Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Ứng dụng phần mềm thí nghiệm ảo Crocodile Chemistry theo mô hình 5E nhằm phát triển năng lực tìm hiểu tự nhiên cho HS khi dạy học chương 6 – Hóa học 10

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:48

Thêm vào BST

Báo xấu

29
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Mục đích nghiên cứu sáng kiến nhằm đề xuất đổi mới kiểm tra đánh giá thông qua bảng tiêu chí đánh giá năng lực thực hành thí nghiệm HS, góp phần phát triển toàn diện năng lực người học.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Sáng kiến kinh nghiệm THPT: Ứng dụng phần mềm thí nghiệm ảo Crocodile Chemistry theo mô hình 5E nhằm phát triển năng lực tìm hiểu tự nhiên cho HS khi dạy học chương 6 – Hóa học 10

SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG PHẦN MỀM THÍ NGHIỆM ẢO CROCODILE CHEMISTRY THEO MÔ HÌNH 5E NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TÌM HIỂU TỰ NHIÊN CỦA HỌC SINH KHI DẠY HỌC CHƯƠNG 6 – HÓA HOC 10 LĨNH VỰC: HÓA HỌC
SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO NGHỆ AN TRƯỜNG THPT NAM YÊN THÀNH ==== SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG PHẦN MỀM THÍ NGHIỆM ẢO CROCODILE CHEMISTRY THEO MÔ HÌNH 5E NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TÌM HIỂU TỰ NHIÊN CỦA HỌC SINH KHI DẠY HỌC CHƯƠNG 6 – HÓA HOC 10 LĨNH VỰC: HÓA HỌC Nhóm tác giả: PHAN LÝ HOÀNG Số điện thoại: 0396 965 515 NGUYỄN THU HIỀN Số điện thoại: 0385 299 169 Năm thực hiện: 2023
MỤC LỤC THÔNG TIN VỀ SÁNG KIẾN Trang MỤC LỤC CÁC KÍ HIỆU VIẾT TẮT PHẦN A: ĐẶT VẤN ĐỀ 1 I. Lý do chọn đề tài 1 II. Mô tả giải pháp 2 1. Mô tả giải pháp trước khi tạo ra sáng kiến 2 2. Tóm tắt nội dung giải pháp và làm rõ điểm mới 3 PHẦN B: NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 5 I. Cơ sở lý luận 5 1. Mô hình dạy học 5E 5 2. Phương pháp sử dụng thí nghiệm ở trường THPT 7 3. Phần mềm thí nghiệm ảo Crocodile Chemistry 8 4. Năng lực và năng lực tìm hiểu tự nhiên dưới góc độ Hóa học 10 5. Vận dụng mô hình 5E trong dạy học hóa học với thí nghiệm ảo 14 Thực hiện giải pháp II. học 18 1. Bảng danh mục thí nghiệm chương 6- Hóa học 10 thiết kế trên 18 phần mềm Crocodile Chemistry. 2. Hướng dẫn chi tiết cách thiết kế thí nghiệm hóa học ảo trên 18 phần mềm Crocodile Chemistry 3. Kế hoạch bài học minh họa 22 III. Thực nghiệm sư phạm 35 1. Mục đích, đối tượng thực nghiệm sư phạm 35 2. Phương pháp thực nghiệm và thu thập dữ liệu 35 3. Kết quả thực nghiệm sư phạm 36 IV. Khảo sát sự cấp thiết và tính khả thi của các giải pháp được 38 đề xuất 1. Mục đích khảo sát 38 2. Nội dung và phương pháp khảo sát 38 PHẦN C: KẾT LUẬN 42 I. Kết luận 42 II. Hiệu quả do sáng kiến đem lại 42 1. Hiệu quả về mặt kinh tế 42 2. Hiệu quả về mặt xã hội 42 3. Khả năng áp dụng và nhân rộng 42 III. Cam kết 43 TÀI LIỆU THAM KHẢO
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT TRONG SKKN ĐC Đối chứng GV Giáo viên GD & ĐT Giáo dục và Đào tạo HS Học sinh NXB Nhà xuất bản TNSP Thực nghiệm sư phạm TN Thực nghiệm THPT Trung học phổ thông NLTHTN Năng lực tìm hiểu tự nhiên
PHẦN A. ĐẶT VẤN ĐỀ I. Lý do chọn đề tài Điều 2 Luật Giáo dục 2019 (có hiệu lực từ 01/07/2020) quy định về mục tiêu giáo dục, cụ thể như sau: Mục tiêu giáo dục nhằm phát triển toàn diện con người Việt Nam có đạo đức, tri thức, văn hóa, sức khỏe, thẩm mỹ và nghề nghiệp; có phẩm chất, năng lực và ý thức công dân; có lòng yêu nước, tinh thần dân tộc, trung thành với lý tưởng độc lập dân tộc và chủ nghĩa xã hội; phát huy tiềm năng, khả năng sáng tạo của mỗi cá nhân; nâng cao dân trí, phát triển nguồn nhân lực, bồi dưỡng nhân tài, đáp ứng yêu cầu của sự nghiệp xây dựng, bảo vệ Tổ quốc và hội nhập quốc tế. Trong chương trình giáo dục phổ thông tổng thể (Ban hành kèm theo Thông tư số 32/2018/TT-BGDĐT) nêu rõ mục tiêu của môn Hoá học là hình thành, phát triển ở HS năng lực hoá học (nhận thức hoá học, tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hoá học, vận dụng kiến thức, kĩ năng đã học). Năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hóa học là một trong những năng lực chuyên biệt quan trọng ở môn Hóa học giúp HS có thể tồn tại, phát triển và hội nhập trong xã hội hiện đại cũng như giúp HS giải quyết được nhiều vấn đề thực tiễn nảy sinh trong cuộc sống. Để góp phần phát triển năng lực cho HS, trong dạy học Hóa học, việc đổi mới phương pháp dạy học theo hướng tổ chức các hoạt động tích cực, tự lực, tìm tòi, xây dựng kiến thức, hình thành và phát triển năng lực cho HS đã và đang được triển khai mạnh mẽ. Một trong những phương pháp dạy học được sử dụng để phát triển năng lực cho HS là dạy học theo mô hình 5E. Với phương pháp dạy học này, HS được học tập thông qua việc sử dụng các phương pháp, thái độ và kĩ năng tương tự như các nhà khoa học thực hiện nghiên cứu khoa học. Mô hình 5E hướng dẫn HS học tập khám phá dựa trên lí thuyết kiến tạo theo 5 pha là hình thành động cơ học tập, khám phá, giải thích, vận dụng và đánh giá, là một trong những chu trình học tập có hiệu quả dành cho các môn khoa học, trong phòng thí nghiệm thực hành hoặc các hoạt động thảo luận tương tác. Hóa học là một môn khoa học vừa có tính lí thuyết vừa có tính thực nghiệm. Hóa học liên hệ mật thiết với thực tiễn và có ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của cuộc sống. Trong dạy học việc giúp HS tìm hiểu thế giới tự nhiên sẽ phát huy được tính tích cực, chủ động, sáng tạo của HS đồng thời gây hứng thú tìm tòi kiến thức và rèn luyện nhiều đức tính, phẩm chất quý báu cho HS. Thí nghiệm hóa học không chỉ cung cấp kiến thức mà còn chỉ ra cho HS con đường giành lấy kiến thức đồng thời lôi cuốn HS say mê tìm tòi, phát hiện kiến quan, phương tiện kĩ thuật hiện đại trong dạy học hóa học để phát huy tính tích cực học tập của HS giúp cho quá trình khám phá, lĩnh hội tri thức khoa học của HS trở nên sinh động và hiệu quả hơn. Tuy nhiên, hiện nay, qua tìm hiểu thực tế 1
ở các trường THPT, đặc biệt là các trường ở khu vực nông thôn, việc sử dụng thí nghiệm hóa học còn gặp nhiều khó khăn do cơ sở vật chất chưa đầy đủ, chưa có nhân viên phòng thí nghiệm, GV mất nhiều thời gian công sức cho việc chuẩn bị hóa chất, một số ít GV chưa có thói quen sử dụng phương tiện dạy học, tình trạng “dạy chay, học chay” vẫn còn tồn tại, HS quen với lối học thụ động nên hiệu quả dạy học chưa cao. Hơn nữa, cách thức sử dụng thí nghiệm hóa học cũng chưa có nhiều đổi mới, chủ yếu để minh họa cho kiến thức chứ chưa khai thác theo hướng dạy học tích cực để kích thích tư duy, phát triển khả năng tìm tòi, sáng tạo cho HS. Năm học 2022 – 2023, Bộ GD & ĐT đã triển khai chương trình giáo dục phổ thông mới cho HS lớp 10, một năm học mang tính bản lề để nâng tầm giáo dục nước ta và người GV là nhân tố quan trọng quyết định đến sự thành công của chương trình giáo dục phổ thông mới. Bản thân GV giảng dạy bộ môn Hóa học chúng tôi phải tự đổi mới về mọi mặt thích ứng với chương trình mới, trong đó sử dụng thí nghiệm ảo là hình thức dạy học thí nghiệm phù hợp để HS thực hiện được hoạt động khám phá, kiến tạo kiến thức. Một phần mềm chuyên dụng để thiết kế thí nghiệm ảo cho hình ảnh tương đối rõ nét, phong phú và dễ sử dụng, có đồ thị 3D biểu diễn cụ thể cho quá trình phản ứng là phần mềm Crocodile Chemistry. Từ nhũng vấn đề trên, chúng tôi chọn đề tài:“ Ứng dụng phần mềm thí nghiệm ảo Crocodile Chemistry theo mô hình 5E nhằm phát triển năng lực tìm hiểu tự nhiên cho HS khi dạy học chương 6 – Hóa học 10” II. Mô tả giải pháp 1. Mô tả giải pháp trước khi tạo ra sáng kiến Hoá học là một môn khoa học thực nghiệm. Do đó, các thí nghiệm giữ vai trò quan trọng trong việc thực hiện mục tiêu, nhiệm vụ dạy học hoá học ở trường phổ thông. Mặt khác, hoá học còn có mối liên hệ mật thiết với thực tiễn đời sống con người. Vì vậy, việc gắn kết thí nghiệm hoá học với vấn đề thực tiễn trong đời sống sẽ tạo niềm tin khoa học, kích thích HS tim hiểu khám phá, vận dụng sáng tạo các kiến thức hoá học để phát triển toàn diện năng lực và phẩm chất, đặc biệt năng lực tìm hiểu tự nhiên. Nhưng trong thực tế giảng dạy việc kết hợp thí nghiệm thực hành trong thực hiện đổi mới phương pháp dạy học và kiểm tra đánh giá còn một số hạn chế: Thứ nhất, vấn đề đổi mới đổi mới phương pháp dạy học và kiểm tra đánh giá: nhiều GV chưa thực sự đổi mới phương pháp, vẫn còn truyền thụ kiến thức kỹ năng kiểu “đọc chép”, HS thụ động lĩnh hội kiến thức, ít cơ hội rèn kỹ năng thực hành làm hạn chế việc phát triển năng lực của bản thân. Cách kiểm tra đánh 2
giá vẫn theo truyền thống, chủ yếu qua các bài kiểm tra dẫn đến kết quả đánh giá chưa toàn diện. Thứ hai, thực trạng dạy và học thực hành môn Hóa học ở trường THPT: một số đơn vị thiếu phòng thực hành bộ môn. Hóa chất thường có hạn sử dụng 12 đến 24 tháng nên vấn đề chi ngân sách đầu tư mua bổ sung thiết bị hóa chất hàng năm và thanh lý hóa chất hết hạn đều cần các trường cân nhắc tính toán bởi số tiền không chỉ là vài triệu mà có thể lên đến cả trăm triệu đồng trên một năm. Hơn nữa khi tiến hành các thí nghiệm sẽ thải hóa chất ra môi trường gây ô nhiễm; đặc biệt khi tiến hành các thí nghiệm độc hại, gây cháy nổ sẽ gây nguy hiểm đến sức khỏe và tính mạng con người. Nhận thấy những hạn chế trên, nhóm tác giả đã kết hợp cùng nhóm chuyên môn của trường THPT Nam Yên Thành phát triển đề tài “Ứng dụng phần mềm thí nghiệm ảo Crocodile Chemistry theo mô hình 5E nhằm phát triển năng lực tìm hiểu tự nhiên cho HS khi dạy học chương 6 – Hóa học 10”. Năm học 2022-2023, nhóm tác giả đã áp dụng đề tài tại trường THPT Nam Yên Thành, nhận thấy đạt hiệu quả cao khắc phục phần nào các hạn chế trên. 2. Tóm tắt nội dung giải pháp và làm rõ điểm mới 2.1. Các nội dung cơ bản được đưa ra gồm - Nghiên cứu lí luận chung về các vấn đề + Mô hình 5E. + Thí nghiệm ảo và phần mềm Crocodile Chemistry. + Năng lực và năng lực tìm hiểu tự nhiên dưới góc độ hóa học. - Hướng dẫn các bước để GV và HS tự thiết kế các thí nghiệm thực hành chương 6 – Hóa học 10. - Kế hoạch bài học minh họa. - Kết quả thực nghiệm sư phạm. 2.2. Điểm mới – sáng tạo của giải pháp Kết hợp sáng tạo việc HS tự thiết kế và tiến hành thí nghiệm trên phần mềm Crocodile Chemistry trong quá trình dạy học theo mô hình dạy học 5E thay cho việc HS phải quan sát các thí nghiệm trên video hoặc GV làm minh họa, nhằm phát triển toàn diện năng lực người học, đặc biệt là năng lực tìm hiểu tự nhiên dưới góc độ Hóa học. Phần mềm Crocodile Chemistry có dung lượng nhỏ, dễ cài đặt vào máy tính, giao diện rõ ràng, dễ sử dụng, phí bản quyền nhỏ (có thể dùng bản miễn phí) phù hợp với cơ sở vật chất của nhà trường, giảm bớt ngân sách đầu tư mua và thanh lý dụng cụ, hóa chất phục vụ công tác thí nghiệm thực hành bộ môn Hóa học. Đặc biệt an toàn khi tiến hành thí nghiệm độc hại nguy hiểm, không gây ô nhiễm môi trường 3
Sáng kiến cũng đề xuất đổi mới kiểm tra đánh giá thông qua bảng tiêu chí đánh giá năng lực thực hành thí nghiệm HS, góp phần phát triển toàn diện năng lực người học. Đặc biệt, chương 6: Tốc độ phản ứng - Hóa học 10 mà chúng tôi lựa chọn rất phù hợp để ứng dụng phần mềm thí nghiệm ảo trong dạy học. 4
PHẦN B. NỘI DUNG NGHIÊN CỨU I. Cơ sở lí luận 1. Mô hình dạy học 5E 5E là mô hình trong đó HS học tập khám phá dựa trên lí thuyết kiến tạo theo 5 pha là hình thành động cơ học tập, khám phá, giải thích, vận dụng và đánh giá. Đây là một trong những chu trình học tập có hiệu quả dành cho các môn khoa học, trong phòng thí nghiệm thực hành hoặc các hoạt động thảo luận tương tác. Cụ thể 5 giai đoạn của mô hình này như sau: Giai đoạn 1: Gắn kết/hình thành động cơ học tập (Engage) Mục đích của giai đoạn này là để khơi gợi sự tò mò, quan tâm và khuyến khích HS tham gia vào bài học. GV nên thực hiện kết nối chủ đề học hoặc khái niệm phù hợp với trình độ và hoạt động nhận thức của HS. HS tham gia hoạt động sẽ tạo ra mối liên hệ giữa kinh nghiệm học tập trong quá khứ, hiện tại, thiết lập nền tảng tổ chức cho các hoạt động sắp tới. Giai đoạn 2: Khám phá (Explore) HS đặt câu hỏi, đưa ra các dự đoán, phát triển các giả thuyết để tích cực khám phá khái niệm mới. Giai đoạn này cho phép HS học theo cách thực hành, làm việc nhóm, giao tiếp và trực tiếp khám phá, thao tác trên giáo cụ, học liệu để kiểm tra các giả thuyết họ đưa ra. GV hướng dẫn, dẫn dắt HS thông qua những câu hỏi, các phương tiện dạy học, học liệu cung cấp những kiến thức cơ bản, nền tảng. Giai đoạn 3: Giải thích (Explain) Mục đích của giai đoạn này là tạo cơ hội để HS mô tả, trình bày, phân tích trải nghiệm hoặc bản thu hoạch, kết quả quan sát trong giai đoạn khám phá. GV hướng dẫn giúp HS tổng hợp kiến thức mới, và đặt câu hỏi nếu HS cần làm rõ thêm vấn đề, bổ sung, chính xác hóa kiến thức thức cho HS. Giai đoạn 4: Áp dụng (Elaborate) Giai đoạn này tập trung vào việc tạo cơ hội, không gian, hoạt động cho HS áp dụng những gì đã học được. GV giúp HS thực hành và vận dụng các kiến thức đã học được ở giai đoạn Giải thích, làm sâu sắc hơn các hiểu biết, khéo léo hơn các kĩ năng, và có thể áp dụng được trong những tình huống và hoàn cảnh đa dạng khác nhau. Điều này giúp các kiến thức trở nên sâu sắc hơn. GV có thể yêu cầu HS trình bày chi tiết hoặc tiến hành khảo sát bổ sung để củng cố các kĩ năng mới. Giai đoạn này cũng nhằm giúp HS củng cố kiến thức trước khi được đánh giá thông qua các bài kiểm tra. Giai đoạn 5: Đánh giá (Evaluate) Là giai đoạn GV xác định xem người học có đạt được sự hiểu biết về các khái niệm và kiến thức hay không. Có 2 loại hình đánh giá (thông qua bài kiểm 5
tra hoặc thông qua các câu hỏi, trao đổi thảo luận). GV có thể sử dụng 1 hoặc cả 2 hình thức này để đánh giá quá trình nhận thức và khả năng của từng HS, từ đó đưa ra các phương hướng điều chỉnh và hỗ trợ phù hợp, giúp HS đạt được các mục tiêu bài học. Giai đoạn đánh giá có thể thực hiện cuối hoặc lồng ghép trong quá trình thực hiện các giai đoạn trên. 1.1. Ưu điểm của phương pháp dạy học theo mô hình 5E Dạy học theo mô hình 5E có nhiều ưu điểm mà các phương pháp dạy học tích cực và phương pháp truyền thống ít có được, như là - Người học là trung tâm của hoạt động học. - Mô hình 5E tăng cường tính tích cực, chủ động, phát huy tínhđộc lập, sáng tạo của mỗi cá nhân HS trong quá trình học tập. Qua đó, phát triển kích thích lòng đam mê học tập của HS, là động lực của quá trình học tập. - Thông qua mô hình này tạo điều kiện giúp HS kết nối những tri thức đã học một cách hệ thống, tăng cường hiệu quả học tập. Đồng thời, mô hình này còn tạo điều kiện để GV tìm ra được những nội dung chính của bài, từ đó dẫn dắt khéo léo HS qua các hoạt động trải nghiệm. - Trong quá trình học tập, có huy động một số biện pháp học tập kết hợp với học tập theo nhóm giúp HS tự đánh giá và điều chỉnh vốn kiến thức của mình. - Tăng quá trình tương tác giữa GV và HS, GV luôn có những động thái kịp thời để hướng dẫn HS khi cần thiết. - HS được trải nghiệm để tự rút ra kiến thức mới, được hiểu sâu kiến thức và nhớ lâu hơn, HS cảm thấy thú vị khi được thực hành thí nghiệm. - Với không khí lớp học tươi vui, sôi nổi, tích cực sẽ giúp một phần quá trình tương tác sự giữa GV với HS, HS với HS và thúc đẩy sự giao tiếp của các thành viên trong cộng đồng. - Mô hình 5E là cách thức để HS tiếp nhận với phương pháp học tập gần với kiểu nghiên cứu của các nhà khoa học. 1.2. Hạn chế của phương pháp dạy học theo mô hình 5E - Dạy học theo mô hình 5E cần đảm bảo về điều kiện cho học tập: cơ sở vật chất đầy đủ, bố trí thời gian hợp lí, nội dung dạy phù hợp với chương trình. - GV phải có kiến thức, chuyên môn nghiệp vụ vững vàng, có sự chuẩn bị chu đáo về bài giảng . GV xử lí linh hoạt các tình huống do HS đưa ra trong quá trình học tập. - HS phải có kiến thức, kĩ năng cần thiết để thực hiện nhiệm vụ tìm ra được những kiến thức mới. - Cần nhiều thời gian trong một tiết học: tất cả hoạt động chủ yếu là HS thực hiện, GV chỉ hướng dẫn nên HS còn khá lúng túng khi thực hiện. 6
- Khi áp dụng mô hình 5E, khâu đánh giá bài học và tổ chức gặp khá nhiều khó khăn, GV cần phải linh hoạt sử dụng các hình thức đánh giá phù hợp. - Đối với mỗi bài học áp dụng mô hình 5E, GV cần xây dựng chi tiết, cụ thể các hoạt động và phù hợp với từng tiêu chí của nội dung bài học. 2. Phương pháp sử dụng thí nghiệm ở trường THPT. Trong dạy học hóa học, thí nghiệm được sử dụng với mục đích khác nhau ở các khâu khác nhau. Trong đó, khi hình thành kiến thức mới, thí nghiệm được sử dụng theo 4 phương pháp sau: - Thí nghiệm minh họa: GV cung cấp kiến thức cho HS trước sau đó thực hiện, quan sát thí nghiệm minh họa cho lời nói. - Thí nghiệm kiểm chứng: (1) GV nêu vấn đề cần tìm hiểu bằng thí nghiệm, (2) HS dự đoán kiến thức mới, hiện tượng thí nghiệm, (3) đề xuất cách thực hiện thí nghiệm, (4) sau đó thực hiện/quan sát thí nghiệm, (5) nêu hiện tượng, so sánh với dự đoán ban đầu và rút ra kết luận. - Thí nghiệm tạo tình huống có vấn đề và giải quyết vấn đề: (1) Nêu vấn đề, tạo mâu thuẫn nhận thức (có thể bằng thí nghiệm), phát biểu vấn đề cần tìm hiểu, đề xuất hướng giải quyết gồm (2) đề xuất các giả thuyết, (3) cách giải quyết bằng thực hiện/sát/phân tích thí nghiệm, (4) thực hiện kế hoạch giải quyết, (5) từ đó rút ra kết luận. - Thí nghiệm nghiên cứu: (1) Nêu vấn đề nghiên cứu, (2) đề xuất các giả thuyết và giải quyết bằng thí nghiệm, (3) thực hiện/quan sát thí nghiệm, (4) phân tích và giải thích hiện tượng để xác nhận giả thuyết đúng, (5) rút ra kết luận. Trong đó phương pháp sử dụng thí nghiệm minh họa là kém tích cực nhất, không mang tính chất tìm tòi, khám phá. Tùy từng mục tiêu, nội dung, đối tượng HS cụ thể mà lựa chọn phương pháp sử dụng thí nghiệm cho phù hợp sẽ phát triển năng lực tìm tòi, khám phá, học tập hóa học cho HS. * Thí nghiệm hóa học ảo Thí nghiệm ảo là tập hợp các tài nguyên số đa phương tiện dưới hình thức đối tượng học tập, nhằm mục đích mô phỏng các hiện tượng vật lý, hóa học, sinh học,… xảy ra trong tự nhiên hay trong phòng thí nghiệm, có đặc điểm là có tính năng tương tác cao, giao diện thân thiện với người sử dụng và có thể mô phỏng những quá trình, điều kiện tới hạn khó xảy ra trong tự nhiên hay khó thu được trong phòng thí nghiệm giúp người học nắm được bản chất của vấn đề. Thí nghiệm ảo giúp giảm thiểu việc học chay, dạy học truyền thống thường gặp do thiếu phương tiện, điều kiện thí nghiệm giúp người học chủ động học tập phù hợp với tinh thần lấy người học là trung tâm của giáo dục hiện đại. Như vậy, thí nghiệm ảo có thể được hiểu là thí nghiệm hóa học được mô phỏng lại tế để kiểm nghiệm lại lí thuyết hoặc làm minh họa rõ hơn một quá 7
trình hóa học. TNHH ảo có các ưu điểm có thể giả lập những tình huống, điều kiện tới hạn hay mô phỏng các hiện tượng hoá học và phản ứng hóa học khó thực nghiệm, từ đó giúp người học hiểu rõ bản chất của vấn đề. Trên thực tế không phải thí nghiệm nào cũng thành công mỹ mãn, nhưng với thí nghiệm ảo do đã được lập trình sẵn nên có thể nói gần như tất cả các thí nghiệm đều chuẩn xác, thực hiện thí nghiệm đem lại hiệu quả như mong đợi. Một vấn đề nữa là công tác chuẩn bị dụng cụ thí nghiệm, với một thí nghiệm đơn giản, ít dụng cụ thì GV có thể dễ dàng chuẩn bị dụng cụ, di chuyển từ lớp học này sang lớp học khác. Tuy nhiên với một thí nghiệm mà các dụng cụ cồng kềnh thì đây lại là không phải là một điều đơn giản. Còn với thí nghiệm ảo thì GV hoàn toàn không phải lo lắng gì về vấn đề này, các dụng cụ có sẵn trong máy vi tính, GV chỉ cần một lần thực hiện đưa phần mềm thiết kế thí nghiệm vào trong máy và cài đặt chương trình, như thế lần sau sẽ hoàn toàn yên tâm về dụng cụ thí nghiệm… Nhờ vậy, TNHH ảo kích thích niềm đam mê khoa học và tìm tòi khám phá cái mới của HS. 3. Phần mềm thí nghiệm ảo Crocodile Chemistry. 3.1. Đặc điểm. Crocodile Chemistry là phần mềm mô phỏng phòng thí nghiệm hóa học với rất nhiều thí nghiệm về hóa học phổ biến ở trong chương trình phổ thông, nó được xem như một “phòng thí nghiệm” ảo nơi mà các thí nghiệm hóa học ảo được mô phỏng lại.“Phòng thí nghiệm” này rất nhỏ gọn chỉ với dung lượng 23MB có 3 phần Contents, Parts Library và Properties với 63 đồ dùng hướng dẫn các thao tác làm thí nghiệm, thiết kế (mô phỏng) các thí nghiệm hóa học xung quanh chương trình khoa học mới. Phần mềm được xây dựng nhằm đáp ứng nhu cầu học tập, nghiên cứu công việc hết sức dễ dàng, bạn chỉ cần kéo hóa chất, thiết bị, lọ thí nghiệm ... từ bên trái màn hình và kết hợp chúng như bạn muốn. Phiên bản mới nhất là Crocodile Chemistry 6.05 gồm có 73 bộ bài học mẫu được thiết kế cho chương trình hóa học mới, giúp GV có thể dễ dàng áp dụng chúng trong quá trình dạy học nghiên cứu. Khi mới bắt đầu ta có thể vào phần Contents có sẵn các chủ đề hướng dẫn các thao tác sử dụng chương trình (Getting started), thao tác cơ bản khi tiến hành thí nghiệm về sự sắp xếp vật chất (Classifying Materials), các thí nghiệm về các loại phản ứng hóa học (Equations and amounts), các thí nghiệm về tốc độ phản ứng (Reaction rates), các thí nghiệm về năng lượng phản ứng (Engery), các thí nghiệm về nước và dung dịch (Water and solutions), các thí nghiệm về axit, bazo và muối (Acids, bases and salts), thí nghiệm tìm hiểu tính chất một số nhóm nguyên tố trong bảng tuần hoàn (The periodic table), thí nghiệm về điện hóa (Electrochemistry), các thí 8
nghiệm tìm hiểu tính chất của một số oxit kim loại và kim loại (Rocks and metals) và các thí nghiệm xác định chất (Identifying Substances). Với phần Parts Library bạn có thể chọn số lượng chất, loại hình phản ứng và phản ứng sẽ diễn ra ngay khi bạn trộn lẫn chúng. Các chức năng vẽ đồ thị, hiển thị chi tiết các thông số của phản ứng (khối lượng, nhiệt độ của chất rắn, nồng độcủa các chất trong dung dịch; thể tích, khối lượng, nhiệt độ của chất lỏng; pH của dung dịch; thể tích, thành phần phần trăm của chất khí, …), chèn văn bản, lời chỉ dẫn… giúp HS dễ dàng hiểu rõ được bản bản chất các phản ứng xảy ra trong thí nghiệm. Những đồ thị có thế lấy ở phần Properties sẽ phân tích dữ liệu từ cuộc thí nghiệm của bạn, những phân tích này sẽ diễn ra trong không gian 3D. Mô hình mô phỏng hiện đại tùy biến theo ý bạn, bạn có thể dạy HS làm theo cách riêng của mình cho họ thấy những phản ứng thí nghiệm gần như chính xác với kết quảthực nghiệm mà bạn muốn. 3.2. Ưu điểm - Giao diện đơn giản, dễ sử dụng. - Mô phỏng trực quan, sinh động. - Mô phỏng những thí nghiệm nguy hiểm, những thí nghiệm khó làm trong thực tế, ví dụ như phản ứng nhiệt Aluminium,… - Có thể thay đổi một số thông số cho hóa chất và dụng cụ như thể tích, nồng độ của dung dịch, khối lượng, độ mịn của chất rắn dạng bột, điện thế của pin, … - Hỗ trợ các chức năng như vẽ đồ thị, hiển thị chi tiết phản ứng, chèn văn bản, lời chỉ dẫn,.. - Các chủ đề mô phỏng mẫu rõ ràng, chi tiết, khá đa dạng,… - So với các phần mềm mô phỏng khác, thiết kế mô phỏng bằng phần mềm Crocodile Chemistry 6.05 ít tốn thời gian và công sức hơn, có thể tiến hành trực tiếp trên lớp để HS theo dõi từng thao tác thí nghiệm. - Là phần mềm khá lý tưởng cho HS tự nghiên cứu ở nhà. - Các chi tiết phản ứng khá đầy đủ, rõ ràng: khối lượng, nhiệt độ, số mol của chất rắn; nồng độ số mol của các chất trong dung dịch; thể tích, khối lượng, nhiệt độ của chất lỏng; thể tích, thành phần phần trăm của chất khí; các tính chất vật lý của hệ. 3.3. Nhược điểm - Các mô phỏng chủ yếu thuộc lĩnh vực hóa vô cơ. - Hóa chất, dụng cụ khá phong phú nhưng chưa đủ. - Một số hiệu ứng chưa được chưa được thuyết phục. - Là một phần mềm có bản quyền. 9
3.4. Biện pháp khắc phục: - Phần mềm mô phỏng không thể thay thế hoàn toàn thí nghiệm thật, sử dụng phần mềm kết hợp với thí nghiệm thật để làm rõ vấn đề. - Sử dụng phần mềm, kết hợp với hoạt động ngoại khóa hóa học để hướng dẫn HS tìm hiểu, tạo hứng thú học tập cho các em. - GV khi hướng dẫn mô phỏng cần lưu ý những để HS hiểu đúng bản chất thí nghiệm. - Kết hợp với các phần mềm khác để phát huy tối đa vai trò của hỗ trợ của phần mềm. 4. Năng lực và năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hóa học 4.1. Khái niệm về năng lực Khái niệm năng lực có nguồn gốc Latinh: “competentia” có nghĩa là “gặp gỡ”. Ngày nay khái niệm năng lực được hiểu dưới nhiều cách tiếp cận khác nhau. Theo cách tiếp cận truyền thống (tiếp cận hành vi – behavioural approach) thì năng lực là khả năng đơn lẻ của cá nhân, được hình thành dựa trên sự lắp ghép các mảng kiến thức và kỹ năng cụ thể. Theo ernd Meier, Nguyễn Văn Cường (2005): “Năng lực là một thuộc tính tâm lí phức hợp, là điểm hội tụ của nhiều yếu tố như tri thức kĩ năng, kĩ xảo, kinh nghiệm, sự sẵn sàng hành động và trách nhiệm đạo đức”. Năng lực là khả năng làm việc tốt, nhờ có phẩm chất đạo đức và trình độ chuyên môn. Năng lực luôn được xem xét trong mối quan hệ với hoạt động hoặc quan hệ nhất định nào đó. 4.2. Các năng lực cần hình thành và phát triển cho HS THPT Trong chương trình giáo dục phổ thông mới các em HS được hình thành và phát triển 10 năng lực thiết yếu để từ đó phát huy và vận dụng tối đa khả năng của mình vào thực tiễn. 10 năng lực đó được chia ra thành 2 nhóm năng lực chính là năng lực chung và năng lực chuyên môn: - Năng lực chung là những năng lực cơ bản, thiết yếu hoặc cốt lõi, làm nền tảng cho mọi hoạt động của con người trong cuộc sống và lao động nghề nghiệp. Các năng lực này được hình thành và phát triển dựa trên bản năng di truyền của con người, quá trình giáo dục và trải nghiệm trong cuộc sống; đáp ứng yêu cầu của nhiều loại hình hoạt động khác nhau. Những năng lực chung sẽ được nhà trường và GV giúp các em HS phát triển trong chương trình giáo dục phổ thông là: Tự chủ và tự học; Kỹ 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 chuyên môn là những năng lực được hình thành và phát triển trên cơ sở các năng lực chung theo định hướng chuyên sâu, riêng biệt trong các loại hình hoạt động, công việc hoặc tình huống, môi trường đặc thù, cần thiết 10
cho những hoạt động chuyên biệt, đáp ứng yêu cầu hạn hẹp hơn của một hoạt động. Đây cũng được xem như một năng khiếu, giúp các em mở rộng và phát huy bản thân mình nhiều hơn. Các năng lực chuyên môn môn Hóa học gồm: Năng lực nhận thức hóa học, Năng lực tìm hiểu tự nhiên dưới góc độ hóa học, Năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn. 4.3. Năng lực tìm hiểu tự nhiên dưới góc độ hóa học Tìm hiểu thế giới tự nhiên dưới góc độ hóa học là một trong 3 năng lực thành phần của năng lực hóa học, năng lực đặc thù hình thành và phát triển cho HS trong dạy học môn Hóa học ở trường THPT. Theo chương trình môn Hóa học 2018, biểu hiện của năng lực tìm hiểu tự nhiên là Quan sát, thu thập thông tin; phân tích, xử lí số liệu; giải thích; dự đoán được kết quả nghiên cứu một số sự vật, hiện tượng trong tự nhiên và đời sống. Các biểu hiện cụ thể gồm: (1) Đề xuất vấn đề: nhận ra và đặt được câu hỏi liên quan đến vấn đề; phân tích được bối cảnh để đề xuất vấn đề; biểu đạt được vấn đề. (2) Đưa ra phán đoán và xây dựng giả thuyết: phân tích được vấn đề để nêu được phán đoán; xây dựng và phát biểu được giả thuyết nghiên cứu. (3) Lập kế hoạch thực hiện: xây dựng được khung logic nội dung tìm hiểu; lựa chọn được phương pháp thích hợp (quan sát, thực nghiệm, điều tra, phỏng vấn,...); lập được kế hoạch triển khai tìm hiểu. (4) Thực hiện kế hoạch: thu thập được sự kiện và chứng cứ (quan sát, ghi chép, thu thập dữ liệu, thực nghiệm); phân tích được dữ liệu nhằm chứng minh hay bác bỏ giả thuyết; rút ra được kết luận và và điều chỉnh được kết luận khi cần thiết. (5) Viết, trình bày báo cáo và thảo luận: sử dụng được ngôn ngữ, hình vẽ, sơ đồ, biểu bảng để biểu đạt quá trình và kết quả tìm hiểu; viết được báo cáo sau quá trình tìm hiểu; hợp tác với đối tác bằng thái độ lắng nghe tích cực và tôn trọng quan điểm, ý kiến đánh giá do người khác đưa ra để tiếp thu tích cực và giải trình, phản biện, bảo vệ kết quả tìm hiểu một cách thuyết phục. Bảng các mức độ biểu hiện năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên của HS Biểu hiện Mức độ 1 Mức độ 2 Mức độ 3 của năng lực Đánh giá Thực hiện được ở Thực hiện được Thực hiện thành chung mức độ hạn chế quá trình tìm tòi công quá trình tìm cần có sự trợ giúp khám phá vấn đề tòi khám phá vấn đề của GV và bạn bè nhưng chưa chủ một cách chủ động, 11
Chưa thực hiện động, sáng tạo. Các sáng tạo. Đảm bảo được quá trình bước tìm tòi khám nội dung chính xác, tìm tòi khám phá phá đạt ở ở mức độ khoa học. vấn đề một cách vừa phải. chủ động, tích cực. Nêu câu hỏi Nhận ra và đặt Nhận ra và đặt Nhận ra và đặt được liên quan đến được câu hỏi liên được câu hỏi liên câu hỏi liên quan vấn đề cần quan đến vấn đề; quan đến vấn đề; đến vấn đề; phân tìm hiểu chưa phân tích phân tích được bối tích được bối cảnh được bối cảnh để cảnh để đề xuất vấn để đề xuất vấn đề; đề xuất vấn đề và đề; biểu đạt được biểu đạt được vấn biểu đạt được vấn vấn đề. đề một cách rõ ràng. đề. Đề xuất giả Đưa ra được phán Đưa ra được phán Đưa ra được phán thuyết nghiên đoán nhưng chưa đoán; Xây dựng đoán: phân tích cứu xây dựng được được giả thuyết được vấn đề để nêu giả thuyết. khoa học nhưng được phán đoán; chưa thật chính xác.xây dựng và phát biểu được giả thuyết nghiên cứu một cách rõ ràng, chính xác. Xây dựng quy Đề xuất quy trình Đề xuất được quy Đề xuất được quy trình thực thực hiện thí trình thực hiện thí trình thực hiện thí hiện thí nghiệm nhưng nghiệm nhưng chưa nghiệm: xây dựng nghiệm để chưa rõ ràng hợp khoa học được khung logic kiểm chứng lí nội dung tìm hiểu; giả thuyết. lựa chọn được phương pháp thích hợp (quan sát, thực nghiệm, điều tra, phỏng vấn,...); lập được kế hoạch triển khai tìm hiểu khoa học, logic. 12
Thực hiện thí Thực hiện được Thực hiện được kế Thực hiện kế hoạch: nghiệm theo kế hoạch với sự hoạch: thu thập thu thập được sự quy trình đã trợ giúp của GV được sự kiện và kiện và chứng cứ xây dựng. và bạn bè chứng cứ (quan sát, (quan sát, ghi chép, ghi chép, thu thập thu thập dữ liệu, dữ liệu, thực thực nghiệm); phân nghiệm); phân tích tích được dữ liệu được dữ liệu nhằm nhằm chứng minh chứng minh hay hay bác bỏ giả bác bỏ giả thuyết; thuyết; rút ra được rút ra được kết luận kết luận và và điều nhưng chưa đầy đủ, chỉnh đượckết luận chính xác. khi cần thiết một cách chính xác, rõ ràng, khoa học. Thu thập và Chưa thu thập Thu thập được đầy Thu thập được đầy xử lý dữ liệu được đủ và chính xác các đủ và chính xác các để chứng đầy đủ và chính thông tin, dữ liệu thông tin, dữ liệu minh hoặc Xác cần thiết thông qua cần thiết thông qua phủ định giả các thông tin, dữ thí nghiệm nhưng thí nghiệm và chứng thuyết, rút ra liệu cần thiết chưa chứng minh minh hoặc phủ định được kết luận thông qua thí hoặc phủ định được được giả thuyết ban cần thiết. nghiệm. giả thuyết ban đầu đầu để rút ra kết để rút ra kết luận luận phù hợp. phù hợp. Trình bày quá - Viết, trình bày Viết, trình bày báo - Viết, trình bày báo trình và kết báo cáo và thảo cáo và thảo luận: sử cáo và thảo luận: sử quả tìm hiểu luận với sự trợ dụng được ngôn dụng được ngôn giúp của GV và ngữ, hình vẽ, sơ đồ, ngữ, hình vẽ, sơ đồ, bạn bè. biểu bảng để biểu biểu bảng để biểu đạt quá trình và kết đạt quá trình và kết quả tìm hiểu nhưng quả tìm hiểu; viết chưa chính xác; Có được báo cáo sau thái độ lắng nghe quá trình tìm hiểu; 13
tích cực và tôn Hợp tác với đối tác trọng quan điểm, ý bằng thái độ lắng kiến đánh giá do nghe tích cực và tôn người khác đưa ra trọng quan điểm, ý để tiếp thu tích cực kiến đánh giá do và giải trình nhưng người khác đưa ra chưa phản biện, bảo để tiếp thu tích cực vệ kết quả tìm hiểu và giải trình, phản một cách thuyết biện, bảo vệ kết quả phục. tìm hiểu một cách thuyết Bảng kiểm quan sát đánh giá năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên dành cho GV Mức Các tiêu độ Mức độ 1 Mức độ Mức độ chí (1đ) 2 (2đ) 3 (3đ) 1. Nêu câu hỏi liên quan đến vấn đề cần tìm hiểu 2. Đề xuất giả thuyết nghiên cứu 3. Xây dựng quy trình thực hiện thí nghiệm để kiểm chứng giả thuyết. 4. Thực hiện thí nghiệm theo quy trình đã xây dựng. 5. Thu thập và xử lý dữ liệu để chứng minh Thực phủ định giả thuyết,quy trình đã xây hoặc hiện thí nghiệm theo rút ra được kết dựng. thiết. luận cần 6. Trình bày quá trình và kết quả tìm hiểu 5. Vận dụng mô hình 5E trong dạy học hóa học với thí nghiệm ảo nhằm phát triển NLTHTN dưới góc độ hóa học. 5.1. Sự phù hợp khi vận dụng mô hình 5E với thí nghiệm hóa học. Căn cứ trên các lí thuyết trình bày ở trên có thể chỉ ra sự phù hợp khi vận dụng mô hình 5E với thí nghiệm trong trong dạy học hóa học để phát triển năng lực tìm hiểu tự nhiên như sau: 14
- Tiến trình 5 giai đoạn của mô hình 5E cho thấy rất phù hợp với việc tổ chức dạy học trong các môn khoa học, trong phòng thí nghiệm thực hành hoặc các hoạt động thảo luận tương tác. Dạy học theo mô hình 5E, HS sẽ thực hiện các hoạt động thực hành và khám phá để tìm ra kiến thức kĩ năng, được học thông qua trải nghiệm và qua đó phát triển phẩm chất, năng lực đáp ứng mục tiêu dạy học ở trường phổ thông hiện nay. - Tùy theo mục tiêu, nội dung đối tượng và điều kiện cụ thể mà GV có thể tổ chức cho HS thực hiện các kiểu hoạt động khám phá khác nhau. Tuy nhiên, với môn Hóa học, là môn khoa học thực nghiệm, thì việc khám phá thông qua thực hiện, quan sát các thí nghiệm một hoạt động khám phá đặc trưng, quan trọng. - Về phương pháp, GV có thể hướng dẫn HS thực hiện (hay kể cả chỉ quan sát) thí nghiệm khám phá theo cách thức nghiên cứu hoặc kiểm chứng, giải quyết vấn đề. 5.2. Sự phù hợp khi vận dụng mô hình 5E với thí nghiệm ảo. Về thí nghiệm sử dụng trong dạy học, GV sẽ lựa chọn một cách phù hợp trong các hình thức khác nhau như thí nghiệm làm thực tế, thí nghiệm ảo (làm trên máy vi tính), video quay thí nghiệm làm thực tế hoặc dạng mô phỏng tùy vào điều kiện hoàn cảnh cụ thể. Trong các một số đề tài đã công bố về cách vận dụng thí nghiệm trong dạy học theo mô hình 5E đều sử dụng thí nghiệm làm thực tế. Nói chung đây là hình thức thí nghiệm tốt nhất, tuy nhiên trong các tình huống các thí nghiệm nguy hiểm, nhiều trường hợp, kĩ năng thí nghiệm khó và đặc biệt trong điều kiện học trực tuyến thì việc thực hiện thí nghiệm ảo là phù hợp và đảm bảo HS được thực hiện thí nghiệm khám phá. 5.3. Quy trình vận dụng mô hình 5E sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học. (1) Tìm hiểu cách sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo Để sử dụng thí nghiệm ảo, trước hết GV cần tìm cách cài đặt và sử dụng phần mềm làm thí nghiệm ảo, xác định các thí nghiệm có sẵn, các thí nghiệm có thể thực hiện với các dụng cụ hóa chất trên phần mềm và hiện tượng, thông tin thu thập được khi thực hiện thí nghiệm ảo. GV cần hướng dẫn HS tìm hiểu giao diện và thực hiện các thao tác cơ bản để sử dụng phần mềm này. (2) Lựa chọn bài học vận dụng mô hình 5E và thí nghiệm ảo Bài học lựa chọn cần thỏa mãn điều kiện hai điều kiện: thí nghiệm sử dụng trong bài học phải có trong dữ liệu phần mềm thực hiện thí nghiệm ảo (bởi mỗi phần mềm có giới hạn các dụng cụ, hóa chất nhất định); mức độ phức tạp của nội dung phù hợp để HS có thể tư duy, hiểu và khám phá. (3) Làm thử các thí nghiệm ảo GV cần làm thử các thí nghiệm ảo dự kiến sử dụng trong bài học, ghi lại 15
cách tiến hành và các thao tác trên phần mềm để có thể hỗ trợ HS. (4) Lập kế hoạch bài dạy và hoạt động sử dụng thí nghiệm ảo GV lập kế hoạch bày dạy theo mô hình 5E với các hoạt động phù hợp trong từng giai đoạn, trong đó sử dụng thí nghiệm ảo để HS thực hiện khám theo phương pháp phù hợp là kiểm chứng, giải quyết vấn đề và nghiên cứu. Tuy nhiên đặc biệt chú ý khi hướng dẫn HS thực hiện thí nghiệm cần kèm theo mô tả thao tác thực hiện trên phần mềm tương ứng với các bước tiến hành thí nghiệm hoặc thiết kế dưới dạng phiếu hỗ trợ nếu HS chưa thành thạo việc sử dụng phần mềm thí nghiệm ảo. Chuẩn bị việc cài phần mềm trên các máy tính sử dụng trong giờ học. GV có thể hướng dẫn để HS thực hiện việc này nếu sử dụng máy tính cá nhân. 5.4. Tổ chức thực hiện sử dụng thí nghiệm ảo theo mô hình 5E trong dạy học hóa học Giai Hoạt Hoạt động của Lưu ý đoạn động GV E1: HScủa HSgia GV nêu câu Nên xuất phát từ kiến thức liên quan tham Hình trả lời câu hỏi, tạo tình HS đã biết để dẫn đến 1 câu hỏi, vấn thành hỏi, tương huống, dẫn dắt đề mà HS không trả lời được, hoặc động tác với các để nêu vấn đề có thể đưa ra các hiện tượng, tình cơ tình huống cần tìm tòi huống thực tiễn,… và đặt các câu hỏi học bối cảnh GV khám phá.. mà HS cũng chưa giải quyết được để tập đưa ra tạo sự tò mò, hiếu kì của HS, biến các mâu thuẫn khách quan thành mâu thuẫn chủ quan của HS, tạo động cơ, sự cuốn hút, hào hứng vào thực hiện hoạt động tiếp theo. E2: HS phải tự GV giao nhiệm Hướng dẫn làm việc nhóm cần thiết Khám thực hiện thí vụ thực hiện thí kế sao cho định hướng HS tư duy và phá nghiệm nghiệm để tìm thực hiện thí nghiệm theo tiến trình khám phá và tòi khám phá của kiểm chứng, giải quyết vấn đề và thường theo cho HS. nghiên cứu, tùy từng trường hợp cụ nhóm, do đó GV cần quan thể cho phù hợp. nên thiết kế sát, nhắc nhở, GV hỗ trợ HS về thao tác thực hiện thành nhiệm hỗ trợ HS trong thí nghiệm trên phần mềm thông qua vụ thảo luận quá trình khám các phiếu hướng dẫn, hỗ trợ thêm và thực hiện phá để HS rút hoặc hướng dẫn trực tiếp. Vì thông 16