THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG TRẢI NGHIỆM STEM CHO HỌC SINH THEO HƯỚNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC - Full 10 điểm

295 HNUE JOURNAL OF SCIENCE DOI: 10 18173/2354-1075 2021-0209 Educational Sciences 2021, Volume 66, Issue 4E, pp 295-308 This paper is available online at http://stdb hnue edu vn TH IẾT KẾ HOẠT ĐỘNG TRẢI NGHIỆM STEM CHO HỌC SINH THEO HƯỚNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC Nguyễn Mậu Đức 1 , Đặng Thị Thu Hường 1 và Trần Thị Ngân 2 1 Khoa Hoá học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2 Trường Trung học Phổ thông Lý Nhân, Hà Nam Tóm tắt Hoạt động trải nghiệm (HĐTN) là hoạt động giữ vai trò rất quan trọng trong Chương trình Giáo dục phổ thông mới Hoạt động này giúp cho học sinh (HS) có nhiều cơ hội trải nghiệm để vận dụng những kiến thức học được vào thực tiễn, từ đó hình thành năng lực (NL) thực tiễn cũng như phát huy tiềm năng sáng tạo của bản thân Trong phạm vi bài viết này, chúng tôi nghiên cứu cơ sở lí thuyết của hoạt động trải nghiệm, trên cơ sở đó thiết kế hoạt động trải nghiệm “ N ghiên cứu quy trình sản xuất và hiệu quả sử dụng phân hữu cơ vi sinh (HCV S) từ bắp sen, phân gia cầm phục vụ sản xuất nông nghiệp” trong dạy học hóa vô cơ lớp 11 Qua đó giúp HS được hình thành và bồi dưỡng những phẩm chất cần thiết của một nhà khoa học, đó là khả năng phân tích, tổng hợp, sáng tạo, rèn luyện tính trung thực, k iên trì, nhẫn nại, khắc phục khó khăn, tìm tòi sáng tạo đồng thời rèn luyện khả năng tư duy độc lập và làm việc nhóm Từ khóa: h oạt động trải nghiệm, năng lực, phân bón, nghiên cứu khoa học 1 Mở đầu Trên thế giới học qua trải nghiệm đã được các nhà giáo dục tên tuổi như John Dewey [1], Kurt Lewin [2], Lev S Vygotsky [3], nghiên cứu từ cuối thế kỉ XIX cho đến nay, các công trình nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu vai trò và bản chất về học tập trải nghiệm và áp dụng nó để giảng dạy trong các khóa học cho sinh viên trường đại học Mô hình học tập trải nghiệm gồm 4 giai đoạn: người học bắt đầu với kinh nghiệm cụ thể, sau đó thực hiện quan sát - phản ánh để đưa ra các quan điểm cá nhân trước các vấn đề cần giải quyết, từ đó tham gia vào quá trình kiến tạo khái niệm hóa trừu tượng, qua đó sử dụng những kiến thức khái quát này để thử nghiệm hoạt động nhằm kiểm tra những gì đã học được (Kolb, 1984) [4] Đối với các nước có nền giáo dục phát triển, đặc biệt là các nước tiếp cận chương trình phổ thông theo hướ ng phát triển năng lực như Hồng Kông, Singapo, Đài Loan, Hàn Quốc, Trung Quốc thì hoạt động trải nghiệm được quan tâm và triển khai dưới nhiều góc độ từ rất sớm, ví dụ ở Hàn Quốc, chương trình HĐTN là bắt buộc trong chương trình cơ bản chung của quốc gia, thực hiện xuyên suốt từ lớp 1 đến lớp 12 [5] Từ đó, có thể nhận thấy học qua trải nghiệm có nhiều ưu điểm nên được nhiều tác giả trên thế giới nghiên cứu và nhiều nước phát triển áp dụng Từ thời kì đầu của nền giáo dục cách mạng Việt Nam, Chủ tịch Hồ Chí Minh đã chỉ rõ phương pháp đào tạo nên những người tài đức là: “Học đi đôi với hành, giáo dục kết hợp với lao Ngày nh ậ n bài: 6/9/2021 Ngày s ử a bài: 18/10/2021 Ngày nh ận đăng: 25/10/2021 Tác gi ả liên h ệ : Nguy ễ n M ậu Đứ c Đị a ch ỉ e-mail: nmduc@hnue edu vn Nguyễn Mậu Đức, Đặng Thị Thu Hường và Trần Thị Ngân 296 động sản xuất, nhà trường gắn liền với xã hội” Sau này, đã có nhiều tác giả nghiên cứu về HĐTN và thiết kế các chủ đề về dạy học theo định hướng phát triển năng lực như Lê Đình Trung - Phan Thị Thanh Hội [6], Võ Thị Thiều [7] , … và một số công trình nghiên cứu thực tế, cụ thể về tổ chức HĐTN như Nguyễn Thị Liên [8], Bùi Ngọc Diệp [9], Dương Giáng Thiên Hương (2017) [10], Nguyễn Mậu Đức [ 11-14], giúp làm sáng tỏ hơn cơ sở lí luận và phương pháp tổ chức hoạt động này trong thực tế HĐTN bản chất là những hoạt động giáo dục nhằm hình thành và phát triển cho HS phẩm chất tư tưởng, ý chí tình cảm, giá trị và kĩ năng sống và những năng lực cần có của con người trong xã hội hiện đại Nội dung của HĐTN được thiết kế theo hướng tích hợp nhiều lĩnh vực, môn học thành các chủ điểm mang tính chất mở Hình thức và phương pháp tổ chức đa dạng, phong phú, mềm dẻo, linh hoạt, mở về không gian thời gian, quy mô, đối tượng và số lượng để HS có nhiều cơ hội tự trải nghiệm và phát huy tối đa khả năng sáng tạo của các em [15] HĐTN đã được Bộ Giáo dục và Đào tạo (BGD&ĐT ) coi trọng và quan tâm ngoài việc ban hành T hông tư số 32/2018/TT đưa nội dung hoạt động trải nghiệm, hướng nghiệp bắt buộc trong chương trình giáo dục phổ thông từ lớp 1 - 12, gần đây BGD&Đ T còn có cô ng văn số 3089/BGDĐT - GDTrH ngày 14/8/2020 của về việc triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học [16] Việt Nam là một nước nông nghiệp nên hàng năm đều sử dụng một lượng lớn phân bón Phân bón là nhu cầu không thể thiếu đối với cây trồng, nó đóng vai trò quan trọng trong việc tăng năng suất và chất lượng nông sản, đáp ứng nhu cầu của xã hội hiện đại Tuy nhiên, điều quan trọng là phải sử dụng đúng kĩ thuật nhằm đạt được năng suất cây trồng cao nhất, góp phần ngăn ngừa tình trạng đất bị ô nhiễm, thoái hóa và bạc màu, đảm bảo sức khỏe của cộng đồng Trong đời sống có nhiều loại rác thải sinh hoạt có thể tạo ra những loại phân bón HCVS có nhiều ưu điểm vượt trội: cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng đầy đủ, cân đối, bền vững, giúp cây trồng phát triển ổn định, cân bằng vi sinh vật trong đất, không gây ô nhiễm môi trường, tăng chất lượng nông sản, tốt cho con người [17] Dựa trên lí thuyết học tập trải nghiệm, bài viết đề xuất một số hình thức tổ chức HĐTN trong dạy học h oá học và minh hoạ tổ chức HĐTN: “Thiết kế hoạt động trải nghiệm STEM nghiên cứu quy trình sản xuất và hiệu quả sử dụng phân HCVS từ bắp sen, phân gia cầm phục vụ sản xuất nông nghiệp” theo hướng nghiên cứu khoa học (NCKH) trong dạy học hóa học 2 Nội dung nghiên cứu 2 1 Hoạt động trải nghiệm * Khái niệm về hoạt động trải nghiệm HĐTN và hoạt động trải nghiệm là hoạt động giáo dục mà HS được trực tiếp hoạt động thực tiễn trong nhà trường hoặc xã hội dưới sự hướng dẫn và tổ chức của nhà giáo dục Hoạt động này phát triển tình cảm, đạo đức, các kĩ năng và tích luỹ kinh nghiệm riêng của cá nhân Bản chất của học tập trải nghiệm chính là học thông qua làm và phản ánh Khi được đưa vào các HĐTN thực tế, HS sẽ có cơ hội nhìn vấn đề từ nhiều góc độ và quan điểm khác nhau, tránh bị áp đặt và có cơ hội đưa ra giải pháp mang tính sáng tạo [12] * Một số phương thức tổ chức và loại hình hoạt động trải nghiệm trong dạy học hóa học Hóa học là một khoa học có sự gắn bó chặt chẽ giữa lí thuyết với thực nghiệm có nhiều ưu thế trong việc tổ chức cho HS lĩnh hội, kiến tạo kiến thức dựa trên những kinh nghiệm thực tế, thông qua các thao tác thực hành, thử nghiệm để kiểm nghiệm và từ đó rút ra kết luận mới Dựa trên khảo sát thực tiễn các tổ chức hoạt động trong các nhà trường ở Việt Nam và cùng với một số nước trên thế giới cho thấy có thể phân loại các hình thức tổ chức HĐTN thành các nhóm sau (Hình 1) [13]: T hiết kế hoạt động trải nghiệm STEM cho học sinh theo hướng nghiên cứu khoa họ c 297 Hình 1 Một số phương thức tổ chức hoạt động trải nghiệm trong dạy học hóa học 2 2 Năng lực nghiên cứu khoa học 2 2 1 Khái niệm NL NCKH: là khả năng tìm tòi, sáng tạo ra những tri thức khoa học mới, khám phá bản chất và các quy luật vận động của tự nhiên, xã hội và tư duy Theo Nguyễn Thị Minh Hồng và Nguyễn Vĩnh Khương (2016) [18], NL NCKH là khả năng thực hiện hoạt động NCKH theo mục tiêu xác định nhằm đạt được một kết quả nhất định, giải quyết vấn đề đã đặt ra Năng lực NCKH gồm: phát hiện và giải quyết vấn đề; quan sát; sáng tạo; đọc và tìm kiếm thông tin; tư duy; thiết kế đề cương nghiên cứu; viết báo cáo khoa học; bảo vệ đề tài khoa học Cấu trúc của năng lực NCKH gồm 3 thành tố chủ yếu: (1) Kiến thức: kiến thức về chuyên ngành; kiến thức về phương pháp NCKH; (2) Kĩ năng: kĩ năng xây dựng đề tài nghiên cứu; kĩ năng thu thập dữ liệu nghiên cứu; kĩ năng phân tích dữ liệu và sử dụng công cụ phân tích; kĩ năng phê phán, phản biện khoa học; kĩ năng lập luận khoa học; kĩ năng viết báo cáo khoa học; (3) Thái độ: nhiệt tình, say mê khoa học; nhạy bén với các sự kiện xảy ra (hiện tượng khoa học); khách quan, trung thực, nghiêm túc; kiên trì, cẩn thận khi làm việc; tinh thần hợp tác, chia sẻ khoa học Như vậy liên quan với đề tài phát triển năng lực NCKH trong dạy học ta hiểu năng lực NCKH trong Hoá học và dạy học hoá học là khả năng tìm tòi, sáng tạo trong việc thực hiện thí nghiệm, xây dựng mô phỏng, thiết kế mô hình , … liên quan đến Hóa học dựa trên những số liệu, dữ liệu, tài liệu thu thập được hoặc từ những kiến thức đã biết để phát hiện ra bản chất, quy luật chung của sự vật, hiện tượng h óa học; tìm ra những kiến thức mới hoặc ứng dụng mới (đối với HS) trong lĩnh vực hóa học 2 2 2 Quy trình nghiên cứu khoa học Nghiên cứu khoa học là một cách học có hệ thống về thế giới xung quanh chúng ta và trả lời các câu hỏi Sự khác biệt cơ bản giữa NCKH và các cách tiếp thu kiến thức khác là hình th ành một giả thuyết và sau đó kiểm tra nó bằng một thí nghiệm NCKH và quy trình thiết kế kĩ thuật nối tiếp nhau và tạo thành một chu trình đổi mới khoa học và công nghệ theo m ô hình “xoắn ốc” Sau mỗi chu kì, lượng kiến thức khoa học tăng lên và cùng với nó là công nghệ phát triển ở một trình độ cao hơn Hình ảnh bên dưới cho thấy cách cả NCKH và quy trình thiết kế kĩ thuật đều bắt nguồn từ một câu hỏi và sau đó được theo sau bởi nghiên cứu được sử dụng để tạo ra một giả thuyết Các nhà khoa học kiểm tra giả thuyết bằng cách tiến hành các thí nghiệm, trong khi các kĩ sư kiểm tra giả thuyết bằng cách xây dựng mọi thứ Nhưng cả nhà khoa học và kĩ sư đều thu thập dữ liệu, phân tích dữ liệu của họ, sau đó tinh chỉnh câu hỏi hoặc sản phẩm của họ Các nhà giáo dục không cần phải dạy nội dung và quy trình STEM một cách riêng biệt hoặc tiếp cận chúng như những chủ đề riêng biệt Việc tích hợp công nghệ và kĩ thuật vào nội dung khoa học sẽ kết hợp những gì tốt nhất của thế giới này và chuẩn bị cho sinh viên trước Nguyễn Mậu Đức, Đặng Thị Thu Hường và Trần Thị Ngân 298 nh ững thách thức liên ngành của thế giới thực Có thể tóm tắt quy trình NCKH bao gồm 6 bước như sau [18, 19] : Hình 2 Quy trình nghiên cứu khoa học Các nhà khoa học thường sử dụng quy trình NCKH để nghiên cứu thế giới tự nhiên Để kiểm tra xem một quan sá t có đúng hay không, nhà khoa học đặt câu hỏi và phát triển các thí nghiệm để thử và trả lời câu hỏi đó Hướng dẫn cụ thể quy trình NCKH 6 bước như sau [20 - 22]: Hình 3 Quy trình nghiên cứu khoa học Bước 1 Quan sát Yêu cầu học sinh quan sát các sản phẩm phân bón HCVS trên siêu thị, cửa hàng tạp hóa, trung tâm thương mại, cửa hàng bán lẻ, thông thường chúng sẽ được sản xuất thương mại Quan sát một số loại phân bón mà người nông dân tự làm từ các sản phẩm nông nghiệp dùng để bón ruộng: rau, củ, quả,… T hiết kế hoạt động trải nghiệm STEM cho học sinh theo hướng nghiên cứu khoa họ c 299 Bước 2 Nghiên cứu kiến thức nền, thu thập thông tin, nêu câu hỏi Câu hỏi nghiên cứu : - Có thể dựa vào việc nghiên cứu về phân bón HCVS để phục vụ sản xuất nông nghiệp được không? - Có thể tìm được quy trình và phương pháp ủ phân HCVS để cung cấp đầy đủ yếu tố dinh dưỡng cho cây không? Bước 3 Đề xuất giả thuyết/dự đoán nghiên cứu Giả thuyết/dự đoán nghiên cứu : - Qua việc nghiên cứu về phân bón HCVS và các điều kiện tự nhiên có thể tiến hành thực nghiệm sản xuất phân bón HCVS - Qua quá trình nghiên cứ u về tính chất phân HCVS và tiến hành thử nghiệm có thể tìm được quy trình và phương pháp ủ phân HCVS để cung cấp đầy đủ yếu tố dinh dưỡng cho cây trồng Bước 4 Lập kế hoạch và tiến hành thử nghiệm Lên kế hoạch : Phân công nhiệm vụ cho các thành viên như : + Điều tra thông tin từ internet, từ các cửa hàng, siêu thị,… Sau đó dựng phim phóng sự; + Tìm kiếm thông tin về quy trình sản xuất phân bón HCVS và trì nh bày ứng dụng của phân bón đó; + Chuẩn bị báo cáo; + Thiết lập thời gian thực hiện và ước tính chi phí Tiến hành thí nghiệm : + Tiến hành thực hiện phương án đã lựa chọn, chế tạo sản phẩm theo bản thiết kế đã hoàn thành ở bước trên ; + Sau hơn 1 tháng thực nghiệm kiểm chứng giả thuyết, thử n ghiệm và đánh giá phân bón HCVS ; + Học sinh chủ động tiến hành thử nghiệm quy trình bón phân hữu cơ vi sinh cho cây cải ngọt, cây hành lá, cây đỗ leo, cây cải bẹ cuốn , giáo viên theo dõi và trao đổi với các nhóm học sinh để hỗ trợ hoặc điều chỉnh kịp thời Bước 5 Phân tích dữ liệu và rút ra kết luận - Phân HCVS kết hợp v ới một lượng nhỏ phân hóa học đã cho sinh khối tương đương với rau màu bón hoàn toàn phân hóa học nhưng lợi nhuận và nitrat thấp, đảm bảo cho người tiêu dùng Mô hình này vừa xử lí được nguồn bắp sen, phân gà không thải ra môi trường đồng thời chi phí vận hành cũng như công lao động bỏ ra là rất ít - Phân hữu cơ vi sinh từ bắp sen, phân gà sau khi sản xuất được có thể đem bón cho cây, rất tốt và thân thiện với môi trường Nhiều loại cây ăn quả, rau màu sinh trưởng và phát triển tốt khi được bổ sung loại ph ân bón này tạo ra nguồn rau sạch, hoa quả sạch và an toàn khi sử dụng Bước 6 Chia sẻ kết quả Chia sẻ kết quả thu được đến người nông dân 2 3 Một số kết quả thực hiện chủ đề hoạt động trải nghiệm “ Thiết kế hoạt động trải nghiệm STEM nghiên cứu quy trình sản xuất và hiệu quả sử dụng phân hữu cơ vi sinh từ bắp sen, phân gia cầm phục vụ sản xuất nông nghiệp ” 2 3 1 Quy trình sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh * Đối tượng và địa bàn thực nghiệm Để kiểm nghiệm tính hiệu quả và khả năng áp dụng các HĐTN theo hướng NCKH trong dạy học hóa học, chúng tôi lựa chọn T rường THPT Lý Nhân, Hà Nam làm thực nghiệm trên lớp học sinh khối 11 sau khi học xong C hương Nitrogen - Phosphorus trong năm học 2021 - 2022 Nguyễn Mậu Đức, Đặng Thị Thu Hường và Trần Thị Ngân 300 * Quy trình sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh Phân HCVS là loại phân bón hữu cơ có chứa một hoặc nhiều chủng vi sinh vật có ích, được chế biến bằng cách phối trộn và xử lý các nguyên liệu hữu cơ sau đó lên men với các chủng vi sinh Phân HCVS có chứa chất hữu cơ trên 15% và có chứa vi sinh vật với mật độ từ ≥ 1×10 6 CFU/mg mỗi loại Loại phân này không chỉ cung cấp đủ các yếu tố dinh dưỡng khoáng đa lượng, trung lượng, vi lượng cho cây trồng, hòa tan các chất vô cơ trong đất thành chất dinh dưỡng mà còn giúp bồi dưỡng, cải tạo, nâng cao độ phì nhiêu, tăng lượng mùn trong đất làm đất tơi xốp của đất, không bị bạc màu Để hiểu rõ hơn việc sản xuất phân HCVS có thể tóm lược theo quy trình của sau: Hình 4 Quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh Sản xuất phân HCVS thực chất là việc sử dụng nguồn nguyên liệu xanh (bắp sen) và phân gia cầm , đ em ủ cùng chế phẩm sinh học sẽ tạo ra loại phân bón hữu ích đối với cây trồng * Các bước thực hiện ủ phân hữu cơ vi sinh Chuẩn bị 5 mẫu thí nghiệm ủ trộn theo các công thức: Bảng 1 Tỉ lệ phối trộn nguyên liệu ủ cho 1 kg Thí nghiệm Tỉ lệ phối trộn TN 1 Bắp sen (450g) + phân gia cầm (430g) + cám bột (120g) + VSV (10g) TN 2 Bắp sen (480g) + phân gia cầm (420g) + cám bột (100g) + VSV (10g) TN 3 Bắp sen (490g) + phân gia cầm (410g) + cám bộ t (100g) + VSV (10g) TN 4 Bắp sen (500g) + phân gia cầm (380g) + cám bột (120g) + VSV (10g) TN 5 Bắp sen (500g) + phân gia cầm (400g) + cám bột (100g) + VSV (10g) Bước 1: Nghiền/ băm nhỏ bắp sen Hình 5 Bắp sen được băm nhỏ Hình 6 Các nguyê n liệu được phân chia theo tỉ lệ phối trộn T hiết kế hoạt động trải nghiệm STEM cho học sinh theo hướng nghiên cứu khoa họ c 301 Bước 2: Trộn đều vi sinh vật dạng bột với cám bột Hình 7 Vi sinh vật dang bột được trộn đều với cám bột Bước 3: Trộn đều hỗn hợp cám, vi sinh vật gốc dạng bột vào nguyên liệu Hình 8 Vi sinh vật dạng bột được trộn đều với cám bột và nguyên liệu Bước 4: Hoà 0,5 lít dung dịch nước rỉ đường với nước sạch kết hợp với đảo đều Kiểm tra độ ẩm, tưới cho tới khi đạt tới độ ẩm 60 - 70% thì dừng lại Hình 9 Nước rỉ đường Hình 10 Trộn nước rỉ đường Bước 5: Khi đã hoàn thành đậy nắp thùng ủ và chèn đất hoặc đá xung quanh tránh cho bạt bị gió tốc đi (đối với ủ đống ngoài vườn) Hình 11 Ủ phân hữu cơ vi sinh trong thùng Nguyễn Mậu Đức, Đặng Thị Thu Hường và Trần Thị Ngân 302 Hình 12 Ủ phân hữu cơ vi sinh ngoài trời 2 3 2 Kết quả của nhiệt độ, độ ẩm đến quá trình tạo phân bón * Kết quả diễn biến nhiệt độ đống ủ Chuẩn bị 5 mẫu thí nghiệm như ở Bảng 2 Tiến hành đo nhiệt độ, độ ẩm trong quá trình ủ từ 1 ngày đến 60 ngày ủ Trên cơ sở đó tìm được thời gian ủ tốt nhất ứng với hiệu suất chuyển hóa cao nhất Kết quả theo dõi nhiệt độ thùng ủ trong 10 ngày đầu tiên được thể hiện trong Bảng 2 và các Hình 13-17 Bảng 2 Nhiệt độ của thùng ủ ở giai đoạn 10 ngày đầu tiên ( 0 C) Ngày TN1 TN2 TN3 TN4 TN5 1 29,2 29,2 29,2 29,2 29,2 2 31,5 32,2 31, 9 32,5 32,9 3 43,2 44,1 43,3 43,8 44,3 4 47,6 45,9 46,5 47,5 48,0 5 49,7 48,9 49,3 49,9 50,1 6 50,2 51,5 50,1 52,1 52,8 7 48,9 48,5 47,2 49,8 49,5 8 48,2 48,1 48,5 48,9 49,2 9 47,5 46,9 47,3 47,5 47,6 10 47,2 47,1 47,0 47,3 47,3 Hình 13 Nhiệt dộ thùng ủ 10 ngày đầu Bảng 3 Nhiệt độ của thùng ủ ở giai đoạn tiếp theo ( 0 C) Ngày TN1 TN2 TN3 TN4 TN5 10 47,7 49,1 49,7 49,7 50,7 20 46,8 47,7 49,3 45,7 49,0 30 46,0 42,0 45,3 42,7 43,3 40 39,0 39,3 41,0 40,5 42,7 50 37,3 37,0 36,3 34,8 35,3 60 25,3 26,3 25,3 26,7 25,4 * Kết quả diễn biến độ ẩm đống ủ Kết quả theo dõi độ ẩm thùng ủ trong thời gian ủ được thể hiện trong Bảng 4 T hiết kế hoạt động trải nghiệm STEM cho học sinh theo hướng nghiên cứu khoa họ c 303 Bảng 4 Độ ẩm của thùng ủ theo thời gian ủ (%) Ngày TN1 TN2 TN3 TN4 TN5 7 80,1 80,1 80,1 80,1 80,1 14 71,5 72,2 73, 9 75,5 75,6 21 69,2 71,1 73,3 73,8 73,5 28 67,6 65,9 62,5 67,5 72,1 35 59,7 58,9 59,3 63,9 70,5 42 50,2 51,5 50,1 62,1 65,1 49 48,9 48,5 48,2 59,8 58,3 56 48,2 48,1 48,5 48,9 55,2 63 47,2 47,1 47,0 47,3 52,6 Hình 14 Độ ẩm theo thời gian ủ Độ ẩm lúc mới ủ ở cả 5 thí nghiệm lúc đầu khá cao đạt 80,1% (Hình 13, 14, 15, 16, 17), với ẩm độ này thì quá trình ủ ban đầu chưa hiệu quả vì nếu vật liệu hữu cơ có sự phối trộn với nhau, thì ẩm độ yêu cầu là đạt khoảng 55 - 67% Độ ẩm bắt đầu giảm từ 21 - 49 ngày sau ủ, ẩm độ duy trì trong khoảng từ 49 - 74%, lúc này quá trình phân hủy chất hữu cơ được cho là tối ưu để quá trình ủ được hoàn toàn * Hàm lượng chất dinh dưỡng trong phân hữu cơ vi sinh sau ủ Sau khi tiến hành ủ trộn với quy trình trên chúng tôi thu được 5 loại mẫu phân HCVS Qua kiểm tra sơ bộ nhóm nguyên cứu nhận thấy chất lượng của thùng ủ trong TN4, TN5 là đạt yêu cầu nhất Hình 15 Mẫu phân hữu cơ vi sinh thu được sau ủ trộn Để đánh giá chất lượng của phân ủ chúng tôi tiến hành gửi mẫu sản phẩm phân tích tại Viện Hóa học để phân tích một số chỉ tiêu như ẩm độ, pH, tỉ lệ C/N, N tổng số, P 2 O 5 hữu hiệu (hh), K 2 O hh , lượng mùn hữu cơ, axit humic của mẫu phân thu được của hai thí nghiệm TN4 và TN5 và thu được kết quả ở Bảng 5 Bảng 5 Độ ẩm, pH, và tỉ lệ C/N, hàm lượng N ts , P 2 O 5hh , K 2 O hh , mùn hữu cơ và axi d humic Phân HCVS Độ ẩm (%) pH C/N N ts (%) P 2 O 5 hh (%P 2 O 5 ) K 2 O hh (%K 2 O) Mùn hữu cơ Axi d humic (%) TN4 (Mẫu 01) 32,43 6,35 9,0 2,086 0,918 0,364 32,84 9,49 TN5 (Mẫu 02) 31,08 6,39 7,0 2,632 0,053 0,75 33,42 7,67 Thực tế cho thấy sử dụng phân HCVS từ bắp sen, phân gà lâu dài sẽ giúp giữ được màu sắc, hương vị, chất lượng và năng suất ở nhiều loại cây ăn quả, hoa, rau, củ quả, trái cây cũng như một số loại ngũ cốc Như vậy, loại phân HCVS mà nhóm nghiên cứu sản xuất được phù Nguyễn Mậu Đức, Đặng Thị Thu Hường và Trần Thị Ngân 304 hợp với tiêu chuẩn quy định của Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn và có thể cạnh tranh với thị trường * Phân tích thành phần dinh dưỡng, một số kim loại nặng, một số vi khuẩn phân hữu cơ vi sinh Mẫu phân hữu cơ vi sinh sản xuất được tiến hành phân tích thành phần dinh dưỡng, một số kim loại nặng, một số vi khuẩn bằng cách đo mẫu tại Phòng Phân tích Ứng dụng Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Đồng thời nhóm nghiên cứu cũng gửi mẫu rau sau khi thu hoạch để xác định hàm lượng nitrat của mẫu rau thu được nhằm kiểm tra về độ an toàn sử dụng đối với thực phẩm Bảng 6 Hàm lượng kim loại nặng trong phân hữu cơ vi sinh sau ủ Phân HCVS Pb (mg/kg) As (mg/kg) TN4 (Mẫu 01) 2,76 0,901 TN5 (Mẫu 02) 1,939 1,335 Ngưỡng gây hại (mg/kg) < 200 < 10 Bảng 7 Mật số vi sinh vật gây bệnh trong phân hữu cơ vi sinh sau ủ Phân hữu cơ vi sinh E coli (MPN/g chất khô) Salmonella (MPN/25g chất khô) TN4 (Mẫu 01) 4,6 x 10 1 Không phát hiện TN5 (Mẫu 02) 4,6 x 10 1 Không phát h iện Ngưỡng quy định < 1,1 x 10 3 0 Qua kết quả phân tích ở Bảng 7 , phân HCVS từ bắp sen, phân gà sau ủ đều không phát hiện có khuẩn Salmonella còn mật số vi khuẩn E coli đạt 4,6 x 10 1 dưới ngưỡng quy định cho phép về chất lượng phân HCVS sau ủ nên phân HCVS sản xuất được đã đáp ứng được yêu cầu về chất lượng phân HCVS theo quy định hiện hành 2 3 3 Học sinh trải nghiệm quy trình bón phân hữu cơ vi sinh cho cây cải ngọt, cây hành lá, cây đỗ leo, cây cải bẹ cuốn tại Công ty Đầu tư và Phát triển Nông nghiệ p Công nghệ cao Hà Nam Thông qua hoạt động này GV và HS cùng người dân tham gia vào quá trình bón phân cho cây cải ngọt, cây hành lá, cây đỗ leo, cây cải bẹ cuốn tại Công t y Đầu tư và Phát triển Nông nghiệp Công nghệ cao Hà Nam (Nhân Khang, Lý Nhân, Hà Nam) Bước 1: Chia lớp học thành các nhóm HS tham gia Bước 2: Quan sát một số người dân địa phương giới thiệu, hướng dẫn, thực hiện một số cách bón phân hiệu quả HS quan sát có thể ghi chép lại Bước 3: HS tiến hành theo 2 thí nghiệm sau: Trước tác động : C hỉ bón 100% phân vô cơ (theo liều lượng của nông dân) Sau tác động : Bón 60% phân HCVS do HS chế tạo + 40% lượng phân hóa học đối chứng Tiến hành tưới nước định kì hàng ngày, đặt cây trồng nơi có đủ ánh sáng, thoáng mát trong nhà kính T hiết kế hoạt động trải nghiệm STEM cho học sinh theo hướng nghiên cứu khoa họ c 305 Bước 4: HS thực hiện các phương pháp bón phân đã quan sát trong thời gian cho phép và lựa chọn phân bón hợp lí Bước 5: Người dân hướng dẫn sẽ đưa ra nhận xét, đánh giá và chấm điểm theo các tiêu chí về kĩ thuật cho các nhóm tham gia Hình 16 Một số hình ảnh của buổi trải nghiệm * Báo cáo sản phẩm : HS tổng hợp lại các kiến thức về quy trình bón phân, sử dụng phân bón HCVS trong việc sản xuất cây cải ngọt, cây hành lá, cây đỗ leo, cây cải bẹ cuốn Công ty Đầu tư và Phát triển Nông nghiệp Công nghệ cao Hà Nam và báo cáo kết quả trước lớp 2 3 4 Kết quả thử nghiệm tác dụng của phân bón đối với cây cải ngọt, cây hành lá, cây đỗ leo, cây cải bẹ cuốn * Các loại chỉ số theo dõi sự phát triển của cây cải ngọt, cây hành lá, cây đỗ leo, cây cải bẹ cuốn Màu sắc lá Chiều dài lá (cm): Chọn một lá trên cây phát triển tốt, cân đối không bị rách, không sâu bệnh, đo từ gốc lá đến đỉnh Chiều rộng lá (cm): Chọn một lá trên cây phát triển tốt, cân đối không bị rách, không sâu bệnh, đo từ mép lá bên này tới mép lá bên kia của phần rộng nhất của lá * Ảnh hưởng của phân bón hữu cơ vi sinh đến sự phát triển của cây cải ngọt, cây hành lá, cây đỗ leo, cây cải bẹ cuốn Quá trình sinh trưởng, phát triển của cây được thể hiện rõ nhất ở màu sắc, kích thước lá và hoa Với cùng một giống và điều kiện ngoại cảnh, cây nào được cung cấp chất dinh dưỡng cân đối, đầy đủ sẽ sinh trưởng, phát triển nhanh hơn, năng suất cao hơn [15] Kết quả theo dõi sự ảnh hưởng của phân bón đến sinh trưởng và phát triển của cây cải ngọt, cây hành lá, cây đỗ leo, cây cải bẹ cuốn (H ình 17, 18, 19, 20) Hình 17 Rau cải ngọt TTĐ và STĐ sau trồng 10 ngày, 15 ngày, 20 ngày, 25 ngày Nguyễn Mậu Đức, Đặng Thị Thu Hường và Trần Thị Ngân 306 Hình 18 Cây hành lá TTĐ và STĐ sau trồng 10 ngày, 15 ngày, 20 ngày, 25 ngày Hình 19 Cây đỗ leo TTĐ và STĐ sau trồng 10 ngày, 15 ngày, 20 ngày, 25 ngày Hình 20 Cây cải bẹ cuốn TTĐ và STĐ sau trồng 10 ngày, 15 ngày, 20 ngày, 25 ngày Nhận thấy, phân HCVS từ bắp sen, phân gà có tác dụng tích cực đối với một số loại rau cải bẹ cuốn, cây đỗ leo, rau cải ngồng và cây hành lá Cây phát triển nhanh hơn, số lá nhiều hơn, xanh tốt hơn Khi sử dụng loại phân bón này kết hợp thêm 40% phân hóa học giúp năng suất cây trồng mà vẫn đảm bảo hơn nữa đất trồng vẫn tơi xốp, rau màu vẫn xanh tươi Đó là lợi ích khi sử dụng loại phân bón này * Hạch toán giá thành phân bón sản xuất được Bảng 8 Chi phí sản xuất và lợi nhuận thu được khi sản xuất 10 kg phân hữu cơ vi sinh Stt Hạng mục Đơn giá Giá thị trường 1 Bắp sen Tận dụng được 2 Phân gia cầm Tận dụng được 3 Cám gạo/ngô 1kg 6 000 VND 4 Vi sinh vật gốc dạng bột 2 000 VND 5 Công lao động 20 000 VND Tổng 28 000 VND 109 000VND Người dân có thể tận dụng được bắp sen và phân gia cầm sẵn có để sản xuất phân HCVS nhằm giảm chi phí sử dụng phân bón trên cây trồng đồng thời huy động công lao động nhàn rỗi trong gia đình để tự sản xuất phân HCVS để sử dụng thì sẽ cho lợi nhuận cao hơn và tạo ra sản phẩm an toàn T hiết kế hoạt động trải nghiệm STEM cho học sinh theo hướng nghiên cứu khoa họ c 307 3 Kết luận Nhóm nghiên cứu đã t hiết kế hoạt động trải nghiệm STEM , tìm hiểu quy trình sản xuất và hiệu quả của v iệc sử dụng phân hữu cơ vi sinh từ bắp sen, phân gia cầm phục vụ sản xuất nông nghiệp Chúng tôi đã tiến hành thực nghiệm trên đối tượng là HS lớp 11 T rường THPT Lý Nhân , Hà Nam M ộ t số hoạt đ ộ ng được tổ ch ứ c như : tìm hiểu q uy trình sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh ; c ác bước thực hiện ủ phân hữu cơ vi sinh ; đánh giá k ết quả của nhiệt độ, độ ẩm đến quá trình tạo phân bón ; cùng người dân tham gia vào quá trình bón phân cho cây cải ngọt, cây hành lá, cây đỗ leo, cây cải bẹ cuốn tại Công t y Đầu tư và Phát triển Nông nghiệp Công nghệ cao Hà Nam (Nhân Khang, Lý Nhân, Hà Na m ) ; thử nghiệm tác dụng của phân bón đối với cây cải ngọt, cây hành lá, cây đỗ leo, cây cải bẹ cuốn Kết quả thực nghiệm cho thấy hoạt động trải nghiệm STEM này đã phát triển năng lực NCKH của học sinh đ ồng thời giúp HS tiếp cận được cách thức và con đường khám phá khoa học, hình thành thái độ, niềm tin , hứng thú và yêu thích khoa học H óa học là môn khoa học có sự gắn bó chặt chẽ giữa lí thuyết với thực nghiệm, có nhiều nội dung kiến thức có thể triển khai thông qua chủ đề hoạt động trải nghiệm Các nhà trường phổ thông nên khuyến khích các GV tích cực áp dụng hoạt động này nhằm nâng cao chất lượng môn học và đáp ứng được xu thế của đổi mới giáo dục hiện nay Lời cảm ơn Nghiên cứu này được tài trợ bởi Bộ Giáo dục và Đào tạo thông qua đề tài B2020 - TNA-07 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] John Dewey, 1938 Experience and Education , Kappa Delta pi [2] Kurt Lewin, 1946 Group, experiential learning and action research , YMCA George Williams College [3] Lev S Vygotsky, 1997 interaction between learning and development , Havard University Press [4] Kolb, D A , 1984 Experiential learning: Experience As The Source O f Learning And Development Prentice Hall [5] Nguyễn Mậu Đức , Đặng Thị Vân , 2019 Thiết kế các hoạt động trải nghiệm sáng tạo trong dạy học Hóa học lớp 11 nâng cao theo định hướng phát triển năng lực Tạp chí Giáo dục, Số 450 (Kì 2 - 3/2019), tr 41 - 47 [6] Lê Đình Trung (chủ biên), Phan Thị Thanh Hội, 2016 Dạy học theo định hướng hình thành và phát triển năng lực người học ở trường phổ thông NXB Đại học Sư phạm [7] Võ Thị Thiều , 2017 Đổi mới phương pháp dạy học theo hướng phát triển năng lực người học Proceedin g Development trends in Education in aglobalized world, TP Hồ Chí Minh, tr 483-488 [8] Nguyễn Thị Liên , 2016 Tổ chức hoạt động trải nghiệm sáng tạo trong nhà trường phổ thông NXB Giáo dục Việt Nam [9] Bùi Ngọc Diệp , 2015 Hình thức tổ chức các hoạt động trải nghiệm sáng tạo trong nhà trường phổ thông Tạp chí Khoa học G iáo dục , Viện Khoa học G iáo dục Việt Nam, số 113, tr 37-40 [10] Dương Giáng Thiên Hương , 2017 Hoạt động trải nghiệm sáng tạo - Lí thuyết và vận dụng trong dạy học tiểu học [11] Nguyễn Mậu Đức , Nguyễn Thị Hà , Nguyễn Thị Hằng , Nguyễn Quang Linh , 2016 Bồi dưỡng giáo viên xây dựng và tổ chức các hoạt động trải nghiệm sáng tạo trong chương trình giáo dục phổ thông mới Kỉ yếu hội thảo quốc tế “Đào tạo, bồi dưỡng giáo viên đáp ứng yêu cầu đổi mới căn bản và toàn diện giáo dục” Trường Đại học Sư phạm, Đại học Thái Nguyên, tr 85-93 [12] Nguyễn Mậu Đức , Nguyễn Thị Phương Thúy , 2017 Bồi dưỡng giáo viên tổ chức các hoạt động trải nghiệm trong nhà trường phổ thông Kỉ yếu hội thảo khoa học “Bồi dưỡng giáo viên và cán bộ quản lí giáo dục đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục phổ thông” Trường Đại Nguyễn Mậu Đức, Đặng Thị Thu Hường và Trần Thị Ngân 308 học Sư phạm , Đại học Thái Nguyên phối hợp với Trường Cao đẳng Sư phạm Lào Cai đồng tổ chức, tr 235-240 [13] Nguyễn Mậu Đức , Nguyễn Thị Nguyệt , 2017 Xây dựng và tổ chức các hoạt động trải nghiệm trong C hương trình G iáo dục phổ thông mới Tạp chí Khoa học G iáo dục , Viện Khoa học Giáo dục Việt Nam, số146, tr 63-67 [14] Nguyễn Mậu Đức , Trần Trung Ninh , 2017 Dạy học chủ đề tích hợp kết hợp thiết kế hoạt động trải nghiệm bằng hình thức “ trò chơi” Kỉ yếu hội thảokhoa học quốc tế “Phát triển năng lực sư phạm đội ngũ giáo viên Khoa học Tự nhiên đáp ứng yêu cầu đổi mới giáo dục phổ thông”, Bộ Giáo dục và Đào tạo, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội NXB Khoa học Tự nhiên và Công nghệ, tr 240-250 [15] Bộ Giáo dục và Đào tạo , 2018 Chương trình giáo dục phổ thông - Hoạt động trải nghiệm và Hoạt động trải nghiệm, hướng nghiệp (Ban hành kèm theo Thông tư số 32/2018/TT - BGDĐT ngày 26 tháng 12 năm 2018 của Bộ trưởng Bộ Giáo dục và Đào tạo) [16] Bộ Giáo dục & Đào Tạo , 2020 Công văn số 3089 về việc Triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học [17] Nguyen, M D et al , 2019 STEM education program: Manufacturing Mixture of Phosphate and potash fertilizer st raws and waste of animal bones Journal of P hysics: Conference Series 1340, Doi: 10 1088/1742 - 6596/1340/1/012050 [18] Nguyễn Thị Minh Hồng, Nguyễn Vĩnh Khương , 2016 Một số biện pháp phát triển năng lực nghiên cứu cho giảng viên trẻ Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh Tạp chí Khoa học, Trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh , số 7, tr 93-105 [19] Vũ Cao Đàm, 2005 Phương pháp luận nghiên cứu khoa học Nhà xuất bản Khoa học và Kĩ thuật [20] Nguyễn Thị Thùy Trang , 2021 Phát triển năng lực dạy học STEM cho sinh viên sư phạm hoá học Luận án Tiến sĩ Giáo dục học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội [21] Hà Thị Lan Hương, 2017 Phát triển năng lực nghiên cứu khoa học của học sinh thông qua dạy học lĩnh vực Khoa học Tự nhiên ở trường Trung học cơ sở Tạp chí khoa học Trường Đại học Sư phạm Hà Nội , số 1A/2017, tr 218-266 [22] Phạm Thị Kim Ngân, 2018 Phát triển năng lực tìm tòi nghiên cứu khoa học cho học sinh Trung học phổ thông thông qua dạy học Hóa học Luận án Tiến sĩ Khoa học Giáo dục , Trường Đại học Sư phạm Hà Nội tháng 8 năm 2018 ABSTRACT Design STEM experience activities for students in the scientific research Nguyen Mau Duc 1 , Dang Thi Thu Huong 1 and Tran Thi Ngan 2 1 Faculty of Chemistry, Hanoi National University of Education 2 Ly Nhan High School , Ha Nam Experiential activity is an activity that plays a very important role in the new high school education program This action gives activities many opportunities to experience to use the knowledge put into practice, thereby forming their capacity as well as promoting their creativity Within the scope of this article, we study the theoretical basis of experiential activity and on the basis we design the experiential activity “ Research on the process production and the efficiency of using microbiological analysis from corn lotus, analysis for agricultural production ” in teac hing Inorganic Chemistry Grade 11 Thereby helping students to form and foster the necessary substances of a scientist, that is, ability analysis, synthesis, creativity, practice honesty, perseverance, patience, overcome difficulties, seek creativity and practice independence and teamwork Keywords : experiential activities, capacity, fertilizer, scientific research

295

This paper is available online at http://stdb.hnue.edu.vn

THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG TRẢI NGHIỆM STEM CHO HỌC SINH

THEO HƯỚNG NGHIÊN CỨU KHOA HỌC

Nguyễn Mậu Đức1, Đặng Thị Thu Hường1

và Trần Thị Ngân2

1 Khoa Hoá học, Trường Đại học Sư phạm Hà Nội

2 Trường Trung học Phổ thông Lý Nhân, Hà Nam

Tóm tắt Hoạt động trải nghiệm (HĐTN) là hoạt động giữ vai trò rất quan trọng trong Chương trình Giáo dục phổ thông mới Hoạt động này giúp cho học sinh (HS) có nhiều cơ hội trải nghiệm để vận dụng những kiến thức học được vào thực tiễn, từ đó hình thành năng lực (NL) thực tiễn cũng như phát huy tiềm năng sáng tạo của bản thân Trong phạm vi bài viết này, chúng tôi nghiên cứu cơ sở lí thuyết của hoạt động trải nghiệm, trên cơ sở đó thiết

kế hoạt động trải nghiệm “Nghiên cứu quy trình sản xuất và hiệu quả sử dụng phân hữu cơ

vi sinh (HCVS) từ bắp sen, phân gia cầm phục vụ sản xuất nông nghiệp” trong dạy học hóa

vô cơ lớp 11 Qua đó giúp HS được hình thành và bồi dưỡng những phẩm chất cần thiết của một nhà khoa học, đó là khả năng phân tích, tổng hợp, sáng tạo, rèn luyện tính trung thực, kiên trì, nhẫn nại, khắc phục khó khăn, tìm tòi sáng tạo đồng thời rèn luyện khả năng tư duy độc lập và làm việc nhóm

Từ khóa: hoạt động trải nghiệm, năng lực, phân bón, nghiên cứu khoa học

1 Mở đầu

Trên thế giới học qua trải nghiệm đã được các nhà giáo dục tên tuổi như John Dewey [1], Kurt Lewin [2], Lev S Vygotsky [3], nghiên cứu từ cuối thế kỉ XIX cho đến nay, các công trình nghiên cứu tập trung vào nghiên cứu vai trò và bản chất về học tập trải nghiệm và áp dụng

nó để giảng dạy trong các khóa học cho sinh viên trường đại học Mô hình học tập trải nghiệm gồm 4 giai đoạn: người học bắt đầu với kinh nghiệm cụ thể, sau đó thực hiện quan sát - phản ánh để đưa ra các quan điểm cá nhân trước các vấn đề cần giải quyết, từ đó tham gia vào quá trình kiến tạo khái niệm hóa trừu tượng, qua đó sử dụng những kiến thức khái quát này để thử nghiệm hoạt động nhằm kiểm tra những gì đã học được (Kolb, 1984) [4] Đối với các nước có nền giáo dục phát triển, đặc biệt là các nước tiếp cận chương trình phổ thông theo hướng phát triển năng lực như Hồng Kông, Singapo, Đài Loan, Hàn Quốc, Trung Quốc thì hoạt động trải nghiệm được quan tâm và triển khai dưới nhiều góc độ từ rất sớm, ví dụ ở Hàn Quốc, chương trình HĐTN là bắt buộc trong chương trình cơ bản chung của quốc gia, thực hiện xuyên suốt từ lớp 1 đến lớp 12 [5] Từ đó, có thể nhận thấy học qua trải nghiệm có nhiều ưu điểm nên được nhiều tác giả trên thế giới nghiên cứu và nhiều nước phát triển áp dụng

Từ thời kì đầu của nền giáo dục cách mạng Việt Nam, Chủ tịch Hồ Chí Minh đã chỉ rõ phương pháp đào tạo nên những người tài đức là: “Học đi đôi với hành, giáo dục kết hợp với lao

Ngày nhận bài: 6/9/2021 Ngày sửa bài: 18/10/2021 Ngày nhận đăng: 25/10/2021

Tác giả liên hệ: Nguyễn Mậu Đức Địa chỉ e-mail: nmduc@hnue.edu.vn

động sản xuất, nhà trường gắn liền với xã hội” Sau này, đã có nhiều tác giả nghiên cứu về HĐTN và thiết kế các chủ đề về dạy học theo định hướng phát triển năng lực như Lê Đình Trung - Phan Thị Thanh Hội [6], Võ Thị Thiều [7],… và một số công trình nghiên cứu thực tế,

cụ thể về tổ chức HĐTN như Nguyễn Thị Liên [8], Bùi Ngọc Diệp [9], Dương Giáng Thiên Hương (2017) [10], Nguyễn Mậu Đức [11-14], giúp làm sáng tỏ hơn cơ sở lí luận và phương pháp tổ chức hoạt động này trong thực tế HĐTN bản chất là những hoạt động giáo dục nhằm hình thành và phát triển cho HS phẩm chất tư tưởng, ý chí tình cảm, giá trị và kĩ năng sống và những năng lực cần có của con người trong xã hội hiện đại Nội dung của HĐTN được thiết kế theo hướng tích hợp nhiều lĩnh vực, môn học thành các chủ điểm mang tính chất mở Hình thức

và phương pháp tổ chức đa dạng, phong phú, mềm dẻo, linh hoạt, mở về không gian thời gian, quy mô, đối tượng và số lượng để HS có nhiều cơ hội tự trải nghiệm và phát huy tối đa khả năng sáng tạo của các em [15] HĐTN đã được Bộ Giáo dục và Đào tạo (BGD&ĐT) coi trọng

và quan tâm ngoài việc ban hành Thông tư số 32/2018/TT đưa nội dung hoạt động trải nghiệm, hướng nghiệp bắt buộc trong chương trình giáo dục phổ thông từ lớp 1-12, gần đây BGD&ĐT còn có công văn số 3089/BGDĐT-GDTrH ngày 14/8/2020 của về việc triển khai thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học [16]

Việt Nam là một nước nông nghiệp nên hàng năm đều sử dụng một lượng lớn phân bón Phân bón là nhu cầu không thể thiếu đối với cây trồng, nó đóng vai trò quan trọng trong việc tăng năng suất và chất lượng nông sản, đáp ứng nhu cầu của xã hội hiện đại Tuy nhiên, điều quan trọng là phải sử dụng đúng kĩ thuật nhằm đạt được năng suất cây trồng cao nhất, góp phần ngăn ngừa tình trạng đất bị ô nhiễm, thoái hóa và bạc màu, đảm bảo sức khỏe của cộng đồng Trong đời sống có nhiều loại rác thải sinh hoạt có thể tạo ra những loại phân bón HCVS có nhiều ưu điểm vượt trội: cung cấp dinh dưỡng cho cây trồng đầy đủ, cân đối, bền vững, giúp cây trồng phát triển ổn định, cân bằng vi sinh vật trong đất, không gây ô nhiễm môi trường, tăng chất lượng nông sản, tốt cho con người [17]

Dựa trên lí thuyết học tập trải nghiệm, bài viết đề xuất một số hình thức tổ chức HĐTN trong dạy học hoá học và minh hoạ tổ chức HĐTN: “Thiết kế hoạt động trải nghiệm STEM nghiên cứu quy trình sản xuất và hiệu quả sử dụng phân HCVS từ bắp sen, phân gia cầm phục

vụ sản xuất nông nghiệp” theo hướng nghiên cứu khoa học (NCKH) trong dạy học hóa học

2 Nội dung nghiên cứu

2.1 Hoạt động trải nghiệm

* Khái niệm về hoạt động trải nghiệm

HĐTN và hoạt động trải nghiệm là hoạt động giáo dục mà HS được trực tiếp hoạt động thực tiễn trong nhà trường hoặc xã hội dưới sự hướng dẫn và tổ chức của nhà giáo dục Hoạt động này phát triển tình cảm, đạo đức, các kĩ năng và tích luỹ kinh nghiệm riêng của cá nhân Bản chất của học tập trải nghiệm chính là học thông qua làm và phản ánh Khi được đưa vào các HĐTN thực tế, HS sẽ có cơ hội nhìn vấn đề từ nhiều góc độ và quan điểm khác nhau, tránh bị

áp đặt và có cơ hội đưa ra giải pháp mang tính sáng tạo [12]

* Một số phương thức tổ chức và loại hình hoạt động trải nghiệm trong dạy học hóa học

Hóa học là một khoa học có sự gắn bó chặt chẽ giữa lí thuyết với thực nghiệm có nhiều ưu thế trong việc tổ chức cho HS lĩnh hội, kiến tạo kiến thức dựa trên những kinh nghiệm thực tế, thông qua các thao tác thực hành, thử nghiệm để kiểm nghiệm và từ đó rút ra kết luận mới Dựa trên khảo sát thực tiễn các tổ chức hoạt động trong các nhà trường ở Việt Nam và cùng với một số nước trên thế giới cho thấy có thể phân loại các hình thức tổ chức HĐTN thành các nhóm sau (Hình 1) [13]:

297

Hình 1 Một số phương thức tổ chức hoạt động trải nghiệm trong dạy học hóa học

2.2 Năng lực nghiên cứu khoa học

2.2.1 Khái niệm

NL NCKH: là khả năng tìm tòi, sáng tạo ra những tri thức khoa học mới, khám phá bản

chất và các quy luật vận động của tự nhiên, xã hội và tư duy Theo Nguyễn Thị Minh Hồng và Nguyễn Vĩnh Khương (2016) [18], NL NCKH là khả năng thực hiện hoạt động NCKH theo mục tiêu xác định nhằm đạt được một kết quả nhất định, giải quyết vấn đề đã đặt ra Năng lực NCKH gồm: phát hiện và giải quyết vấn đề; quan sát; sáng tạo; đọc và tìm kiếm thông tin; tư duy; thiết kế đề cương nghiên cứu; viết báo cáo khoa học; bảo vệ đề tài khoa học Cấu trúc của năng lực NCKH gồm 3 thành tố chủ yếu: (1) Kiến thức: kiến thức về chuyên ngành; kiến thức về phương pháp NCKH; (2) Kĩ năng: kĩ năng xây dựng đề tài nghiên cứu; kĩ năng thu thập

dữ liệu nghiên cứu; kĩ năng phân tích dữ liệu và sử dụng công cụ phân tích; kĩ năng phê phán, phản biện khoa học; kĩ năng lập luận khoa học; kĩ năng viết báo cáo khoa học; (3) Thái độ: nhiệt tình, say mê khoa học; nhạy bén với các sự kiện xảy ra (hiện tượng khoa học); khách quan, trung thực, nghiêm túc; kiên trì, cẩn thận khi làm việc; tinh thần hợp tác, chia sẻ khoa học Như vậy liên quan với đề tài phát triển năng lực NCKH trong dạy học ta hiểu năng lực NCKH trong Hoá học và dạy học hoá học là khả năng tìm tòi, sáng tạo trong việc thực hiện thí nghiệm, xây dựng mô phỏng, thiết kế mô hình,… liên quan đến Hóa học dựa trên những số liệu,

dữ liệu, tài liệu thu thập được hoặc từ những kiến thức đã biết để phát hiện ra bản chất, quy luật chung của sự vật, hiện tượng hóa học; tìm ra những kiến thức mới hoặc ứng dụng mới (đối với HS) trong lĩnh vực hóa học

2.2.2 Quy trình nghiên cứu khoa học

Nghiên cứu khoa học là một cách học có hệ thống về thế giới xung quanh chúng ta và trả lời các câu hỏi Sự khác biệt cơ bản giữa NCKH và các cách tiếp thu kiến thức khác là hình thành một giả thuyết và sau đó kiểm tra nó bằng một thí nghiệm NCKH và quy trình thiết kế kĩ thuật nối tiếp nhau và tạo thành một chu trình đổi mới khoa học và công nghệ theo mô hình

“xoắn ốc” Sau mỗi chu kì, lượng kiến thức khoa học tăng lên và cùng với nó là công nghệ phát triển ở một trình độ cao hơn Hình ảnh bên dưới cho thấy cách cả NCKH và quy trình thiết kế kĩ thuật đều bắt nguồn từ một câu hỏi và sau đó được theo sau bởi nghiên cứu được sử dụng để tạo

ra một giả thuyết Các nhà khoa học kiểm tra giả thuyết bằng cách tiến hành các thí nghiệm, trong khi các kĩ sư kiểm tra giả thuyết bằng cách xây dựng mọi thứ Nhưng cả nhà khoa học và

kĩ sư đều thu thập dữ liệu, phân tích dữ liệu của họ, sau đó tinh chỉnh câu hỏi hoặc sản phẩm của họ Các nhà giáo dục không cần phải dạy nội dung và quy trình STEM một cách riêng biệt hoặc tiếp cận chúng như những chủ đề riêng biệt Việc tích hợp công nghệ và kĩ thuật vào nội dung khoa học sẽ kết hợp những gì tốt nhất của thế giới này và chuẩn bị cho sinh viên trước

những thách thức liên ngành của thế giới thực Có thể tóm tắt quy trình NCKH bao gồm 6 bước như sau [18, 19]:

Hình 2 Quy trình nghiên cứu khoa học

Các nhà khoa học thường sử dụng quy trình NCKH để nghiên cứu thế giới tự nhiên Để kiểm tra xem một quan sát có đúng hay không, nhà khoa học đặt câu hỏi và phát triển các thí nghiệm để thử và trả lời câu hỏi đó Hướng dẫn cụ thể quy trình NCKH 6 bước như sau [20 - 22]:

Hình 3 Quy trình nghiên cứu khoa học Bước 1 Quan sát

Yêu cầu học sinh quan sát các sản phẩm phân bón HCVS trên siêu thị, cửa hàng tạp hóa, trung tâm thương mại, cửa hàng bán lẻ, thông thường chúng sẽ được sản xuất thương mại Quan sát một số loại phân bón mà người nông dân tự làm từ các sản phẩm nông nghiệp dùng để bón ruộng: rau, củ, quả,…

299

Bước 2 Nghiên cứu kiến thức nền, thu thập thông tin, nêu câu hỏi

Câu hỏi nghiên cứu:

- Có thể dựa vào việc nghiên cứu về phân bón HCVS để phục vụ sản xuất nông nghiệp được không?

- Có thể tìm được quy trình và phương pháp ủ phân HCVS để cung cấp đầy đủ yếu tố dinh

dưỡng cho cây không?

Bước 3 Đề xuất giả thuyết/dự đoán nghiên cứu

Giả thuyết/dự đoán nghiên cứu:

- Qua việc nghiên cứu về phân bón HCVS và các điều kiện tự nhiên có thể tiến hành thực nghiệm sản xuất phân bón HCVS

- Qua quá trình nghiên cứu về tính chất phân HCVS và tiến hành thử nghiệm có thể tìm được quy trình và phương pháp ủ phân HCVS để cung cấp đầy đủ yếu tố dinh dưỡng cho cây trồng

Bước 4 Lập kế hoạch và tiến hành thử nghiệm

Lên kế hoạch:

Phân công nhiệm vụ cho các thành viên như:

+ Điều tra thông tin từ internet, từ các cửa hàng, siêu thị,… Sau đó dựng phim phóng sự; + Tìm kiếm thông tin về quy trình sản xuất phân bón HCVS và trình bày ứng dụng của phân bón đó;

+ Chuẩn bị báo cáo;

+ Thiết lập thời gian thực hiện và ước tính chi phí

Tiến hành thí nghiệm:

+ Tiến hành thực hiện phương án đã lựa chọn, chế tạo sản phẩm theo bản thiết kế đã hoàn thành ở bước trên;

+ Sau hơn 1 tháng thực nghiệm kiểm chứng giả thuyết, thử nghiệm và đánh giá phân bón HCVS;

+ Học sinh chủ động tiến hành thử nghiệm quy trình bón phân hữu cơ vi sinh cho cây cải ngọt, cây hành lá, cây đỗ leo, cây cải bẹ cuốn, giáo viên theo dõi và trao đổi với các nhóm học sinh để hỗ trợ hoặc điều chỉnh kịp thời

Bước 5 Phân tích dữ liệu và rút ra kết luận

- Phân HCVS kết hợp với một lượng nhỏ phân hóa học đã cho sinh khối tương đương với rau màu bón hoàn toàn phân hóa học nhưng lợi nhuận và nitrat thấp, đảm bảo cho người tiêu dùng Mô hình này vừa xử lí được nguồn bắp sen, phân gà không thải ra môi trường đồng thời chi phí vận hành cũng như công lao động bỏ ra là rất ít

- Phân hữu cơ vi sinh từ bắp sen, phân gà sau khi sản xuất được có thể đem bón cho cây, rất tốt và thân thiện với môi trường Nhiều loại cây ăn quả, rau màu sinh trưởng và phát triển tốt khi được bổ sung loại phân bón này tạo ra nguồn rau sạch, hoa quả sạch và an toàn khi sử dụng

Bước 6 Chia sẻ kết quả

Chia sẻ kết quả thu được đến người nông dân

2.3 Một số kết quả thực hiện chủ đề hoạt động trải nghiệm “Thiết kế hoạt động trải

nghiệm STEM nghiên cứu quy trình sản xuất và hiệu quả sử dụng phân hữu cơ vi

2.3.1 Quy trình sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh

* Đối tượng và địa bàn thực nghiệm

Để kiểm nghiệm tính hiệu quả và khả năng áp dụng các HĐTN theo hướng NCKH trong dạy học hóa học, chúng tôi lựa chọn Trường THPT Lý Nhân, Hà Nam làm thực nghiệm trên lớp học sinh khối 11 sau khi học xong Chương Nitrogen - Phosphorus trong năm học 2021 - 2022

* Quy trình sản xuất phân bón hữu cơ vi sinh

Phân HCVS là loại phân bón hữu cơ có chứa một hoặc nhiều chủng vi sinh vật có ích, được

chế biến bằng cách phối trộn và xử lý các nguyên liệu hữu cơ sau đó lên men với các chủng vi sinh Phân HCVS có chứa chất hữu cơ trên 15% và có chứa vi sinh vật với mật độ từ ≥ 1×106 CFU/mg mỗi loại Loại phân này không chỉ cung cấp đủ các yếu tố dinh dưỡng khoáng đa lượng, trung lượng, vi lượng cho cây trồng, hòa tan các chất vô cơ trong đất thành chất dinh dưỡng mà còn giúp bồi dưỡng, cải tạo, nâng cao độ phì nhiêu, tăng lượng mùn trong đất làm đất tơi xốp của đất, không bị bạc màu

Để hiểu rõ hơn việc sản xuất phân HCVS có thể tóm lược theo quy trình của sau:

Hình 4 Quy trình sản xuất phân hữu cơ vi sinh

Sản xuất phân HCVS thực chất là việc sử dụng nguồn nguyên liệu xanh (bắp sen) và phân gia cầm, đem ủ cùng chế phẩm sinh học sẽ tạo ra loại phân bón hữu ích đối với cây trồng

* Các bước thực hiện ủ phân hữu cơ vi sinh

Chuẩn bị 5 mẫu thí nghiệm ủ trộn theo các công thức:

Bảng 1 Tỉ lệ phối trộn nguyên liệu ủ cho 1 kg

TN 1 Bắp sen (450g) + phân gia cầm (430g) + cám bột (120g) + VSV (10g)

TN 2 Bắp sen (480g) + phân gia cầm (420g) + cám bột (100g) + VSV (10g)

TN 3 Bắp sen (490g) + phân gia cầm (410g) + cám bột (100g) + VSV (10g)

TN 4 Bắp sen (500g) + phân gia cầm (380g) + cám bột (120g) + VSV (10g)

TN 5 Bắp sen (500g) + phân gia cầm (400g) + cám bột (100g) + VSV (10g)

Bước 1: Nghiền/ băm nhỏ bắp sen

Hình 5 Bắp sen được băm nhỏ Hình 6 Các nguyên liệu được phân chia

theo tỉ lệ phối trộn

301

Bước 2: Trộn đều vi sinh vật dạng bột với cám bột

Hình 7 Vi sinh vật dang bột được trộn đều với cám bột

Bước 3: Trộn đều hỗn hợp cám, vi sinh vật gốc dạng bột vào nguyên liệu

Hình 8 Vi sinh vật dạng bột được trộn đều với cám bột và nguyên liệu

Bước 4: Hoà 0,5 lít dung dịch nước rỉ đường với nước sạch kết hợp với đảo đều Kiểm tra

độ ẩm, tưới cho tới khi đạt tới độ ẩm 60 - 70% thì dừng lại

Hình 9 Nước rỉ đường Hình 10 Trộn nước rỉ đường

Bước 5: Khi đã hoàn thành đậy nắp thùng ủ và chèn đất hoặc đá xung quanh tránh cho bạt

bị gió tốc đi (đối với ủ đống ngoài vườn)

Hình 11 Ủ phân hữu cơ vi sinh trong thùng

Hình 12 Ủ phân hữu cơ vi sinh ngoài trời

2.3.2 Kết quả của nhiệt độ, độ ẩm đến quá trình tạo phân bón

* Kết quả diễn biến nhiệt độ đống ủ

Chuẩn bị 5 mẫu thí nghiệm như ở Bảng 2 Tiến hành đo nhiệt độ, độ ẩm trong quá trình ủ

từ 1 ngày đến 60 ngày ủ Trên cơ sở đó tìm được thời gian ủ tốt nhất ứng với hiệu suất chuyển hóa cao nhất

Kết quả theo dõi nhiệt độ thùng ủ trong 10 ngày đầu tiên được thể hiện trong Bảng 2 và các Hình 13-17

Bảng 2 Nhiệt độ của thùng ủ

ở giai đoạn 10 ngày đầu tiên ( 0 C)

Ngày TN1 TN2 TN3 TN4 TN5

1 29,2 29,2 29,2 29,2 29,2

2 31,5 32,2 31,9 32,5 32,9

3 43,2 44,1 43,3 43,8 44,3

4 47,6 45,9 46,5 47,5 48,0

5 49,7 48,9 49,3 49,9 50,1

6 50,2 51,5 50,1 52,1 52,8

7 48,9 48,5 47,2 49,8 49,5

8 48,2 48,1 48,5 48,9 49,2

9 47,5 46,9 47,3 47,5 47,6

10 47,2 47,1 47,0 47,3 47,3 Hình 13 Nhiệt dộ thùng ủ 10 ngày đầu

Bảng 3 Nhiệt độ của thùng ủ ở giai đoạn tiếp theo ( 0 C)

* Kết quả diễn biến độ ẩm đống ủ

Kết quả theo dõi độ ẩm thùng ủ trong thời gian ủ được thể hiện trong Bảng 4

303

Bảng 4 Độ ẩm của thùng ủ theo thời gian ủ (%)

Ngày TN1 TN2 TN3 TN4 TN5

7 80,1 80,1 80,1 80,1 80,1

14 71,5 72,2 73,9 75,5 75,6

21 69,2 71,1 73,3 73,8 73,5

28 67,6 65,9 62,5 67,5 72,1

35 59,7 58,9 59,3 63,9 70,5

42 50,2 51,5 50,1 62,1 65,1

49 48,9 48,5 48,2 59,8 58,3

56 48,2 48,1 48,5 48,9 55,2

63 47,2 47,1 47,0 47,3 52,6 Hình 14 Độ ẩm theo thời gian ủ

Độ ẩm lúc mới ủ ở cả 5 thí nghiệm lúc đầu khá cao đạt 80,1% (Hình 13, 14, 15, 16, 17), với ẩm độ này thì quá trình ủ ban đầu chưa hiệu quả vì nếu vật liệu hữu cơ có sự phối trộn với nhau, thì ẩm độ yêu cầu là đạt khoảng 55 - 67% Độ ẩm bắt đầu giảm từ 21 - 49 ngày sau ủ, ẩm

độ duy trì trong khoảng từ 49 - 74%, lúc này quá trình phân hủy chất hữu cơ được cho là tối ưu

để quá trình ủ được hoàn toàn

* Hàm lượng chất dinh dưỡng trong phân hữu cơ vi sinh sau ủ

Sau khi tiến hành ủ trộn với quy trình trên chúng tôi thu được 5 loại mẫu phân HCVS Qua kiểm tra sơ bộ nhóm nguyên cứu nhận thấy chất lượng của thùng ủ trong TN4, TN5 là đạt yêu cầu nhất

Hình 15 Mẫu phân hữu cơ vi sinh thu được sau ủ trộn

Để đánh giá chất lượng của phân ủ chúng tôi tiến hành gửi mẫu sản phẩm phân tích tại Viện Hóa học để phân tích một số chỉ tiêu như ẩm độ, pH, tỉ lệ C/N, N tổng số, P2O5 hữu hiệu (hh), K2Ohh, lượng mùn hữu cơ, axit humic của mẫu phân thu được của hai thí nghiệm TN4 và TN5 và thu được kết quả ở Bảng 5

Bảng 5 Độ ẩm, pH, và tỉ lệ C/N, hàm lượng N ts , P 2 O 5hh , K 2 O hh , mùn hữu cơ và axid humic

Phân HCVS Độ ẩm

(%) pH C/N

N ts

(%)

P 2 O 5 hh (%P 2 O 5 )

K 2 O hh

(%K 2 O)

Mùn hữu

cơ

Axid humic (%)

TN4 (Mẫu 01) 32,43 6,35 9,0 2,086 0,918 0,364 32,84 9,49 TN5 (Mẫu 02) 31,08 6,39 7,0 2,632 0,053 0,75 33,42 7,67 Thực tế cho thấy sử dụng phân HCVS từ bắp sen, phân gà lâu dài sẽ giúp giữ được màu sắc, hương vị, chất lượng và năng suất ở nhiều loại cây ăn quả, hoa, rau, củ quả, trái cây cũng như một số loại ngũ cốc Như vậy, loại phân HCVS mà nhóm nghiên cứu sản xuất được phù

hợp với tiêu chuẩn quy định của Bộ Nông nghiệp Phát triển Nông thôn và có thể cạnh tranh với thị trường

* Phân tích thành phần dinh dưỡng, một số kim loại nặng, một số vi khuẩn phân hữu cơ vi sinh

Mẫu phân hữu cơ vi sinh sản xuất được tiến hành phân tích thành phần dinh dưỡng, một số kim loại nặng, một số vi khuẩn bằng cách đo mẫu tại Phòng Phân tích Ứng dụng Viện Hóa học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học và Công nghệ Việt Nam Đồng thời nhóm nghiên cứu cũng gửi mẫu rau sau khi thu hoạch để xác định hàm lượng nitrat của mẫu rau thu được nhằm kiểm tra về

độ an toàn sử dụng đối với thực phẩm

Bảng 6 Hàm lượng kim loại nặng trong phân hữu cơ vi sinh sau ủ

Bảng 7 Mật số vi sinh vật gây bệnh trong phân hữu cơ vi sinh sau ủ

Phân hữu cơ vi sinh E.coli

(MPN/g chất khô)

Salmonella (MPN/25g chất khô)

Qua kết quả phân tích ở Bảng 7, phân HCVS từ bắp sen, phân gà sau ủ đều không phát

hiện có khuẩn Salmonella còn mật số vi khuẩn E coli đạt 4,6 x 101

dưới ngưỡng quy định cho phép về chất lượng phân HCVS sau ủ nên phân HCVS sản xuất được đã đáp ứng được yêu cầu

về chất lượng phân HCVS theo quy định hiện hành

2.3.3 Học sinh trải nghiệm quy trình bón phân hữu cơ vi sinh cho cây cải ngọt, cây hành

lá, cây đỗ leo, cây cải bẹ cuốn tại Công ty Đầu tư và Phát triển Nông nghiệ p Công nghệ cao

Hà Nam

Thông qua hoạt động này GV và HS cùng người dân tham gia vào quá trình bón phân cho cây cải ngọt, cây hành lá, cây đỗ leo, cây cải bẹ cuốn tại Công ty Đầu tư và Phát triển Nông nghiệp Công nghệ cao Hà Nam (Nhân Khang, Lý Nhân, Hà Nam)

Bước 1: Chia lớp học thành các nhóm HS tham gia

Bước 2: Quan sát một số người dân địa phương giới thiệu, hướng dẫn, thực hiện một số

cách bón phân hiệu quả HS quan sát có thể ghi chép lại

Bước 3: HS tiến hành theo 2 thí nghiệm sau:

Trước tác động: Chỉ bón 100% phân vô cơ (theo liều lượng của nông dân)

Sau tác động: Bón 60% phân HCVS do HS chế tạo + 40% lượng phân hóa học đối chứng

Tiến hành tưới nước định kì hàng ngày, đặt cây trồng nơi có đủ ánh sáng, thoáng mát trong nhà kính