(Luận Văn Thạc Sĩ) Dạy Học Phần Sinh Học Vi Sinh Vật Theo Định Hướng Giáo Dục Stem Cho Học Sinh Phổ Thông Hệ Giáo Dục Thường Xuyên Tỉnh Bắc Kạn

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––––– NGỌC MẠNH HUÂN DẠY HỌC PHẦN “SINH HỌC VI SINH VẬT” THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM CHO HỌC SINH PHỔ THÔNG HỆ GIÁO DỤC THƯỜNG XUYÊN TỈNH BẮC KẠN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GÁO DỤC THÁI NGUYÊN - 2019 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM ––––––––––––––––––––– NGỌC MẠNH HUÂN DẠY HỌC PHẦN “SINH HỌC VI SINH VẬT” THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM CHO HỌC SINH PHỔ THÔNG HỆ GIÁO DỤC THƯỜNG XUYÊN TỈNH BẮC KẠN Ngành: Lý luận Phương pháp dạy học môn Sinh học Mã số: 14 01 11 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC GÁO DỤC Người hướng dẫn khoa học: TS PHẠM THỊ HỒNG TÚ THÁI NGUYÊN - 2019 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam kết cơng trình nghiên cứu riêng tơi Các số liệu kết nghiên cứu luận văn chưa cơng bố cơng trình nghiên cứu Các trích dẫn bảng biểu, kết nghiên cứu tác giả khác, tài liệu tham khảo luận văn có nguồn gốc rõ ràng Thái Nguyên, ngày 20 tháng năm 2019 TÁC GIẢ NGỌC MẠNH HUÂN Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Với lòng tri ân biết ơn sâu sắc, em xin chân thành cảm ơn Cô giáo TS Phạm Thị Hồng Tú - người tận tâm, tận tình hướng dẫn, động viên giúp đỡ em suốt trình học tập, nghiên cứu hồn thành luận văn Em xin bày tỏ lịng biết ơn tới tập thể thầy giáo, cô giáo khoa Sinh học, đặc biệt thầy giáo, cô giáo tổ mơn LL &PPDH Sinh học tận tình giảng dạy, trang bị cho em kiến thức quan trọng giúp em hoàn thành luận văn Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban Giám hiệu, Phòng Sau đại học trường ĐH Sư phạm Thái Nguyên tạo điều kiện thuận lợi cho em trình học tập nghiên cứu luận văn Xin cảm ơn Ban Giám đốc trung tâm GDNN - GDTX huyện Chợ Đồn em HV tạo điều kiện cho thực nghiệm sư phạm trung tâm Cuối cùng, em xin cảm ơn gia đình, bạn bè ln ủng hộ, tạo điều kiện cho em hoàn thành luận văn Thái Nguyên, tháng năm 2019 TÁC GIẢ NGỌC MẠNH HUÂN Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn MỤC LỤC Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục viết tắt iv Danh mục bảng v Danh mục hình vi MỞ ĐẦU 1 Lí lựa chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng khách thể nghiên cứu 4 Giả thuyết khoa học Nội dung nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Những đóng góp đề tài Cấu trúc luận văn Chương 1: CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIẾN CỦA DẠY HỌC THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM 1.1 Lược sử nghiên cứu dạy học theo định hướng giáo dục STEM 1.1.1 Trên giới 1.1.2 Ở Việt Nam 1.2 Cơ sở lý luận dạy học theo định hướng giáo dục STEM 11 1.2.1 Khái niệm 11 1.2.3 Vai trò, ý nghĩa giáo dục STEM 11 1.2.3 Chủ đề STEM 12 1.2.4 Phân loại chủ đề STEM 13 1.2.5 Các đường giáo dục STEM cho học sinh 14 1.2.6 Quy trình giáo dục STEM 16 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 1.3 Năng lực giải vấn đề 18 1.3.1 Khái niệm lực 18 1.3.2 Năng lực giải vấn đề 19 1.4 Mối quan hệ dạy học theo định hướng giáo dục STEM với việc phát triển NL GQVĐ 22 1.5 Thực trạng dạy học “Sinh học vi sinh vật” theo định hướng giáo dục STEM trung tâm GDNN – GDTX 22 1.5.1 Thực trạng dạy học phần “Sinh học vi sinh vật” trung tâm GDNN GDTX 22 1.5.2 Hoạt động dạy học theo định hướng giáo dục STEM trung tâm GDNN - GDTX 25 Tiểu kết chương 28 Chương 2: THIẾT KẾ VÀ TỔ CHỨC DẠY HỌC PHẦN SINH HỌC “VI SINH VẬT” THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM CHO HS THPT HỆ GDTX 29 2.1 Phân tích cấu trúc phần Sinh học vi sinh vật hệ GDTX 29 2.2 Thiết kế tổ chúc dạy học phần “Sinh học vi sinh vật” theo định hướng giáo dục STEM cho HSPT hệ GDTX 30 2.2.1 Thiết kế kế hoạch dạy học phần “Sinh học vi sinh vật” theo định hướng giáo dục STEM cho HSPT hệ GDTX 30 2.2.2 Tổ chức dạy học chủ đề “Sinh trưởng vi sinh vật - Nhân giống nấm men” theo định hướng giáo dục STEM 34 2.3 Đánh giá lực giải vấn đề 46 2.3.1 Các công cụ đánh giá lực lực giải vấn đề 47 2.3.2 Các tiêu chí đánh giá lực GQVĐ 48 Tiểu kết chương 51 Chương 3: THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM 52 3.1 Mục đích thực nghiệm sư phạm 52 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn 3.2 Nhiệm vụ thực nghiệm sư phạm 52 3.3 Nội dung thực nghiệm sư phạm 52 3.3.1 Thiết kế chủ đề dạy học 52 3.3.2 Chọn đối tượng địa bàn thực nghiệm 53 3.3.3 Xây dựng công cụ phân tích, xử lí, đánh giá kết thí nghiệm 53 3.3.4 Xây dựng kế hoạch thực nghiệm 53 3.4 Tiến hành thực nghiệm sư phạm 54 3.5 Kết thực nghiệm sư phạm 55 3.5.1 Kết đánh giá kiến thức 55 3.5.2 Kết đánh giá lực giải vấn đề 63 Tiểu kết chương 65 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO 68 PHỤ LỤC Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC VIẾT TẮT CLB Câu lạc CTGD Chương trình giáo dục DH Dạy học ĐC Đối chứng GD&ĐT Giáo dục đào tạo GDNN - GDTX Giáo dục nghề nghiệp - Giáo dục thường xuyên GDPT Giáo dục phổ thông GQVĐ giải vấn đề GV Giáo viên HS Học sinh HSPT Học sinh phổ thông HSTHPT Học sinh trung học phổ thơng HV Học viên LL&PPDH Lí luận phương pháp daỵ học NL Năng lực PPDH Phương pháp dạy học SGK Sách giáo khoa STEM Science, Technology, Engineering Mathematics THPT Trung học phổ thông TN Thực nghiệm TNSP Thực nghiệm sư phạm VSV Vi sinh vật Số hóa Trung tâm Học liệu Cơng nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Bảng 2.1 Các biểu NLGQVĐ 21 Hoạt động tổ chức dạy chủ đề “Sinh trưởng VSV - Nhân giống nấm men” theo định hướng giáo dục STEM 36 Bảng 2.2 Tiêu chí mức độ đánh giá lực giải vấn đề học sinh THPT hệ GDTX dạy học STEM 48 Bảng 3.1 Bảng phân phối tần số điểm kiểm tra 15 phút lớp TN ĐC 55 Bảng 3.2 Bảng phân phối tần suất điểm kiểm tra 15 phút lớp TN ĐC 55 Bảng 3.3 Bảng tần suất hội tụ tiến điểm kiểm tra 15 phút lớp TN ĐC 56 Bảng 3.4 Kiểm định X điểm kiểm tra 15 phút nhóm lớp TN ĐC 57 Bảng 3.5 Phân tích phương sai điểm kiểm tra15 phút lớp TN lớp ĐC 58 Bảng 3.6 Bảng phân phối tần số điểm kiểm tra tiết 59 Bảng 3.7 Bảng phân phối tần suất điểm kiểm tra tiết 59 Bảng 3.8 Bảng tần suất hội tụ tiến điểm kiểm tra tiết 60 Bảng 3.9 Kiểm định X điểm kiểm tra tiết nhóm lớp TN ĐC 61 Bảng 3.10 Phân tích phương sai điểm kiểm tra tiết lớp TN lớp ĐC 62 Bảng 3.11 Bảng đánh giá điểm trung bình lực giải vấn đề lớp TN lớp ĐC GV đánh giá 63 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Vịng lặp thiết kế kỹ thuật giáo dục STEM 18 Hình 2.1 Quy trình thiết kế kế hoạch dạy học cho học STEM 32 Hình 2.2 Sơ đồ quy trình tổ chức DH theo định hướng giáo dục STEM cho HSPT hệ GDTX 35 Hình 3.1 Biểu đồ biểu diễn tần suất điểm kiểm tra 15 phút lớp TN ĐC 56 Hình 3.2 Đồ thị đường tích lũy kiểm tra 15 phút lớp TN ĐC 57 Hình 3.3 Biểu đồ biểu diễn tần suất điểm kiểm tra tiết 59 Hình 3.4 Đồ thị đường tích lũy kiểm tra tiết lớp TN lớp ĐC 60 Hình 3.5 Đồ thị đánh giá tiến lực GQVĐ lớp TN lớp đối chứng 64 Số hóa Trung tâm Học liệu Công nghệ thông tin – ĐHTN http://lrc.tnu.edu.vn + Với diện tích 980cm2 cao giữ nhiệt xếp số cốc là: 980 : 49 độ ổn định để ủ sữa chua = 20 + Số cốc dư: 40 - 20 = + Đối với lên men rượu: Thiết 20 => Còn thiếu 980cm2 kế giá tầng, để ủ nốt số nguyên liệu lên tầng có diện - GV đặt vấn đề: Nếu làm sữa men cịn lại tích khay đựng chua vào mùa đông, nhiệt độ - HV đưa giải pháp 1000cm2 nhằm xuống thấp khó làm Em cho môi trường lên men tận dụng không đề xuất giải pháp khắc sữa chua có nhiệt độ thích gian chiều cao để phục tình trạng hợp: Đem sữa chua ủ vào ủ rượu - GV yêu cầu HV đưa vẽ hộp xốp có chứa thiết kế tủ/giá ủ men từ chai nước ấm 40 - 45oC vật liệu đơn giản, dễ kiếm - HV Xác định kích thước - HV vẽ giá: Dựa vào kích thước mơ hình giá ủ hộp xốp HV thiết kế giá ủ nguyên liệu lên men tầng với kích men thước: Diện tích mặt giá là: 28x35cm; Chiều cao - HV: thiết kế 30cm tầng giá tủ ủ sữa chua cao 15cm - HV vẽ mơ hình giá đựng HĐ4 Thực giải pháp/thực thiết kế giải pháp (30 phút lớp) (1) Thiết kế giá ủ nguyên liệu lên men HV: nhóm - GV chia lớp thành nhóm, luận, PL19 Các HV thiết kế được: thảo thống - Thùng xốp: yêu cầu nhóm tự thiết kế cách làm, giá ủ nguyên liệu lên men từ phân vật liệu sẵn có cơng nhiệm vụ thực - GV gợi ý cách thiết kế để hoàn giá ủ nguyên liệu lên men từ thành nhiệm vụ vật liệu theo bước sau: giao - Giá ủ men: Chuẩn bị vật liệu thiết kế giá ủ; chuẩn bị khay ủ; tạo giá ủ lên men hoàn chỉnh - HV thực + Lưu ý: Đối với làm sữa chua nhiệm vụ thiết cần thiết kế tủ ủ lên men kế giá tủ ủ cách: Chuẩn bị vật liệu nguyên liệu lên - Khay ủ men: thùng xốp làm vỏ tủ ủ; chuẩn men bị chai đựng nước ấm; cho chai nước ấm giá ủ vào thùng xốp để tạo tủ ủ lên men hoàn chỉnh - Chai nước ấm: - Tiêu chí tủ ủ lên men: Đơn giản, dễ thực hiện, tiết kiệm; Tạo nhiệt độ độ ẩm thích hợp cho q trình lên men; - Tủ ủ nguyên liệu lên Tránh cơng men hồn chỉnh: sinh vật gây hại PL20 - (2) Làm sữa chua Các - HV đề xuất giải pháp: HV: - GV: Từ quy trình làm sữa nhóm thực Xây dựng quy trình làm chua nhóm báo cáo, nhiệm vụ sữa chua: GV tổ chức cho HV phân tích giao chọn quy trình phù hợp (1) Đề xuất Thanh trùng sữa tươi để thảo luận Nhiệm vụ đặt số phương án Pha sữa đặc từ quy trình chọn, cải tiến: HV đề xuất phương án + Thanh trùng cải tiến đưa lý dụng cụ trước cải tiến Cấy giống tiến hành - GV đưa tập: Khi làm thực để Ủ sữa chua từ ngun vật tránh đảm bảo liệu tích sau: hộp vệ sinh tránh sữa tươi tích 2000ml, cơng hộp sữa đặc ơng thọ tích vi 640ml, hộp sữa sinh vật chua khác vinamilk (men giống) + Thanh trùng tích 100ml, cốc đựng sữa đem sữa tươi ủ lên men tích 70ml khoảng Em tính số lượng cốc cần đến có để đựng hết số sữa sản tránh 80oC 85oC để sữa bị phẩm tiến hành làm sữa trào chua từ nguyên liệu nói + Để nguyên trên? liệu nguội - GV tổ chức nhóm làm 40oC đến 50oC sữa chua theo quy trình xây cấy giống dựng thống tốt - HV xây dựng quy trình lên men rượu: PL21 - Tiêu chuẩn sữa chua - HV: dựa vào Chuẩn bị nguyên liệu thành phẩm: Sữa phải đặc sệt, kiến thức tốn sáng mịn, có mùi thơm, vị học để xác định chua ngon số lượng cốc để Cấy giống đựng sữa chua (2) Các nhóm (3) Lên men rượu: làm sữa chua Ủ - GV: Tổ chức cho HV phân theo quy trình tích chọn quy trình lên xây dựng men rượu phù hợp để thảo luận Các HV đề xuất - HV: Các - HV thực giải pháp: phương án cải tiến đưa lý nhóm thực + Sản phẩm sữa chua cải tiến nhiệm vụ (Hình) Thanh trùng sữa tươi: - GV đưa tập: Để tiến giao hành lên men rượu từ 1kg (1) Đề xuất nguyên liệu (cơm, ngô, khoai, số phương án sắn, chuối… ) cần dụng cụ để cải tiến: đựng tích 20lít; tỉ lệ + Thanh trùng Hịa sữa đặc (sữa ơng khối lượng men giống dụng cụ trước thọ): nguyên liệu để lên men là: tiến hành 1/10 Vậy, tiến hành lên thực để men rượu từ 1kg nguyên liệu tránh đảm bảo vào hộp đựng tích vệ sinh tránh Cấy giống: 500ml cần men cơng giống hộp để vi đựng? sinh vật khác - GV tổ chức nhóm lên + Nếu nguyên Ủ: men rượu theo quy trình liệu lên men PL22 xây dựng thống gạo, ngô, khoai, - Tiêu chuẩn sản phẩm: sắn cần nấu Ngun liệu lên men khơng bị chín + Sản phẩm lên men mốc, bị chua mà phải có nước nguyên liệu rượu: rượu tạo thành, có mùi không nấu nháo Nguyên liệu: rượu, riêng phần nguyên liệu khô giữ màu đặc trưng làm ảnh hưởng ban đầu đến q trình hồ hóa tinh bột Cơm + Để nguyên liệu nguội 23oC đến 28oC cấy giống Cấy giống: tốt - HV: Dựa vào kiến thức toán học để xác định lượng men số hộp để đựng nguyên liệu lên Ủ nguyên liệu lên men: men (2) Các nhóm tiến hành lên men rượu theo quy trình xây dựng PL23 HĐ5 Thử nghiệm sản phẩm - Định hướng nghiên cứu cho phần Sản xuất số sản phẩm lên men từ bánh men sản xuất - GV yêu cầu nhóm tiến - HV: Các nhóm thực HV tiến hành hành nghiên cứu sản xuất nhiệm vụ giao được: Lên men sữa chua, sản phẩm lên + Lên men sữa chua sữa chua lên men rượu (có đối chứng với + Lên men thức ăn nuôi men chuối, củ sữa chua vinamilk, sản phẩm lợn lên men người dân làm) (gạo, mài…) - Giờ sau báo cáo sản phẩm chuối, củ mài… làm thức ăn chăn nuôi lợn; rượu PL24 lên men Phụ lục ĐỀ KIỂM TRA THỰC NGHIỆM SƯ PHẠM Đề kiểm tra sau kết thúc dạy học chủ đề (Thời gian: 15 phút) Phần I: Trắc nghiệm (3 điểm) Câu 1: Lên men trình: A ơxi hóa phân tử hữu mà chất nhận êlectron cuối O2 B phân giải cacbohiđrat để thu lượng cho tế bào C chuyển hóa kị khí tế bào chất mà chất nhận êlectron phân tử hữu D phân giải cacbohiđrat để thu sản phẩm chuyển hóa Câu 2: Sản xuất sinh khối nấm men cần mơi trường: A hiếu khí hồn tồn B hiếu khí khơng hồn tồn C vi hiếu khí D kị khí Câu 3: Việc sản xuất rượu lợi dụng hoạt động của: A vi khuẩn lactic đồng hình B vi khuẩn lactic dị hình C nấm men rượu D nấm cúc đen Câu 4: Sinh trưởng quần thể vi sinh vật hiểu là: A gia tăng kích thước thể B tăng số lượng tế bào quần thể C giảm số lượng tế bào quần thể D giữ nguyên số lượng tế bào quần thể Câu 5: Trong điều kiện nuôi cấy không liên tục, để thu sinh khối vi sinh vật tối đa nên dừng đầu pha: A tiềm phát B lũy thừa C cân D suy vong Câu 6: Đối với sinh trưởng vi sinh vật nhiệt độ ảnh hưởng đến: A tính dễ thấm qua màng tế bào B hoạt tính enzin tế bào C hình thành ATP tế bào D tốc độ phản ứng sinh hoá tế bào PL25 Phần II: Tự luận (7 điểm) Cho đoạn văn sau: “Trên giới, khoảng 80% lượng rượu êtilic sản xuất đường lên men, phần lại tổng hợp từ êtilen Rượu êtilic dùng chế biến cao su nhân tạo, loại este Rượu vang loại nước uống lên men rượu từ dịch không qua chưng cất Người ta dùng nấm men làm nở bột mì để làm bánh mì, bánh bao, sản xuất vitamin, enzim ” (Trang 98, Sinh học 10- NXBGD) a Hãy kể tên ứng dụng khác từ nấm men (men rượu) có gia đình địa phương mà em biết b Dựa vào kiến thức học, em đề xuất cách sản xuất loại rượu mà em cho hữu ích? Đề kiểm tra sau kết thúc dạy học chủ đề (Thời gian: 45 phút) Câu (4 điểm): Em phân biệt lên men êtilic với lên men lactic nguyên liệu, sản phẩm, vi sinh vật lên men phương trình tổng quát Câu (3 điểm): Trong lúc An Bình tiến hành ủ rượu xảy tranh luận sau: An nói: Việc ủ rượu lợi dụng hoạt động nấm men, q trình ủ cần phải thường xun mở nắp dụng cụ ủ nếm thử để kiểm tra chất lượng Khơng đồng tình với ý kiến bạn, Bình nói: Trong thời gian ủ rượu tuyệt đối khơng mở nắp dụng cụ ủ Từ kiến thức lên men, em hãy: Viết phương trình hóa học chuyển hóa đường thành rượu Giải thích sai Bình lại nói: Trong thời gian ủ rượu tuyệt đối không mở nắp dụng cụ ủ ra? Để trình ủ rượu hiệu nhất, cần lưu ý điều gì? PL26 Câu (3 điểm): Tại tỉnh Bắc Kạn, có nhiều hộ gia đình thường trồng giống chuối để làm thức ăn nuôi lợn Quả giống chuối thường to, nhiều ăn không ngon, nên người thường vứt hàm lượng tinh bột cao Đóng vai trò chuyên gia sinh học em đề xuất quy trình sản xuất rượu từ giống chuối cho người dân áp dụng nhằm chống lãng phí nguyên liệu tăng thu nhập cho người dân PL27 Phụ lục MỘT SỐ HÌNH ẢNH HỌC VIÊN THAM GIA GIỜ HỌC STEM THUỘC CHỦ ĐỀ 1: SINH TRƯỞNG CỦA VSV - NHÂN GIỐNG NẤM MEN Chuẩn bị nguyên liệu làm men: - Chuẩn bị gạo nghiền bột: - Chuẩn bị nước thuốc cây: - Nghiền men giống: PL28 - Nguyên liệu chuẩn bị đủ: Thiết kế gía ủ men: PL29 Thiết kế tủ ủ men: Sản xuất bánh men: - Trộn bột với nước thuốc men giống: - Nặn bánh men: PL30 - Ủ men: - Men thành phẩm: PL31 Phụ lục MỘT SỐ HÌNH ẢNH HỌC VIÊN THAM GIA GIỜ HỌC STEM THUỘC CHỦ ĐỀ 2: SẢN XUẤT SỮA CHUA - Ủ RƯỢU(LÊN MEN RƯỢU) - Chuẩn bị nguyên liệu: - Làm sữa chua: - Ủ rượu từ cơm: PL32 - Ủ rượu từ chuối: - Ủ rượu từ củ mài: - Ủ sữa chua: - Sữa chua thành phẩm: PL33