(Skkn 2023) 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 CƠNG NGHỆ THIẾT KẾ MỘT SỐ THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC HÓA HỌC TRUNG HỌC PHỔ THƠNG Mơn: Hóa học Tác giả: Nguyễn Văn Xơ – Nguyễn Thị Mỹ Bình Tổ: Tự Nhiên Năm 2023 Số điện thoại: 0986914079 - 0949149168 SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM ĐỀ TÀI ỨNG DỤNG KHOA HỌC CÔNG NGHỆ THIẾT KẾ MỘT SỐ THÍ NGHIỆM SỬ DỤNG TRONG DẠY HỌC HĨA HỌC TRUNG HỌC PHỔ THƠNG MƠN: HĨA HỌC MỤC LỤC Trang I ĐẶT VẤN ĐỀ ………………………………………………………… 1 Lí chọn đề tài ………………………………………………… Mục đích nghiên cứu……………………………………………… Đối tượng nghiên cứu:……………………………… Phương pháp nghiên cứu ………………………………………… 4.1 Phương pháp nghiên cứu lý thuyết……………………………… 4.2 Nhóm phương pháp nghiên cứu thực tiễn……………………… 4.3 Phương pháp xử lý thông tin…………………………………… Kế hoạch nghiên cứu ……………………………………………… Điểm đề tài ……………………………………………… II NỘI DUNG………………………………………………………… CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA ĐỀ TÀI …………………………………………………………………………… 1.1 Cơ sở lý luận ………………………… 1.1.1 Khoa học công nghệ ………………………………………… 1.1.2 Ngôn ngữ lập trình …………………………………………… 1.1.3 Phẩm chất trách nhiệm ……………………………………… 1.1.4 Năng lực công nghệ ……………………………………… 1.2 Cơ sở thực tiễn ………………………………………………… 1.2.1 Khảo sát thực trạng GV thiết kế sử dụng TN làm arduino dạy học…………………………………………………… 1.2.2 Khảo sát thực trạng HS việc sử dụng TN dạy học …………… 10 CHƯƠNG 2: ỨNG DỤNG KHOA HỌC CƠNG 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 số dụng cụ thí nghiệm 2.1.1 Ứng dụng cảm biến nồng độ cồn MQ-3 thiết kế dụng cụ thí nghiệm phát nồng độ cồn ………………………………………… 2.1.2 Ứng dụng cảm biến cháy Flame Sensor KY-026 thiết kế dụng cụ thí nghiệm phát lửa ………………………… 2.1.3 Ứng dụng cảm biến khí ga MQ-2 thiết kế dụng cụ thí nghiệm phát khí ga 12 12 12 13 14 2.1.4 Ứng dụng cảm biến pH thiết kế dụng cụ thí nghiệm đo nồng độ PH dung dịch……………………………………………………… 14 2.2 Quy trình thiết kế thiết bị dụng cụ thí nghiệm 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 thiết bị dụng cụ làm arduino để tiến hành mốt số thí nghiệm áp dụng vào dạy học hóa học trường phổ thông …………………… 21 2.3.1 Sử dụng ‘thiết bị cảnh báo cháy’ để tiến hành thí nghiệm phát lửa áp dụng vào dạy học tiết ‘Điểm chớp cháy, nhiệt độ tự bốc cháy 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 cồn áp dụng vào dạy học tiết 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 3.5 Kết thực nghiệm …………………………………………… 42 3.5.1 Kết khảo sát hứng thú hai lớp sau tiến hành thực nghiệm ………………………………………………………………… 42 3.5.2 Kết theo dõi phát triển PCTN NLCN hai lớp thực nghiệm ………………………………………………………………… 42 3.5.3 Kết so sánh PCTN NLCN hai lớp thực nghiệm … 45 3.5.4 Kết đánh giá PCTN NLCN cá nhân học sinh 48 3.5.5 Kết khảo sát cấp thiết tính khả thi giải pháp đề xuất ……………………………………………………………………… 50 III KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ…………………………………… 54 I Kết luận ………………………………………………………… 54 II Ý nghĩa …………………………………………………………… 54 III Đề xuất kiến nghị ……………………………………………… 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO ……………………………………………… 56 PHỤ LỤC 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 cơng 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 TC2 Tiêu chí TC3 Tiêu chí TC4 Tiêu chí TC5 Tiêu chí Xbt Giá trị mức trung bình PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ Lý chọn đề tài Đầu kỷ XXI, giới xuất cách mạng với tên gọi Cách mạng Cơng nghiệp 4.0 (hay cịn gọi Cơng nghệ 4.0) Đặc trưng lớn cách mạng 4.0 kết hợp thực tế hệ thống ảo nhằm tạo máy móc tự động hố nhiều mơ hình trí thơng minh nhân tạo Cách mạng Công nghiệp 4.0 đời tác động mạnh mẽ đến nhiều lĩnh vực, nhiều khía cạnh đời sống xã hội, đặc biệt khơng thể thiếu nguồn nhân lực chất lượng cao; mà nguồn nhân lực lại đối tượng trực tiếp giáo dục đào tạo Công nghệ 4.0 giáo dục hệ thống giáo dục đại áp dụng thành tựu khoa học công nghệ vượt trội thời đại cơng nghiệp 4.0 vào giáo dục Trong người học giáo dục kiến thức kỹ liên ngành kỹ quản trị kỹ điều khiển máy móc Giáo dục phát triển hệ sinh thái, nơi mà yếu tố liên kết với thông qua không gian mạng điện toán đám mây Quan hệ dạy học mở rộng không giáo viên với học sinh mà học sinh với học sinh, học sinh với người xung quanh, học sinh với nguồn kiến thức mở… Một lực để hình thành cho học sinh chương trình giáo dục phổ thơng mới, lực cơng nghệ Như để hình thành lực cơng nghệ cho học sinh địi hỏi giáo viên phải nắm tảng kiến thức cơng nghệ, ngơn ngữ lập trình… Từ giúp học sinh có khả triển khai cơng nghệ có cách có hiệu đương đầu với thay đổi công nghệ lớn Ngồi việc hình thành lực cơng nghệ cần hình thành cho học phẩm chất đạo đức cho em Một phẩm chất quan trọng chương trình giáo dục phổ thơng 2018 phẩm chất có trách nhiệm Chỉ người có trách nhiệm với làm họ trưởng thành biết cống hiến sức cho xã hội tốt đẹp Trong trình giảng dạy trường phổ thông nhận thấy đa số học sinh khơng có hứng thú học tập kiến thức khô khan sách vở, em học chủ yếu đối phó đến lớp cho có mà thơi Điều gây áp lực, khó khăn cho giáo viên chứng kiến cảnh học sinh lĩnh hội kiến thức cách thụ động, em khơng có tinh thần học tập Để tạo tương tác tốt với học sinh trình dạy học, chúng tơi cho học sinh trải nghiệm thí nghiệm làm arduino Bước đầu thấy em hăng say sử dụng thiết bị làm từ arduino Đặc biệt, em điều khiển thiết bị điện thoại u thích Cho nên tiết học sơi khơng khơ khan trước, em chìm đắm q trình học Hiện chưa có đề tài nghiên cứu kiến thức khoa học công nghệ, chưa có tác giả thiết kế dụng cụ, thiết bị thí nghiệm arduino Đây nguồn động lực lớn để nghiên cứu đề tài “Ứng dụng khoa học cơng nghệ thiết kế số thí nghiệm sử dụng dạy học hóa học trung học phổ thơng” Mục đích nghiên cứu Trang bị cho giáo viên học sinh kiến thức tảng khoa học công nghệ Đổi phương pháp dạy học để tiếp cận với xu thời đại công nghệ 4.0 chương trình phổ thơng 2018 Nhằm phát triển phẩm chất lực cho học sinh Đối tượng nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu kiến thức khoa học công nghệ, ngôn ngữ lập trình, phần mềm arduino, mạch arduino uno r3, mega, loại cảm biến thiết bị thiết kế thí nghiệm Phương pháp nghiên cứu Sử dụng phối hợp nhóm phương pháp sau: 4.1 Nhóm phương pháp nghiên cứu lí thuyết - Phương pháp thu thập nguồn tài liệu lí luận - Phương pháp phân tích, tổng hợp nguồn tài liệu 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 trình dạy học - Thực nghiệm sư phạm: Đánh giá hiệu đề tài - Dùng phương pháp khảo sát thực tế trước sau tác động để đánh giá hứng thú, phát triển phẩm chất trách nhiệm lực công nghệ đối tượng học sinh - Dùng phương pháp so sánh lớp thực nghiệm đối chứng để đánh giá hiệu phát triển phẩm chất trách nhiệm lực công nghệ học sinh 4.3 Phương pháp thống kê tốn học: Xử lí phân tích kết TNSP Dùng toán học để thống kê ứng dụng excel để phân tích kết thực nghiệm sư phạm Kế hoạch nghiên cứu TT Thời gian Từ 03/9 đến 07/9/2022 Nội dung công việc Chọn đề tài, viết đề cương Bản đề cương chi tiết nghiên cứu - Đọc tài liệu lý thuyết sở lý luận Từ 8/9 đến 31/12/2022 Sản phẩm - Tự học ngơn ngữ lập trình bản: arduino python Tập hợp tài liệu lý thuyết Kết thực trạng - Khảo sát thực trạng - Trao đổi với đồng nghiệp đề Tập hợp ý kiến đóng góp xuất sáng kiến đồng nghiệp - Áp dụng thử nghiệm Hoạt động cụ thể Từ 1/1 đến 31/3/2023 - Hệ thống hóa tài liệu, viết báo cáo Bản nháp báo cáo - Xin ý kiến đồng nghiệp Từ 1/4 đến Hoàn thiện báo cáo, nộp Hội Bản báo cáo thức 20/4/2023 đồng Sáng kiến cấp sở Điểm đề tài Lần có cơng trình thiết kế sử dụng số thiết bị, dụng cụ thí nghiệm làm arduino, áp dụng vào dạy học hóa học THPT, dụng cụ, thiết bị thí nghiệm sát với thực tế, có vai trị quan trọng việc giáo dục nhân cách đạo đức cho học sinh 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) lĩnh vực nghiên cứu phát triển công nghệ mới, sáng tạo, áp dụng kiến thức khoa học kỹ thuật để giải vấn đề thực tiễn, tối ưu hóa quy trình sản xuất cải tiến sản phẩm dịch vụ có KHCN đóng vai trò quan trọng việc xây dựng sở hạ tầng kinh tế đem lại giải pháp tiên tiến hiệu việc phát triển kinh tế, xã hội bảo vệ môi trường Các lĩnh vực KHCN bao gồm khoa học máy tính, điện tử, khí, điện, hóa học, sinh học, vật lý, vật liệu, thông tin truyền thông, nhiều lĩnh vực khác 1.1.1.2 Các loại cảm biến 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 nồng độ cồn mơi trường, thở Cảm biến có độ nhạy cao khả phản hồi nhanh, độ nhạy điều chỉnh biến trở Cảm biến cung cấp đầu tương tự dựa nồng độ cồn Cảm biến MQ-3 phát khí gas, alcohol, ethanol 1.1.1.2.2 Cảm biến khí ga MQ-2 Cảm biến khí MQ-2 loại cảm biến dùng để phát đo lường nồng độ khí khơng khí Nó phát khí 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 lửa- Flame sensor KY-026 dùng để phát lửa, thường dùng hệ thống báo cháy Tầm hoạt động khoảng 80cm với góc quét 60° + Cảm biến phát lửa- Flame sensor KY-026 nhận biết lửa tốt với bước sóng 760nm -1100nm Mạch cịn tích hợp IC LM393 để so sánh tạo mức tín hiệu chỉnh độ nhạy biến trở 1.1.1.2.4 Cảm Biến Độ PH Cho Arduino BNC Cảm biến độ pH BNC cho Arduino module đo độ pH dung dịch cách sử dụng cảm biến độ pH, sử dụng để giám sát độ pH dung dịch ứng dụng điều chỉnh độ pH ao ni, chẩn đốn bệnh trồng kiểm sốt độ pH q trình sản xuất thực phẩm 1.1.1.3 Arduino 1.1.1.3.1 Khái niệm Arduino tảng phát triển phần cứng mã nguồn mở thiết kế dựa vi điều khiển (microcontroller) có khả lập trình, phát triển nhóm nhà khoa học, kỹ sư nghệ sĩ từ nước Ý Arduino cung cấp mơi trường phát triển tích hợp (IDE) loạt board thiết kế với phần cứng khác để đáp ứng nhu cầu khác người dùng Arduino có khả PHIẾU ĐÁNH GIÁ NLCN SỐ (HS tự đánh giá thành viên nhóm) PHẦN 1: CÁC MỨC ĐỘ TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ Thứ tự Các tiêu chí Mức độ Mức độ Mức độ Thành thạo Nắm vững các thành thành phần phần công công nghệ nghệ Hiểu biết thành phần công nghệ Hiểu biết Kỹ kết nối lắp ráp thành phần Có kỹ Có kỹ thành thạo Kỹ lập trình điều khiển thiết bị Kỷ mức độ đơn giản Giải vấn Kỹ xử lý cố, Giải vấn Giải vấn đề phức giải vấn đề đề đơn giản đề phức tạp tạp Kỹ thực thí nghiệm an tồn, hiệu Có kỹ chun nghiệp Kỹ thành Kỹ thạo chuyên sâu Thí nghiệm an Thí nghiệm an Thí nghiệm an tồn, tồn hiệu toàn kết chưa hiệu hiệu PHẦN 2: ĐÁNH GIÁ THEO MỨC ĐỘ CÁC TIÊU CHÍ Họ Tên người đánh giá: ………………………………………………… Các thành viên nhóm: …… đánh giá theo mức độ tiêu chí TT Họ tên Tiêu chí Tiêu chí Tiêu chí Tiêu chí Tiêu chí Mức độ Mức độ Mức độ Mức độ Mức độ 10 11 (Lưu ý: Ghi mức độ đánh giá tương ứng với tiêu chí trên) 65 PHIẾU ĐÁNH GIÁ NLCN SỐ (Phiếu tổng hợp giáo viên) Lớp:…………………………………………………………………… Tổng số học sinh: ……………………………………………………… Tiết: ……Thứ …… Ngày …… Tháng ……………………………… (Lưu ý: Ghi số lượng % tương ứng với mức độ mà học sinh đạt được) TT Các tiêu chí Hiểu biết thành phần công nghệ Kỹ kết nối lắp ráp thành phần Kỹ lập trình điều khiển thiết bị Kỹ xử lý cố, giải vấn đề Kỹ thực thí nghiệm an tồn, hiệu Mức độ Mức độ Mức độ SL SL SL % % % Nhận xét:.…………….…………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… Kết luận:.…………….………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… 66 PHẦN 3.3 PHIẾU TỰ ĐÁNH GIÁ PCTN PHIẾU TỰ ĐÁNH GIÁ PCTN CỦA HS (HS dựa vào mức độ tiêu chí để tự đánh giá) PHẦN 1: CÁC MỨC ĐỘ TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ Thứ tự Tiêu chí Thực vào lớp nộp hạn Mức độ Mức độ Mức độ Thường xuyên trễ nộp chậm Thỉnh thoảng trễ giờ, nộp chậm Luôn giờ, nộp hạn Tôn trọng giáo viên bạn học Thiếu tôn trọng có thái độ chưa Tơn trọng đôi lúc lơ Luôn tôn trọng hỗ trợ người Tự giác thực nhiệm vụ giao Không thực nhiệm vụ Thực nhiệm vụ sau nhắc nhở Tự giác chủ động thực nhiệm vụ Chịu trách nhiệm cho kết học tập thân Không quan Quan tâm kết tâm kết học ý tập thức chưa cao Tham gia tích Ít tham gia, cực vào khơng hợp tác hoạt động nhóm Tham gia, hợp tác khơng tích cực Ln chịu trách nhiệm, ý thức cao Tích cực tham gia hợp tác PHẦN 2: ĐÁNH GIÁ THEO MỨC ĐỘ CÁC TIÊU CHÍ Họ tên học sinh tự đánh giá:………………………………………… Lớp:…………………………………………………………………… Thứ tự Tiêu chí Thực vào lớp nộp hạn Tôn trọng giáo viên bạn học Tự giác thực nhiệm vụ giao Chịu trách nhiệm cho kết học tập thân Tham gia tích cực vào hoạt động nhóm Mức độ Mức độ Mức độ (Hãy đánh dấu X vào mức độ tiêu chí đánh giá) 67 PHẦN 3.4 PHIẾU TỰ ĐÁNH GIÁ NLCN PHIẾU TỰ ĐÁNH GIÁ NLCN CỦA HS (HS dựa vào mức độ tiêu chí để tự đánh giá) PHẦN 1: CÁC MỨC ĐỘ TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ Thứ tự Các tiêu chí Mức độ Mức độ Mức độ Thành thạo Nắm vững các thành thành phần phần công công nghệ nghệ Hiểu biết thành phần công nghệ Hiểu biết Kỹ kết nối lắp ráp thành phần Có kỹ Có kỹ thành thạo Kỹ lập trình điều khiển thiết bị Kỷ mức độ đơn giản Giải vấn Kỹ xử lý cố, Giải vấn Giải vấn đề phức giải vấn đề đề đơn giản đề phức tạp tạp Kỹ thực thí nghiệm an tồn, hiệu Có kỹ chuyên nghiệp Kỹ thành Kỹ thạo chuyên sâu Thí nghiệm an Thí nghiệm an Thí nghiệm an tồn, tồn hiệu tồn kết chưa hiệu hiệu PHẦN 2: ĐÁNH GIÁ THEO MỨC ĐỘ CÁC TIÊU CHÍ Họ tên học sinh tự đánh giá:………………………………………… Lớp:…………………………………………………………………… Thứ tự Các tiêu chí Hiểu biết thành phần công nghệ Kỹ kết nối lắp ráp thành phần Kỹ lập trình điều khiển thiết bị Kỹ xử lý cố, giải vấn đề Kỹ thực thí nghiệm an tồn, hiệu Mức độ Mức độ Mức độ (Hãy đánh dấu X vào mức độ tiêu chí đánh giá) 68 PHẦN MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM CỦA ĐỀ TÀI HS ĐANG CHUẨN BỊ VÀ LẮP RÁP THIẾT BỊ 69 PHẦN MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM CỦA ĐỀ TÀI HS ĐANG CHUẨN BỊ VÀ LẮP RÁP THIẾT BỊ 70 PHẦN MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM CỦA ĐỀ TÀI HS ĐANG TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 71 PHẦN MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM CỦA ĐỀ TÀI HS ĐANG TIẾN HÀNH THÍ NGHIỆM 72 PHẦN MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM CỦA ĐỀ TÀI HS ĐÁNH GIÁ VÀ TỰ ĐÁNH GIÁ 73 PHẦN MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM CỦA ĐỀ TÀI HS ĐÁNH GIÁ VÀ TỰ ĐÁNH GIÁ 74 PHẦN MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM CỦA ĐỀ TÀI HS ĐÁNH GIÁ VÀ TỰ ĐÁNH GIÁ 75 PHẦN MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM CỦA ĐỀ TÀI HÌNH ẢNH KHẢO SÁT THỰC TRẠNG GV 76 PHẦN MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM CỦA ĐỀ TÀI KHẢO SÁT SỰ CẤP THIẾT VÀ TÍNH KHẢ THI 77 PHẦN MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM CỦA ĐỀ TÀI KHẢO SÁT SỰ CẤP THIẾT VÀ TÍNH KHẢ THI 78 PHẦN MỘT SỐ HÌNH ẢNH THỰC NGHIỆM CỦA ĐỀ TÀI KHẢO SÁT SỰ CẤP THIẾT VÀ TÍNH KHẢ THI 79