Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Ứng dụng khoa học công nghệ thiết kế một số thí nghiệm sử dụng trong dạy học hóa học trung học phổ thông

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:85

Thêm vào BST

Báo xấu

11
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu sáng kiến nhằm trang bị cho giáo viên và học sinh kiến thức nền tảng về khoa học công nghệ. Đổi mới phương pháp dạy học để tiếp cận với xu thế thời đại công nghệ 4.0 và chương trình phổ thông mới 2018. Nhằm phát triển phẩm chất và năng lực cho học sinh.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Ứng dụng khoa học công nghệ thiết kế một số thí nghiệm sử dụng trong dạy học hóa học trung học phổ thông

SỞ GIÁO DỤC & ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT CON CUÔNG SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ MỘT SỐ THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC HÓA HỌC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Môn: Hóa học Tác giả: Nguyễn Văn Xô – Nguyễn Thị Mỹ Bình Tổ: Tự Nhiên Năm 2023 Số điện thoại: 0986914079 - 0949149168 1
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ MỘT SỐ THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC HÓA HỌC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG MÔN: HÓA HỌC 2
MỤC LỤC Trang I. ĐẶT VẤN ĐỀ ………………………………………………………… 1 1. Lí do chọn đề tài …………………………………………………... 1 2. Mục đích nghiên cứu………………………………………………. 2 3. Đối tượng nghiên cứu:………………………………....................... 2 4. Phương pháp nghiên cứu ………………………………………….. 2 4.1. Phương pháp nghiên cứu lý thuyết………………………………. 2 4.2. Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn……………………….. 2 4.3. Phương pháp xử lý thông tin…………………………………….. 2 5. Kế hoạch nghiên cứu ……………………………………………… 2 6. Điểm mới của đề tài ………………………………………………. 3 II. NỘI DUNG………………………………………………………….. 4 CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI …………………………………………………………………………… 4 1.1. Cơ sở lý luận …………………………......................................... 4 1.1.1. Khoa học công nghệ ………………………………………….. 4 1.1.2. Ngôn ngữ lập trình ……………………………………………. 5 1.1.3. Phẩm chất trách nhiệm ………………………………………... 6 1.1.4. Năng lực công nghệ ………………………………………....... 7 1.2. Cơ sở thực tiễn ………………………………………………….. 8 1.2.1. Khảo sát thực trạng của GV thiết kế và sử dụng TN làm bằng arduino trong dạy học…………………………………………………… 8 1.2.2. Khảo sát thực trạng của HS về việc sử dụng TN trong dạy học …………….............................................................................................. 10 3
CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ MỘT SỐ THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC HÓA HỌC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG ................................................................... 12 2.1. Ứng dụng khoa học công nghệ vào việc thiết kế một số dụng cụ thí nghiệm ................................................................................................. 12 2.1.1. Ứng dụng cảm biến nồng độ cồn MQ-3 thiết kế dụng cụ thí nghiệm phát hiện nồng độ cồn ………………………………………….. 12 2.1.2. Ứng dụng cảm biến cháy Flame Sensor KY-026 thiết kế dụng cụ thí nghiệm phát hiện lửa ………………………….................................... 13 2.1.3. Ứng dụng cảm biến khí ga MQ-2 thiết kế dụng cụ thí nghiệm phát hiện khí ga ......................................................................................... 14 2.1.4. Ứng dụng cảm biến pH thiết kế dụng cụ thí nghiệm đo nồng độ PH trong dung dịch……………………………………………………… 14 2.2. Quy trình thiết kế các thiết bị và dụng cụ thí nghiệm bằng arduino …………………………………………………………………………… 15 2.2.1. Quy trình thiết kế thiết bị cảnh báo cháy ……………………... 15 2.2.2. Quy trình thiết kế dụng cụ đo nồng độ cồn …………………… 15 2.3. Sử dụng các thiết bị và dụng cụ làm bằng arduino để tiến hành mốt số thí nghiệm áp dụng vào dạy học hóa học ở trường phổ thông ……………………..................................................................................... 21 2.3.1. Sử dụng ‘thiết bị cảnh báo cháy’ để tiến hành thí nghiệm phát hiện lửa áp dụng vào dạy học tiết 3 bài ‘Điểm chớp cháy, nhiệt độ tự bốc cháy và nhiệt độ cháy’ sách chuyên đề hóa học 10 – Chân trời sáng tạo – Trung học phổ thông ……………………................................................. 21 2.3.2. Sử dụng ‘Dụng cụ đo nồng độ cồn’ để tiến hành thí nghiệm phát hiện cồn áp dụng vào dạy học tiết 3 chủ đề ‘Ancol’ Chương trình hóa học 11 Trung học phổ thông ……………………............................................ 31 CHƯƠNG 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM ………………………..... 41 3.1. Mục đích thực nghiệm ………………………………………….. 41 3.2. Đối tượng thực nghiệm ……………….......................................... 41 3.3. Nội dung thực nghiệm ………………………………………….. 41 3.4. Tiến hành thực nghiệm …………………………………………. 41 4
3.5. Kết quả thực nghiệm ……………………………………………. 42 3.5.1. Kết quả khảo sát sự hứng thú của hai lớp sau khi tiến hành thực nghiệm ………………………………………………………………….. 42 3.5.2. Kết quả theo dõi sự phát triển PCTN và NLCN của hai lớp thực nghiệm …………………………………………………………………... 42 3.5.3. Kết quả so sánh PCTN và NLCN của hai lớp thực nghiệm ….. 45 3.5.4. Kết quả đánh giá PCTN và NLCN của từng cá nhân học sinh .. 48 3.5.5. Kết quả khảo sát sự cấp thiết và tính khả thi của các giải pháp đề xuất ……………………………………………………………………… 50 III. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ……………………………………... 54 I. Kết luận ………………………………………………………….... 54 II. Ý nghĩa ……………………………………………………………. 54 III. Đề xuất và kiến nghị ……………………………………………… 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………… 56 PHỤ LỤC 5
DANH MỤC VIẾT TẮT HS Học sinh GV Giáo viên THPT Trung học phổ thông TNSP Thực nghiệm sư phạm SL Số lượng DH Dạy học TN Thực nghiệm KHCN Khoa học công nghệ PCTN Phẩm chất trách nhiệm NLCN Năng lực công nghệ TN Thí nghiệm ĐC Đối chứng HD Hướng dẫn ĐTN Đầu thực nghiệm GTN Giữa thực nghiệm CTN Cuối thực nghiệm TC1 Tiêu chí 1 TC2 Tiêu chí 2 TC3 Tiêu chí 3 TC4 Tiêu chí 4 TC5 Tiêu chí 5 Xbt Giá trị mức trung bình 6
PHẦN I. ĐẶT VẤN ĐỀ 1. Lý do chọn đề tài Đầu thế kỷ XXI, trên thế giới xuất hiện cuộc cách mạng mới với tên gọi Cách mạng Công nghiệp 4.0 (hay còn gọi là Công nghệ 4.0). Đặc trưng lớn nhất của cuộc cách mạng 4.0 này chính là sự kết hợp giữa thực tế và hệ thống ảo nhằm tạo ra máy móc tự động hoá cùng nhiều mô hình trí thông minh nhân tạo. Cách mạng Công nghiệp 4.0 ra đời tác động mạnh mẽ đến nhiều lĩnh vực, nhiều khía cạnh trong đời sống xã hội, trong đó đặc biệt không thể thiếu một nguồn nhân lực chất lượng cao; mà nguồn nhân lực lại là đối tượng trực tiếp của giáo dục và đào tạo. Công nghệ 4.0 trong giáo dục là hệ thống giáo dục hiện đại áp dụng những thành tựu khoa học công nghệ vượt trội của thời đại công nghiệp 4.0 vào trong giáo dục. Trong đó người học được giáo dục kiến thức và kỹ năng liên ngành nhất là các kỹ năng quản trị và kỹ năng điều khiển máy móc. Giáo dục được phát triển như một hệ sinh thái, nơi mà mọi yếu tố được liên kết với nhau thông qua không gian mạng và điện toán đám mây. Quan hệ dạy và học được mở rộng không chỉ giữa giáo viên với học sinh mà còn là học sinh với học sinh, học sinh với mọi người xung quanh, học sinh với nguồn kiến thức mở… Một trong những năng lực để hình thành cho học sinh trong chương trình giáo dục phổ thông mới, đó là năng lực công nghệ. Như vậy để hình thành năng lực công nghệ cho học sinh thì đòi hỏi giáo viên phải nắm chắc nền tảng kiến thức về công nghệ, ngôn ngữ lập trình… Từ đó giúp học sinh có khả năng triển khai những công nghệ đã có một cách có hiệu quả và đương đầu được với những thay đổi công nghệ lớn. Ngoài việc hình thành năng lực công nghệ thì cần hình thành cho học phẩm chất đạo đức cho các em. Một trong những phẩm chất quan trọng trong chương trình giáo dục phổ thông 2018 là phẩm chất có trách nhiệm. Chỉ khi một người có trách nhiệm với những gì mình làm thì đó mới là khi họ trưởng thành và biết cống hiến sức mình cho một xã hội tốt đẹp hơn. Trong quá trình giảng dạy ở trường phổ thông chúng tôi nhận thấy đa số học sinh không có hứng thú học tập bởi những kiến thức khô khan trên sách vở, các em học chủ yếu là đối phó đến lớp cho có mà thôi. Điều đó gây áp lực, khó khăn cho giáo viên khi chứng kiến cảnh học sinh lĩnh hội kiến thức một cách thụ động, hầu như các em không có tinh thần trong học tập. Để tạo sự tương tác tốt với học sinh trong quá trình dạy học, thì chúng tôi đã cho học sinh trải nghiệm những thí nghiệm được làm bằng arduino. Bước đầu chúng tôi thấy các em rất hăng say khi được sử dụng các thiết bị được làm từ arduino. Đặc biệt, các em điều khiển các thiết bị đó bằng điện thoại yêu thích của mình. Cho nên tiết học sôi nổi không khô khan như trước, các em chìm đắm trong quá trình học . Hiện tại chưa có đề tài nào nghiên cứu về kiến thức khoa học công nghệ, chưa có tác giả nào thiết kế dụng cụ, thiết bị thí nghiệm bằng arduino. Đây là nguồn động lực lớn để chúng tôi nghiên cứu đề tài “Ứng dụng khoa học công nghệ thiết kế một số thí nghiệm sử dụng trong dạy học hóa học trung học phổ thông”. 1
2. Mục đích nghiên cứu Trang bị cho giáo viên và học sinh kiến thức nền tảng về khoa học công nghệ. Đổi mới phương pháp dạy học để tiếp cận với xu thế thời đại công nghệ 4.0 và chương trình phổ thông mới 2018. Nhằm phát triển phẩm chất và năng lực cho học sinh. 3. Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu là các kiến thức về khoa học công nghệ, ngôn ngữ lập trình, phần mềm arduino, mạch arduino uno r3, mega, các loại cảm biến và các thiết bị thiết kế thí nghiệm. 4. Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phối hợp các nhóm phương pháp sau: 4.1. Nhóm các phương pháp nghiên cứu lí thuyết - Phương pháp thu thập các nguồn tài liệu lí luận. - Phương pháp phân tích, tổng hợp các nguồn tài liệu đã thu thập. 4.2. Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn - Phương pháp thu thập, xử lý tài liệu, thông tin qua google form. - Trao đổi với GV có nhiều kinh nghiệm trong quá trình dạy học. - Thực nghiệm sư phạm: Đánh giá hiệu quả của đề tài. - Dùng phương pháp khảo sát thực tế trước và sau khi tác động để đánh giá sự hứng thú, sự phát triển phẩm chất trách nhiệm và năng lực công nghệ của cùng một đối tượng học sinh. - Dùng phương pháp so sánh lớp thực nghiệm và đối chứng để đánh giá hiệu quả sự phát triển phẩm chất trách nhiệm và năng lực công nghệ của học sinh. 4.3. Phương pháp thống kê toán học: Xử lí phân tích các kết quả TNSP. Dùng toán học để thống kê và ứng dụng excel để phân tích kết quả thực nghiệm sư phạm. 5. Kế hoạch nghiên cứu TT Thời gian Nội dung công việc Sản phẩm Từ 03/9 đến Chọn đề tài, viết đề cương 1 Bản đề cương chi tiết 07/9/2022 nghiên cứu - Đọc tài liệu lý thuyết về cơ sở lý luận Tập hợp tài liệu lý thuyết - Tự học ngôn ngữ lập trình cơ Kết quả về thực trạng Từ 8/9 đến bản: arduino và python 2 31/12/2022 - Khảo sát thực trạng - Trao đổi với đồng nghiệp đề Tập hợp ý kiến đóng góp xuất các sáng kiến của đồng nghiệp - Áp dụng thử nghiệm Hoạt động cụ thể 2
- Hệ thống hóa tài liệu, viết báo Từ 1/1 đến 3 cáo Bản nháp báo cáo 31/3/2023 - Xin ý kiến của đồng nghiệp Từ 1/4 đến Hoàn thiện báo cáo, nộp Hội 4 Bản báo cáo chính thức 20/4/2023 đồng Sáng kiến cấp cơ sở 6. Điểm mới của đề tài Lần đầu tiên có một công trình thiết kế và sử dụng một số thiết bị, dụng cụ thí nghiệm làm bằng arduino, được áp dụng vào dạy học hóa học THPT, những dụng cụ, thiết bị thí nghiệm sát với thực tế, có vai trò quan trọng trong việc giáo dục nhân cách đạo đức cho học sinh. 3
PHẦN II. NỘI DUNG CHƯƠNG 1: CÁC CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI 1.1. Cơ sở lý luận 1.1.1. Khoa học công nghệ 1.1.1.1. Khái niệm Khoa học công nghệ (KHCN) là một lĩnh vực nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới, sáng tạo, áp dụng các kiến thức khoa học và kỹ thuật để giải quyết các vấn đề thực tiễn, tối ưu hóa quy trình sản xuất và cải tiến các sản phẩm và dịch vụ hiện có. KHCN đóng vai trò quan trọng trong việc xây dựng cơ sở hạ tầng kinh tế và đem lại những giải pháp tiên tiến và hiệu quả trong việc phát triển kinh tế, xã hội và bảo vệ môi trường. Các lĩnh vực chính của KHCN bao gồm khoa học máy tính, điện tử, cơ khí, điện, hóa học, sinh học, vật lý, vật liệu, thông tin và truyền thông, và nhiều lĩnh vực khác nữa. 1.1.1.2. Các loại cảm biến được sử dụng để thiết kế thí nghiệm hóa học 1.1.1.2.1. Cảm biến nồng độ cồn MQ-3 Cảm biến nồng độ cồn MQ-3 sử dụng để phát hiện nồng độ cồn trong môi trường, hơi thở. Cảm biến có độ nhạy cao khả năng phản hồi nhanh, độ nhạy có thể điều chỉnh được bằng biến trở. Cảm biến cung cấp một đầu ra tương tự dựa trên nồng độ cồn. Cảm biến MQ-3 có thể phát hiện khí gas, alcohol, ethanol. 1.1.1.2.2. Cảm biến khí ga MQ-2 Cảm biến khí MQ-2 là một loại cảm biến dùng để phát hiện và đo lường nồng độ khí trong không khí. Nó có thể phát hiện được các khí như khí CO (carbon monoxide), khí LPG (Liquid Petroleum Gas), khí metan (CH4),... 1.1.1.2.3. Cảm biến cháy Flame Sensor KY-026 + Cảm biến phát hiện lửa- Flame sensor KY-026 dùng để phát hiện lửa, thường dùng trong. các hệ thống báo cháy. Tầm hoạt động trong khoảng 80cm với góc quét 60°. + Cảm biến phát hiện lửa- Flame sensor KY-026 nhận biết được lửa tốt nhất với bước sóng 760nm -1100nm. Mạch còn được tích hợp IC LM393 để so sánh tạo mức tín hiệu và có thể chỉnh được độ nhạy bằng biến trở. 1.1.1.2.4. Cảm Biến Độ PH Cho Arduino BNC Cảm biến độ pH BNC cho Arduino là một module đo độ pH của dung dịch bằng cách sử dụng cảm biến độ pH, có thể được sử dụng để giám sát độ pH của các dung dịch trong các ứng dụng như điều chỉnh độ pH trong ao nuôi, chẩn đoán bệnh của cây trồng hoặc kiểm soát độ pH trong quá trình sản xuất thực phẩm. 1.1.1.3. Arduino 1.1.1.3.1. Khái niệm Arduino là một nền tảng phát triển phần cứng mã nguồn mở được thiết kế dựa trên vi điều khiển (microcontroller) có khả năng lập trình, được phát triển bởi một nhóm các nhà khoa học, kỹ sư và nghệ sĩ từ nước Ý. Arduino cung cấp một môi trường phát triển tích hợp (IDE) và một loạt các board được thiết kế với các phần cứng khác nhau để đáp ứng các nhu cầu khác nhau của người dùng. Arduino có khả 4
năng kết nối với các cảm biến và các thiết bị đầu ra như đèn LED, màn hình LCD, servo, động cơ, vv. Bằng cách lập trình trên Arduino, người dùng có thể tạo ra các ứng dụng như hệ thống điều khiển động cơ, hệ thống điều khiển nhà thông minh, hệ thống đo lường và điều khiển các thông số môi trường, vv. Arduino đã trở thành một công cụ phát triển phổ biến trong lĩnh vực nhà thông minh, IoT (Internet of Things) và các ứng dụng robot. 1.1.1.3.2. Các mạch vi điều khiển arduino + Arduino uno R3 là một trong những board phổ biến nhất trong dòng sản phẩm Arduino. Nó được thiết kế dựa trên vi điều khiển ATmega328P của hãng Microchip Technology. Arduino Uno R3 có các tính năng như 14 chân input/output số, 6 chân PWM, 6 chân input analog, một cổng USB, một cổng nguồn DC và một cổng ICSP (In-Circuit Serial Programming). Nó cũng có thể được kết nối với các cảm biến và các thiết bị đầu ra khác thông qua các chân input/output và các chân input analog. Arduino Uno R3 được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng như điều khiển động cơ, đo lường và điều khiển các thông số môi trường, tạo ra các ứng dụng nhà thông minh và các ứng dụng robot. Arduino Uno R3 có thể được lập trình bằng IDE (Integrated Development Environment) Arduino, một phần mềm miễn phí và dễ sử dụng. + Arduino Mega 2560 là một board Arduino phổ biến khác, được thiết kế dựa trên vi điều khiển ATmega2560 của hãng Microchip Technology. Nó cung cấp nhiều chân input/output hơn so với Arduino Uno R3, bao gồm 54 chân digital input/output, 16 chân PWM, 14 chân input analog, 4 cổng UART (Universal Asynchronous Receiver/Transmitter), một cổng I2C (Inter-Integrated Circuit) và một cổng SPI (Serial Peripheral Interface). Arduino Mega 2560 cũng có các tính năng như một cổng USB, một cổng nguồn DC và một cổng ICSP (In-Circuit Serial Programming). Với nhiều chân input/output hơn, Arduino Mega 2560 được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng cần nhiều chân kết nối, ví dụ như điều khiển robot, tạo ra các hệ thống đo lường phức tạp, tạo ra các ứng dụng nhà thông minh và các ứng dụng IoT. Arduino Mega 2560 cũng có thể được lập trình bằng IDE Arduino. 1.1.2. Ngôn ngữ lập trình 1.1.2.1. Khái niệm Ngôn ngữ lập trình (Programming language) là một tập hợp các quy tắc cú pháp, từ vựng và các nguyên tắc ngữ nghĩa, được sử dụng để viết các chương trình máy tính hoặc các phần mềm để thực hiện các tác vụ cụ thể. 1.1.2.2. Các ngôn ngữ lập trình được sử dụng trong đề tài 1.1.2.2.1. Ngôn ngữ lập trình C++ C++ là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng (OOP) được phát triển từ ngôn ngữ C. Nó được xây dựng để đảm bảo tính bảo mật, hiệu suất và linh hoạt trong việc xây dựng phần mềm. C++ có thể được sử dụng để phát triển các ứng dụng máy tính, trò chơi, hệ thống nhúng, phần mềm đồ họa và nhiều lĩnh vực khác. 5
1.1.2.2.2. Ngôn ngữ lập trình java Java là một ngôn ngữ lập trình hướng đối tượng được phát triển bởi Sun Microsystems (hiện là Oracle) vào năm 1995. Java có thể chạy trên mọi nền tảng (Windows, Mac, Linux, Unix, vv.) vì nó được biên dịch thành bytecode có thể được thực thi trên bất kỳ máy tính nào có cài đặt Java Runtime Environment (JRE). Java được sử dụng phổ biến để phát triển các ứng dụng máy tính, ứng dụng web, ứng dụng di động và các hệ thống nhúng. Java có các tính năng như độ tin cậy cao, tính di động, tính đa luồng và tính bảo mật. Các ứng dụng Java thường được phát triển bằng IDE (Integrated Development Environment) như Eclipse, IntelliJ IDEA và NetBeans. 1.1.2.3.3. Ngôn ngữ lập trình python Python là một ngôn ngữ lập trình thông dịch, dễ học và sử dụng, được tạo ra bởi Guido van Rossum vào năm 1991. Python là ngôn ngữ lập trình đa năng, được sử dụng trong nhiều lĩnh vực như khoa học dữ liệu, trí tuệ nhân tạo, web development, automation, game development, machine learning, robotics và nhiều lĩnh vực khác. Python có cú pháp đơn giản, dễ hiểu và rõ ràng, giúp cho các nhà phát triển có thể viết code nhanh chóng và dễ dàng hiểu. Python cũng có nhiều thư viện và framework hỗ trợ giúp cho việc phát triển các ứng dụng nhanh hơn và dễ dàng hơn. Các IDE (Integrated Development Environment) phổ biến được sử dụng cho Python bao gồm PyCharm, Visual Studio Code và Spyder. 1.1.3. Phẩm chất trách nhiệm 1.1.3.1. Khái niệm Phẩm chất trách nhiệm là một khía cạnh quan trọng của hành vi đạo đức của con người, bao gồm khả năng nhận thức và đánh giá đúng sai, chấp nhận và đảm nhận trách nhiệm về hành động của mình đối với bản thân, gia đình, xã hội và môi trường. Phẩm chất trách nhiệm còn bao gồm khả năng tự giác, chủ động, tôn trọng và tuân thủ các quy định, hợp tác và tôn trọng đồng nghiệp, khả năng giải quyết vấn đề một cách có trách nhiệm và hiệu quả, chấp hành các nghĩa vụ của mình đối với gia đình, trường học và xã hội. Để phát triển phẩm chất trách nhiệm, học sinh cần được giáo dục và rèn luyện thông qua các hoạt động học tập, sinh hoạt, tham gia các hoạt động tình nguyện và thực hành trong cuộc sống hàng ngày. Việc phát triển phẩm chất trách nhiệm giúp học sinh trở thành những công dân có ý thức, có trách nhiệm và có đạo đức, góp phần xây dựng một xã hội văn minh, phát triển và bền vững. 6
1.1.3.2. Tiêu chí đánh giá Bảng tiêu chí đánh giá phẩm chất trách nhiệm TT Tiêu chí Mức độ 1 Mức độ 2 Mức độ 3 Thực hiện đúng Thường xuyên Thỉnh thoảng Luôn đúng giờ, giờ vào lớp và 1 trễ giờ và nộp trễ giờ, nộp bài nộp bài đúng nộp bài đúng bài chậm chậm hạn hạn Tôn trọng giáo Thiếu tôn trọng Tôn trọng Luôn tôn trọng 2 viên và các bạn và có thái độ nhưng đôi lúc và hỗ trợ mọi học chưa đúng lơ là người Tự giác thực Thực hiện Tự giác và chủ Không thực 3 hiện nhiệm vụ nhiệm vụ sau động thực hiện hiện nhiệm vụ được giao khi nhắc nhở nhiệm vụ Chịu trách Không quan Quan tâm kết Luôn chịu trách nhiệm cho kết 4 tâm kết quả học quả nhưng ý nhiệm, ý thức quả học tập của tập thức chưa cao cao bản thân Tham gia tích Tham gia, hợp Ít tham gia, Tích cực tham 5 cực vào các tác nhưng không hợp tác gia và hợp tác hoạt động nhóm không tích cực 1.1.4. Năng lực công nghệ 1.1.4.1. Khái niệm Năng lực công nghệ của học sinh đề cập đến khả năng và kỹ năng của học sinh trong việc sử dụng, hiểu và thích nghi với công nghệ trong môi trường học tập và cuộc sống hàng ngày. Điều này bao gồm nhiều khía cạnh khác nhau, chẳng hạn như: + Kỹ năng sử dụng máy tính và thiết bị kỹ thuật số: Bao gồm việc hiểu cách sử dụng phần mềm, ứng dụng, thiết bị điện tử và các dịch vụ trực tuyến phổ biến. + Tư duy lập trình và giải quyết vấn đề: Khả năng tiếp cận vấn đề theo cách hệ thống, phân tích và giải quyết chúng thông qua thuật toán, lập trình và tư duy phân tích. + Giao tiếp kỹ thuật số: Khả năng giao tiếp hiệu quả thông qua các kênh kỹ thuật số, bao gồm cả việc sử dụng công cụ giao tiếp trực tuyến và mạng xã hội một cách an toàn và có trách nhiệm. + Tìm kiếm thông tin và đánh giá nguồn tin: Kỹ năng tìm kiếm, đánh giá và phân tích thông tin từ các nguồn trực tuyến, đồng thời phân biệt giữa thông tin đáng tin cậy và thông tin không chính xác. 7
+ An ninh mạng và bảo mật thông tin: Hiểu và tuân thủ các nguyên tắc an toàn và bảo mật thông tin, bảo vệ dữ liệu cá nhân và ngăn chặn các mối đe dọa kỹ thuật số. + Tự học và thích nghi với công nghệ mới: Khả năng tiếp tục học hỏi và thích nghi với sự phát triển của công nghệ, để luôn cập nhật kiến thức và kỹ năng công nghệ mới nhất. 1.1.4.2. Tiêu chí đánh giá Bảng tiêu chí đánh giá năng lực công nghệ Thứ tự Các tiêu chí Mức độ 1 Mức độ 2 Mức độ 3 Hiểu biết về các Nắm vững các Thành thạo các Hiểu biết cơ 1 thành phần thành phần thành phần bản công nghệ công nghệ công nghệ Kỹ năng kết nối Có kỹ năng cơ Có kỹ năng Có kỹ năng 2 và lắp ráp các bản thành thạo chuyên nghiệp thành phần Kỹ năng lập Kỷ năng ở mức Kỹ năng thành Kỹ năng chuyên 3 trình và điều độ đơn giản thạo sâu khiển thiết bị Kỹ năng xử lý Giải quyết vấn Giải quyết vấn Giải quyết vấn 4 sự cố, giải đề đơn giản đề phức tạp đề rất phức tạp quyết vấn đề Kỹ năng thực Thí nghiệm an Thí nghiệm an Thí nghiệm an hiện thí nghiệm toàn, nhưng kết 5 toàn và hiệu toàn và rất hiệu an toàn, hiệu quả chưa hiệu quả quả quả quả 1.2. Cơ sở thực tiễn 1.2.1. Khảo sát thực trạng của GV thiết kế và sử dụng thí nghiệm làm bằng arduino trong dạy học Để biết được thực trạng của đề tài, chúng tôi đã dùng google forms khảo sát 41 giáo viên dạy bộ môn: Vật lý, Hóa học của 5 trường: Trường THPT Con Cuông, Trường THPT Mường Quạ, Trường THPT Anh Sơn 3, Trường THPT Anh Sơn 1, Trường THPT Tương Dương II . Chúng tôi đã tiến hành tổng hợp và đưa ra bảng số liệu sau: Câu 1: Thầy (Cô) đã bao giờ áp dụng khoa học công nghệ để thiết kế các thí nghiệm chưa? Thường xuyên 2/41 Thỉnh thoảng 2/41 8
Không bao giờ 37/41 Câu 2: Thầy (Cô) đã từng tham gia đào tạo về áp dụng khoa học công nghệ trong thiết kế thí nghiệm chưa? Có 3/41 Không có 28/41 Đang có kế hoạch 10/41 Câu 3: Thầy (Cô) có gặp khó khăn gì trong việc áp dụng khoa học công nghệ vào thiết kế thí nghiệm không? Thiếu kinh nghiệm 21/41 Thiếu nguồn lực 18/41 Không gặp khó khăn 2/41 Câu 4: Thầy (Cô) đã từng sử dụng phần mềm Arduino trong dạy học chưa? Có 3/41 Không 28/41 Nghe nói nhưng chưa sử dụng 10/41 Câu 5: Theo thầy (cô) học sinh thiết kế và sử dụng một số thí nghiệm làm bằng arduino có phát triển được năng lực công nghệ không? có 22/41 không 19/41 Câu 6: Theo thầy (cô) học sinh thiết kế và sử dụng một số thí nghiệm làm bằng arduino có phát triển được phẩm chất có trách nhiệm không? có 28/41 không 13/41 Câu 7: Theo thầy (cô) có cần thiết ứng dụng phần mềm arduino để thiết kế thí nghiệm không? Rất cần thiết 31/41 Cần thiết 8/41 Không cần thiết 2/41 9
Qua khảo sát thực trạng của GV giảng dạy bộ môn: Vật Lý, Hóa Học của 5 trường trên. Chung tôi có nhận xét sau: + Hầu như các GV chưa áp dụng khoa học công nghệ để thiết kế các thí nghiệm. + Chủ yếu các GV chưa tham gia đào tạo về việc áp dụng khoa học công nghệ trong thiết kế thí nghiệm. + Các thầy (cô) gặp khó khăn là thiếu kinh nghiệm, thiếu nguồn lực trong việc áp dụng khoa học công nghệ vào thiết kế thí nghiệm. + Các GV hầu như chưa bao giờ sử dụng phần mềm arduino để phục vụ cho công tác giảng dạy. + Hầu như các thầy (cô) có quan niệm khi áp dụng khoa học công nghệ vào dạy học sẽ phát triển được năng lực công nghệ cho học sinh. + Khoảng hơn 50% các thầy (cô) có quan niệm khi ứng dụng arduino vào việc thiết kế thí nghiệm sẽ phát triển được phẩm chất trách nhiệm cho học sinh. + Hầu như các thầy (cô) đều rất cần thiết ứng dụng phần mềm arduino để thiết kế thí nghiệm. 1.2.2. Khảo sát thực trạng của HS về việc sử dụng TN trong dạy học Để biết được thực trạng của đề tài, chúng tôi đã dùng google forms khảo sát thực trạng 83 học sinh lớp 10A1 và 11A1 trường THPT Con Cuông. Chúng tôi đã tiến hành tổng hợp và đưa ra bảng số liệu sau: Câu 8: Các em có cảm nhận như thế nào về bộ môn Hóa học? Rất thích 11/83 Thích 14/83 Không thích 58/83 Câu 9: Các em có biết sử dụng phần mềm arduino để thiết kế dụng cụ thí nghiệm chưa? Biết 10/83 Không biết 79/83 Câu 10: Theo các em thì dụng cụ đo nồng độ cồn của mấy chú công an dùng để làm gì? Để kiểm tra nồng độ cồn trong hơi thở của người lái xe và 15/83 đảm bảo an toàn giao thông. 10
Để kiểm tra giấy tờ tùy thân của người lái xe và xác nhận danh 38/83 tính. Để kiểm tra tốc độ của xe và xử lý vi phạm vượt tốc độ cho 30/83 phép. Câu 11: Các em có biết vai trò quan trọng của thiết bị cảnh báo cháy trên thị trường hiện này không? Có biết 13/83 Biết sơ sơ 20/83 Không biết 50/83 Qua khảo sát thực trạng của HS, chúng tôi nhận thấy: + Đa số các em không thích học bộ môn Hóa Học. + Hầu như các em chưa sử dụng phần mềm arduino để thiết kế thí nghiệm. + Hầu như các em chưa hiểu điệc chức năng sử dụng máy đo nồng độ cồn của các chú công an. Mà chủ yếu các em sợ các chú phạt mà thôi. + Do các em không quan tâm đến hậu quả của một đám cháy xảy ra. Cho nên đa số các em không biết vai trò quan trọng của thiết bị cảnh báo cháy trên thị trường hiện. 11
CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ MỘT SỐ THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC HÓA HỌC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG 2.1. Ứng dụng khoa học công nghệ vào việc thiết kế một số dụng cụ thí nghiệm 2.1.1. Ứng dụng cảm biến nồng độ cồn MQ-3 thiết kế dụng cụ thí nghiệm phát hiện nồng độ cồn 2.1.1.1. Cấu tạo của cảm biến nồng độ cồn MQ-3 2.1.1.2. Ứng dụng kiến thức của công nghệ để thiết kế dụng cụ thí nghiệm phát hiện cồn + Cảm biến nồng độ cồn MQ-3 hoạt động dựa trên nguyên lý đo điện trở của chất dẫn khí. + Khi chất dẫn khí, trong trường hợp này là cồn, tiếp xúc với màng mỏng được phủ trên điện cực của cảm biến MQ-3, các phân tử cồn sẽ phá vỡ liên kết với nhau và phân rã thành các ion. Những ion này sẽ tương tác với phân tử khí khác trong không khí và tạo ra các phân tử khí ion hóa. Quá trình này dẫn đến tăng điện trở của màng dẫn và sẽ được cảm biến MQ-3 đo và ghi nhận. + Khi nồng độ cồn tăng lên, số lượng ion hóa tăng, do đó, độ dẫn điện của màng dẫn cũng tăng. Cảm biến MQ-3 sẽ đo và phát ra một tín hiệu điện tương ứng với nồng độ cồn hiện tại trong không khí. Dựa trên tín hiệu này, chúng ta có thể tính toán và hiển thị nồng độ cồn đó. 12
+ Tuy nhiên, cảm biến MQ-3 chỉ có độ chính xác tương đối và nhiễu từ các tác nhân khác trong không khí như khói, bụi, độ ẩm có thể gây ảnh hưởng đến kết quả đo. Do đó, khi sử dụng cảm biến MQ-3, chúng ta cần phải đảm bảo điều kiện môi trường hoạt động ổn định để có được kết quả đo chính xác và đáng tin cậy. 2.1.2. Ứng dụng của cảm biến cháy Flame Sensor KY-026 thiết kế dụng cụ thí nghiệm phát hiện lửa 2.1.2.1. Cấu tạo cảm biến cháy Flame Sensor KY-026 Cấu tạo gồm 4 chân: + Chân tín hiệu đầu vào A0 + Chân GND (cực âm) + Chân VCC (cực dương) + Chân tín hiệu đầu vào D0 2.1.2.2. Ứng dụng kiến thức của công nghệ để thiết kế dụng cụ thí nghiệm phát hiện lửa + Cảm biến cháy Flame Sensor KY-026 là một loại cảm biến quang điện được sử dụng để phát hiện sự có mặt của ngọn lửa hoặc các nguồn sáng có bước sóng trong khoảng 760nm đến 1100nm. + Cảm biến này bao gồm một bộ lọc sóng, một photodiode và một bộ khuếch đại. Khi cảm biến nhận được tín hiệu ánh sáng từ ngọn lửa, bộ lọc sóng sẽ loại bỏ các tín hiệu ánh sáng khác và chỉ cho phép ánh sáng có bước sóng trong khoảng 760nm đến 1100nm đi qua. + Sau đó, ánh sáng này sẽ chiếu vào photodiode, tạo ra một tín hiệu dòng điện tương ứng với mức độ chiếu sáng của ngọn lửa. Tín hiệu dòng điện này sẽ được khuếch đại bởi bộ khuếch đại để tạo ra một tín hiệu analog có giá trị tương ứng với mức độ chiếu sáng của ngọn lửa. + Cuối cùng, tín hiệu analog này sẽ được đưa vào một vi xử lý hoặc một mạch điện tử để xử lý và xác định xem có ngọn lửa hay không. Khi cảm biến phát hiện một ngọn lửa, nó sẽ phát ra một tín hiệu kích hoạt để báo cho hệ thống khác biết. 13
+ Cảm biến cháy Flame Sensor KY-026 thường được sử dụng trong các ứng dụng an ninh, bảo vệ cháy nổ, và tự động hóa để phát hiện và báo động sớm về sự có mặt của ngọn lửa. 2.1.3. Ứng dụng cảm biến khí ga MQ-2 thiết kế dụng cụ thí nghiệm phát hiện khí ga 2.1.3.1. Cấu tạo cảm biến khí ga MQ-2 2.1.3.2. Ứng dụng kiến thức của công nghệ để thiết kế dụng cụ thí nghiệm phát hiện lửa + Cảm biến MQ-2 được làm bằng sợi dẫn và được bọc bởi một vỏ bảo vệ. Nó bao gồm hai điện cực, một là cực dương và một là cực âm. Khi khí gas được hấp thụ bởi lớp bên trong của cảm biến, nó sẽ tương tác với các chất trung gian trên bề mặt bên trong của cảm biến và làm thay đổi trở kháng của nó. + Các thay đổi trong trở kháng này được đo bằng một mạch điện, trong đó điện áp được áp dụng qua hai điện cực. Điện áp đó sẽ được chia trên trở kháng của cảm biến và sản sinh ra một dòng điện, được chuyển đổi thành tín hiệu điện tử và đưa vào một bộ vi xử lý để phân tích và hiển thị dưới dạng số liệu. + Nhờ vào cấu trúc này, MQ-2 có thể phát hiện nhiều loại khí gas như khí propane, methane, butane, khí CO, ... + Tuy nhiên, cảm biến MQ-2 cũng có một số hạn chế, chẳng hạn như khó khăn trong việc phân biệt giữa các loại khí và độ nhạy của nó có thể bị ảnh hưởng bởi môi trường và các yếu tố khác. 2.1.4. Ứng dụng cảm biến pH thiết kế dụng cụ thí nghiệm đo nồng độ pH trong dung dịch 2.1.4.1. Cấu tạo cảm biến pH 14