có điều kiện kinh tế. Đặc biệt, nguồn nước còn bị nhiễm phèn làm ảnh hưởng sức khỏe con người. Trong chủ đề này, HS sẽ thực hiện dự án thiết kế và chế tạo được Máy lọc nước sử dụng các vật liệu tái chế, thân thiện môi trường như các bình nước đã qua sử dụng, cát, sỏi, cacbon vô định hình… Theo đó, HS phải tìm hiểu và chiếm lĩnh các kiến thức mới, đồng thời vận dụng các kiến thức đã học. Bước 2: Xác định vấn đề cần giải quyết Bộ câu hỏi định hướng: 1. Vì sao cần có nguồn nước sạch? 2. Nguồn nước địa phương hiện nay như thế nào? Đảm bảo chất lượng để sử dụng không? 3. Hiện nay có những phương pháp xử lý nước nào được sử dụng tại các hộ gia đình? 17
4. Làm thế nào để kiểm tra độ sạch của nước? 5. Có những nguyên vật liệu nào gần gũi có thể sử dụng để làm sạch nước? 6. Bố trí thí nghiệm như thế nào để nghiên cứu được khả năng làm sạch nước của các loại vật liệu? 7. Em đã vận dụng những kiến thức nào để tạo ra sản phẩm? Sau khi học xong chủ đề này HS cần nắm được: a) Kiến thức: Môn Hóa: + Bài Cacbon – Hóa học lớp 11 - HS trình bày được vị trí, cấu tạo nguyên tử, ứng dụng của Cacbon. - HS trình bày được cấu trúc và tính chất vật lí, ứng dụng của các dạng thù hình Cacbon. - Cacbon vô định hình (than gỗ, than xương, than hoạt tính) có tính hấp phụ và hoạt động hóa học mạnh. - HS trình bày được mối liên hệ giữa vị trí, cấu hình electron nguyên tử và tính chất hóa hoc của cacbon. + pH của dung dịch (bài 3) + HS trình bày và phân tích được cơ chế của thiết bị lọc nước. + Vận dụng khả năng hấp phụ của than để thiết kế sản phẩm. Môn Vật lý: Các kiến thức về trọng lực, trọng lượng, cân bằng lực, áp suất, nguyên tắc bình thông nhau… Môn Công nghệ: Vận dụng các kiến thức khoa học và các vật dụng sẵn có để thiết kế thiết bị lọc nước. Biết sử dụng các vật liệu có sẵn để làm ra sản phẩm. Môn Toán: Tính toán chính xác thể tích của thiết bị, khối lượng các nguyên liệu cần sử dụng. Môn Tin học: - Tra cứu được các thông tin cần thiết cho dự án trên Internet. - Sử dụng được các phần mềm cơ bản để liên lạc (email, facebook, ...), báo cáo (word, powerpoint...), xử lý số liệu, khảo sát (exel, …) khi thực hiện dự án. - Có ý thức về sử dụng phần mềm bản quyền, văn hóa mạng... 18
b) Kĩ năng: - Đọc, tóm tắt thông tin về tính chất vật lí, các dạng thù hình, ứng dụng và trạng thái tự nhiên của cacbon. - Giải thích tính chất dựa vào đặc điểm cấu trúc của các dạng thù hình của cacbon. - Dự đoán tính chất hóa học của cacbon dựa trên kiến thức về cấu tạo nguyên tử, các số oxi hóa của nguyên tố cacbon. - Vận dụng được những tính chất vật lí và hoá học của cacbon để giải các bài tập có liên quan. - HS biết cách sử dụng các nguyên liệu để chế tạo được máy lọc nước - HS biết tính toán các nguyên liệu cần sử dụng trong chủ đề - Thu thập, lưu giữ và xử lí thông tin từ nhiều nguồn khác nhau (internet, sách, báo…) và rút ra kết luận. - HS vận dụng được kiến thức để chế tạo ra thiết bị lọc nước. c) Tình cảm, thái độ: - Rèn luyện thái độ làm việc khoa học, nghiêm túc. - Xây dựng ý thức bảo vệ môi trường, tiết kiệm nước sạch, bảo vệ nguồn nước và sức khỏe cộng đồng. - Rèn tư duy nghiên cứu khoa học thông qua thực hiện các hoạt động trải nghiệm. - Xây dựng tính tích cực, chủ động, hợp tác, có kế hoạch và tạo cơ sở cho các em yêu thích môn học. - Có ý thức tuân thủ các tiêu chuẩn kĩ thuật và giữ gìn vệ sinh chung khi thực nghiệm. d) Phát triển năng lực: - Năng lực giải quyết vấn đề thông qua Hóa học - Năng lực vận dụng kiến thức kĩ năng hóa học vào cuộc sống. - Giải quyết được nhiệm vụ thiết kế và chế tạo thiết bị lọc nước mini một cách sáng tạo. - Hợp tác với các thành viên trong nhóm để thống nhất bản thiết kế và phân công thực hiện. - Tự nghiên cứu kiến thức, lên kế hoạch thiết kế, chế tạo, thử nghiệm và đánh giá. 19
Bước 3: Xây dựng tiêu chí của thiết bị/ giải pháp giải quyết vấn đề Sau khi đã xác định vấn đề cần giải quyết, GV xây dựng tiêu chí của sản phẩm (kết hợp với ý kiến đóng góp của HS). Những tiêu chí này là căn cứ quan trọng để đề xuất giả thiết khoa học, thiết kế mẫu sản phẩm. Cụ thể, cần xây dựng các bảng tiêu chí đánh giá về các vấn đề sau: - Bảng tiêu chí đánh giá hoạt động báo cáo kiến thức nền - Bảng tiêu chí đánh giá hoạt động báo cáo phương án thiết kế - Bảng tiêu chí đánh giá hoạt động báo cáo sản phẩm - Bảng tiêu chí đánh giá kĩ năng làm việc nhóm Nội dung chi tiết về các bảng tiêu chí được trình bày ở phụ lục 1. Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức dạy học Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học được thiết kế theo các phương pháp kĩ thuật dạy học tích cực. Mỗi hoạt động học được thiết kế rõ ràng về mục đích, nội dung và sản phẩm học tập mà học sinh phải hoàn thành. Thứ Nội dung Thời gian tự 1 Tìm hiểu kiến thức nền: nguyên tố cacbon và 1 tuần thực trạng môi trường nước ở địa phương 2 Báo cáo kiến thức nền – Xác định yêu cầu thiết 45 phút kế 3 Lên phương án thiết kế 3 ngày 4 Báo cáo phương án thiết kế 45 phút 5 Làm sản phẩm theo phương án thiết kế 1 tuần 6 Báo cáo sản phẩm 45 phút 2.2.3. Tiến trình tổ chức dạy học chủ đề STEM Hoạt động 1: TÌM HIỂU KIẾN THỨC NỀN (HS làm việc ở nhà - thời gian: 1 tuần) a. Mục đích: Sau hoạt động này, HS tự tìm hiểu được: - Thực trạng môi trường nước ở địa phương, tầm quan trọng của nguồn nước sạch. 20