Thiết kế một số chủ đề dạy học theo định hướng stem trong hóa học 11 nhằm phát triển năng lực sáng tạo nghiên cứu khoa học kĩ thuật của học sinh

SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TỈNH NAM ĐỊNH TRƯỜNG THPT C NGHĨA HƯNG BÁO CÁO SÁNG KIẾN THIẾT KẾ MỘT SỐ CHỦ ĐỀ DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG STEM TRONG HÓA HỌC 11 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC SÁNG TẠO NGHIÊN CỨU KHOA HỌC KỸ THUẬT CỦA HỌC SINH Hóa Học(05)/THPT Tác giả: TRẦN THỊ PHƯƠNG Trình độ chun mơn: Thạc sỹ Hóa học Chức vụ: Giáo viên Hóa học Đơn vị công tác: Trường THPT C Nghĩa Hưng Nam Định, ngày 01 tháng 02 năm 2020 Tên sáng kiến: Thiết kế số chủ đề dạy học theo định hướng STEM hóa học 11 nhằm phát triển lực sáng tạo nghiên cứu khoa học kỹ thuật học sinh Lĩnh vực : Hóa Học(05)/THPT Thời gian áp dụng sáng kiến: Từ ngày 01tháng 09 năm 2018 đến ngày 20 tháng 12 năm 2019 Tác giả: Họ tên: TRẦN THỊ PHƯƠNG Năm sinh: 23/11/1988 Nơi thường trú: Xóm –Nghĩa Phúc - Nghĩa Hưng – Nam Định Trình độ chun mơn: Thạc Sỹ Hóa học Chức vụ cơng tác: Giáo viên Nơi làm việc: Trường THPT C Nghĩa Hưng Điện thoại: 0379105555 Tỷ lệ đóng góp tạo sáng kiến: 100% Đơn vị áp dụng sáng kiến: Tên đơn vị: Trường THPT C Nghĩa Hưng Địa chỉ: Thị trấn Rạng Đông – Nghĩa Hưng – Nam Định Điện thoại 0350387316 BÁO CÁO SÁNG KIẾN I Điều kiện hoàn cảnh tạo sáng kiến Trước bùng nổ cách mạng 4.0, giáo dục có vai trị ngày quan trọng phát triển xã hội Theo Chỉ thị số 16/CT-TTg Thủ tướng Chính phủ ngày 04/05/2017 đưa giải pháp mặt giáo dục: “Thay đổi mạnh mẽ sách, nội dung, phương pháp giáo dục dạy nghề nhằm tạo nguồn nhân lực có khả tiếp nhận xu cơng nghệ sản xuất mới, cần tập trung vào thúc đẩy đào tạo khoa học, công nghệ, kĩ thuật toán học (STEM), ngoại ngữ, tin học chương trình giáo dục phổ thơng”, đồng thời đưa nhiệm vụ: “Thúc đẩy triển khai giáo dục khoa học, cơng nghệ, kĩ thuật tốn học (STEM) chương trình giáo dục phổ thơng; tổ chức thí điểm số trường phổ thông từ năm học 2017-2018” [1] Một hình thức học STEM áp dụng việc học tập dựa cách thực thực hành Theo đó, học sinh tham gia học thuyết trình có chất lượng cao theo chủ đề cụ thể, làm việc theo nhóm; khả tư chiến lược định hướng mục tiêu; kỹ quản lý thời gian.Việc triển khai giáo dục STEM trường THPT nhằm chuẩn bị cho học sinh (HS) tri thức thiết yếu nhất, kỹ giúp HS thích nghi tốt với mơi trường làm việc khác Hiện Việt Nam, giáo dục STEM nói riêng chưa nghiên cứu sâu Mặc dù có số nghiên cứu, viết, tài liệu giáo dục STEM Việt Nam nhiên cơng trình nghiên cứu bàn sở lí luận giáo dục STEM vận dụng vào dạy học mơn, đặc biệt thiết kế chủ đề dạy học theo định hướng giáo dục STEM mơn Hóa học 11 cịn hạn chế Bên cạnh hàng năm tổ chức thi khoa học kỹ thuật ngày hội STEM từ cấp tỉnh đến quốc gia đến quốc tế với mục đích phổ biến nâng cao nhận thức xã hội giáo dục STEM, ngày hội STEM hội tốt để học sinh làm quen với việc phát triển ý tưởng sáng tạo hướng nghiệp từ ngồi ghế nhà trường, tạo điều kiện để nhóm học sinh giới thiệu với thầy/cơ bạn bè kết trình vận dụng kiến thức số môn học vào thực tiễn Với mơn Hóa học mơn khoa học tự nhiên gắn liền với thực nghiệm tích hợp với nhiều mơn Địa lý, Cơng nghệ, Tốn học, Sinh học, Vật lý mơn Hóa học có điều kiện để tích hợp liên mơn dạy từ phát triển lực sáng tạo học sinh để tạo nhiều sản phẩm tham gia thi khoa học kỹ thuật mà Bộ tổ chức hàng năm Tuy nhiên thầy cô giáo chưa có điều kiện phối hợp với để xây dựng chủ đề liên môn nên nên việc hình thành phát triển lực sáng tạo nghiên cứu khoa học kỹ thuật nhiều hạn chế Chính nhằm đóng góp giải pháp cho hạn chế cịn tồn việc dạy, học mơn Hóa học trường phổ thơng ngày hiệu Đáp ứng tinh thần đổi mới, phát huy tính tích cực chủ động sáng tạo người học, hình thành kỹ năng, lực cho người học đòi hỏi giáo viên dạy mơn Hóa học phải khơng ngừng phải trau dồi kiến thức, tìm phương pháp phù hợp nhằm đạt mục tiêu nhiệm vụ giao.Với mong muốn đóng góp phần nhỏ bé vào cơng đổi phương pháp dạy học mơn Hóa học trường phổ thơng tơi lựa chọn giải pháp “Thiết kế số chủ đề dạy học theo định hướng STEM Hóa Học 11 nhằm phát triển lực sáng tạo khoa học kỹ thuật học sinh.” II Mô tả giải pháp: Mô tả giải pháp trước tạo sáng kiến Thực tế trường THPT C Nghĩa Hưng, thầy cô giáo em học sinh tích cực tham gia thi khoa học kỹ thuật ngày hội STEM Sở Bộ phát động Tuy nhiên kết đạt chưa cao nhận thức giáo dục STEM cịn hạn chế, chưa có lớp tập huấn giáo dục STEM, chủ đề dạy học liên mơn cịn ít, mơn học chưa phối hợp với Trong môn học thầy cô chưa tổ chức hoạt động khơi dạy hứng thú môn học chưa phát triển lực sáng tạo cho học sinh Đối với học sinh q trình học em tiếp cận với thực hành thí nghiệm sở vật chất cịn thiếu thốn, tham dự chủ đề tích hợp liên mơn, hoạt động ngoại khóa khoa học kỹ thuật chưa diễn nhiều Thực trạng dẫn đến hệ nhiều học sinh phổ thơng cịn thụ động việc học tập mơn Hóa học; khả sáng tạo lực vận dụng tri thức học để giải tình thực tiễn sống cịn hạn chế Do thi KHKT năm năm trước học sinh giải khuyến khích chưa sâu vào vòng Còn trường số lượng học sinh đăng kí tham gia câu lạc KHKT cịn chưa có hứng thú say mê với KHKT Làm sản phẩm STEM để tham gia dự thi hạn chế Mơ tả giải pháp sau có sáng kiến 2.1 Cơ sở lí luận 2.1.1 STEM dạy học STEM nào? - STEM cách viết lấy chữ tiếng Anh từ: Science, Technology, Engineering, Maths Science (Khoa học): gồm kiến thức Vật lí, Hóa học, Sinh học Khoa học trái đất nhằm giúp học sinh hiểu giới tự nhiên vận dụng kiến thức để giải vấn đề khoa học sống hàng ngày Technology (Công nghệ): phát triển khả sử dụng, quản lý, hiểu đánh giá công nghệ học sinh, tạo hội để học sinh hiểu công nghệ phát triển nào, ảnh hưởng công nghệ tới sống Engineering (Kĩ thuật): phát triển hiểu biết học sinh cách cơng nghệ phát triển thơng qua q trình thiết kế kĩ thuật, tạo hội để tích hợp kiến thức nhiều môn học, giúp cho khái niệm liên quan trở nên dễ hiểu Kĩ thuật cung cấp cho HS kĩ để vận dụng sáng tạo sở Khoa học Toán học trình thiết kế đối tượng, hệ thống hay xây dựng quy trình sản xuất Maths (Tốn học): phát triển học sinh khả phân tích, biện luận truyền đạt ý tưởng cách hiệu thơng qua việc tính tốn, giải thích, giải pháp giải vấn đề tốn học tình đặt 2.1.2 Phương pháp dạy học STEM Giáo dục STEM vận dụng phương pháp học tập chủ yếu dựa thực hành hoạt động trải nghiệm sáng tạo Các phương pháp giáo dục tiến bộ, linh hoạt học qua dự án – chủ đề, học qua trò chơi đặc biệt phương pháp học qua hành áp dụng triệt môn học STEM Với phương pháp “học qua hành”, học sinh thu nhận kiến thức từ kinh nghiệm thực hành khơng phải từ lí thuyết Bằng cách xây dựng giảng theo chủ đề dựa thực hành, học sinh hiểu sâu lí thuyết, ngun lí thơng qua hoạt động thực tế Chính hoạt động thực tế giúp học sinh nhớ lâu Học sinh làm việc theo nhóm, tự thảo luận tìm tịi kiến thức, tự vận dụng kiến thức vào hoạt động thực hành sau truyền đạt lại kiến thức cho người khác Với cách học này, giáo viên khơng cịn người truyền đạt kiến thức mà người hướng dẫn học sinh tự xây dựng kiến thức cho Giáo dục STEM chất hiểu trang bị cho người học kiến thức kĩ cần thiết liên quan đến lĩnh vực khoa học, cơng nghệ, kĩ thuật tốn học Các kiến thức kĩ phải tích hợp, lồng ghép bổ trợ cho nhau, giúp học sinh khơng hiểu biết ngun lí mà cịn thực hành tạo sản phẩm sống hàng ngày Giáo dục STEM thu hẹp khoảng cách hàn lâm thực tiễn Giáo dục STEM để học sinh trở thành nhà toán học, khoa học, kĩ sư hay kĩ thuật viên mà phát triển cho học sinh kĩ sử dụng để làm việc phát triển giới công nghệ đại ngày Đó kĩ STEM Kĩ STEM hiểu tích hợp, lồng ghép hài hịa từ nhóm kĩ sau: + Kĩ khoa học: khả liên kết khái niệm, nguyên lí, định luật sở lí thuyết giáo dục khoa học để thực hành sử dụng kiến thức, để giải vấn đề thực tế + Kĩ công nghệ: sử dụng, quản lí, hiểu biết truy cập cơng nghệ Công nghệ từ vật dụng hàng ngày đơn giản dao, kéo, bút chì… đến hệ thống phức tạp internet, mạng lưới điện quốc gia, vệ tinh…Tất thay đổi giới tự nhiên mà phục vụ nhu cầu người gọi công nghệ + Kĩ kĩ thuật: khả giải vấn đề thực tiễn diễn sống cách thiết kế hệ thống xây dựng quy trình sản xuất để tạo sản phẩm Học sinh cần có khả phân tích, tổng hợp kết hợp để biết cách làm cân yếu tố liên quan như: khoa học, nghệ thuật, công nghệ, kĩ thuật Khi em có giải pháp tốt thiết kế xây dựng quy trình Ngồi ra, học sinh cịn có khả nhìn nhận nhu cầu phản ứng xã hội vấn đề liên quan đến kĩ thuật + Kĩ tốn học: khả nhìn nhận nắm bắt vai trị tốn học khía cạnh tồn giới Học sinh có kĩ tốn học có khả thể ý tưởng cách xác, áp dụng khái niệm kĩ toán học vào sống hàng ngày Song song với việc rèn luyện kĩ khoa học, cơng nghệ, kĩ thuật tốn học, giáo dục STEM cung cấp cho học sinh kĩ cần thiết giúp học sinh phát triển tốt kỉ 21 như: kĩ giải vấn đề, kĩ tư phản biện, kĩ cộng tác giao tiếp Để có người động, sáng tạo công việc, cần hình thành phát triển cho học sinh kĩ tư phản biện, giải vấn đề, hợp tác Các kĩ kĩ thuật cho phép học sinh tiếp cận phương pháp, tảng để thiết kế xây dựng thiết bị từ đơn giản đến phức tạp mà xã hội cần sử dụng Học sinh cung cấp kiến thức cơng nghệ có khả sử dụng cơng nghệ thành thạo, đem lại tính hiệu cao hơn, nhanh hơn, xác cơng việc Vì vậy, việc kết hợp kĩ STEM ngày trở nên quan trọng kỉ 21 2.1.3 Mơn học STEM gì? STEM mơn học mà học sinh học kiến thức khoa học, cơng nghệ, kĩ thuật tốn học cách tích hợp Thơng thường, mơn học STEM thiết kế dạng chủ đề học sinh học kiến thức tích hợp dựa chủ đề Ví dụ, học chủ đề ô nhiễm môi trường, học sinh không nghiên cứu nhiễm mơi trường có biện pháp làm giảm thiểu ô nhiễm môi trường mà cịn tìm hiểu thực trạng nhiễm mơi trường nơi sinh sống (sinh học), học cách đánh giá mức độ ô nhiễm môi trường thông qua việc phân tích thành phần chất có mơi trường (hóa học), so sánh số liệu mơi trường để đánh giá mức độ nhiễm (tốn học), tìm giải pháp khắc phục nhiễm mơi trường địa phương (sinh học + hóa học + cơng nghệ)… Với phát triển khoa học kĩ thuật nhu cầu việc làm liên quan đến STEM lớn, địi hỏi ngành giáo dục phải có thay đổi để đáp ứng nhu cầu xã hội Giáo dục STEM tạo người đáp ứng nhu cầu công việc kỉ 2.1.4 Quy trình lựa chọn thực số chủ đề theo định hướng giáo dục STEM - Căn vào kinh nghiệm thân từ thực tế nội dung chương trình sách giáo khoa mơn Hóa học chương trình giáo dục phổ thơng Việt Nam, tơi xây dựng quy trình chung lựa chọn thực số chủ đề theo định hướng giáo dục STEM gồm bước cụ thể sau (hình 1): Bước Bước Bước Bước Bước Xây dựng chủ đề Xây dựng nội dung học tập theo định hướng STEM Thiết kế nhiệm vụ học tập Tổ chức thực Đánh giá Hình Quy trình lựa chọn thực số chủ đề theo định hướng giáo dục STEM - Căn vào thực kế hoạch dạy học bôn môn nhà trường lực học sinh xây dựng quy trình thực chủ đề STEM cho lớp đối tượng học sinh Theo kế hoạch dạy học nhà trường sau chuyên đề dạy học Hóa học lớp 11 có tiết tự chọn tùy thuộc vào chuyên đề mà lựa chọn chủ đề thực cho phù hợp với chuyên đề mà học sinh vừa học Mỗi chủ đề theo định hướng giáo dục STEM thực lớp học tiết + Tiết thứ nhất:  Giáo viên định hướng chủ đề, thảo luận với học sinh lựa chọn chủ đề phù hợp với nội dung chuyên đề vừa học  Phân nhóm (có thể phân nhóm theo khu vực theo tổ)  Hướng dẫn nhóm học sinh nội dung cần thiết kiến thức, nguyên liệu dụng cụ, cách tiến hành chủ đề để nhóm học sinh thực nhà  Phát phiếu câu hỏi định hướng  Phân công nhiệm vụ cụ thể cho thành viên nhóm ( nhóm trưởng, thư kí, chuẩn bị nguyên liệu, viết báo cáo )  Quy định thời gian thực chủ đề hạn báo cáo sản phẩm +Tiết thứ hai :  Báo cáo sản phẩm nhóm sau thực hoạt động chủ đề  Trả lời câu hỏi phiếu phát  Các nhóm khác nhận xét sau giáo viên nhận xét đánh giá tùng nhóm rút kinh nghiệm chốt lại nội dung quan trọng  HS hoàn thành phiếu đánh giá toàn trình 2.2 Xây dựng chủ đề STEM “thuốc thử axit - bazơ từ hoa hồng đỏ” 2.2.1 Giới thiệu chủ đề - Chủ đề STEM: Thuốc thử axit – bazo từ hoa hồng đỏ - Môn học: Hố học lớp 11 - Vị trí: Chun đề điện ly 2.2.2 Lí chọn chủ đề Sau học xong chun đề điện ly chương trình Hóa học 11 học sinh có kiến thức axit bazo cách xác định môi trường dung dịch dựa vào chất thị có sẵn quỳ tím, giấy pH Bên cạnh chất thị cịn có nhiều chất thị màu có sẵn tự nhiên Như hoa hồng đỏ nguyên liệu phổ biến dễ kiếm sống Sắc tố chiết xuất từ hoa hồng đỏ anthocyanin cyanin diglucosid hệ màu anthocyanin (màu tím) có màu sắc thay đổi rõ rệt theo pH môi trường cần xác định Trong môi trường axit có màu hồng bền, mơi trường trung tính khơng có màu màu tím; mơi trường kiềm có màu xanh, khơng bền nhanh chóng biến đổi sang màu vàng Khoảng chuyển màu từ pH = 7,5 đến pH = Sử dụng dung dịch chiết suất từ hoa hồng đỏ để nhận biết dung dịch axit, dung dịch bazơ chất, nhận biết môi trường đất theo phương pháp đơn giản, giúp lựa chọn trồng cho phù hợp Bên cạnh đó, chế tạo giấy quỳ giúp HS nhận biết môi trường chất, giúp người nông dân nhận biết môi trường đất cách đơn giản 2.2.3 Kiến thức STEM chủ đề Khoa học (S): Cách xác định môi trường chất, môi trường đất trồng, định lượng pH dung dịch Công nghệ (T): Sử dụng nguyên vật liệu dễ tìm an tồn vệ sinh thực phẩm: hoa hồng đỏ, chanh, giấm ăn, xà phòng, nước tẩy rửa, Kĩ thuật (E): Bản quy trình tạo dung dịch thị hoa hồng đỏ Toán học (M): Định lượng pH dung dịch cần xác định