Mục đích của sáng kiến là đề xuất nội dung và quy trình dạy học môn hóa học theo định hướng STEM cho học sinh 11 THPT, góp phần nâng cao hiệu quả dạy và học môn hóa học cũng như phát triển năng lực của học sinh trường THPT. Rèn luyện cho HS kĩ năng làm việc theo nhóm một cách có hiệu quả từ đó hình thành năng lực hợp tác trong học tập và năng lực vận dụng kiến thức vào thực tiễn
Mục đích nghiên cứu
Sáng kiến nhằm đề xuất nội dung và quy trình giảng dạy môn hóa học theo định hướng STEM cho học sinh lớp 11 THPT, với mục tiêu nâng cao hiệu quả dạy và học, đồng thời phát triển năng lực cho học sinh tại các trường trung học phổ thông.
Rèn luyện kỹ năng làm việc nhóm cho học sinh một cách hiệu quả không chỉ giúp hình thành năng lực hợp tác trong học tập mà còn nâng cao khả năng vận dụng kiến thức vào thực tiễn.
Hướng dẫn học sinh cách tìm kiếm và khai thác tài liệu liên quan đến học tập, đồng thời chỉ ra phương pháp hiệu quả để sử dụng thông tin từ các tài liệu đã thu thập.
- Xây dựng chủ đề dạy học theo nội dung tích hợp STEM vào bài giảng hóa học 11THPT để dạy tốt và học tốt môn hóa học.
Nhiệm vụ nghiên cứu
-Tìm hiểu cơ sở lí luận về dạy học định hướng STEM
-Nghiên cứu chương trình và sách giáo khoa hóa học
- Nghiên cứu các phương pháp và cách thức lồng nội dung tổ chức các hoạt động trải nghiệm vào nội dung bài học theo định hướng STEM
-Kết luận và đề xuất.
Khách thể và đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Các bài học theo định hướng stem trong dạy học hóa học lớp
Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy học hóa học ở trường THPT.
Giả thuyết khoa học
Trong quá trình dạy học, việc giáo viên xây dựng các bài học STEM và dự án học tập một cách hiệu quả sẽ tạo ra hứng thú học tập cho học sinh Điều này không chỉ giúp học sinh phát huy tính tích cực và chủ động trong nhận thức, mà còn nâng cao tinh thần làm việc khoa học và kỹ năng hợp tác Qua đó, giáo dục góp phần đào tạo con người phát triển toàn diện và nâng cao chất lượng dạy học môn hóa tại trường THPT.
Những đóng góp của đề tài
Bài viết này nhằm làm rõ cơ sở lý luận cho việc thiết kế và tổ chức các hoạt động dạy học STEM trong môn Hóa học tại trường THPT Việc áp dụng các phương pháp STEM không chỉ nâng cao chất lượng giảng dạy mà còn giúp học sinh phát triển tư duy phản biện và khả năng giải quyết vấn đề Thông qua việc tích hợp kiến thức liên môn, học sinh sẽ có cơ hội áp dụng lý thuyết vào thực tiễn, từ đó tạo ra động lực học tập và khám phá khoa học.
Việc áp dụng giáo án dạy học theo định hướng STEM trong giảng dạy hóa học tại trường THPT đã mang lại những giá trị cụ thể, giúp nâng cao mức độ thành công trong quá trình giảng dạy Các phương pháp này không chỉ cải thiện khả năng tiếp thu kiến thức của học sinh mà còn khuyến khích sự sáng tạo và tư duy phản biện, từ đó tạo ra môi trường học tập tích cực và hiệu quả hơn.
Phương pháp nghiên cứu
Các phương pháp nghiên cứu lý luận
-Đọc và nghiên cứu các tài liệu có liên quan đến đề tài.
-Dạy học theo định hướng STEM trong bộ môn Hóa học.
-Các năng lực học sinh đạt được thông qua dạy học STEM.
Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn
-Quan sát, thăm lớp, dự giờ, trao đổi với giáo viên và học sinh.
-Khảo sát tình hình sử dụng dạy học theo định hướng STEM hiện nay.
-Tổng kết kinh nghiệm thực tiễn.
Cơ sở lý luận và thực tiễn của đề tài
Cơ sở thực tiễn
Về sách giáo khoa và tài liệu tham khảo
Sách giáo khoa hiện tại còn quá chú trọng vào lý thuyết và tính toán, với nhiều bài thực hành trùng lặp và không thực tế Nội dung hóa học liên kết với các vấn đề thực tiễn vẫn còn hạn chế, đặc biệt là khả năng áp dụng kiến thức vào thực tiễn gần như không có, trong khi hóa học là môn học có mối liên hệ chặt chẽ nhất với các vấn đề thực tiễn.
Sách giáo khoa hiện nay chỉ cung cấp một số bài tập thực tiễn hạn chế so với khối lượng kiến thức mà học sinh tiếp thu Ví dụ, trong sách giáo khoa Hóa học 11, chương 2 chỉ có 3 bài tập trên tổng số 37 trang, chương 3 có 4 bài trên 83 trang, và chương 4 có 4 bài trên 91 trang, cùng với các bài khác ở chương 7 Nội dung các câu hỏi thường mang tính chung chung, số liệu không cập nhật và thiếu tính thời sự, điều này cần được cải thiện để nâng cao chất lượng giáo dục.
Thứ hai, tính giáo dục của môn hóa thông qua lượng bài tập thực tế trong sách giáo khoa cũng chưa thực sự nổi bật.
Thông tin khoa học mới và các vấn đề thời sự liên quan đến bộ môn chưa được cập nhật kịp thời vào chương trình học, dẫn đến việc học trở nên kém hấp dẫn và khó thuyết phục học sinh.
Về tài liệu tham khảo
Hiện nay, nhu cầu đổi mới thi cử đã dẫn đến sự gia tăng tài liệu về bài tập hóa học ứng dụng thực tế Tuy nhiên, các tài liệu này còn thiếu tính hệ thống và phân loại chi tiết Hầu hết chỉ cung cấp bài tập, thường trích dẫn từ đề thi thử, mà không có phân tích hay thiết kế cho các bài giảng cụ thể, gây khó khăn cho giáo viên trong việc tham khảo và áp dụng.
Về giáo viên và học sinh a Ưu điểm
Trong những năm gần đây, phương pháp dạy học môn hóa học ở trường THPT đã có những chuyển biến tích cực, với việc giáo viên chuyển từ hình thức học thụ động sang học chủ động Năng lực thực hành của học sinh được chú trọng, và các hình thức dạy học tích cực được áp dụng, làm cho việc học trở nên hứng thú hơn Sự phát triển của công nghệ thông tin cũng đã tạo điều kiện thuận lợi cho học sinh tự khám phá tri thức mới, giảm sự phụ thuộc vào giáo viên.
Năng lực của giáo viên trong việc áp dụng chương trình đổi mới phương pháp dạy học ở các trường và địa phương hiện nay không đồng đều Một số giáo viên vẫn chưa thực hiện việc đổi mới phương pháp giáo dục và giảng dạy, do thiếu quan tâm đến quá trình cải cách và đổi mới này.
Bộ giáo dục Phương pháp dạy học của nhiều GV còn thiếu sáng tạo, gượng ép.
Nhiều giáo viên chỉ tập trung vào việc rèn luyện các dạng bài tập để chuẩn bị cho kỳ thi đại học, dẫn đến việc học sinh chỉ học để vượt qua các kỳ thi mà không chú trọng đến việc áp dụng kiến thức thực tiễn Hệ quả là nhiều kiến thức quan trọng bị lãng quên và không được sử dụng trong cuộc sống hàng ngày.
Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật trong cuộc cách mạng 4.0, chúng ta cần xem xét lại phương pháp truyền thụ kiến thức cho học sinh Quá trình hình thành năng lực đóng vai trò quan trọng trong việc phát triển nhân cách toàn diện của học sinh Việc bồi dưỡng giáo dục năng lực cần được thực hiện theo quy luật sư phạm, đảm bảo tính khoa học và thực tiễn.
Chúng tôi áp dụng phương pháp dạy học STEM vào giảng dạy hóa học tại trường phổ thông nhằm đổi mới phương pháp giáo dục và đáp ứng nhu cầu của xã hội hiện đại.
Thiết kế một số hoạt động dạy học theo định hướng STEM
Nội dung tiến hành trong dạy học STEM
Lên kế hoạch bài dạy là nhiệm vụ quan trọng của giáo viên, với ý tưởng có thể phát sinh từ thực tiễn giảng dạy, các vấn đề thời sự hoặc từ những đề xuất, phát biểu của học sinh Các bước thực hiện kế hoạch bài dạy bao gồm việc xác định mục tiêu, lựa chọn nội dung giảng dạy phù hợp, thiết kế hoạt động học tập sáng tạo và đánh giá hiệu quả giảng dạy.
Bước 1: Lên ý tưởng dự án
Bước 2: Xác định mục tiêu
Bước 3: Thiết lập bộ câu hỏi định hướng
Bước 4: Lịch trình đánh giá
Bước 5: Dự kiến các hoạt động
Giáo viên định hướng các hoạt động và HS là người sẽ thực hiện các ý tưởng đó.
GV là người giám sát, theo dõi, hỗ trợ khi cần thiết Các bước tiến hành kế hoạch thực hiện gồm:
Nhóm trưởng nhận nhiệm vụ và tổ chức họp với các thành viên để triển khai kế hoạch và phân công công việc cụ thể Sự tương tác giữa các thành viên, nhóm trưởng và giáo viên hướng dẫn là rất quan trọng Định kỳ, nhóm trưởng và giáo viên họp để báo cáo về tiến độ thực hiện và những khó khăn gặp phải trong quá trình làm việc.
Bước 2: Triển khai, thực hiện nhiệm vụ:
Bao gồm thứ tự các bước tiến hành:
Công Thời gian Thành viên Đánh giá hoàn thành thực hiện Kết quả Để triển khai các bước trên HS cần:
-Tìm kiếm thông tin, tài liệu
- Chuẩn bị nguyên, vật liệu
- Tiến hành nhiệm vụ được giao
- Quay video, làm clip về sản phẩm
- Để đánh giá sản phẩm của HS, GV hướng dẫn xây dựng bộ công cụ đánh giá.
- Điểm sản phẩm: là trung bình cộng từ phiếu đánh giá của HS và điểm sản phẩm từ GV.
Theo quy định, các nhóm sẽ tổ chức báo cáo sản phẩm của mình dưới sự hướng dẫn của giáo viên Nhóm trưởng hoặc đại diện từng nhóm sẽ trình bày sản phẩm, trong khi các nhóm khác theo dõi và đặt câu hỏi Giáo viên cũng sẽ kiểm tra kiến thức của học sinh trong quá trình báo cáo Ngoài ra, các nhóm có thể chia sẻ những khó khăn gặp phải và đề xuất các giải pháp tối ưu.
Giáo viên rút ra kết luận, nhận xét ưu, nhược điểm từng nhóm, dựa vào công cụ đánh giá để cho điểm từng HS.
1.5 Kiểm tra kiến thức vận dụng
Giáo viên thực hiện bài kiểm tra để đánh giá quá trình tiếp thu kiến thức và kỹ năng của học sinh Dựa trên kết quả này, giáo viên có thể điều chỉnh phương pháp giảng dạy và lên kế hoạch cho các dự án tiếp theo, từ đó rút ra kinh nghiệm và khẳng định hiệu quả của phương pháp dạy học theo định hướng STEM.
Các dự án tham khảo có thể thiết kế bài học STEM trong chương trình hóa học lớp 11 THPT
Với chương trình hóa học 11, có thể tiến hành các hoạt động trải nghiệm theo dạy học STEM như:
Dự án 1: Chế tạo chất chỉ thị màu từ rau củ quả.
Dự án 2: Phân bón hóa học, thuốc trừ sâu, thuốc bảo vệ thực vật với sức khỏe cộng đồng.
Dự án 3: Chất làm xốp bánh (Làm bánh bông lan, bánh bao, bánh tiêu, bánh bò…).
Dự án 4: Dự án rau sạch.
Dự án 5: Chưng cất tinh dầu xả, tinh dầu cam, tinh dầu gừng, tinh dầu gấc….
Dự án 6: Làm nến thơm, làm son môi từ thực phẩm.
Dự án 7: Dự án làm nước giải khát bằng quá trình lên men trái cây.
Dự án 8: Tìm hiểu về xăng sinh học (E5).
Dự án 9: Làm cơm rượu, làm giấm.
Dự án 10: Rượu với sức khỏe và văn hóa.
3 Giáo án dạy học theo định hướng STEM trong chương trình hóa học lớp 11 THPT
Tên dự án: Chế tạo chất chỉ thị màu từ hoa dâm bụt
Bài, chương, lớp áp dụng dự án
Bài 3- Sự điện li của nước pH Chất chỉ thị axit-bazơ
Hiện nay, nhiều chất chỉ thị, đặc biệt là giấy quỳ tím được sử dụng trong trường học không đảm bảo chất lượng, chủ yếu có nguồn gốc từ Trung Quốc hoặc không rõ ràng Điều này ảnh hưởng tiêu cực đến kết quả thí nghiệm Do đó, việc tìm kiếm giấy quỳ chất lượng cao cho các thí nghiệm trong trường học trở nên khó khăn.
Chất chỉ thị từ hoa dâm bụt không chỉ dễ chế tạo mà còn tiết kiệm, vì vậy chúng tôi đã quyết định thực hiện dự án này.
3.1.2 Mục tiêu dự án a Mục tiêu kiến thức
- Chỉ ra sự biến đổi màu sắc của một số chỉ thị trong dung dịch ở những khoảng pH khác nhau.
-Trình bày cách đánh giá độ axit, độ bazơ của một số dung dịch dựa vào giá trị pH.
- Nêu khái niệm pH và ý nghĩa của pH trong thực tiễn.
- Trình bày cách xác định môi trường của một số chất khi tan trong nước.
- Tìm ra chất chỉ thị có sẵn trong tự nhiên và cho biết khoảng chuyển màu của chỉ thị đó. b Mục tiêu kỹ năng
Để xác định gần đúng giá trị pH, chúng ta sử dụng chỉ thị vạn năng, từ đó dựa vào khoảng chuyển màu của chỉ thị để phân loại dung dịch thành môi trường axit, bazơ hoặc trung tính.
- Chế tạo chỉ thị tự nhiên từ hoa dâm bụt.
- Rèn luyện kỹ năng quan sát, thực hành thí nghiệm, nhận xét.
- Rèn luyện kỹ năng hợp tác nhóm, sử dụng công nghệ thông tin.
- Phát triển tư duy sáng tạo, giải quyết vấn đề. c Mục tiêu thái độ
- Củng cố niềm tin vào khoa học thực nghiệm.
- Hứng thú với việc ứng dụng kiến thức để khám phá thế giới, giải quyết vấn đề thực tiễn.
- Chủ động, nghiêm túc, trách nhiệm với nhiệm vụ đã nhận.
- Tôn trọng kết quả thực nghiệm khi làm thí nghiệm.
-Nghiêm túc hoàn thành nhiệm vụ được giao Có trách nhiệm với sản phẩm mình làm ra. d Mục tiêu về năng lực định hướng hình thành
- Hình thành năng lực giải quyết vấn đề.
- Hình thành năng lực hợp tác.
- Hình thành năng lực sáng tạo.
- Hình thành năng lực tự học.
- Hình thành năng lực sử dụng công nghệ thông tin và truyền thông.
3.1.3 Dự kiến các hoạt động
Thời gian thực hiện dự án: 2 tuần
- Ngày 1: Cho HS làm bài kiểm tra trắc nghiệm trước bài dạy, tổng hợp và rút ra nhận xét, đánh giá.
- Ngày 2: Phát phiếu khảo sát tìm hiểu nhu cầu của HS, tổng hợp, hoàn thiện kế hoạch dự án.
Vào ngày thứ ba, giáo viên đã giới thiệu tổng quan về dự án và tiến hành chia nhóm cho học sinh Giáo viên cũng đã nêu rõ các công việc cụ thể mà mỗi nhóm cần thực hiện, đồng thời phát bộ câu hỏi định hướng để hỗ trợ các nhóm trong quá trình làm việc.
Vào ngày 5, cần theo dõi và điều chỉnh tiến độ công việc của học sinh thông qua nhật ký dự án Đồng thời, phản hồi cho giáo viên, nhắc nhở học sinh và hỗ trợ kịp thời khi cần thiết.
Vào ngày 6, giáo viên sẽ theo dõi thái độ làm việc cá nhân và làm việc nhóm của học sinh thông qua việc yêu cầu các em tự nhận xét về bản thân cũng như nhận xét bạn học cùng nhóm trên Google Drive.
Ngày 1: Theo dõi tiến độ công việc và thái độ làm việc cá nhân, cũng như khả năng làm việc nhóm thông qua việc yêu cầu học sinh tự đánh giá bản thân và nhận xét bạn học cùng nhóm trên Google Drive.
Vào ngày thứ hai, học sinh sẽ nộp sản phẩm nhóm và cá nhân để giáo viên xem xét, góp ý và chỉnh sửa nhằm hoàn thiện hơn Giáo viên có thể trình bày một thí nghiệm đã thực hiện trước đó để học sinh tham khảo.
- Ngày 3: Phát cho HS phiếu đánh giá và hướng dẫn cách đánh giá.
+ Học sinh từng nhóm trình bày sản phẩm, GV nhận xét, đánh giá sản phẩm và khả năng trình bày ý tưởng của HS.
+ Các nhóm nhận xét, đóng góp ý kiến cho sản phẩm của nhóm khác.
+ Giáo viên tổng hợp, chỉnh sửa, bổ sung và tóm tắt lại kiến thức.
- Ngày 5: Cho HS làm bài kiểm tra cá nhân để kiểm tra kiến thức sau khi hoàn thành dự án.
Sản phẩm sẽ được hoàn thành trong vòng 2 tuần kể từ khi nhận chủ đề Các nhóm sẽ thực hiện và báo cáo kết quả tại phòng chiếu Nếu gặp bất kỳ vấn đề nào, học sinh có thể liên hệ với giáo viên hướng dẫn để được hỗ trợ.
3.2 Kế hoạch thực hiện dự án
3.2.1 Tìm kiếm thông tin, tài liệu phục vụ dự án
The chemical composition of hibiscus flowers includes mucilage, acetic acid esters, β-sitosterol, and carotene found in both the leaves and flowers Additionally, hibiscus flowers contain hydroxycitric acid and amylase.
- Cách tách chiết antoxyanin trong hoa dâm bụt.
- Khoảng chuyển màu pH của dung dịch hoa dâm bụt.
3.2.2 Chuẩn bị nguyên vật liệu và dụng cụ thực hiện dự án
- Hóa chất: cồn 90 0 , dd HCl, dd NaOH, dd NH3, dd CH3COOH, dd BaCl2, dd NH4Cl, dd Na2CO3.
- Dụng cụ: cốc thủy tinh, phểu thủy tinh, ống nghiệm, kẹp gỗ, giấy lọc.
3.2.3 Tiến hành chế tạo chất chỉ thị
*Chọn hoa dâm bụt có màu đỏ tươi để làm thí nghiệm.
*Cách làm: a Chế tạo dung dịch chỉ thị màu
- Lấy cánh hoa dâm bụt, bỏ vào cốc thủy tinh có đựng cồn 90 0 ( có thể giã nhuyễn trước, càng nhiều cánh hoa chất chỉ thị có màu càng đậm).
- Để ở nơi mát, dung dịch dần dần chuyển màu.
- Sau khoảng 2 giờ, lọc lấy dung dịch và có thể làm chất chỉ thị.
- Để kiểm tra độ bền của dung dịch chỉ thị màu thì khoảng 2 tuần sẽ điều chế một lần. b Chế tạo giấy chỉ thị màu
- Cắt giấy lọc theo dạng phù hợp, có thể làm sạch giấy lọc bằng cách ngâm vào nước cất sau đó phơi khô.
-Ngâm các mảnh giấy đã làm sạch vào đ chất chỉ thị đã được điều chế ở trên Sau khoảng 60 phút, lấy ra và đem phơi khô.
3.2.4 Thử tính đổi màu của chất chỉ thị làm tự hoa dâm bụt a Thí nghiệm kiểm tra sự biến đổi màu cảu giấy chỉ thị được làm từ hoa dâm bụt
STT Dung dịch thử Màu của giấy chỉ thị
7 NH4Cl b Thí nghiệm so sánh sự biến đổi màu của giấy chỉ thị được chiết xuất từ hoa dâm bụt với giấy quỳ tím
STT Dung dịch Chất chỉ thị được chiết xuất từ hoa dâm Màu của giấy quỳ thử bụt tím
3.3 Bộ công cụ đánh giá dự án a Đánh giá trước khi học sinh thực hiện dự án b Đánh giá trong khi học sinh thực hiện dự án
Dùng bảng KWL đã thực hiện ở lúc chuẩn bị thực hiện dự án.
+Học sinh nhìn lại, bổ sung câu hỏi ở cột W (nếu trong quá trình làm phát hiện điều muốn biết mới)
+ Cập nhật câu trả lời vào cột L
Know Want Learn c Bộ câu hỏi định hướng (đính kèm phụ lục 1). d Phiếu đánh giá đồng đẳng (đính kèm phụ lục 2).
Giáo viên phát cho mỗi học sinh một phiếu đánh giá đồng đẳng, và nhóm trưởng sẽ tổng hợp kết quả từ các phiếu này Điểm số của mỗi học sinh được tính dựa trên đánh giá từ bạn bè và điểm sản phẩm mà học sinh đã hoàn thành.
3.4 Báo cáo sản phẩm (hình ảnh đính kèm ở phụ lục 3).
Dựa vào bảng câu hỏi định hướng và bảng KWL học sinh đã hoàn thành, thiết kế một đề kiểm tra 1 tiết (đính kèm phụ lục 4).
Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM
Kiểm tra tính hiệu quả của sáng kiến kinh nghiệm.
- Điều tra thực trạng học tập của lớp thực nghiệm
- Soạn bài giảng dạy theo nội dung của sáng kiến.
-Dạy theo nội dung sáng kiến trong các giờ học lý thuyết, luyện tập, tự chọn, thực hành và cả kiến thức HS thực hiện ngoài giờ học.
Quan sát hoạt động học tập của học sinh là rất quan trọng để đánh giá xem các em có phát huy được tính tích cực và tự giác hay không, đồng thời cũng giúp xác định mức độ phát triển các năng lực cần thiết cho việc học tập và rèn luyện.
- Quan sát và đánh giá thái độ của HS trong các giờ học.
- Tiến hành bài kiểm tra 1 tiết sau khi thực nghiệm.
- Giáo viên thực hiện quan sát hoạt động học tập của HS ở lớp đối chứng được
GV giảng dạy các bài tập cùng nội dung trong SKKN nhưng không theo hướng đi của sáng kiến.
- Tiến hành cùng một đề kiểm tra như lớp thực nghiệm.
Thực nghiệm theo nội dung của sáng kiến kinh nghiệm.
4 Địa điểm, thời gian và đối tượng thực nghiệm
Thực nghiệm sư phạm được tiến hành tại các trường THPT tỉnh Hà Tĩnh.
Sau khi nghiên cứu kỹ lưỡng, chúng tôi nhận thấy rằng trình độ Hóa học của các lớp thực nghiệm và lớp đối chứng tại các trường là tương đương Dựa trên kết quả này, tôi đã đề xuất thực nghiệm cụ thể cho các lớp tại trường mình giảng dạy.
+Lớp thực nghiệm: 11A2 ( năm học 2018 - 2019)
+Lớp đối chứng: 11A3 ( năm học 2018 - 2019)
Thực nghiệm diễn ra từ ngày 1 tháng 9 năm 2018 đến ngày 6 tháng 11 năm 2018, với tổng số 5 tiết dạy cho mỗi lớp 11, bao gồm 1 bài kiểm tra Các tiết học này được tổ chức trong các giờ lý thuyết, luyện tập, tự chọn và thực hành.
5 Đánh giá kết quả thực nghiệm sư phạm