skkn Thpt2023 118

SKKN cấp tỉnh, sáng kiến kinh nghiệm cấp tỉnh, SKKN dự thi,SKKN cấp tỉnh, sáng kiến kinh nghiệm cấp tỉnh, SKKN dự thi,

I ĐIỀU KIỆN HOÀN CẢNH TẠO RA SÁNG KIẾN

Nhằm đa dạng hóa hình thức tổ chức giáo dục STEM trong trường phổ thông, tại công văn số 3089/ BGDĐT-GDTrH, ngày 14/8/2020 của Bộ Giáo dục và Đào tạo về việc triển khia thực hiện giáo dục STEM trong giáo dục trung học, giáo dục STEM được mở rộng hơn Theo đó, giáo dục STEM là một phương thức giáo dục nhăm trang bị cho học sinh những kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng của chúng trong thực tiễn

Hiện nay giáo dục STEM ngày càng được chú trọng quan tâm ở các nước phát triển bởi nó thúc đẩy sự hiểu biết của Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật, Toán học cũng như nâng cao khả năng tư duy của người học Đồng thời, khối ngành STEM là một ngành nghề đang có sự thu hút lớn về nguồn nhân lực chất lượng cao, có mức lương trung bình cao hơn hẳn so với các ngành nghề khác Bởi vậy tiếp cận với giáo dục STEM là một hướng đi đúng đắn, một khoản đầu tư có lãi giúp cho học sinh trang bị hành trang tốt nhất để thích ứng và phát triển trong kỷ nguyên công nghệ 4.0

Trong chương trình giáo dục phổ thông năm 2018 đã cụ thể hóa mục tiêu giáo dục phổ thông, trong đó có mục tiêu: giúp người học làm chủ kiến thức phổ thông; biết vận dụng hiệu quả kiến thức vào đời sống và tự học suốt đời; có định hướng lựa chọn nghề nghiệp phù hợp; Riêng đối với chương trình giáo dục trung học phổ thông giúp học sinh tiếp tục phát triển những phẩm chất, năng lực cần thiết đối với người lao động, ý thức và nhân cách công dân; khả năng tự học và ý thức học tập suốt đời; khả năng lựa chọn nghề nghiệp phù hợp với năng lực và sở thích, điều kiện và hoàn cảnh của bản thân để tiếp tục học lên, học nghề hoặc tham gia vào cuộc sống lao động; khả năng thích ứng với những đổi thay trong bối cảnh toàn cầu hóa và cách mạng công nghiệp mới

Theo thống kê trên báo kinh tế (tháng 11 năm 2019), trong số gần 8 triệu học sinh đang theo học ở 2 bậc THCS và THPT, mới có khoảng 20.000 học sinh tham gia các dự án nghiên cứu khoa học (đạt tỷ lệ gần 0,3%), bình quân mỗi trường học có một học sinh tham gia Ngoài ra, số lượng học sinh tham gia nghiên cứu khoa học chưa đồng đều, học sinh còn lúng túng và gặp nhiều khó khăn

Nhằm đáp ứng nhu cầu trên, từ năm học 2019 – 2020, trường THPT Mỹ Lộc

đã đặc biệt quan tâm giáo dục STEM và hướng dẫn học sinh tham gia nghiên cứu khoa học kỹ thuật Chúng tôi được nhà trường tạo điều kiện tham gia lớp tập huấn

“khóa tập huấn chuyên sâu về giáo dục STEM” trong dự án “Chương trình hỗ trợ đưa giáo dục STEM tới học sinh THPT” do trường Đại học VinUni, tập đoàn

VinGroup tổ chức và tài trợ Trường đã thành lập câu lạc bộ STEM với ba chuyên đề: robot và tự hành, toán ứng dụng, cảm biến và dữ liệu Khi tham gia sinh hoạt

trong câu lạc bộ giúp các em học sinh vận dụng các kiến thức đã được học vào thực tế, từ đó giúp các em hiểu sâu kiến thức và nhận ra điểm mạnh của chính bản thân để phát huy Không những thế khi các em tham gia câu lạc bộ còn được bồi dưỡng kỹ năng STEM Từ những buổi sinh hoạt trong câu lạc bộ số lượng học sinh

có năng lực, sở thích và hứng thú với các hoạt động tìm tòi, khám phá khoa học, kỹ thuật giải quyết các vấn đề thực tiễn ngày càng nhiều hơn Từ đó, chúng tôi đã tạo điều kiện thuận lợi để học sinh tham gia nghiên cứu khoa học, kỹ thuật qua các dự

án dưới sự hướng dẫn của giáo viên

Đối với bản thân chúng tôi, là những nhà giáo luôn mong muốn học sinh biết cách vận dụng kiến thức đã được học của các môn Khoa học, Công nghệ, Kỹ thuật và Toán học để làm ra các sản phẩm phục vụ cho cuộc sống hàng ngày Từ

đó sẽ giúp các em rút ngắn khoảng cách kiến thức giữa lý thuyết và thực hành, các

em cảm thấy yêu thích các môn học hơn Và quan trọng nhất là khơi dậy và thúc đẩy được niềm đam mê, tìm tòi, khám phá, phát triển tư duy phản biện, xây dựng lập trường cho chính bản thân các em học sinh

Trong ba năm học gần đây, chúng tôi đã tham gia hướng dẫn các đề tài và đạt được một số thành tích như sau:

KHKT Giải Nhất cấp tỉnh

Giải Triển Vọng cấp quốc gia

2022 -

2023

4 Điều chế carbon hoạt tính

từ vỏ cây bạch đàn, ứng dụng xử lý chromium trong nước thải một số cơ sở sản xuất của làng nghề cơ khí Vân Chàng và Đồng Côi thuộc thị trấn Nam Giang huyện Nam Trực tỉnh Nam Định

KHKT Giải Nhất cấp tỉnh

5 Thiết kế giá thể từ xơ dừa

và phân trùn quế để nâng cao hiệu quả: trồng rau mầm, rau

ăn lá và nhân giống, trồng, chăm sóc cây hoa hồng

STEM Xuất sắc (xếp thứ

2/29 sản phẩm cùng lĩnh vực)

Với các lý do trên, chúng tôi mạnh dạn trình bày sáng kiến kinh nghiệm

thuộc lĩnh vực “Lĩnh vực khác” với đề tài: “Một số kinh nghiệm hướng dẫn học sinh tham gia cuộc thi Khoa học kỹ thuật và ngày hội STEM đạt hiệu quả” với

mong muốn được chia sẻ những kinh nghiệm trong quá trình hướng dẫn học sinh nghiên cứu khoa học kỹ thuật, STEM áp dụng cho học sinh trung học phổ thông tới bạn bè, đồng nghiệp giúp giáo viên và học sinh có thêm niềm đam mê, tự tin trong việc dạy và học theo định hướng giáo dục STEM cũng như trong nghiên cứu khoa học kỹ thuật

II MÔ TẢ GIẢI PHÁP

1 Mô tả giải pháp trước khi tạo ra sáng kiến

Từ năm học 2017 - 2018 đến nay Bộ Giáo dục và Đào tạo đưa vào các văn bản hướng dẫn thực hiện nhiệm vụ giáo dục trung học chỉ đạo các địa phương trên toàn quốc tích hợp STEM trong quá trình thực hiện chương trình giáo dục phổ thông hiện hành ở những môn có liên quan

Trước đó, Bộ Giáo dục và Đào tạo đã triển khai các phong trào, các cuộc thi trong nhà trường phổ thông theo hướng này, điển hình như: cuộc thi khoa học kỹ thuật dành cho học sinh trung học; vận dụng kiến thức liên môn vào giải quyết tình huống thực tiễn; sáng kiến giáo dục STEM – SchoolLAB dành cho học sinh trung học… Từ những chương trình thí điểm, những phong trào, cuộc thi này bước đầu

đã có những tác động tích cực, lan tỏa, làm chuyển biến trong dạy và học tại các trường phổ thông trên cả nước Trên cơ sở đó, học sinh được thực hành, trải nghiệm nhiều hơn, học tập gắn với cuộc sống thực hơn Tuy nhiên, các phong trào vẫn dừng lại ở hình thức các cuộc thi, thao giảng mà chưa trở thành hoạt động thường xuyên, phổ biến và tự nguyện của giáo viên phổ thông

Thực trạng, việc triển khai giáo dục STEM ở các trường THPT, đặc biệt là hoạt động nghiên cứu khoa học, kỹ thuật diễn ra chưa thường xuyên trong năm học

và chưa thu hút được đông đảo giáo viên, học sinh tham gia, bởi một số nguyên nhân sau đây:

Thứ nhất là, sự hiểu biết của học sinh về phong trào nghiên cứu khoa học trong trường chưa đủ cả về chất và lượng

Thứ hai là, chưa có một kênh thông tin nào thường xuyên và mạnh mẽ đưa những nội dung về vấn đề này đến học sinh, vì thế các bạn học sinh hầu hết hoặc là

coi nghiên cứu khoa học là khá xa vời, chỉ dành cho những học sinh xuất sắc, không phải là mình

Thứ ba là, chưa có những cơ chế thu hút học sinh tham gia các hoạt động nghiên cứu khoa học Đặc biệt, học sinh chưa hiểu rõ nghiên cứu khoa học là như thế nào, không biết bắt đầu từ đâu hay nghiên cứu những gì

Thứ tư là, điều kiện cơ sở vật chất chưa đáp ứng được yêu cầu đề ra Nhiều trường chưa có phòng học STEM hoặc phòng thực hành để học sinh có nơi làm việc nhóm, nghiên cứu, thí nghiệm

2 Mô tả giải pháp sau khi có sáng kiến

2.1 Hướng dẫn học sinh thực hiện dự án nghiên cứu khoa học – kĩ thuật

Có hai loại dự án nghiên cứu trong nghiên cứu khoa học kĩ thuật dành cho học sinh trung học là dự án kĩ thuật (Engiineering Project) và dự án khoa học (Science Fair Project) Phụ thuộc vào đề tài của học sinh lựa chọn nên khi hướng dẫn học sinh làm dự án chúng tôi lựa chọn dự án Khoa học để hướng dẫn các em Sau đây, chúng tôi xin chia sẻ lại tiến trình khoa học và cách triển khai dự án nghiên cứu khoa học – kĩ thuật cho học sinh trung học Tiến trình này gồm các bước như sau:

2.1.1 Lựa chọn chủ đề nghiên cứu

Ví dụ minh họa 1: Chúng tôi hướng dẫn học sinh chọn dự án: “Nghiên cứu

hoạt tính sinh học của dịch chiết cây xuyến chi (Bidens pilosa) và ứng dụng trong

xử lý một số bệnh nấm, côn trùng trên cây trồng” với hai lý do:

- Thứ nhất: học sinh tham gia dự án là một cô học trò Nguyễn Minh Anh học lớp 12A1, năm học 2021 – 2022 yêu thích và mơ ước được học ngành Kỹ thuật Y Sinh của trường đại học Bách Khoa Hà Nội Nên chúng tôi chọn hai môn học chủ yếu là kiến thức môn Hóa học và môn Sinh học để học sinh có thể thực hiện được

dự án, giúp học sinh có một phần kiến thức, kỹ năng để sau này học sinh tiếp cận ngành học ở bậc đại học một cách dễ dàng hơn

- Thứ hai: xuất phát từ thực tiễn:

+ Miền Bắc, từ tháng 8 trở đi là thời điểm thích hợp trồng các loại cải xanh,

su hào, bắp cải, khoai tây, … Tuy nhiên, các loại rau, củ này hay bị nhiều loại sâu

bệnh phá hoại như: bệnh héo xanh do vi khuẩn Pseudomonas và bệnh mốc sương

do nấm Phytophthora gây ra trên khoai tây; sâu tơ, sâu xanh trên rau cải, su hào,

cải bắp; rệp trên cây rau Những loại rau củ trên từ lúc trồng đến thời điểm thu hoạch thường xuất hiện sâu, bệnh héo xanh, mốc sương rất nhiều lần làm giảm năng suất, chất lượng của rau, củ

+ Thực trạng người trồng rau, củ thường sử dụng và lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật để phòng và xử lý sâu bệnh Khi sử dụng thuốc bảo vệ thực vật sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến người chuẩn bị và phun thuốc bảo vệ thực vật cho cây; môi trường không khí, đất, nước; ảnh hưởng đến hệ sinh thái thực vật các loại côn trùng có lợi cho cây; ảnh hưởng lượng dư thuốc bảo vệ thực vật còn lại trên rau, củ trong quá trình thu hoạch; ảnh hưởng đến hàm lượng các chất dinh dưỡng có trong rau, củ, …

+ Cây xuyến chi được biết là một loại cây cỏ dại, khó xử lý có hại cho đất, mọc hoang ở khắp nơi, phát triển tốt trong mọi điều kiện khí hậu và thổ nhưỡng Hơn nữa, cô trò chúng tôi thấy cây xuyến chi thường không bị sâu bệnh chứng tỏ trong thành phần của cây có khả năng có tính kháng khuẩn, kháng nấm và kháng sâu bệnh

Học sinh đã thực hiện ước mơ học kỹ

thuật y sinh

Cây xuyến chi mọc khắp mọi nơi

Cây cải xanh bị sâu phá hoại Lạm dụng thuốc bảo vệ thực vật

Ví dụ minh họa 2: Với dự án “Điều chế carbon hoạt tính từ vỏ cây bạch

đàn, ứng dụng xử lý chromium trong nước thải một số cơ sở sản xuất của làng nghề cơ khí Vân Chàng và Đồng Côi thuộc thị trấn Nam Giang huyện Nam Trực tỉnh Nam Định” lý do chọn đề tài:

- Học sinh quan sát được từ thực tiễn đời sống: Cây bạch đàn được trồng rất nhiều nơi, sinh trưởng và phát triển tốt trong nhiều điều kiện thổ nhưỡng Hàng năm, vỏ cây bạch đàn được bong từng mảng

Từ thực tiễn ô nhiễm môi trường làng nghề Vân Chàng: từ phóng sự của đài truyền hình tỉnh, từ các bài báo, và từ thực trạng mà học sinh quan sát được

Nhiễm độc Chromium cấp tính có thể gây xuất huyết, viêm da, u nhọt Chromium được xếp vào chất độc nhóm 1 (có khả năng gây ung thư cho người và vật nuôi)

Bạch đàn trồng được ở nhiều nơi Nước thải làng nghề chảy trực tiếp ra

kênh Vân Chàng 2.1.1.2 Xác định tính khả thi của dự án

Sau khi đã lựa chọn được chủ đề quan tâm và hình thành được ý tưởng, cần đặt ra để trả lời những câu hỏi để xác định tính khả thi của dự án Những câu hỏi

để xác định được tính khả thi của dự án có thể là: Dự án có thể hoàn thành trong khoảng thời gian cho phép hay không? Nếu dự án cần tiến hành các thí nghiệm nghiên cứu thì có đủ thời gian cần thiết để kiểm tra và thực hiện các thí nghiệm trong thời gian cho phép hay không? Việc thực hiện dự án có phụ thuộc về điều kiên môi trường, thời gian, thời điểm hay không? Phòng thí nghiệm hay các tài nguyên khác để thực hiện dự án có đầy đủ, đáp ứng yêu cầu hay không? Dự án có phù hợp với các quy định liên quan đến nghiên cứu khoa học không? …

Đối với tất cả các dự án mà chúng tôi từng hướng dẫn học sinh thực hiện,

chúng tôi luôn ƯU TIÊN thiết kế các thí nghiệm trong dự án làm sao phải thực hiện được ngay tại phòng thí nghiệm của nhà trường Các thí nghiệm được thiết

kế lồng ghép sao cho một buổi thí nghiệm học sinh có thể làm được đồng thời nhiều thí nghiệm nhất

Các dụng cụ, hóa chất chúng tôi hướng dẫn học sinh lựa chọn để làm dự án thường là các dụng cụ, hóa chất có sẵn trong phòng thí nghiệm (Thông tư 39/2021/TT-BGDĐT của Bộ Giáo dục và Đào tạo: Ban hành danh mục thiết bị

dạy học tối thiểu cấp trung học phổ thông)

Ví dụ: Với dự án “Nghiên cứu hoạt tính sinh học của dịch chiết cây xuyến

chi (Bidens pilosa) và ứng dụng trong xử lý một số bệnh nấm, côn trùng trên cây

trồng” Khi nghiên cứu hoạt tính sinh học của dịch chiết cây xuyến chi (nhóm chất

có hoạt tính sinh học: nhóm Tannin, Flavonoid, Lignin, …) chúng tôi hướng dẫn học sinh lựa chọn dung môi để hòa tan các nhóm chất có hoạt tính sinh học trên là nước và cồn dựa trên đặc tính của nhóm chất Tannin, Flavonoid, Lignin

Các bước tạo dịch chiết cây xuyến chi và nhận diện nhóm chất có trong dịch chiết

Thực nghiệm về hoạt tính sinh học của dịch chiết

Với dự án: “Điều chế carbon hoạt tính từ vỏ cây bạch đàn, ứng dụng xử lý chromium trong nước thải một số cơ sở sản xuất của làng nghề cơ khí Vân Chàng

và Đồng Côi thuộc thị trấn Nam Giang huyện Nam Trực tỉnh Nam Định” Khi nghiên cứu phần điều chế carbon hoạt tính từ vỏ cây bạch đàn chúng tôi sử dụng hóa chất H3PO4; NaOH, ZnSO4.7H2O (đại diện cho ba loại nhóm chất axit, bazơ, muối) để hoạt hóa bề mặt vỏ cây bạch đàn

Hình ảnh học sinh thực hiện thí nghiệm tại phòng thí nghiệm trường

2.1.2 Lập sổ tay khoa học

Một trong những điều quan trọng nhất khi thực hiện một số dự án khoa học

là tài liệu hướng dẫn Các mục trong ghi chú về các bước thí nghiệm cần đầy đủ để giúp cho một người khác có thể làm lại thí nghiệm đó

Điều đầu tiên cần làm khi bắt đầu một dự án là lập một cuốn sổ tay khoa học Cuốn sổ đó sẽ ghi lại tuần tự suy nghĩ, việc làm và sự phát triển của vấn đề trong suốt quá trình thực hiện dự án Sổ tay khoa học là một minh chứng đảm bảo rằng chúng ta là những người làm thực (không giả mạo) Cuốn sổ ghi lại nhật kí làm việc một cách khoa học trong đó các trang giấy có mối quan hệ chặt chẽ với nhau

Một cuốn sổ tay khoa học có thể gồm các nội dung:

Phần 1: Bắt đầu cuộc tìm kiếm cho những ý tưởng bằng cách liệt kê các chủ

đề hay các vấn đề mà ta có thể điều tra, suy nghĩ về từng loại

Trong đề tài: “Nghiên cứu hoạt tính sinh học của dịch chiết cây xuyến chi

(Bidens pilosa) và ứng dụng trong xử lý một số bệnh nấm, côn trùng trên cây

trồng” Khi thực hiện nghiên cứu khả năng kháng khuẩn, kháng nấm của dịch chiết cây xuyến chi, chúng tôi yêu cầu học sinh phải tìm hiểu các loại nấm, vi khuẩn nào

thường có trong đất và trong thực vật Từ đó, l

ựa chọn để thực hiện thí nghiệm tính kháng khuẩn, kháng nấm trên loại nấm và vi khuẩn nào

Phần 2: Nhật ký nghiên cứu tổng quan về chủ đề Đối với mỗi lần thực

nghiệm nghiên cứu tổng quan: các danh sách các nguồn tư liệu đã kiểm tra, ghi chú tất cả các thông tin cần thiết để thực hiện một trích dẫn mà ta sẽ cần khi viết bài báo cáo toàn văn; Hoặc copy link các bài báo trên tạp chí online trên excel, ghi chú

để nếu cần thông tin nào thì xem lại một cách dễ dàng, …

Chúng tôi thường yêu cầu học sinh tìm hiểu tổng quan từ các bài báo trên tạp chí online Sau khi học sinh đọc bài báo, chúng tôi thường yêu cầu học sinh ghi lại một số kết quả nổi bật của bài báo Khi có kết quả thực nghiệm của đề tài, học sinh sẽ so sánh với kết quả thực nghiệm của mình với kết quả của bài báo đã công

bố, từ đó rút ra ưu điểm và hạn chế gì Thông qua đó có thể điều chỉnh hoặc giữ nguyên thí nghiệm mà mình thiết kế

Phần 3: Ghi chép về các thí nghiệm hoặc thiết kế kĩ thuật, các kế hoạch

nghiên cứu, thu thập dữ liệu và phân tích dữ liệu

Môi trường nuôi cấy nấm, vi khuẩn Các bước nuôi cây vi khuẩn

Phần 4: Ghi chép các hoạt động hàng ngày, ghi nhận lại những kết quả thu

được liên quan đến dự án nghiên cứu Sau đó ghi lại kết quả, cần viết thêm “thảo luận” hoặc “giải thích” trước khi viết kết luận của mình

Tính toán để được 1 ml dịch đo vi khuẩn Thiết kế các mẫu thí nghiệm đo vi khuẩn

- Cuốn sổ tay phải ghi lại tất cả các bước nghiên cứu một cách khoa học, từ khi khởi đầu đến khi hoàn thành dự án Cuốn sổ tay khoa học bao gồm nghiên cứu tổng quan và thực nghiệm, sự phát triển ý tưởng hoặc sản phẩm và các đánh giá riêng của mình cũng như tất cả các tính toán trong suốt quá trình làm việc

2.1.3 Nghiên cứu tổng quan

- Nơi tốt nhất để bắt đầu thực hiện nghiên cứu một chủ đề là thư viện Thư viện sẽ có tạp chí, báo, sách về chủ đề này, tài liệu tham khảo khoa học và tài liệu điện tử, … Mỗi thông tin sẽ cung cấp một số khía cạnh về chủ đề

- Có nhiều khả năng tìm thấy những gì mà chúng ta cần trong thư viện công cộng và thư viện của các trường đại học Tạp chí khoa học có thể được tìm thấy tại các thư viện Bài viết trong tạp chí khoa học có một số thông tin cập nhập nhất về nhiều chủ đề thời sự trong nghiên cứu khoa học Có tạp chí khoa học cụ thể cho mỗi lĩnh vực khoa học

- Internet là một công cụ có giá trị cho học sinh làm nghiên cứu khoa học

Khi tiến hành tìm kiếm trên internet, cần đảm bảo chắc chắn nguồn thông tin đang

sử dụng là đáng tin cậy Thông tin mà chúng ta sử dụng trên mạng sẽ cần trích dẫn giống như trích dẫn một cuốn sách hoặc một tạp chí: Tác giả, tiêu đề, nhà xuất bản,

và bản quyền Tốt nhất là tải về các bản sao của tất cả mọi thứ ta đã sử dụng, bao gồm cả địa chỉ trang mạng

- Cần lưu ý nghiên cứu tổng quan và tài liệu tham khảo cung cấp một nền tảng vững chắc cho giả thuyết khoa học và thí nghiệm

Với đề tài: “Điều chế carbon hoạt tính từ vỏ cây bạch đàn, ứng dụng xử lý chromium trong nước thải một số cơ sở sản xuất của làng nghề cơ khí Vân Chàng

và Đồng Côi thuộc thị trấn Nam Giang huyện Nam Trực tỉnh Nam Định”

Sau khi tìm hiểu tổng quan, chúng tôi gợi ý cho học sinh đưa ra một số nhận định ban đầu, chỉnh sửa (nếu có) Một số nhận định ban đầu:

- Thứ nhất: Một trong số những ứng dụng của carbon hoạt tính là ứng dụng trong môi trường (lọc nước uống bằng phương pháp hấp phụ)

- Thứ hai: Nguyên liệu điều chế carbon hoạt tính có thể sử dụng nguyên liệu

từ xenlulozo Hơn nữa, đặc điểm sinh học của cây bạch đàn là hàng năm vỏ cây tự bóc tách, nên nếu lấy vỏ để điều chế carbon hoạt tính thì không làm tổn thương đến

sự sinh trưởng và phát triển của cây

- Thứ ba: khi tìm hiểu về phương pháp điều chế carbon hoạt tính thì chúng tôi hướng dẫn học sinh lựa chọn hai giai đoạn điều chế carbon hoạt tính từ vỏ cây bạch đàn là hoạt hóa bề mặt vỏ bạch đàn sau đó than hóa ở nhiệt độ 5000C

- Thứ tư: Để đánh giá thông số carbon hoạt tính điều chế được có tốt hay không Chúng tôi hướng dẫn học sinh lựa chọn các phương pháp khoa học hiện đại bằng cách gửi mẫu đến Viện Hóa học; Khoa Hóa Vô Cơ của trường Đại học Khoa học Tự Nhiên; Viện Vật liệu, … để đánh giá một số thông số cơ bản của vật liệu

tạo ra:

+ Sản phẩm điều chế được có phải là đơn pha chỉ gồm carbon hoạt tính hay

có lẫn thêm tạp chất gì hay không? Nên chúng tôi chọn phương pháp nhiễu xạ tia XRD

+ Hàm lượng Carbon trong mẫu cao hay thấp so với các bài báo trên thế giới

đã công bố thì chúng tôi dùng phương pháp phân tích thành phần nguyên tố (EDX)

có trong nước thải và dựa vào quy chuẩn quốc gia về chất lượng nước bề mặt (QCVN 08) để đánh giá mức độ ô nhiễm nước thải của làng nghề Vân Chàng và Đồng Côi?

- Thứ sáu: Tình hình nghiên cứu điều chế carbon hoạt tính từ vỏ cây bạch đàn

+ Trên thế giới: Có một số đề tài nghiên cứu điều chế carbon hoạt tính từ vỏ

cây như:

Năm 2020, Sri Martini, Sharmeen Afroze, Kiagus Ahmad Roni làm đề tài nghiên cứu: “Biến tính vỏ bạch đàn làm chất hấp phụ để loại bỏ COD, dầu và chromium (III) từ nước thải công nghiệp” Carbon hoạt tính được điều chế bằng cách hoạt hóa bề mặt vỏ bạch đàn ZnCl2, NaOH, H3PO4 nồng độ 0,1M, sau đó nung 4000C với thời gian 1 giờ

Năm 2020, Shailesh Kumar Yadav, Kiran Mahadeo Subhedar, Sanjay Ranganth Dhakate & Bhanu Pratap Singh: “Điều chế carbon hoạt tính từ vỏ cây bạch đàn ứng dụng loại xanhmetylen” Họ điều chế carbon hoạt tính bằng cách dùng phosphoric acid (98%, với tỉ lệ 1:4), nung 5500C với thời gian 30 phút

Năm 2022, Adeyinka S Yusuff, Kudirat A Thompson-Yusuff and Jyoti Porwal: “Điều chế, xác định đặc tính, đánh giá hiệu quả của axit oxalic trong quá trình điều chế carbon sinh học từ vỏ cây bạch đàn” Than hoạt tính được tạo ra bằng cách nung vỏ bạch đàn 6000C và sau đó được hoạt hóa bề mặt bằng ZnCl2

3M

+ Tại Việt Nam: Tính đến thời điểm hiện nay tháng 11 năm 2022 chưa có đề

tài nào công bố nghiên cứu điều chế carbon hoạt tính từ vỏ cây bạch đàn Có một

số đề tài như điều chế carbon hoạt tính từ gỗ cây bạch đàn như: “Nghiên cứu hoàn

thiện công nghệ sản xuất than hoạt sinh học chất lượng cao và giấm gỗ sinh học từ nguyên liệu gỗ rừng trồng (bạch đàn và keo)”

2.1.4 Đưa ra giả thuyết khoa học hoặc đặt mục tiêu

- Giả thuyết khoa học: Có thể nói một giả thuyết khoa học là một giải pháp cần được kiểm chứng cho vấn đề nghiên cứu Các dữ liệu thu được thông qua thí nghiệm có thể được sử dụng để khẳng định hoặc bác bỏ giả thuyết Đôi khi dữ liệu thu được cũng có thể không giúp cho việc khẳng định cũng như bác bỏ giả thuyết đưa ra

- Đặt mục tiêu: Một điều rất quan trong là tóm tắt các công việc cần giải quyết của dự án như tuyên bố về mục đích

Với dự án: “Nghiên cứu hoạt tính sinh học của dịch chiết cây xuyến chi

(Bidens pilosa) và ứng dụng trong xử lý một số bệnh nấm, côn trùng trên cây

trồng”

Mục tiêu tổng quát

Phân tích được một số hoạt tính sinh học, thành phần hóa học của dịch chiết cây xuyến chi và bước đầu đánh giá khả năng diệt nấm và côn trùng hại rau trên đồng ruộng

Mục tiêu cụ thể

- Xây dựng được quy trình thu dịch chiết từ các bộ phận của cây xuyến chi

- Phân tích được một số thành phần hóa học của dịch chiết về mặt định tính

2.1.5 Thực nghiệm thí nghiệm nghiên cứu

2.1.5.1 Thiết kế thí nghiệm hoặc lập kế hoạch nghiên cứu

- Rà soát lại tất cả các ý tưởng thiết kế trong cuốn sổ tay khoa học và trình bày lại ý tưởng bằng các sơ đồ

- Khi phát triển thiết kế các thí nghiệm cần xem xét các câu hỏi: Thiết kế sẽ kiểm nghiệm một giả thuyết hoặc đặt được mục tiêu đề ra?; Những yếu tố sẽ ảnh hưởng đến thí nghiệm?; Sự phụ thuộc và/ hoặc độc lập của các yếu tố đó như thế nào?

Với dự án: “Điều chế carbon hoạt tính từ vỏ cây bạch đàn, ứng dụng xử lý

chromium trong nước thải một số cơ sở sản xuất của làng nghề cơ khí Vân Chàng

và Đồng Côi thuộc thị trấn Nam Giang huyện Nam Trực tỉnh Nam Định”

Sơ đồ điều chế carbon hoạt tính từ vỏ bạch đàn

Sau khi chọn điều kiện tối ưu về thời gian phản ứng, về khối lượng của vật liệu carbon thì chúng tôi hướng dẫn học sinh dùng điều kiện về thời gian và khối lượng này để nghiên cứu khả năng hấp phụ ion Cr trong nước thải của làng nghề

cơ khí Vân Chàng và Đồng Côi

2.1.5.2 Tiến hành thí nghiệm nghiên cứu

- Sau khi đã hoàn thành thiết kế thí nghiệm, tiến hành lập kế hoạch và tổ chức thực hiện thí nghiệm Việc thực hiện các thí nghiệm phải đặt trong các điều kiện kiểm soát được Trong quá trình tiến hành thí nghiệm cần phải thường xuyên ghi chú và lưu trữ mọi diễn biến và kết quả trong quá trình thí nghiệm trong sổ tay khoa học

- Trước khi bắt đầu thí nghiệm:

+ Tổ chức tất cả các tài liệu và trang thiết bị để sẵn sàng cho sử dụng khi cần Phác thảo các thủ tục và tạo ra một thời gian biểu hợp lí

+ Xây dựng một bản đề cương ước lượng thời gian để hoàn thành mỗi phần

việc của thí nghiệm

+ Bố trí cuốn sổ tay khoa học và giấy nháp sao cho tiện dụng Thiết kế các bảng và các biểu đồ ta muốn sử dụng trước khi bắt đầu làm thí nghiệm

- Bắt đầu thí nghiệm:

+ Thực hiện các phép đo định kỳ và ghi kết quả vào cuốn sổ tay khoa học + Lặp lại thí nghiệm, nếu cần thiết để kiểm tra tính chính xác của kết quả + Dựa vào kết quả đo, có thể cần phải làm rõ hoặc thậm chí làm thay đổi giả thuyết, thiết kế lại các thí nghiệm và thực hiện lại quy trình từ đầu

Với dự án: “Điều chế carbon hoạt tính từ vỏ cây bạch đàn, ứng dụng xử lý

chromium trong nước thải một số cơ sở sản xuất của làng nghề cơ khí Vân Chàng

và Đồng Côi thuộc thị trấn Nam Giang huyện Nam Trực tỉnh Nam Định” Học sinh làm các thực nghiệm sau:

2.1.5.2.1 Điều chế carbon hoạt tính

Các bước tạo vật liệu carbon từ vỏ cây bạch đàn

Trong quá trình điều chế carbon hoạt tính, chúng tôi lưu ý cho nhóm học sinh làm đề tài về: Kích thước vỏ bạch đàn, hóa chất dùng để hoạt hóa bề mặt vỏ bạch đàn, nhiệt độ nung, … liệu có ảnh hưởng đến thông số của vật liệu carbon hoạt tính tạo ra hay không? Do vậy, học sinh sẽ khảo sát yếu tố này để tìm điều kiện được tối ưu nhất điều chế carbon hoạt tính từ vỏ bạch đàn

2.1.5.2.2 Khả năng hấp phụ của carbon hoạt tính trong dung dịch Cr 6+

a) Chuẩn bị mẫu dung dịch Cr6+ có nồng độ 63,67 mg/l

Cân 0,18 gam khối lượng K 2 Cr 2 O 7 Cho nước cất vào bình 1000 ml chuẩn

đến vạch định mức

b) Khảo sát ảnh hưởng của thời gian hấp phụ

Chuẩn bị các bình tam giác có dung tích 250 ml Cho vào mỗi bình 0,1 gam vật liệu hấp phụ và 100 ml dung dịch Cr6+ có nồng độ ban đầu là 63,67 mg/l Khuấy với các thời gian 60 phút, 90 phút, 120 phút và 150 phút ở nhiệt độ phòng (~ 280C) Sau đó xác định nồng độ Cr6+ trước và sau hấp phụ

c) Khảo sát ảnh hưởng của khối lượng vật liệu hấp phụ

Cân vật liệu hấp phụ cho vào bình tam giác có dung tích 250 ml có khối lượng lần lượt là 0,1gam; 0,2 gam; 0,3 gam cho tiếp vào bình tam giác 100 ml dung dịch Cr6+ có nồng độ 63,67 mg/l Khuấy ở nhiệt độ phòng với khoảng thời gian 60 phút Sau đó xác định lại nồng độ trước và sau khi hấp phụ

Cân vật liệu hấp phụ Lấy 100 ml dung dịch Cr 6+ bình tam

giác

Khuấy hỗn hợp vật liệu với dung dịch Dung dịch Cr 6+ trước và sau hấp phụ 2.1.5.2.3 Thực nghiệm lấy mẫu nước thải từ một số cơ sở sản xuất của làng nghề Vân Chàng và Đồng Côi thị trấn Nam Giang, huyện Nam Trực, tỉnh Nam Định

Qua quá trình điều tra thực trạng nguồn nước thải ở hai vị trí làng nghề Vân Chàng và Đồng Côi thuộc thị trấn Nam Giang, huyện Nam Trực tỉnh Nam Định, học sinh nhận thấy rằng nước thải tại các cơ sở sản xuất không xử lý, thải trực tiếp

ra ngoài hệ thống cống chung của làng Có nhiều vị trí nước thải không chảy kịp đã tràn cả ra ngoài đường bóc khói (nước thải từ các quá trình gia công cơ kim khí, phát sinh chủ yếu từ các công đoạn làm mát, tẩy rửa - mạ kim loại) Có một số vị trí trong làng thì nước thải có chứa đầy dầu mỡ được thải trực tiếp vào hệ thống cống

Nước thải bốc khói và chảy tràn trên

đường làng

Nước thải đầy dầu mỡ chảy trực tiếp

vào cống

Tại làng nghề Vân Chàng một số vị trí nước thải trong làng chảy vào cống

và chảy ra hồ điều hòa, một số vị trí thải trực tiếp ra kênh có nhiệm vụ dẫn nước tưới tiêu cho cánh đồng lúa Nước từ hồ điều hòa không được xử lý mà cho chảy ra kênh có nhiệm vụ tưới tiêu đó Kênh này chảy ra sông Đào

Học sinh lấy mẫu nước thải ở một số vị trí cống rãnh bị hở thoát ra đường, ở khu trong khu vực nước thải của hồ điều hòa và một số vị trí kênh dẫn nước ra sông Đào Học sinh mang mẫu nước này về phòng thí nghiệm trộn với nhau để được mẫu nước gọi là nước thải của làng cơ khí Vân Chàng

Tương tự như vậy học sinh cũng thu được mẫu nước thải Đồng Côi

Học sinh gửi mẫu nước thải của làng Vân Chàng và Đồng Côi đến Khoa phòng Hóa phân tích của Viện Hóa học, Viện Hàn Lâm Khoa học Và Công nghệ Việt Nam để phân tích một số ion kim loại nặng có trong nước thải, từ đó có thể đánh giá mức độ ô nhiễm nguồn nước của một số cơ sở sản xuất của hai làng nghề

2.1.5.3 Phân tích dữ liệu thí nghiệm

Tổ chức lại dữ liệu thu được từ thí nghiệm để tìm kiếm bất kỳ quy luật hoặc

xu hướng nào đó từ các bảng dữ liệu Có thể sử dụng các phân mềm để phân tích

và vẽ biểu đồ dữ liệu

Phân tích dữ liệu có thể gồm các công việc: Xác định mối liên hệ giữa các đại lượng, xem xét sự biến thiên của các dữ liệu, đánh giá độ chính xác và phân tích sai số của thực nghiệm

Với dự án: “Điều chế carbon hoạt tính từ vỏ cây bạch đàn, ứng dụng xử lý

chromium trong nước thải một số cơ sở sản xuất của làng nghề cơ khí Vân Chàng

và Đồng Côi thuộc thị trấn Nam Giang huyện Nam Trực tỉnh Nam Định” Khi nghiên cứu ảnh hưởng của thời gian tới khả năng hấp phụ Cr6+ bằng cách pha hóa chất của vật liệu carbon hoạt tính trong phòng thí nghiệm, chúng tôi gửi các mẫu đến Viện Hóa học dùng phương pháp hấp thụ nguyên tử AAS để đo nồng độ Cr6+

tại các thời gian khác nhau, kết quả trả về như sau:

Từ kết quả này, chúng tôi yêu cầu học sinh lập bảng số liệu phân tích,vẽ đồ thị, nhận xét hiệu quả hấp phụ của vật liệu carbon hoạt tính

Bảng số liệu ảnh hưởng của thời gian đến hiệu suất hấp phụ của vật liệu

STT Kí hiệu

mẫu

Thời gian phản ứng (phút)

Nồng độ Cr6+

ban đầu (mg/l)

Nồng độ Cr6+

sau hấp phụ (mg/l)

Hiệu suất hấp phụ (%)

Từ hình ảnh đồ thị, học sinh dễ dàng rút ra được kết luận: với thời gian sau

60 phút thì hiệu suất hấp phụ của vật liệu đạt 79,816%, sau 30 phút thì hiệu suất hấp phụ của vật liệu tăng 4,639% và đạt 84,455 phút Sau 30 phút tiếp theo (tại thời gian 120 phút) tăng 2,058% Sau 30 phút tiếp theo hiệu suất vật liệu hấp phụ chỉ tăng 0,184%, đồ thị có xu hướng nằm ngang Từ đây, học sinh có thể khẳng định rằng thời gian hấp phụ tối ưu nhất của mẫu vật liệu là 120 phút

Hay là với dự án: “Nghiên cứu hoạt tính sinh học của dịch chiết cây xuyến

chi (Bidens pilosa) và ứng dụng trong xử lý một số bệnh nấm, côn trùng trên cây

trồng” Kết quả của phần thực nghiệm tính kháng khuẩn của dịch chiết từ cây xuyến chi Học sinh sau khi dùng máy đo quang phổ định lượng vi khuẩn IMPLEN

OD 600 (tại phòng thực hành Sinh học của trường Đại học Sư phạm Hà Nội, thì kết quả đo được xuất file excel như sau:

Học sinh định lượng vi khuẩn bằng Kết quả đo tính kháng khuẩn dịch chiết

IMPLEN OD 600 từ lá của cây xuyến chi

Sau khi có kết quả, hướng dẫn học sinh xử lý số liệu, vẽ đồ thị ảnh hưởng của nồng độ dịch chiết các bộ phận cây xuyến chi đến khả năng kháng khuẩn của bốn loại vi khuẩn

Cụ thể: tính kháng khuẩn từ dịch chiết lá đến 4 loại vi khuẩn được biểu diễn như đồ thị sau đây:

Từ độ thị, học sinh sẽ rút ra được nhận xét khả năng diệt vi khuẩn chủng S.aureus của dịch chiết lá là nhanh nhất, chậm nhất đối với vi khuẩn P.aeruginosa Cũng từ đồ thị sẽ biết được nồng độ ức chế tối thiểu dịch chiết lá diệt được vi khuẩn P.aeruginosa là 12 mg/l Với vi khuẩn B.subtilis nồng độ ức chế tối thiểu dịch chiết lá là 28 mg/l

2.1.6 Tìm ra quy luật và đưa ra kết luận

- Sau khi đã phân tích dữ liệu thí nghiệm là thời điểm xem xét và phân tích các kết quả thu được Quá trình xem xét, phân tích để tìm ra quy luật và đưa ra các kết luận trả lời được các câu hỏi: Dữ liệu đã được thu thập đầy đủ chưa? Có cần phải thu thập thêm dữ liệu không? Đã xác định được các biến và kiểm soát chúng đúng cách chưa? Những biến nào là quan trọng nhất? Cần làm thế nào để kết quả nghiên cứu của dự án này có thể so sánh với kết quả trong các nghiên cứu khác? Liệu kết quả thu được có hợp lý? Có quy luật nào trong bảng dữ liệu thu được về

cả hai mặt định tính và định lượng? Giải thích những quy luật này như thế nào? Có cần làm thực nghiệm nhiều hơn nữa hay không? …

- Cần phải tự đặt ra và trả lời nhiều nhất có thể các câu hỏi của dự án Điều này sẽ giúp cho việc định hướng suy nghĩ và quyết định có cần phải sửa đổi hoặc làm lại hoặc kết thúc dự án

- Lưu ý: Không bao giờ tự thay đổi kết quả thực nghiệm để trùng với những

gì húng ta cho lầ chính xác hoặc trùng với một lý thuyết đã biết Đôi khi các phát hiện lớn lại được thông qua những cái mà trước đây ta cho là sai lầm

Với dự án: “Điều chế carbon hoạt tính từ vỏ cây bạch đàn, ứng dụng xử lý

chromium trong nước thải một số cơ sở sản xuất của làng nghề cơ khí Vân Chàng

và Đồng Côi thuộc thị trấn Nam Giang huyện Nam Trực tỉnh Nam Định”

1 Đã nghiên cứu và điều chế carbon trong điều kiện than hóa ở nhiệt độ

5000C, hoạt hóa bề mặt vật liệu bằng H3PO4 đặc, NaOH 5M; ZnSO4 5M

2 Sử dụng một số phương pháp XRD, EDX, SEM, FTIR, BET đã xác định được các đặc trưng cơ bản của vật liệu carbon Từ đó, đưa điều kiện thích hợp nhất

để điều chế vật liệu carbon hoạt tính (than hóa ở nhiệt độ 5000C, hoạt hóa bề mặt vật liệu bằng H3PO4 đặc) cho cấu trúc đơn pha carbon vô định hình, hàm lượng carbon 72,16% khối lượng, diện tích bề mặt BET 379.3260 m2/g; đường kính mao quản 2.82802 nm, thể tích lỗ xốp 0.268185 cm3/g

3 Khảo sát khả năng hấp phụ Cr từ dung dịch Cr tự pha bằng K2Cr2O7,xác định được thời gian hấp phụ thích hợp là 120 phút; khối lượng chất hấp phụ là 0,5 gam thì hiệu suất hấp phụ chromium là 97,76%

4 Vật liệu carbon sau khi tái sinh lần 3 có hiệu suất hấp phụ được 63,34%

5 Khả năng hấp phụ Cr với thời gian hấp phụ 120 phút từ nước thải của một

số cơ sở sản xuất của làng nghề Vân Chàng là 85,19 % (khối lượng carbon 1,5gam) và Đồng Côi là 73,25% (khối lượng carbon 1,0 gam)

2.1.7 Hoàn thành hồ sơ dự án

2.1.7.1 Hoàn thành các mẫu phiếu theo quy định

Để triển khai dự án, cần phải hoàn thành các mẫu phiếu theo quy định của cuộc thi bao gồm các loại: Phiếu học sinh (Phiếu 1A); Phiếu phê duyệt dự án (Phiếu 1B); Phiếu người bảo trợ/ hướng dẫn (Phiếu 1); Kế hoạch nghiện cứu (theo mẫu hướng dẫn kèm theo Phiếu 1A); Báo cáo kết quả nghiên cứu;

Trong một số dự án, cần thêm loại: Phiếu xác nhận của cơ quan nghiên cứu; Phiếu xác nhận của nhà khoa học chuyên ngành; Phiếu đánh giá rủi ro; Phiếu nghiên cứu động vật có xương sống; Phiếu đánh giá rủi ro chất nguy hiểm; Phiếu

sử dụng mô người và động vật

2.1.7.2 Viết báo cáo

Báo cáo sẽ cung cấp một cái nhìn toàn diện về chủ đề cho độc giả quan tâm Báo cáo nên chưa đựng thông tin thu thập được trong quá trình nghiên cứu cũng như mô tả đầy đủ về quá trình thực nghiệm, dữ liệu thu được và kết luận

- Cần chú ý sử dụng thuật ngữ khoa học trong báo cáo Nó sẽ giúp chúng ta cảm thấy thoải mái hơn với chủ đề công việc của chúng ta là chuyển tải các sự kiện

và thông tin mà chúng ta thu thập được một cách có tổ chức, rành mạch và súc tích

Với dự án: “Nghiên cứu hoạt tính sinh học của dịch chiết cây xuyến chi (Bidens pilosa) và ứng dụng trong xử lý một số bệnh nấm, côn trùng trên cây

trồng”, chúng tôi xin chia sẻ báo cáo tóm tắt tới thầy cô theo đường link sau: https://drive.google.com/file/d/1KonZB1L6cSRgnt56gh31yDOiBxczAotU/view?usp=sharing

Với dự án: “Điều chế carbon hoạt tính từ vỏ cây bạch đàn, ứng dụng xử lý

chromium trong nước thải một số cơ sở sản xuất của làng nghề cơ khí Vân Chàng

và Đồng Côi thuộc thị trấn Nam Giang huyện Nam Trực tỉnh Nam Định”, chúng tôi xin chia sẻ báo cáo dự án tới thầy cô theo đường link sau: https://drive.google.com/file/d/1dXDclkp9sAsEyFVVpFpb9czasjmt9SC4/view?usp=sharing

2.1.7.3 Viết tóm tắt báo cáo

- Bản tóm tắt là phần cuối cùng của báo cáo dự án Nó được viết sau khi dự

án hoàn thành Nó là một bản tóm tắt ngắn gọn của dự án để thông báo cho người đọc những gì dự án đã thực hiện được

- Thông thường, tóm tắt là trừu tượng vì nó bị hạn chế bởi không gian và số

từ được sử dụng Hãy lựa chọn từ ngữ một cách thận trọng trong quá trình viết một bản tóm tắt khoa học

- Một bản tóm tắt bao gồm:

(1) Một tuyên bố về mục tiêu hay nêu giả thuyết

(2) Thiết kế thí nghiệm, phác thảo mô tả các phương pháp

(3) Một bản tóm tắt kết quả

(4) Kết luận

- Nếu có không gian, viết thêm ý tưởng cho các nghiên cứu trong tương lai

- Kết luận nên bao gồm một bản tóm tắt phân tích các kết quả và trả lời câu hỏi của người đọc Nó cần nêu rõ sự liên quan hoặc ý nghĩa của các kết quả và ứng dụng thực tế của nghiên cứu trong cuộc sống hằng ngày

Với dự án: “Nghiên cứu hoạt tính sinh học của dịch chiết cây xuyến chi (Bidens pilosa) và ứng dụng trong xử lý một số bệnh nấm, côn trùng trên cây

trồng”, chúng tôi xin chia sẻ báo cáo tóm tắt tới thầy cô theo đường link sau: https://drive.google.com/file/d/1k225FF5H2UDV0q-

XhASUVS9aFWuOAN_C/view?usp=sharing

Với dự án: “Điều chế carbon hoạt tính từ vỏ cây bạch đàn, ứng dụng xử lý

chromium trong nước thải một số cơ sở sản xuất của làng nghề cơ khí Vân Chàng

và Đồng Côi thuộc thị trấn Nam Giang huyện Nam Trực tỉnh Nam Định”, chúng tôi xin chia sẻ báo cáo dự án tới thầy cô theo đường link sau: https://drive.google.com/file/d/1Xb5IVPin9fLwAiN5QiVI1KaTFcbyC1me/view?usp=sharing

2.1.8 Chuẩn bị Poster và các hình ảnh giới thiệu dự án

- Các hình ảnh hiện thị trên poster có ý nghĩa quan trọng thu hút sự chú ý và cung cấp thông tin cho người xem Hình ảnh hiện thị nên kích thích người xem muốn biết thêm về dự án Poster cần phối hợp đồng thời hình ảnh, đồ họa, và bảng biểu, cùng các dòng văn bản súc tích

Poster của dự án Khoa học tại buổi thi

Khoa học kỹ thuật cấp Quốc gia năm

Sư phạm; … Mô tả từng phần của dự án: Từ ý tưởng ban đầu, việc tìm kiếm tài liệu, sự hình thành của các câu hỏi hoặc vấn đề, giả thuyết, thiết kế thực nghiệm, kết quả, phân tích, kết luận và các ứng dụng tương lai Học sinh thực hiện dự án được thuyết trình, vấn đáp, trả lời các câu hỏi trước bạn bè, thầy cô, … giúp các

em bình tĩnh, tự tin hơn

Học sinh thuyết trình online với Tiến sĩ

Triệu Anh Trung, Phó trưởng bộ môn di

truyền Hóa sinh, Trưởng phòng nghiên

cứu Sinh học phân tử, Trường Đại học

Sư phạm

Cô và trò thuyết trình dự án trước hội đồng ban giám khảo tại cuộc thi khoa học kỹ thuật năm học 2022 - 2023

2.2 Hướng dẫn học sinh thực hiện sản phẩm STEM để thi ngày hội STEM cấp tỉnh

2.2.1 Sản phẩm STEM thiết kế theo quy trình thiết kế kĩ thuật

Quy trình thiết kế kĩ thuật trong giáo dục STEM

Thiết kế kĩ thuật là quá trình phát hiện nhu cầu, vấn đề cần giải quyết, cần đổi mới trong thực tiễn, đề xuất giải pháp kĩ thuật, công nghệ đáp ứng nhu cầu, giải quyết vấn đề đặt ra; thực hiện hóa giải pháp kĩ thuật, công nghệ; thử nghiệm và đánh giá mức độ đáp ứng nhu cầu, vấn đề đặt ra Quá trình trên được thực hiện trên

cơ sở xem xét đầy đủ các khía cạnh về tài nguyên, môi trường, kinh tế, … Nội dung cụ thể của các bước trong quy trình thiết kế kĩ thuật gồm:

2.2.1.1 Xác định vấn đề

Đây là xuất phát điểm của quá trình thiết kế kĩ thuật Kết thúc bước này, cần phải trả lời rõ ràng các câu hỏi: Vấn đề hay nhu cầu cần giải quyết là gì; ai đang gặp vấn đề hay có nhu cầu cần giải quyết; tại sao vấn đề hay nhu cầu đó cần giải quyết

Vấn đề, nhu cầu có thể được xác định thông qua quan sát thế giới tự nhiên, môi trường sống của con người, qua đọc tài liệu, qua khảo sát nhu cầu, qua trao đổi

và giao tiếp để phát hiện (có khi tình cờ) những tồn tại chưa được giải quyết hay cần cải tiến, những mong muốn của con người trong từng bối cảnh cụ thể

Dự án sản phẩm: “Hệ thống rửa tay thông minh” được thực hiện tháng

05/2020 đến tháng 12/2020 trong bối cảnh dịch Covid diễn biến phức tạp, trên thị trường Việt Nam đã xuất hiện rất nhiều máy nước rửa tay khô Các loại nước rửa tay này đã có tác dụng kịp thời trong việc sát khuẩn với thời gian rất ngắn trong bất cứ hoàn cảnh nào Tuy nhiên, các loại nước rửa tay khô trên thị trường Việt Nam hiện nay thường làm khô da tay, khi sử dụng nhiều thì vô tình diệt luôn cả những vi khuẩn có lợi phá vỡ lớp màng tự nhiên bảo vệ da, …

Ở trường học, ở công sở hoặc các nơi công cộng khác là nơi tập trung đông người và có nguy cơ cao truyền nhiễm các virut, vi khuẩn thông qua bề mặt các vật trung gian như cầu thang, bàn ghế, nắm cửa, … Những vật trung gian này bất

cứ ai trong nhà trường, công sở cũng phải thường xuyên tiếp xúc hàng ngày Bởi vậy, để hạn chế sự lây nhiễm trong công sở, trường học, … chúng ta cần phải tạo thói quen thường xuyên rửa tay

Các bác sĩ khuyên rằng biện pháp hiệu quả nhất là rửa tay với xà phòng và với nước Vấn đề đặt ra là ở các trường học, với lượng học sinh và giáo viên lên đến khoảng một nghìn người và ở tại trường khoảng thời gian 8 tiếng, thì việc rửa tay để bảo vệ sức khỏe bản thân sẽ tốn một lượng nước đáng kể và tương ứng với

nó là một lượng nước thải ra môi trường Ngoài ra, để tạo thói quen rửa tay thường xuyên thì vị trí chỗ rửa tay phải được đặt ở nhiều nơi thuận tiện

Vậy làm thế nào để thiết kế được hệ thống rửa tay nhỏ gọn, tiết kiệm nước, tái sử dụng nước thải, để giải quyết các yêu cầu trên?

2.2.1.2 Nghiên cứu tổng quan

Việc tìm hiểu tổng quan sẽ thừa hưởng kinh nghiệm của người khác, tránh được các sai lầm khi nghiên cứu Có một số vấn đề cần tìm hiểu trong giai đoạn này như: Vấn đề, nhu cầu đã được giải quyết chưa; nếu được giải quyết rồi các sản phẩm đó có ưu điểm và hạn chế gì; kiến thức, kĩ năng liên quan tới vấn đề bao gồm những gì và như thế nào, …

Thông tin tìm hiểu tổng quan có thể được thực hiện thông qua đọc thông tin chung trong từ điển, sách giáo khoa cho các từ khóa của vấn đề; qua đọc các tài

liệu kĩ thuật về các sản phẩm đã có; qua trao đổi trực tiếp với người dùng, với các chuyên gia; qua việc tham gia các diễn đàn liên quan đến vấn đề cần giải quyết; qua tìm kiếm, đánh giá và sử dụng các thông tin trên Internet, …

Với dự án cụ thể này, chúng tôi hướng dẫn học sinh viết tổng quan như sau:

2.2.1.2.1 Về hệ thống máy rửa tay thông minh/ Về thiết kế kĩ thuật đã có trên thị trường

Hiện nay có rất nhiều loại máy rửa tay trên thị trường: Máy rửa tay khô; Máy rửa tay tạo bọt có giá thành tương đối rẻ Trong thời kỳ dịch covid-19 nhiều nhà khoa học cũng đã chế tạo máy sát khuẩn tay tự động của Tiến sĩ Hàn Huy Dũng Ở Bình Phước từ sự liên kết giữa doanh nghiệp khoa học và công nghệ và trường THPT Đồng Xoài đã nghiên cứu chế tạo thành công sản phẩm “máy phun hơi rửa tay khô tự động” để sát khuẩn trên tay giúp phòng chống dịch trong trường học, cơ quan, … Thầy trò trường THPT Trường Chinh ở Ninh Sơn, Ninh Thuận

đã chế tạo thành công máy rửa tay sát khuẩn tự động với lập trình nhắc nhở học sinh rửa tay và đeo khẩu trang trước khi ra vào trường học Tại bệnh viện Nhi Đồng 1 thành phố Hồ Chí Minh đã chế tạo ra máy sát khuẩn tay tự động tiết kiệm dung dịch (chỉ tốn 4 lít dung dịch sát khuẩn cho 700 lượt người đến bệnh viện giảm nhiều hơn so với sử dụng bình xịt bằng tay)

Các đề tài mới chỉ dừng lại ở việc chế tạo máy rửa tay tự động bằng dung

dịch sát khuẩn, nhưng nhược điểm của việc sử dụng nhiều nước rửa tay khô thì vô tình diệt luôn cả những vi khuẩn có lợi phá vỡ lớp màng tự nhiên bảo vệ da, làm khô da,… Chưa có loại máy rửa tay nào tích hợp giữa máy sát khuẩn khô, rửa tay bàng xà phòng, đo nhiệt độ và xử lý nước thải dùng để tưới cây

2.2.1.2.2 Kiến thức nền các môn học

a) Môn Vật lí

+ Tia hồng ngoại trong chương Sóng ánh sáng (Lớp 12): mọi vật có nhiệt độ lớn hơn 0(K) đều phát ra tia hồng ngoại và muốn vật phát tia hồng ngoại ra môi trường thì nhiệt độ của vật lớn hơn nhiệt độ môi trường

+ Sự truyền sóng và phản xạ sóng âm khi gặp vật cản (chương 2, sóng cơ, lớp 12): Sóng tới truyền trong một môi trường đồng tính, khi gặp vật cản bị phản

xạ ngược lại

+ Điện trở (Lớp 9): độ ẩm làm thay đổi điện trở suất của vật liệu từ đó làm thay đổi điện trở

+ Tìm hiểu về dòng điện không đổi, lực, chuyển động

Những kiến thức giúp cô trò chúng tôi tìm hiểu về các module cảm biến (nhiệt độ, siêu âm, độ ẩm) để gán thiết bị cần thiết cho hệ thống máy rửa tay thông minh đồng thời để lắp các thiết bị cho chính xác

b) Môn Công nghệ

+ Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các linh kiện

+ Sử dụng tấm nhựa formex để làm thiết kế mô hình của hệ thống

c) Môn Tin học

+ Sử dụng phần mềm Fritzing để vẽ sơ đồ mạch điện

+ Sử dụng phần mềm lập trình Arduino để viết chương trình cho hệ thống d) Môn Toán học

Trên cơ sở kiến thức toán học về hình học không gian để đo đạc, tính toán kích thước mô hình của hệ thống, tính khoảng cách để người dùng thuận tiện nhất cho việc sử dụng hệ thống rửa tay, khoảng cách người dùng với cảm biến đo nhiệt

độ cơ thể phù hợp nhất Tính toán được kích thước từ hệ thống rửa tay đến hệ thống lọc và tưới cây tự động

- Giới thiệu về cây bàng

Cây bàng còn gọi là quang lang, tên khoa học là Terminalia catappa L, thuộc

họ Bàng Combretaceae Đây là một loại cây được trồng như là một loại cây cảnh

để lấy bóng râm nhờ tán lá lớn và rậm Quả ăn được và có vị hơi chua Hạt bàng thì dùng làm nguyên liệu để chế biến thành mứt

Cây bàng là loại cây công trình trồng lấy bóng mát được trồng khắp nơi: ven đường, lối đi trong khuân viên trường học, nhà máy,… Là loại cây ưa ánh sáng, có tốc độ sinh trưởng nhanh, ít sâu bệnh, dễ chăm sóc

p-và p-và gallic acid (5,1%) (Lin and Hsu, 1999)

- Công dụng về lá bàng

Theo kinh nghiệm dân gian:

Cao vỏ cây lá bàng (bỏ lớp vỏ đen bên ngoài) có tác dụng lợi tiểu Lá thường được dùng làm thuốc chữa cảm sốt, làm ra mồ hôi, chữa tê thấp và lỵ Búp non phơi khô tán bột rắc trị ghẻ, sắc đặc ngậm trị sâu răng Dùng tươi xào nóng để đắp và chườm nơi đau nhức Vỏ thân sắc uống trị lỵ và tiêu chảy, rửa viêm loét, vết thương

Theo khoa học:

Một số nhà nghiên cứu đã chứng minh rằng dịch chiết lá bàng có tính kháng khuẩn Có một số nhóm chất: Saponin; Tanin,…trong thực vật có tính kháng khuẩn và các nhóm chất này có thể có trong thành phần lá bàng

2.2.1.3 Xác định yêu cầu

Giai đoạn này đề xuất những yêu cầu, tiêu chí thiết kế cần phải đạt được Một trong những cách xây dựng đề xuất tiêu chí là dựa vào sự phân tích các quy trình, giải pháp hay các sản phẩm đang có Yêu cầu, tiêu chí cần được xác định và phát biểu rõ ràng

- Tìm hiểu nhu cầu thực tế sử dụng máy rửa tay thông minh và điều tra máy rửa tay có sẵn trên thị trường

- Xây dựng ý tưởng thiết kế hệ thống rửa tay thông minh tích hợp và đồng

bộ được nhiều tính năng khác nhau

- Thiết kế hệ thống rửa tay thông minh được sử dụng trong trường học

- Tìm hiểu về dịch chiết và tính kháng khuẩn của dịch chiết lá bàng

- Từ thực nghiệm tìm ra được tỉ lệ trung hòa giữa dịch chiết lá bàng và nước thải sau khi rửa tay

- Tiến hành thử nghiệm sử dụng dịch chiết lá bàng để phun trên cây hoa hồng đang bị bệnh: vàng lá, đốm lá

- Đánh giá kết quả thực nghiệm của hệ thống máy rửa tay thông minh và tác dụng của dịch chiết lá bàng đối với việc xử lý nước thải sau khi rửa tay và cây trồng

2.2.1.4 Đề xuất, đánh giá và lựa chọn giải pháp

Với yêu cầu và tiêu chí đã đặt ra, luôn luôn có nhiều giải pháp tốt để giải quyết Nếu chỉ tập trung vào một giải pháp, rất có thể đã bỏ qua các giải pháp tốt hơn Do vậy, trong giai đoạn này, trước hết cần đề xuất số lượng tối đa các giải pháp có thể, bám sát với yêu cầu, tiêu chí đã nêu

Trên cơ sở cá giải pháp đã đề xuất ở trên, cần xem xét và đánh giá một cách toàn diện về mức độ phù hợp với yêu cầu, tiêu chí đã đặt ra cho sản phẩm đã xác định trước đó Trên cơ sở đó, lựa chọn giải pháp tốt nhất và phù hợp nhất với yêu cầu đặt ra Việc lựa chọn giải pháp cũng cần căn cứ vào bối cảnh về điều kiện kinh

tế, công nghệ, trang thiết bị và nhân lực thực hiện dự án kĩ thuật

2.2.1.4.1 Máy rửa tay thông minh

a) Phác họa mô hình sản phẩm

Hình ảnh hệ thống rửa tay thông minh

1 Máy đo nhiệt độ cơ thể người

2 Máy rửa tay

3 Bình đựng nước sau khi rửa tay

4 Bình chứa dịch chiết xuất từ lá bàng

5 Hệ thống tưới cây tự động

b) Lựa chọn thiết bị, linh kiện để tạo sản phẩm

- Board STEM education kit

Board STEM education Kit

- Cảm biến siêu âm

Hình ảnh module cảm biến siêu âm

- Modul cảm biến đo nhiệt độ

Hình ảnh Modul cảm biến đo nhiệt độ

- Module cảm biến độ ẩm của đất

Hình ảnh module cảm biến đo độ ẩm của đất

- Mạch công suất IRF520, bộ chuyển đổi nguồn 12V

Hình ảnh mạch công suất, bộ chuyển đổi nguồn

- Máy bơm, ống nước, đầu phun sương

Hình ảnh máy bơm, ống nước và đầu phun sương

- Nguyên liệu làm vỏ máy rửa tay: bìa formex có độ dày 4 ly tạo sự chắc chắn và thuận tiện khi bắt vit và gán các module

- Thiết bị báo lượng dung dịch có trong bình rửa tay khô và lifebuoy

Hình ảnh bóng led, diode và dây jumper

2.2.1.4.2 Thực nghiệm tạo dịch chiết từ lá bàng

2.2.1.4.3 Khả năng kháng khuẩn dịch chiết

- Định tính các nhóm chức trong dịch chiết lá bàng bằng phản ứng hóa học

Khi chưa nhỏ FeCl 3 Khi bắt đầu nhỏ FeCl 3 Kết tủa màu xanh đen

Ống nghiệm 1: dịch chiết tạo bọt

và cột bọt cao, khá bền vững vững trong 15 phút, sơ bộ có thể kết luận trong dịch chiết có chứa saponin

Ống nghiệm 2: xuất hiện màu đỏ

- tím Như vậy, trong dịch chiết

lá bàng có chứa saponin

- Kết quả đo phổ hồng ngoại chuyển hóa FTIR

Đem dịch chiết lá bàng khô được ngâm trong cồn etanol 960 để đo phổ hồng ngoại FTIR tại phòng 605 nhà A18 Viện hóa học (học sinh chọn dung môi ngâm trong cồn vì một số nhóm chức vừa tan trong dung môi nước vừa tan được trong dung môi hữu cơ như etanol, etyaxetat, Nhưng nếu ngâm trong dung môi nước thì ảnh hưởng của nhóm OH trong H2O là rất lớn)

Hình ảnh phổ FTIR của dịch chiết lá bàng 2.2.1.5 Xây dựng nguyên mẫu

Mẫu sản phẩm được xem như là phiên bản “hoạt động” dựa trên giải pháp Thường thì nó được chế tạo bởi các vật liệu không giống với sản phẩm cuối cùng,

và vì vậy, chưa cần quan tâm tới tới mỹ thuật của sản phẩm Mẫu này sẽ được xem xét, đánh giá, kiểm tra có đáp ứng các yêu cầu, tiêu chí đặt ra cho sản phẩm hay chưa

Tạo nguyên mẫu có thể liên quan đến việc sử dụng các vật liệu có sẵn, kết cầu, các dụng cụ, các mô đun chức năng, các kĩ thuật khác giúp thực hiện hóa giải pháp nhanh chóng và ít tốn kém

Thiết kế, lắp đặt mô hình