Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường mô phỏng cấu trúc phân tử trong dạy học môn Hóa học lớp 10 góp phần nâng cao năng lực cho học sinh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:109

Thêm vào BST

Báo xấu

32
lượt xem 9
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu sáng kiến nhằm đề xuất ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường (AR - Augmented Reality) mô phỏng cấu trúc phân tử trong dạy học môn Hóa học lớp 10 góp phần nâng cao năng lực cho HS, đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục trong giai đoạn hiện nay.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường mô phỏng cấu trúc phân tử trong dạy học môn Hóa học lớp 10 góp phần nâng cao năng lực cho học sinh

ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THỰC TẾ ẢO TĂNG CƯỜNG MÔ PHỎNG CẤU TRÚC PHÂN TỬ TRONG DẠY HỌC MÔN HÓA HỌC LỚP 10 GÓP PHẦN NÂNG CAO NĂNG LỰC CHO HỌC SINH Lĩnh vực: HÓA HỌC
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT 1-5 ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THỰC TẾ ẢO TĂNG CƯỜNG MÔ PHỎNG CẤU TRÚC PHÂN TỬ TRONG DẠY HỌC MÔN HÓA HỌC LỚP 10 GÓP PHẦN NÂNG CAO NĂNG LỰC CHO HỌC SINH Lĩnh vực: HÓA HỌC Tác giả: Phan Thị Thanh Huyền Tổ bộ môn: Tự nhiên Thời gian thực hiện: Năm học 2022 - 2023 Số điện thoại: 0962.422.486 Nghĩa Đàn, tháng 4 năm 2023
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT 3D 3-Dimension (3 chiều) AR Augmented Reality (Công nghệ thực tế ảo tăng cường) CNTT Công nghệ Thông tin ĐC Đối chứng GPS Global Positioning System (Hệ thống định vị toàn cầu) GV Giáo viên HK Học kỳ HS Học sinh SL Số lượng THPT Trung học Phổ thông TL Tỉ lệ % TN Thực nghiệm
MỤC LỤC Trang Phần I. Đặt vấn đề……….…...........………………………….…………………………………….. 1 1. Lý do chọn đề tài……….…...........………………………….……………………………………. 1 2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài……….…...........……………………….. 1 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài……….…...........………………………... 1 3.1. Đối tượng nghiên cứu……….…...........………………………….…………………………... 2 3.2. Phạm vi nghiên cứu……….…...........………………………….……………………………... 2 4. Phương pháp nghiên cứu đề tài……….…...........………………………….………………... 2 4.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận……….…...........………………………….…………... 2 4.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn……….…...........………………………….………... 2 5. Những đóng góp mới của đề tài……….…...........………………………….………………. 2 5.1. Về lý luận……….…...........………………………….……………………………………………. 2 5.2. Về thực tiễn……….…...........………………………….…………………………………………. 3 Phần II. Nội dung nghiên cứu……….…...........………………………….…………………... 4 Chương 1. Cơ sở khoa học lý luận và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu…. 4 1. Cơ sở lý luận……….…...........………………………….………………………………………..… 4 1.1. Công nghệ thực tế ảo tăng cường AR và ứng dụng trong giáo dục…..……. 4 1.2. Chu trình Học tập Trải nghiệm của David Kolb………..…...........…………………... 8 1.3. Tầm quan trọng của cấu trúc phân tử trong giảng dạy và học tập môn Hóa 11 học……….…...........………………………….…………….…...........………………………………….….. 1.4. Công nghệ thực tế ảo tăng cường AR phát triển năng lực học tập như thế nào?…….…...........………………………….…………….…...........………………………..……….……. 13 1.5. Đánh giá năng lực theo thang đo Bloom……….…...........………….………………... 17 2. Cơ sở thực tiễn……….…...........………………………….……………………………………….. 19 2.1. Khái quát tổ chức khảo sát thực trạng……….…...........………………………….…… 19 2.2. Kết quả khảo sát thực trạng……….…...........………………………….………………….. 20 2.3. Đánh giá chung về thực trạng……….…...........………………………….……………….. 21 Tiểu kết chương 1……….…...........………………………….………………………………………. 21
Chương 2. Ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường mô phỏng cấu trúc phân tử trong dạy học môn Hóa học lớp 10 góp phần nâng cao năng lực cho học sinh…...........………………………….…………………………………………..…………... 22 1. Trang bị kiến thức nền và hướng dẫn học sinh cách ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường…………………………………………………………..…….…......………. 22 1.1. Mục tiêu……….…...........................................................................………………………….…… 22 1.2. Trang bị nội dung kiến thức nền cần nghiên cứu cho học sinh........................ 22 2. Quy trình rèn luyện kỹ năng học tập, phát triển năng lực cho học sinh khi ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường mô phỏng cấu trúc phân tử…….………. 28 2.1. Giao nhiệm vụ học tập………...........………………………….…………………………….. 28 2.2. Thực hiện nhiệm vụ………...…...........………………………….……………………………. 28 3. Hoạt động ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường mô phỏng cấu trúc phân tử trong dạy học môn Hóa học lớp 10...…...........………………………….………… 37 3.1. Ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường mô phỏng cấu trúc phân tử trong dạy học môn Hóa học lớp 10...…...........………………………….………………..…… 37 3.2. Trưng bày sản phẩm ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường mô phỏng cấu trúc phân tử trong dạy học môn Hóa học lớp 10……….…...........................……… 37 Tiểu kết chương 2……….…...........………………………….………………….………………….… 38 Chương 3. Thực nghiệm sư phạm……….….........................……………….………….…… 39 1. Mục đích và nhiệm vụ thực nghiệm đề tài……….…...........………….………………… 39 1.1. Mục đích thực nghiệm……….…...........………………………….……….……………….… 39 1.2. Nhiệm vụ thực nghiệm……….…...........................................………………..………….…… 39 2. Đối tượng và phương pháp thực nghiệm đề tài……….…...........…………………….. 40 2.1. Đối tượng thực nghiệm……….…...........................................………………………….…… 40 2.2. Phương pháp thực nghiệm……….…...........………………………….………………….… 40 3. Nội dung thực nghiệm đề tài……….…...........………………………….…………………… 40 4. Tiến hành thực nghiệm đề tài……….…...........………………………….………………...… 40 4.1. Công tác chuẩn bị cho việc thực nghiệm……….…...........…………………………... 40 4.2. Thực nghiệm đề tài……….…...........………………………….…………………………….… 40
5. Kết quả thực nghiệm đề tài……….…...........…………………………………………….…… 41 6. Phân tích kết quả thực nghiệm đề tài……….…...........………………………….……..… 44 6.1. Về tinh thần học tập của học sinh……….…....................………………………….…… 44 6.2. Về khả năng áp dụng của giáo viên……….…...........……………….…………….…… 44 Tiểu kết chương 3……….…...........………………………………………………………….….…… 44 Chương 4. Khảo sát sự cấp thiết và tính khả thi của các giải pháp đề xuất……..…….…...........………………………….…………….…...........………………………….…… 45 1. Mục đích khảo sát……….…...........………………………….…………………………………... 45 2. Nội dung và phương pháp khảo sát……….…...........………………………….………..… 45 2.1. Nội dung khảo sát……….…...........………………………….……………………………...… 45 2.2. Phương pháp khảo sát và thang đánh giá……….…...........…………………………. 45 3. Đối tượng khảo sát……….…...........………………………….………………………………..… 46 4. Kết quả khảo sát về sự cấp thiết và tính khả thi của các giải pháp đã đề xuất……….…...........………………………….…………………………………………………………… 46 4.1. Sự cấp thiết của các giải pháp đã đề xuất……….…...........…………………………. 46 4.2. Tính khả thi của các giải pháp đã đề xuất……….…...........…………………………. 47 Tiểu kết chương 4……….…...........………………………….…………………………………….… 48 Phần III. Kết luận……….…...........………………………….…………………………………..… 49 1. Quá trình nghiên cứu của đề tài……….…...........………………………….……………… 49 2. Ý nghĩa của đề tài……….…...........………………………………………………………….…… 49 3. Đề xuất và kiến nghị……….…...........………………………….……………………………..… 50 3.1. Đối với công tác tổ chức của quản lý….…….…...........………………………….…… 50 3.2. Đối với công tác giảng dạy của giáo viên…...........………………………….…….… 50 3.3. Đối với công việc học tập của học sinh…...........………………………….……….… 50 Kết luận chung……………………………………………….…...........………………………….…… 50 Tài liệu tham khảo………………….………………………….…………………...………….…… 51 Phụ lục………………………………………………………………….…………………………….……
PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Lý do chọn đề tài Nghị quyết số 29-NQ/TW về đổi mới căn bản, toàn diện giáo dục đào tạo và Thông tư số 32/2018/TT-BGDĐT về ban hành Chương trình Giáo dục Phổ thông mới, nhấn mạnh: “...Chuyển mạnh quá trình giáo dục từ chủ yếu trang bị kiến thức sang phát triển toàn diện năng lực và phẩm chất người học...”. Và chuyển đổi số là xu thế tất yếu, diễn ra rất nhanh, đặc biệt trong bối cảnh của cuộc Cách mạng Công nghiệp 4.0 hiện nay. “Chương trình Chuyển đổi số Quốc gia đến năm 2025, định hướng đến năm 2030” được phê duyệt tại Quyết định số 749/QĐ-TTg ngày 03/6/2020 của Thủ tướng Chính phủ, Chuyển đổi số trong lĩnh vực giáo dục như sau: “Phát triển nền tảng hỗ trợ dạy và học từ xa, ứng dụng triệt để công nghệ số trong công tác quản lý, giảng dạy và học tập;...”. Chuyển đổi số trong giáo dục là quá trình sử dụng các công nghệ số như máy tính, Internet, phần mềm và ứng dụng để cải thiện việc giảng dạy và học tập. Các lợi ích của chuyển đổi số trong giáo dục bao gồm tăng cường khả năng tiếp cận kiến thức, nâng cao hiệu quả giảng dạy và học tập, tạo ra các cơ hội học tập trực tuyến, tăng cường sự tương tác và hợp tác giữa HS và GV, giúp GV dễ dàng hơn trong việc quản lý và đánh giá tiến trình học tập của HS. Chuyển đổi số giúp cho mọi người tiếp cận thông tin nhiều hơn, rút ngắn về khoảng cách, thu hẹp về không gian, tiết kiệm về thời gian. Do đó, ứng dụng CNTT là một năng lực cốt lõi mà HS cần đạt bởi năng lực là một trong những yếu tố quyết định thành công trong thời đại công nghệ 4.0. Bởi vậy, các môn khoa học nói chung và môn Hóa học nói riêng cần coi trọng hình thành và phát triển năng lực cho HS thông qua môn học. Vậy chuyển đổi số trong dạy và học Chương trình Giáo dục Phổ thông 2018 như thế nào để phát triển năng lực người học? Một trong những ứng dụng có thể vận dụng vào giảng dạy môn Hóa học nhằm đáp ứng yêu cầu đặt ra là sử dụng Công nghệ thực tế ảo tăng cường (AR - Augmented Reality) làm tăng tính trải nghiệm, tương tác trong học tập, nâng cao khả năng tiếp thu kiến thức, giúp HS có được các trải nghiệm thực tế và trực tiếp - những yếu tố rất cần thiết để giúp cho người học nắm bắt được các khái niệm, giúp HS hình dung và quan sát được cấu trúc phân tử của các chất, góp phần nâng cao năng lực cho HS nhằm đáp ứng yêu cầu cần đạt trong Chương trình Giáo dục Phổ thông 2018. Xuất phát từ những lý do trên, chúng tôi nghiên cứu đề tài: “Ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường mô phỏng cấu trúc phân tử trong dạy học môn Hóa học lớp 10 góp phần nâng cao năng lực cho học sinh”. 2. Mục đích và nhiệm vụ nghiên cứu của đề tài Trên cơ sở lý luận và thực tiễn, đề xuất ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường (AR - Augmented Reality) mô phỏng cấu trúc phân tử trong dạy học môn Hóa học lớp 10 góp phần nâng cao năng lực cho HS, đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục trong giai đoạn hiện nay. 1
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu của đề tài 3.1. Đối tượng nghiên cứu Ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường mô phỏng cấu trúc phân tử trong dạy học môn Hóa học lớp 10 cấp THPT theo Chương trình Giáo dục Phổ thông 2018. 3.2. Phạm vi nghiên cứu - Nghiên cứu lý luận và thực tiễn dạy học môn Hóa học lớp 10 trường THPT 1-5, huyện Nghĩa Đàn, tỉnh Nghệ An. - Đề tài thực hiện khảo sát tại các trường THPT trên địa bàn huyện Nghĩa Đàn và một số huyện, thị xã lân cận của tỉnh Nghệ An. - Đề tài tiến hành thực nghiệm ở một số lớp 10 trường THPT 1-5, huyện Nghĩa Đàn, tỉnh Nghệ An. 4. Phương pháp nghiên cứu đề tài 4.1. Phương pháp nghiên cứu lý luận - Phương pháp phân tích và tổng hợp lý thuyết. - Phương pháp phân loại và hệ thống hóa lý thuyết. 4.2. Phương pháp nghiên cứu thực tiễn 4.2.1. Phương pháp phỏng vấn - Tham khảo ý kiến của các GV có kinh nghiệm trong công tác dạy học, thăm dò ý kiến của HS THPT. 4.2.2 Phương pháp quan sát - Quan sát và tìm hiểu các hình thức mô phỏng cấu trúc phân tử của một số chất trong dạy và học Hóa học. 4.2.3. Phương pháp xử lý số liệu bằng thống kê toán học - Mục đích: Xử lý số liệu thu thập được từ khảo sát thực trạng và thực nghiệm. - Công cụ: Phần mềm Microsoft Excel 365 và phần mềm SPSS version 20.0. - Các thông số: Kiểm định độ tin cậy, tần suất, điểm trung bình, độ lệch chuẩn, phân tích tương quan nhị biến, phân tích so sánh sự khác biệt. 5. Những đóng góp mới của đề tài 5.1. Về lý luận - Đề tài đóng góp thêm một góc nhìn mới về vấn đề phát triển năng lực cho HS theo 6 mức độ của thang đo Bloom, thông qua việc ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường mô phỏng cấu trúc phân tử, theo Chu trình Học tập Trải nghiệm của David Kolb trong giảng dạy và học tập môn Hóa học. 2
5.2. Về thực tiễn - Những nghiên cứu của đề tài cung cấp cách thức, hướng dẫn HS ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường mô phỏng cấu trúc phân tử trong môn Hóa học. Giúp HS và GV có thể tham khảo và áp dụng một cách dễ dàng, góp phần phát triển năng lực cho HS trong môn Hóa học nói riêng và các môn học nói chung. 3
PHẦN II. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU Chương 1. Cơ sở khoa học lý luận và thực tiễn của vấn đề nghiên cứu 1. Cơ sở lý luận 1.1. Công nghệ thực tế ảo tăng cường AR và ứng dụng trong giáo dục 1.1.1. Công nghệ thực tế ảo tăng cường (Augmented Reality - AR) là gì? - Công nghệ thực tế ảo tăng cường, hay còn gọi là AR (Augmented Reality), là công nghệ giúp mô tả trạng thái vật lý trong môi trường xung quanh con người, tuy nhiên trong không gian đó đã được chèn thêm các chi tiết ảo hóa nhờ smartphone, máy tính, hệ thống chiếu hình ảnh hay các thiết bị điện tử khác. HS quan sát các phân tử hợp chất hóa học qua ứng dụng AR (Nguồn ảnh: Internet) Các thành phần tạo nên công nghệ thực tế ảo tăng cường AR bao gồm: - Hình ảnh: Công nghệ AR sử dụng các hình ảnh thực tế để hiện thị các đối tượng ảo. Các hình ảnh này được thu thập từ máy ảnh hoặc các thiết bị quét môi trường xung quanh. Các đối tượng ảo được tạo ra dựa trên dữ liệu thu thập được từ hình ảnh. - Không gian 3D: Công nghệ AR thường sử dụng không gian 3D để tạo ra các đối tượng ảo. Các đối tượng này được tạo ra bằng cách sử dụng các phần mềm tạo mô hình 3D. Các đối tượng này được ghép vào thế giới thực để tạo ra trải nghiệm AR. - Theo dõi và theo dõi địa điểm: Các công nghệ theo dõi và theo dõi địa điểm cho phép AR hiển thị đối tượng ảo trong vị trí thích hợp trên thế giới thực. Các công nghệ bao gồm GPS, bộ cảm biến và thiết bị giám sát vị trí. 4
- Xử lý: Các công nghệ xử lý giúp AR hiển thị đối tượng ảo trên thế giới thực một cách chính xác. Các công nghệ này bao gồm máy tính và các phần mềm xử lý hình ảnh. - Tương tác: Các công nghệ tương tác cho phép người dùng tương tác với các đối tượng ảo trên thế giới thực. Các công nghệ này bao gồm màn hình cảm ứng, thiết bị điều khiển và các cảm biến tương tác. Tất cả những yếu tố này được kết hợp để tạo ra cảm giác trải nghiệm AR tuyệt vời và đầy ấn tượng. 1.1.2. Ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường AR trong giáo dục như thế nào? - Công nghệ này kết hợp giữa thực tế và ảo, cho phép HS thấy thế giới thực với các đối tượng ảo được hiển thị trực tiếp lên trên thế giới thực đó. Công nghệ này cho phép những sự vật, hiện tượng mô phỏng theo dạng 3D xuất hiện trong môi trường thật, không gian thật qua màn hình máy tính hoặc điện thoại. Ngoài ra, thực tế ảo tăng cường còn hỗ trợ thêm âm thanh, đồ họa, video,... nhằm mang đến cảm giác chân thật và sinh động cho HS. - Công nghệ thực tế ảo tăng cường AR có thể được sử dụng rộng rãi trong giáo dục để tăng cường trải nghiệm học tập của HS và giúp các em hiểu bài học một cách sinh động và thú vị hơn. - Hình ảnh và video tăng cường: Công nghệ AR có thể được sử dụng để tạo ra các hình ảnh và video tăng cường, giúp HS hiểu rõ hơn về các khái niệm học thuật. Ví dụ, một hình ảnh về hai nguyên tử Hydrogen và một nguyên tử Oxygen tạo nên phân tử H2O có thể giúp HS hiểu rõ hơn về cấu trúc của nước. Các nguyên tử Hydrogen và Oxygen trong tay bạn 5
- Các đối tượng 3D tăng cường: AR cũng cho phép hiển thị các đối tượng 3D tăng cường trong thực tế ảo, giúp HS hiểu rõ hơn các khái niệm học thuật phức tạp. Ví dụ, một đối tượng 3D tăng cường của các phân tử có thể giúp HS hiểu rõ hơn về cấu trúc của chúng. - Trò chơi tăng cường: Công nghệ AR cũng có thể được sử dụng để tạo ra các trò chơi tăng cường, giúp HS học tập một cách thú vị và động não để xử lý thông tin một cách tốt hơn. Ví dụ, một trò chơi tăng cường có thể yêu cầu HS tìm và giải thích hiện tượng khoa học trong một môi trường thực tế ảo của phản ứng hóa học xảy ra trong môi trường đó. Tóm lại, công nghệ AR cung cấp cho giáo dục một công cụ mới để tăng cường trải nghiệm học tập của HS, giúp các em hiểu bài một cách sinh động và thú vị hơn. Cũng qua quá trình trải nghiệm đó, năng lực của các em cũng dần phát triển. 1.1.3. Những ứng dụng của công nghệ thực tế ảo tăng cường trong dạy và học môn Hóa học Công nghệ thực tế ảo tăng cường AR cho phép HS trải nghiệm môi trường 3D tương tác và tạo cảm giác như các em đang trực tiếp tại đó. AR có thể được sử dụng rộng rãi trong dạy và học hóa học có thể giúp HS hiểu rõ hơn khái niệm và quá trình hóa học. - Mô phỏng các phản ứng hóa học: Công nghệ AR cho phép hiển thị các mô hình tăng cường và phản ứng hóa học trực tiếp trong một môi trưởng thực tế ảo. Sử dụng công nghệ AR để giải thích cách các phản ứng hóa học xảy ra và làm thế nào các chất hóa học tương tác với nhau. - Xem các phân tử và cấu trúc hóa học: Công nghệ AR cũng cho phép hiển thị các phân tử và cấu trúc hóa học trực tiếp trong thực tế ảo, giúp HS hiểu rõ hơn về cấu trúc phân tử. Ví dụ, HS có thể sử dụng thiết bị AR để khám phá cấu trúc của một phân tử và tìm hiểu về tính chất hóa học của phân tử đó. Nguyên tử Sodium liên kết với nguyên tử Chlorine tạo thành phân tử gì? 6
- Thực hành thí nghiệm hóa học: Công nghệ AR cũng có thể được sử dụng để giúp HS thực hành các thí nghiệm hóa học một cách an toàn và kiểm soát được trong môi trường thực tế ảo. Đố bạn biết hóa chất chứa trong cốc thủy tinh này có tính acid hay base? - Các ứng dụng AR trong giảng dạy và học tập hóa học thường có sẵn trên cửa hàng ứng dụng của các hệ điều hành di động, ta có thể tìm kiến và tải về từ App Store cho iOS hoặc Google Play cho Android. Các ứng dụng AR thường miễn phí hoặc có phí nhỏ để tải về. Sau khi tải ứng dụng AR về thiết bị, mở ứng dụng và tìm kiếm chức năng hoặc nội dung mà ta muốn sử dụng. Một số ứng dụng AR có thể yêu cầu sử dụng thẻ vật lý để kích hoạt các mô hình hóa học 3D, trong khi các ứng dụng khác có thể sử dụng tính năng nhận diện hình ảnh để hiển thị các phân tử hóa học trên bản in hoặc trên màn hình điện thoại. Khi các mô hình hóa học 3D được hiển thị trên thiết bị, ta có thể sử dụng các tính năng xoay, phóng to, thu nhỏ và tương tác để khám phá các phân tử hóa học của các chất và thực hiện các thí nghiệm ảo. - Các App và Website về AR trong lĩnh vực giáo dục được phát triển bằng công nghệ thực tế ảo tăng cường AR dùng để giảng dạy và học tập môn Hóa học: Mô phỏng các phản ứng hóa học: Dat Thin Pone Chemistry AR, MolAR Augmented Reality, AR VR Molecules Editor Lite, Vivibooks Chemie, Pharma Compounds, Virtuali-Tee,... Xem xét các phân tử và cấu trúc hóa học: Chemistry AR+, Chemistry AR, AR Chemistry, BT Chemistry F4 AR, ModelAR: Organic Chemistry, SPM 4D 7
Series: Chemistry, Bảng Tuần Hoàn - Hóa học 2023, Hóa học - Bảng Tuần Hoàn 2023, A.R. Chem, Alchemie Isomers AR, Alchemie, Virtual and Augmented Reality in Education (VARIED), 360ed’s Elements AR, MoleculAR, ARC, Happy Atoms, Pha lê AR, ARChem, Periodic Table AR, Augment, 3D Molecules Edit & Test, Chemist by Designmate, Quỹ đạo nguyên tử AR, LeARnChem, QuimiAR, Elements 4D, The Chemical Touch, ChemAR,... Thực hành thí nghiệm hóa học: AR Chemistry Lab, MEL Chemistry VR, H NMR MoleculAR, Chemix Lab Diagrams, Chemix, ModMol, MCE Cambridge IGCSE, ARxp, Semanoor, MERGE Cube, ARious, Co Spacse Edu,... Các Website: Mywebar.com, Sketchfab.com, Mozaweb.com,... Với sự phát triển của công nghệ, việc ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường AR vào giáo dục trở nên phổ biến và được đánh giá là có tiềm năng trong việc tăng cường năng lực học tập cho HS. Vì vậy, sử dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường AR mô phỏng cấu trúc phân tử các chất hóa học làm sinh động hơn bài giảng, đưa các chất vào đời thực, làm cho HS hình dung cấu trúc phân tử, phát triển khả năng tư duy khoa học và trí tuệ không gian. 1.2. Chu trình Học tập Trải nghiệm của David Kolb 1.2.1. Khái niệm “Học tập dựa vào trải nghiệm” Học tập dựa vào trải nghiệm là hình thức học tập gắn liền với các hoạt động thực tế có sự chuẩn bị ban đầu về kinh nghiệm, trong đó đề cao kinh nghiệm chủ quan của HS. Ngoài ra, học tập dựa vào trải nghiệm còn coi như phương pháp luận mà ở đó GV thiết lập một cách có chủ đích với HS trong hoạt động trải nghiệm trực tiếp với các sự vật hiện tượng và phản ánh để làm rõ ý nghĩa của bài học, nâng cao kiến thức và phát triển kỹ năng của HS kết hợp trên vốn kinh nghiệm hiện có của các em. Trong đề tài này, chúng tôi dùng ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường AR mô phỏng cấu trúc phân tử trong dạy học Hóa học lớp 10 giúp phát triển năng lực HS trên cơ sở là Chu trình Học tập Trải nghiệm của David Kolb. 1.2.2. Chu trình học tập trải nghiệm của David Kolb Chu trình học tập trải nghiệm do David Kolb đề xuất là sự kế thừa và phát triển lý thuyết học tập qua kinh nghiệm của John Dewey, của Kurt Lewin và dựa trên cơ sở các lý thuyết tâm lý học về sự phát sinh, phát triển trí tuệ cá nhân của J. Piaget, L.X. Vygotxki và các nhà tâm lý học khác. Năm 1984, David Kolb đã công bố Mô hình học tập dựa trên trải nghiệm (Experiential Learning), mô tả quá trình học tập gồm 4 giai đoạn, với các thao tác được xác định rõ ràng. Mấu chốt của Chu trình Học tập Trải nghiệm Kolb chính là quá trình phản tư, chiêm nghiệm (reflection) của HS để có thể “biến kiến thức thành của mình”. Chu trình học tập trải nghiệm Kolb gồm 4 giai đoạn trong một vòng tròn khép kín: 8
Chu trình học tập trải nghiệm của David Kolb (Nguồn ảnh: Internet) Kinh nghiệm cụ thể (Concrete Experience - CE): HS sẽ được tiếp cận với những kinh nghiệm cụ thể thông qua các hoạt động thực tế. Ví dụ, HS sẽ tham gia các hoạt động tương tác với các phân tử hóa học thông qua các ứng dụng AR trên điện thoại. HS cũng có thể thiết kế mô hình phân tử các chất qua các nguyên vật liệu từ thực tế. Tất cả các yếu tố đó sẽ tạo ra các kinh nghiệm nhất định cho HS. Và đó chính là “nguyên liệu đầu vào” quan trọng cho quá trình “chế biến ra kiến thức của riêng mình” trong học tập. HS lắp ráp mô hình phân tử Quan sát có suy tưởng (Reflective Observation - RO): Qua quan sát, đánh giá và phân tích những trải nghiệm thu thập được bằng kinh nghiệm. HS phải suy nghĩ về những 9
gì các em học được và cách để cải thiện hiệu quả. Qua xem, nhìn HS học thông qua quá trình phân tích, đánh giá, tìm kiếm ý nghĩa của các trải nghiệm ở giai đoạn trước. Sau khi có được kinh nghiệm cụ thể, HS sẽ suy nghĩ và phân tích các thông tin thu thập được thông qua quan sát và đánh giá đặc điểm cấu tạo và cấu trúc của các phân tử hóa học đã lắp ráp. Khái niệm hóa (Abstract Conceptualization - AC): Sau khi đã quan sát và suy nghĩ, HS sẽ phân tích và tổng hợp các thông tin để hình thành các khái niệm trừu tượng về cấu trúc phân tử hóa học. Mô phỏng 3D các phân tử một cách sáng tạo Thử nghiệm tích cực (Active Experimentation - AE): Cuối cùng, HS sẽ được thực hành các kiến thức và kỹ năng mới thông qua các hoạt động thực tiễn như thực hiện xây dựng mô hình phân tử hóa học trong môi trường ảo AR để kiểm chứng các kiến thức đã được học. Qua thực hiện HS chủ động đưa những “khái niệm” đã được đúc rút trong giai đoạn trước vào kiểm nghiệm trong thực tiễn một cách chủ động. Đây là bước cuối cùng trong quá trình tự trải nghiệm và kiến tạo nên tri thức của riêng mình. Ví dụ, khi học về cấu trúc phân tử hóa học của nước H2O, HS sẽ được tiếp cận với các phân tử nước thực tế thông quá ứng dụng AR. Sau đó, HS sẽ quan sát và đánh giá các thông tin thu thập được để tìm hiểu về cấu trúc của phân tử H2O. Tiếp theo, HS sẽ phân tích và tổng hợp thông tin thu thập được để hình thành các khái niệm trừu tượng về cấu trúc phân tử nước. Cuối cùng, HS sẽ được thực hành xây dựng mô hình phân tử nước trong môi trường ảo AR. 10
Lắp ráp phân tử H2O Vẽ cấu trúc phân tử H2O Mô phỏng cấu trúc phân tử H2O qua AR 1.3. Tầm quan trọng của cấu trúc phân tử trong giảng dạy và học tập môn Hóa học 1.3.1. Các yếu tố liên quan đến cấu trúc phân tử Các phân tử có thể có các hình dạng khác nhau, được xác định bởi cấu trúc của chúng. Cấu trúc phân tử có thể được mô tả bằng công thức hóa học, mô hình không gian. Các yếu tố liên quan đến cấu trúc phân tử bao gồm: - Sự sắp xếp của các nguyên tử: Các nguyên tử trong phân tử được sắp xếp theo một thứ tự nhất định tạo thành liên kết hóa học. - Các liên kết hóa học: Các nguyên tử trong phân tử được kết nối với nhau thông qua các liên kết hóa học như liên kết cộng hóa trị, liên kết ion. 11
- Hình dạng phân tử: Các phân tử có thể có các hình dạng khác nhau, được xác định bởi cấu trúc và tham số cấu trúc của chúng. - Tính chất: Cấu trúc phân tử đóng vai trò quan trọng trong việc xác định các tính chất hóa học, tính chất vật lý của các chất, sự tương tác giữa các phân tử. Các khái niệm liên quan đến cấu trúc phân tử bao gồm liên kết hóa học, độ dài liên kết, góc liên kết và hình dạng phân tử. 1.3.2. Các nguyên tắc cơ bản để dự đoán dạng hình học của phân tử Dạng hình học phân tử ảnh hưởng đến khả năng phản ứng, hoạt tính sinh học, tính phân cực của phân tử. Các cơ sở để dự đoán dạng hình học của một phân tử: - Xác định số cặp electron trên lớp vỏ ngoài của nguyên tử trong phân tử bằng cách viết công thức Lewis. - Sử dụng mô hình VSEPR - Valence Shell Electron Pair Repulsion (mô hình lực đẩy giữa các cặp electron hóa trị) để mô tả dạng hình học của phân tử dựa trên lực đẩy giữa các cặp electron hóa trị. Theo mô hình này, các cặp electron hóa trị được phân bố xung quanh nguyên tử trung tâm sao cho lực đẩy giữa chúng là nhỏ nhất. + Xác định hình dạng của phân tử bằng cách quan sát vị trí của các cặp electron trong không gian, tạo nên các dạng hình học phân tử như hình tam giác, hình tứ diện, hình tháp tam giác,... + Xác định góc liên kết và độ dài liên kết của phân tử dựa trên hình dạng của các phân tử. - Sự lai hóa orbital nguyên tử dùng để giải thích được góc liên kết giữa các nguyên tử trong một số trường hợp. Mô hình 3D của phân tử H2O với góc liên kết HOH bằng 104,5o 12
1.4. Công nghệ thực tế ảo tăng cường AR phát triển năng lực học tập như thế nào? 1.4.1. Năng lực và các yếu tố hình thành nên năng lực Theo từ điển Tiếng Việt: “Năng lực là đặc điểm của cá nhân thể hiện mức độ thông thạo - tức là có thể thực hiện một cách thành thục và chắc chắn - một hay một số dạng hoạt động nào đó”. Năng lực là khả năng, kỹ năng hoặc kiến thức mà một cá nhân hoặc một nhóm có thể sử dụng để thực hiện một nhiệm vụ hoặc giải quyết một vấn đề cụ thể. Năng lực được hình thành thông qua quá trình học tập, trải nghiệm và thực hành, và có thể được cải thiện và phát triển thông qua việc rèn luyện và đào tạo. Năng lực gồm có năng lực chung và năng lực đặc thù. Năng lực chung là năng lực cơ bản cần thiết mà bất cứ người nào cũng cần phải có để sống và học tập, làm việc. Năng lực đặc thù thể hiện trên từng lĩnh vực khác nhau như năng lực đặc thù môn học là năng lực được hình thành và phát triển do đặc điểm của môn học đó tạo nên. Theo UNESCO, ba thành tố hợp thành năng lực của con người là: Kiến thức (Knowledge), Kỹ năng (Skill) và Thái độ (Attitude). Kỹ năng và thái độ thuộc về kỹ năng sống, có vai trò quyết định trong việc hình thành nhân cách, bản lĩnh, tính chuyên nghiệp. Trong đó kiến thức chiếm 4%, kỹ năng chiếm 26%, thái độ chiếm 70%. Năng lực (Competency) là tổng hòa của 3 yếu tố: kiến thức - kỹ năng - thái độ (Nguồn ảnh: Internet) 13
+ Kiến thức: Đây là kiến thức, thông tin và hiểu biết cuat HS tích lũy được thông qua học tập, trải nghiệm và thực hành. Kiến thức bao gồm các khái niệm lý thuyết và thực hành trong một lĩnh vực cụ thể. + Kỹ năng: Đây là kỹ năng mà HS có thể sử dụng để thực hiện các nhiệm vụ hoặc giải quyết các vấn đề cụ thể. Kỹ năng có thể bao gồm các kỹ năng cơ bản như kỹ năng đọc, viết, tính toán và giao tiếp, cũng như các kỹ năng phức tạp hơn như kỹ năng quản lý thời gian, kỹ năng lãnh đạo và kỹ năng giải quyết vấn đề. + Hành vi: Đây là các hành động cụ thể mà HS có thể thực hiện để thể hiện năng lực của mình. Hành vi có thể bao gồm các hoạt động học tập, thực hành, làm việc và tương tác xã hội. + Giá trị: Đây là các giá trị, lòng trung thành và tư tưởng mà HS có thể áp dụng trong quá trình làm việc và tương tác với người khác. Giá trị có thể bao gồm các giá trị đạo đức, tôn trọng, trách nhiệm và tập trung vào mục tiêu. Năng lực của con người được ví như một tảng băng trôi, gồm 2 phần: phần nổi và phần chìm: + Phần nổi chiếm 10%-20%: Đây là nền tảng được giáo dục, đào tạo, kinh nghiệm, kỹ năng, cảm xúc thật,... có thể nhìn thấy được thông qua các hình thức quan sát, phỏng vấn, đánh giá và theo dõi sổ sách. + Phần chìm chiếm 80%-90%: Là phong cách tư duy (Thinking style), đặc tính hành vi (Behavioral traits), sở thích nghề nghiệp (Occupational interests), sự phù hợp với công việc (Job fit),... còn tiềm ẩn, chỉ được phát huy trong quá trình sống, làm việc và học tập. 1.4.2. Công nghệ thực tế ảo tăng cường AR trong giảng dạy và học tập môn Hóa học góp phần phát triển năng lực như thế nào? Theo John Dewey “Khoa học thực sự phải được dạy theo cách trải nghiệm,... Học tập thực nghiệm có lợi thế hơn nữa là biến khoa học thành một hoạt động thu hút”. Ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường mô phỏng cấu trúc phân tử giúp phát triển tính hiếu kỳ vốn có và kiến thức chuyên môn cần thiết để đưa những kiến thức lý thuyết vào trong những lĩnh vực khoa học tiên tiến. Khi đó, bạn có nghĩ rằng, HS sẽ hứng thú hơn không? Bạn có nghĩ rằng, các em sẽ học và nhớ được nhiều hơn không? - AR mang đến cho HS trải nghiệm đa giác quan giúp ích cho nhiều lĩnh vực phát triển giáo dục. Chúng bao gồm công việc chi tiết tốt, nhận dạng thính giác và lưu giữ thông tin - Sự tham gia của HS tăng lên khi sử dụng công nghệ AR, là những công cụ vô cùng hấp dẫn với khía cạnh trò chơi hóa trong sách giáo khoa truyền thống, quá trình học tập ngày càng trở nên thú vị đối với nhiều đối tượng HS. 14