áp dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường trong dạy học phần hóa học cơ sở lớp 10 nhằm phát triển năng lực tự học cho học sinh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC VŨ THỊ THÙY DUNG ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ THỰC TẾ ẢO TĂNG CƯỜNG TRONG DẠY HỌC PHẦN HÓA HỌC CƠ SỞ LỚP 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC CHO HỌC

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

VŨ THỊ THÙY DUNG

ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ THỰC TẾ ẢO TĂNG CƯỜNG TRONG DẠY HỌC PHẦN HÓA HỌC CƠ SỞ LỚP 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC CHO HỌC SINH

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM HÓA HỌC

(yêu cầu bìa 1: bìa mà, trình bày

HÀ NỘI – 2023

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIÁO DỤC

VŨ THỊ THÙY DUNG

ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ THỰC TẾ ẢO TĂNG CƯỜNG TRONG DẠY HỌC PHẦN HÓA HỌC CƠ SỞ LỚP 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC CHO HỌC SINH

CHUYÊN NGÀNH: LÝ LUẬN VÀ PHƯƠNG PHÁP DẠY HỌC

BỘ MÔN HÓA HỌC MÃ SỐ: 8140212.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ SƯ PHẠM HÓA HỌC

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Trần Trung Ninh

LỜI CẢM ƠN

Để hoàn thành được luận văn tốt nghiệp này, tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo đã hướng dẫn, giảng dạy cho tôi trong suốt quá trình học tập, rèn luyện tại trường Đại học Giáo dục - Đại học Quốc gia Hà Nội Nhờ đó mà tôi đã tích lũy được nhiều kiến thức và kinh nghiệm vô cùng quý báu

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Trần Trung Ninh đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo tôi trong suốt quá trình học tập, nghiên cứu và hoàn thành luận văn

Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới các thầy giáo, cô giáo, các em HS trường thực nghiệm trên địa bàn tỉnh Quảng Ninh và Nam Định đã giúp đỡ tôi khảo sát và thực nghiệm đề tài này

Cuối cùng, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đối với gia đình, bạn bè đã động viên, đóng góp ý kiến quý báu để tôi hoàn thành luận văn

Trong quá trình thực hiện nghiên cứu, mặc dù đã cố gắng hết sức nhưng không tránh khỏi những thiếu sót vì thời gian có hạn, vốn kiến thức và kinh nghiệm của bản thân còn hạn chế Vì vậy, tôi rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, những nhận xét quý báu của các thầy cô và các bạn để luận văn ngày càng được hoàn thiện hơn

Một lần nữa tôi xin chân thành cảm ơn!

Hà Nội, ngày tháng năm 2022

Tác giả

Vũ Thị Thùy Dung

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Lí do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Xác định khách thể và đối tượng nghiên cứu 2

4 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

5 Phạm vi nghiên cứu 3

6 Phương pháp nghiên cứu 3

7 Câu hỏi nghiên cứu 3

8 Giả thuyết khoa học 3

9 Đóng góp mới của đề tài 4

10 Cấu trúc của luận văn 4

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC CHO HỌC SINH THÔNG QUA DẠY HỌC SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ THỰC TẾ ẢO TĂNG CƯỜNG 5

1.1 Lịch sử nghiên cứu của đề tài 5

1.1.1 Công nghệ thực tế ảo tăng cường trên thế giới và tại Việt Nam 5

1.1.2 Nghiên cứu về vấn đề tự học và phát triển năng lực tự học trong dạy học Hóa học 9

1.2 Dạy học phát triển năng lực 11

1.2.1 Khái niệm năng lực 11

1.2.2 Cấu trúc của năng lực 12

1.2.3 Khái niệm và cấu trúc, biểu hiện của năng lực tự học 13

1.3 Công nghệ thực tế ảo tăng cường AR 15

1.3.1 Công nghệ thực tế ảo tăng cường AR là gì? 15

1.3.2 Giới thiệu về phần mềm thực tế ảo tăng cường Cospaces Edu 16

1.3.3 Vai trò của công nghệ thực tế ảo tăng cường trong dạy học nhằm phát triển năng lực cho học sinh 20

1.3.4 Sử dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường nhằm phát triển năng lực tự học của học sinh 21

1.4 Mô hình dạy học và phương tiện dạy học phát triển năng lực tự học 22

1.4.2 Sử dụng công nghệ thông tin 23

1.5 Thực trạng sử dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường trong quá trình dạy và học môn Hóa học ở trường phổ thông 24

1.5.1 Mục đích điều tra 24

1.5.2 Nội dung điều tra 25

1.5.3 Đối tượng điều tra 25

1.5.4 Phương pháp điều tra 25

1.5.5 Kết quả điều tra 25

TIỂU KẾT CHƯƠNG 1 34

CHƯƠNG 2 XÂY DỰNG KẾ HOẠCH DẠY HỌC HÓA HỌC SỬ DỤNG CÔNG NGHỆ THỰC TẾ ẢO TĂNG CƯỜNG TRONG DẠY HỌC PHẦN HÓA HỌC CƠ SỞ LỚP 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC CHO HỌC SINH 35

2.1 Phân tích nội dung phần Hóa học cơ sở lớp 10 35

2.1.1 Mục tiêu 35

2.1.2 Một số lưu ý về nội dung và phương pháp dạy học 36

2.2 Phân tích mối quan hệ về nội dung phần Hóa học cơ sở lớp 10 với công nghệ thực tế ảo tăng cường 36

2.3 Xây dựng công cụ đánh giá năng lực tự học của học sinh thông qua dạy học sử dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường 37

2.3.1 Khung năng lực tự học Hóa học 37

2.3.2 Phiếu đánh giá năng lực tự học Hóa học theo tiêu chí 38

2.3.3 Thiết kế bài kiểm tra 40

2.4 Nguyên tắc thiết kế và sử dụng sản phẩm thực tế ảo tăng cường nhằm phát triển năng lực tự học cho học sinh phần Hóa học cơ sở lớp 10 sử dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường 41

2.5.1 Kế hoạch bài học sử dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường bài Cấu tạo của bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học trong chủ đề Bảng tuần hoàn các

nguyên tố hóa học – Hóa học 10 44

2.5.2 Kế hoạch bài học sử dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường bài Liên kết ion trong chủ đề Liên kết Hóa học – Hóa học 10 55

TÀI LIỆU THAM KHẢO 86

Danh mục tài liệu tiếng Việt 86

Danh mục tài liệu tiếng Anh 87

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT

1 DH Dạy học 2 ĐC Đối chứng 3 GV Giáo viên 4 HS Học sinh 5 NXB Nhà xuất bản 6 NLTH Năng lực tự học 7 PPDH Phương pháp dạy học 8 SGK Sách giáo khoa

9 TH Tự học 10 AR Công nghệ thực tế ảo tăng cường 11 TN Thực nghiệm

12 TNSP Thực nghiệm sư phạm 13 THPT Trung học phổ thông 14 KHDH Kế hoạch dạy học

Bảng 1 3 Những lợi ích của việc sử dụng AR trong dạy học Hóa học 28

Bảng 1 4 Những ưu điểm của việc sử dụng AR trong việc phát triển NLTH cho HS 29

Bảng 1 5 Phương pháp tự học môn HH hiện nay của học sinh THPT 31

Bảng 2 1 Khung đánh giá năng lực tự học của học sinh dành cho GV 37

Bảng 2 2 Phiếu đánh giá tiêu chí năng lực tự học 38

Bảng 3 1 Danh sách GV, lớp và số lượng HS tham gia TNSP 69

Bảng 3 2 Mức độ NLTH của HS đạt được – GV đánh giá lớp 10 Toán 71

Bảng 3 3 Mức độ NLTH của HS đạt được – GV đánh giá lớp 10 Toán 73

Bảng 3 4 Bảng kết quả điều tra thái độ của HS sau TN 75

Bảng 3 5 Bảng phân bố tần số, tần suất và tần suất lũy tích bài kiểm tra lớp 10 Toán Chuyên Hạ Long 77

Bảng 3 6 Bảng phân bố tần số, tần suất và tần suất lũy tích bài kiểm tra lớp 10 Toán Chuyên Lê Hồng Phong 79

Bảng 3 7 Bảng phân tích kết quả học tập của HS sau 2 lần thực nghiệm 80

Bảng 3 8 Bảng tổng hợp các tham số đặc trưng của 2 bài kiểm tra 82

DANH MỤC BIỂU ĐỒ

Biểu đồ 1 1 Sử dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường AR cho quá trình 28

Biểu đồ 1 2 Sử dụng AR có cần thiết không 30

Biểu đồ 1 3 Thời gian tự học của HS dành cho môn HH 31

Biểu đồ 1 4 Các khó khăn thường gặp của HS trong quá trình TH 32

Biểu đồ 1 5 Mức độ sử dụng AR của HS 33

Biểu đồ 3 1 Biểu đồ sự tiến bộ các tiêu chí đánh giá NLTH của HS lớp 10 Toán Chuyên Hạ Long 72

Biểu đồ 3 2 Biểu đồ thể hiện sự tiến bộ NLTH của HS lớp 10 Toán 72

Biểu đồ 3 3 Biểu đồ sự tiến bộ các tiêu chí đánh giá NLTH của HS lớp 10 Toán Chuyên Lê Hồng Phong 74

Biểu đồ 3 4 Biểu đồ thể hiện sự tiến bộ NLTH của HS lớp 10 Toán 74

Biểu đồ 3 5 Đồ thị biểu diễn đường lũy tích bài kiểm tra của HS Lớp 10 Toán Chuyên Hạ Long 78

Biểu đồ 3 6 Đồ thị biểu diễn đường lũy tích bài kiểm tra của HS Lớp 10 Toán Chuyên Lê Hồng Phong 79

Biểu đồ 3 7 Biểu đồ phân loại kết quả học tập của HS 10 Toán 81

Biểu đồ 3 8 Biểu đồ phân loại kết quả học tập của HS 10 Toán 81

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Hình 1 1 Ứng dụng của AR 6

Hình 1 2 Mô hình tương ứng NL thành phần với trụ cột giáo dục của UNESCO 13 Hình 1 3 Cách sử dụng phần mềm Cospaces Edu trên trình duyệt web 18

Hình 1 4 Cách sử dụng phần mềm Cospaces Edu trên thiết bị di động 20

Hình 2 1 Quy trình thiết kế sản phẩm AR trong dạy học Hóa học 42

Hình 2 2 Tự học bằng phần mềm AR CoSpaces Edu 47

Hình 2 3 Hoạt động thuyết trình của học sinh 53

Hình 2 4 Tự học bằng phần mềm AR CoSpaces Edu 58

Hình 2 5 Hoạt động nhóm của HS 63

MỞ ĐẦU 1 Lí do chọn đề tài

Chúng ta đang sống trong thời đại công nghệ thông tin, kỹ thuật số, khoa học phát triển nhanh như vũ bão kèm theo đó tri thức luôn là nguồn tài nguyên dồi dào, vô tận Vì thế, việc dạy học ở các trường học nói chung và các trường phổ thông nói riêng không thể truyền tải hết các kiến thức cho học sinh (HS) Chính vì lẽ đó, điều cốt yếu quan trọng là cần dạy cho HS phương pháp chiếm lĩnh kiến thức, phương pháp tự học (TH) để có thể phát huy khả năng tự tìm kiếm, sáng tạo, tự học của học sinh Chương trình giáo dục tổng thể của Bộ Giáo dục và Đào tạo cũng chỉ rõ năng

lực tự học là một trong ba năng lực chung cần hình thành cho học sinh: “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 ” [1]

Trong chương trình giáo dục phổ thông tổng thể 2018 đã đề ra mục tiêu là hình thành và phát triển cho HS những năng lực cốt lõi bao gồm NL chung và NL đặc thù, NLTH thuộc phạm trù NL chung là hình thành, phát triển thông qua tất cả các môn học và hoạt động giáo dục NLTH của HS chính là tự giác, tích cực, chủ động trong quá trình học tập và làm bài tập Vì thế, trong quá trình dạy và học môn Hoá học việc nâng cao NLTH của HS là cần thiết, đáng được quan tâm cho quá trình học tập Mặc dù vậy, việc tự học của HS còn gặp nhiều khó khăn như: chưa biết tìm kiếm tài liệu phù hợp, thiếu sự hướng dẫn của GV để có thể tự học hiệu quả, sách giáo khoa thiếu hướng dẫn để TH, Không chỉ HS, GV cũng gặp không ít khó khăn khi hướng dẫn HS tự học khi trên lớp không đủ thời gian Từ thực tiễn trên, việc phát triển NLTH trong dạy học Hóa học cơ sở ở trường phổ thông là nhiệm vụ quan trọng, cấp thiết, có tầm quan trọng chiến lược lâu dài

Hóa học là môn khoa học kết hợp giữa lý thuyết và thực nghiệm được thể hiện bằng các kí hiệu hóa học, phản ứng hóa học, thí nghiệm, hình vẽ, mô hình cấu trúc của các chất, các sơ đồ chuyển hóa các chất, năng lượng Phần cơ sở Hóa học lớp 10 là phần kiến thức trừu tượng gây khó khăn cho việc học của HS Vì vậy để truyền tải một cách trực quan, sinh động, đầy đủ và hiệu quả nhất nội dung của môn học thì

không thể thiếu được sự trợ giúp của các công cụ trình bày như hình ảnh, mô hình, thí nghiệm, bài tập, lí thuyết và các đoạn phim về thực tế Sử dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường (AR) trong dạy học Hóa học có thể giúp HS làm tái tạo lại các thí nghiệm mô hình ứng dụng hay các chất một cách gần giống với thực tế Việc đó không những giúp người học hiểu sâu hơn và làm rõ bản chất các quá trình hóa học mà còn có thể khai thác được nhiều kiến thức ở nhiều lĩnh vực khác nhau trong cùng một vấn đề AR làm cho Hóa học trở nên gần gũi hơn, hấp dẫn hơn, cụ thể hơn, sinh động hơn, phong phú hơn, làm cho quá trình dạy và học trở nên thú vị và lý thú hơn

Vì những lý do trên, chúng tôi chọn đề tài “ÁP DỤNG CÔNG NGHỆ

THỰC TẾ ẢO TĂNG CƯỜNG TRONG DẠY HỌC PHẦN HÓA HỌC CƠ SỞ LỚP 10 NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC CHO HỌC SINH” nhằm

giới thiệu cách thiết kế sử dụng AR hiệu quả và lấy ví dụ qua một số bài thuộc phần Hóa học cơ sở lớp 10 – CTPT 2018

2 Mục đích nghiên cứu

Phát triển năng lực tự học của học sinh thông qua dạy học Hóa học phần hóa học cơ sở lớp 10 - CTPT 2018 có sự hỗ trợ của công nghệ thực tế ảo tăng cường

3 Xác định khách thể và đối tượng nghiên cứu

- Khách thể nghiên cứu: Quá trình dạy học Hóa học ở trường THPT tại Việt Nam - Đối tượng nghiên cứu: Nghiên cứu biện pháp sử dụng công nghệ thực tế ảo tăng

cường nhằm phát triển năng lực tự học cho học sinh

4 Nhiệm vụ nghiên cứu

- Tổng quan về cơ sở lí luận về NLTH và NLTH theo tài liệu học có hướng dẫn sử dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường cho học sinh trường trung học phổ thông (THPT)

- Điều tra thực trạng dạy học Hóa học ở phổ thông theo hướng sử dụng các bài dạy trên nền tảng công nghệ thực tế ảo tăng cường nhằm phát triển năng lực tự học cho

- Tiến hành TNSP nhằm kiểm nghiệm, đánh giá giả thuyết khoa học nêu ra - Xử lý thống kê các số liệu thực nghiệm để rút ra kết luận

5 Phạm vi nghiên cứu

Về nội dung: phần cấu tạo bảng tuần hoàn các nguyên tố hóa học và liên kết hóa học

lớp 10 trong chương trình Hóa học THPT

Về địa bàn nghiên cứu: đề tài thực hiện nghiên cứu tại trường THPT Chuyên Hạ

Long – Quảng Ninh, THPT Chuyên Lê Hồng Phong – Nam Định Thời gian nghiên cứu: năm học 2022 – 2023

6 Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện các nhiệm vụ nghiên cứu và đạt được mục đích đề ra, tôi sử dụng các phương pháp sau đây:

6.1 Các phương pháp nghiên cứu lí luận - Nghiên cứu, thu thập các tài liệu về cơ sở lí luận, thực tiễn có liên quan đến đề tài - Sử dụng các phương pháp phân tích, tổng hợp, hệ thống hoá, khái quát hoá, trong việc tổng quan các tài liệu đã thu thập được

6.2 Các phương pháp nghiên cứu thực tiễn - Phương pháp điều tra bằng phiếu hỏi: Điều tra thực trạng việc sử dụng AR trong dạy và học môn Hóa học

- Phương pháp thực nghiệm sư phạm: Tiến hành TNSP để đánh giá tính đúng đắn của giả thuyết khoa học và tính phù hợp khả thi của đề tài

6.3 Phương pháp xử lý thống kê các số liệu thực nghiệm - Sử dụng phương pháp thống kê toán học để xử lí, phân tích các số liệu, rút ra kết luận về sự đúng đắn và cần thiết của đề tài

7 Câu hỏi nghiên cứu

- Làm thế nào để phát triển được NLTH cho HS thông qua dạy học áp dụng AR phần Hóa học cơ sở lớp 10

8 Giả thuyết khoa học

- Nếu GV xây dựng các TNHH phù hợp với nội dung, điều kiện cơ sở vật chất, đối tượng HS và phối hợp các PPDH tích cực để xây dựng, tổ chức thực hiện các KHDH thì sẽ phát triển được NLTH cho HS

9 Đóng góp mới của đề tài

- Góp phần hệ thống Hóa học cơ sở lí luận và thực tiễn của việc phát triển năng lực tự học thông qua dạy học Hóa học với sự hỗ trợ của công nghệ thực tế ảo tăng cường - Xây dựng được 02 kế hoạch bài học Hóa học sử dụng AR

- Xây dựng được 06 nội dung tự học bằng phần mềm Cospaces Edu - Xây dựng được tiêu chí đánh giá năng lực tự học và bộ công cụ đánh giá năng lực tự học của HS THPT

10 Cấu trúc của luận văn

Ngoài phần mở đầu, phần kết luận và kiến nghị, tài liệu tham khảo và phụ lục thì nội dung của luận văn được cấu trúc thành 3 chương:

Chương 1: Cơ sở lý luận và thực tiễn của việc phát triển năng lực tự học cho học

sinh thông qua dạy học sử dụng AR

Chương 2: Xây dựng kế hoạch dạy học Hóa học sử dụng AR nhằm phát triển năng

lực tự học cho học sinh

Chương 3: Thực nghiệm sư phạm

CHƯƠNG 1 CƠ SỞ LÍ LUẬN VÀ THỰC TIỄN CỦA VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC TỰ HỌC CHO HỌC SINH THÔNG QUA DẠY HỌC SỬ DỤNG

CÔNG NGHỆ THỰC TẾ ẢO TĂNG CƯỜNG 1.1 Lịch sử nghiên cứu của đề tài

1.1.1 Công nghệ thực tế ảo tăng cường trên thế giới và tại Việt Nam

Thực tế ảo tăng cường (Augmented Reality, viết tắt là AR) là những hình ảnh

thực tế mà chính người xem nhìn bằng mắt thật và được bổ sung thêm thông tin ảo cho nó Người dùng có thể dễ dàng tương tác với thế giới ảo ngay trong thực tế như chạm và phủ lên nó một hình ảnh trên ảnh thật AR tạo cho người dùng những cảm giác y như thật, không tách riêng thế giới ảo và thật [17]

Công nghệ thực tế ảo tăng cường là một trong những công nghệ chủ chốt cho cách mạng công nghiệp lần thứ tư AR rất được quan tâm do có khả năng ứng dụng rất đa dạng trong nhiều lĩnh vực như giải trí, y tế, du lịch, bất động sản và cả giáo dục Những ứng dụng của AR đang ngày càng được quan tâm, số lượng nghiên cứu về ứng dụng của AR trong giáo dục đã tăng đáng kể từ năm 2013 [25] Trên thế giới, AR thường được sử dụng trong quá trình dạy học nhằm giúp HS khám phá kiến thức, tăng cường trí tưởng tượng không gian, gia tăng sự tập trung và nâng cao HTHT của HS đối với môn học [24] Ở một số quốc gia trên thế giới, các buổi học về lĩnh vực kỹ thuật và sức khỏe [27] sẽ giúp người hướng dẫn chia sẻ kiến thức giữa các sinh viên bằng cách sử dụng các hình ảnh chồng lên các tình huống thực trong một lớp học Cơ thể người được mô hình hóa theo kiểu kỹ thuật số cũng có thể được hiển thị trong một khu vực ba chiều, nơi giáo viên có thể truy cập bất kỳ loại thông tin nào của nó, mỗi bộ phận được tách ra để trưng bày các chi tiết cũng như có sự tương tác giữa mô hình và học sinh để giúp phát triển bất kỳ loại hoạt động nào Trong lĩnh vực kỹ thuật, một mô hình động cơ được tạo ra bằng kỹ thuật số với một bộ giáo trình tạo cấu trúc mang tính kiến trúc (Hình 1.1) Bằng tất cả các mô hình này, sinh viên được phép tương tác, yếu tố xã hội cũng sẽ được tính đến khi sinh viên có sự tương tác và chia sẻ kinh nghiệm với những cá nhân trong thời gian thực AR được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau, nổi bật là các trò chơi, quảng cáo, bảo trì - sửa chữa sản phẩm, y học và giáo dục Công nghệ “biến ảo ảnh thành hiện thực” này đang được ứng dụng trong các lớp học tại các quốc gia phát triển trên thế giới Những ứng

dụng được áp dụng AR nhằm minh họa các kiến thức phổ thông cho học sinh, sinh viên như ITCraft: Pop Up Sách; Aurasma; Arloon… AR sẽ đem đến những trải nghiệm người dùng mới mẻ, mang lại bước tiến mới trong lĩnh vực khoa học công nghệ Khác với thực tế ảo (Virtual Reality - VR), vốn được thiết kế cho người sử dụng tương tác hoàn toàn trong không gian mô phỏng, AR giúp người dùng tương tác với nội dung ảo trong môi trường thật Sự tương tác của đồ họa, âm thanh và các cảm giác cải tiến khác trong môi trường thực tế - tất cả đều được hiển thị trong thời gian và không gian thực

Hình 1 1 Ứng dụng của AR

Nhiều lĩnh vực như khoa học kỹ thuật, kiến trúc, giải trí đã triển khai AR với các nội dung từ đơn giản đến phức tạp (tương tác ảo, tương tác ảo có phản hồi lực, thực tế hỗn hợp) để đào tạo trong các ngành nghề như hàng không, y khoa, kỹ thuật cơ khí, tự động hóa….Trong lĩnh vực giáo dục đại học và sau đại học, nhiều trường đại học lớn trên thế giới đã đưa chương trình dạy tích hợp AR vào nội dung thực nghiệm, ví dụ như Illinois, Beckery, Florida (Mỹ)…, Oxford (Anh), …với sự ra đời ồ ạt của các phần mềm Labster, Vrlab hoặc câu lạc bộ, diễn đàn về AR để mô phỏng các thí nghiệm [26] Trong cuộc cách mạng công nghiệp 4.0 có thể nói công nghệ AR là một trong những công nghệ được đánh giá là có tiềm năng, sáng tạo nổi bật Khi ứng dụng công nghệ AR trong giáo dục đào tạo, chất lượng học tập được cải thiện chuyển từ ghi nhớ sang tư duy bậc cao, khuyến khích người học học tập tích cực thay vì thụ động, mang đến cái nhìn trực quan và toàn diện nhất

Trong lĩnh vực Hóa học, AR giúp cho người học tương tác như đang tiến hành trong phòng thí nghiệm bằng cách tạo ra các hệ thống thí nghiệm mô phỏng AR không quá cầu kỳ, phức tạp sử dụng đơn giản hơn so với VR phải dùng kính chuyên

dụng [30] Trong quá trình học, HS có thể tải ngay ứng dụng của AR trên điện thoại thông minh và tương tác giữa không gian thật và ảo Trong lớp học, hay ở nhà HS có thể “tiến hành” các thao tác thí nghiệm mà không tốn hóa chất và các thiết bị thí nghiệm, không phải di chuyển đến tận phòng thí nghiệm [35] Do vậy, VR/AR đã có những đóng góp to lớn làm thay đổi hình ảnh của nền giáo dục trong cuộc cách mạng 4.0 Trong học tập Hóa học, việc hình dung, hiểu, giải thích các cấu trúc phân tử đôi khi khá khó khăn với một số học sinh, từ đó chúng ta thấy rằng khả năng cảm nhận và tư duy không gian 3 chiều đóng một vai trò quan trọng [33] Trong nghiên cứu của mình, Chen [25] dùng AR trong giảng dạy hóa lý để mô phỏng cấu trúc các amino acid trong không gian 3 chiều (3D) Sau khi tiến hành thực nghiệm, Chen cũng

chỉ ra rằng sinh viên rất thích xoay các makers để tương tác các vật thể ảo Chúng ta

nhận thấy rằng AR là công cụ có hiệu quả trong truyền tải kiến thức nếu sử dụng AR trong giảng dạy Hóa học cho học sinh THCS Tuy nhiên, các thí nghiệm ảo hiện nay khá đơn giản, chủ yếu mới ở lĩnh vực hóa lý Ngay cả công ty Labster chuyên về thí nghiệm Hóa học thì lĩnh vực hóa phân tích cũng mới chỉ xây dựng các thí nghiệm đơn giản về chuẩn độ acid - base mà chưa có nhiều thí nghiệm khác phức tạp hơn [28]

Như vậy, từ những tính năng vượt trội, riêng biệt, AR có thể là tương lai của giáo dục 4.0 Với những tính năng thiết thực, AR sẽ góp phần hỗ trợ các mục tiêu học tập cá nhân của học sinh bằng cách đưa nội dung học thuyết vào thực hành, trải nghiệm trực tiếp thông qua tương tác một cách sinh động và tiết kiệm chi phí AR không chỉ góp phần đưa nội dung học tập tới học sinh một cách hấp dẫn, mà thông qua đó, học sinh còn đạt được hiểu biết tốt hơn về các khái niệm mà giáo viên đã giải thích trong bài giảng trên lớp hoặc đọc trong sách giáo khoa truyền thống, đoạn âm thanh, video, đồ họa…

Từ năm 2018 trở lại đây, ứng dụng của AR trong giáo dục đào tạo tại Việt Nam đã được quan tâm hơn rất nhiều, từ những trường mầm non, tiểu học, THCS, THPT cho đến các cơ quan tập đoàn, như hệ thống trường liên cấp Olympia, Wellspring, trường mầm non Vinschool; trường Đại học Đà Nẵng, Đại học Quốc tế Sài Gòn, các trường đào tạo nghề, các tập đoàn như ngân hàng MB, Lọc hóa dầu Bình Sơn, Trong khuôn khổ dự án: “Học tập cho trẻ em” giai đoạn 2017-2021 giữa

Bộ Giáo dục và Đào tạo cùng UNICEF, 6 trường thuộc 4 địa phương gồm: Lào Cai, Kon Tum, Đồng Tháp, Hà Nội đã được chọn thí điểm ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường ở hai cấp giáo dục: Mầm non và Trung học cơ sở Vừa qua, UNICEF cùng đối tác là Trung tâm Sức khỏe gia đình và Phát triển cộng đồng, gọi tắt là CFC đã tổ chức tập huấn: “Áp dụng thực tế ảo tăng cường trong giáo dục” cho giáo viên, chuyên viên, lãnh đạo giáo dục đến từ các trường, phòng giáo dục trên địa bàn tỉnh Lào Cai

Từ đầu năm học 2019- 2020, Trường THCS và THPT FPT đã đưa AR vào bài giảng ở tiết học chính khóa, trong đó giáo viên sử dụng các công cụ được chuẩn bị sẵn để ứng dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường Nhờ đó học sinh có thể tương tác với các đối tượng trong môi trường ảo để khám phá sâu hơn về chúng, có thể hiểu bài và ghi nhớ sâu hơn Nói về công nghệ này học sinh cho biết đây là một trải nghiệm mới và tuyệt vời, không chỉ cảm thấy dễ dàng mà còn vui vẻ hơn trong lúc học, bởi những gì đọc và được nghe xong đều xuất hiện ngay lập tức trước mắt mình và tương tác trực tiếp với môi trường thật Giáo viên trực tiếp dạy cho biết việc sử dụng AR cũng không quá khó bởi đã được trải qua một lớp đào tạo nội bộ trước đó nên chỉ mất một ngày để nghiên cứu và áp dụng vào tiết dạy Tuy nhiên, vì là giáo dục phổ thông, nên nhà trường có thể mua bản quyền từ các trang web có các kho dữ liệu về Khoa

học, Vật lý, Sinh học hoặc các môn xã hội… sau đó sử dụng “app” trên điện thoại để

kết nối lên máy chiếu cho học sinh cùng xem [17]

Những lợi ích AR có thể đem lại rất to lớn không ai có thể phủ nhận được, tuy nhiên hiện nay tại Việt Nam để AR thực sự được ứng dụng trong đời sống có thể nói vẫn là một bài toán khó Việc xây dựng nội dung AR trong giáo dục chuyên ngành, đặc biệt là chuyên ngành Hóa học đòi hỏi đội ngũ phát triển phải là những người có kiến thức chuyên ngành, có kỹ năng lập trình tốt để xây dựng phần mềm Mặt khác, công nghệ quá hiện đại cũng dẫn tới khó khăn trong phổ cập ứng dụng Không chỉ cần những thiết bị hỗ trợ đắt tiền, mà để có thể sử dụng được chúng còn cần bỏ thời gian để “khám phá” cách sử dụng Đôi khi, nếu thiếu người hướng dẫn, người dùng gần như không thể tự tìm được cách để sử dụng các thiết bị này, chưa nói đến việc trải nghiệm công nghệ Chính vì vậy, bên cạnh việc hoàn thiện AR để đưa vào ứng

giáo trình bài giảng đi kèm với nó, người viết phải nắm được kiến thức sư phạm để truyền tải, phải hiểu đối tượng sử dụng thì mới có thể tạo ra sản phẩm đào tạo có chất lượng, nhờ đó người học mới có thể tiếp cận, khai thác, nhằm tăng được hiệu quả đào tạo

1.1.2 Nghiên cứu về vấn đề tự học và phát triển năng lực tự học trong dạy học Hóa học

Vấn đề tự học (TH) và năng lực tự học (NLTH) được nghiên cứu từ rất sớm và đã có rất nhiều nhà Tâm lý học, nhà Giáo dục để cập đến Trong nền giáo dục phương Tây cổ đại, các nhà Giáo dục như Heraclitus (530 - 475 TCN), Socrate (469 - 399 TCN), Aristote (384 - 322 TCN) đã có ý tưởng dạy học đó là chú trọng người học, đặc biệt là trao quyền tự chủ cho người học Chính vì vậy, phương pháp dạy học của họ nhằm mục đích nhận thức chân lý và lĩnh hội được kiến thức bằng cách đưa ra câu hỏi để người học tìm tòi ra kết luận [16] Trải qua nhiều biến động và thăng trầm của lịch sử, nhận thức xã hội ngày một nâng cao vì thế mà ý tưởng đó tiếp tục được phát triển

Vào thế kỷ XVI, nhà triết học Vistorrino (1378-1446) và nhà giáo dục J.Locke 1704) được coi là người chính thức đặt nền móng tư tưởng cho lý thuyết TH Tiếp thu và phát triển từ tư tưởng của Vistorrino, J.Locke đã chỉ ra sự tò mò của con người chính là vũ khí lợi hại mà tự nhiên đem lại [34] Vì vậy, người thầy phải biết cách tạo ra những vấn đề, tình huống để khơi dậy tính tò mò từ đó phát huy được vai trò của cá nhân trong học tập

(1632-Đến thế kỷ XVII, J.A.Komensky (1592–1670) đã phát biểu “không có khát

vọng học tập thì không trở thành tài” [16], “Học sinh là mặt trời, xung quanh nó quy tụ mọi phương tiện giáo dục”[11] Komensky quan niệm rằng, bất kì ai thành công

đều có sự ham muốn tìm tòi và khám phá kiến thức và trong hoạt động dạy học (DH) lấy HS là trung tâm, các phương pháp dạy học (PPDH) coi là công cụ hỗ trợ HS trong quá trình DH Và những những nghiên cứu về tư tưởng dạy học của Komensky cũng

chỉ ra rằng: “Dạy học tích cực, lấy học sinh làm trung tâm” [16] Vì thế, Komensky

được coi là người đặt nền móng về hoạt động dạy TH

Vào cuối thế kỷ XIX đầu thế kỷ XX, xuất phát từ quan niệm “Dạy học hướng

về người học”, John Dewey (1859 - 1952) đã phát biểu:“Học trò nhất thiết phải chủ

động và tích cực hoạt động, học bằng cách làm chứ không được thụ động đến lớp ngồi nghe mà thôi!” [29] Theo quan điểm của ông, người học phải chủ động có hứng

thú, tích cực trong việc lĩnh hội và chiếm lĩnh tri thức và biến tri thức đó thành vốn có của mình thay vì nghe chép thụ động từ lời giảng của giáo viên và học thuộc như một con vẹt Trong những năm 30 của thế kỷ XX, nhà sư phạm người Nhật Bản T Makiguchi đã chỉ ra rằng “Mục đích của giáo dục là hướng dẫn quá trình học tập và đặt trách nhiệm học tập vào trong tay mỗi học sinh Giáo dục được xét như là quá trình hướng dẫn học sinh tự học” [13]

Nhiều cuốn sách đã đề cập đến vấn đề tự học, tiêu biểu như: "Hiểu biết là sức

mạnh để thành công" [12] do Klas Mellander chủ biên đã nhấn mạnh vai trò của tự

học, vạch ra quy trình năm bước cần làm để hiệu quả hơn trong quá trình học hỏi;

"Tự học như thế nào" [15] của Rubakin, Nguyễn Đình Côi dịch, 1982, đã hướng dẫn

bạn đọc hiểu thế nào tự học tập, nâng cao vốn hiểu biết và kiến thức của bản thân;

cuốn "Phương pháp dạy và học hiệu quả" - Cark Rogers, Cao Đình Quát dịch [4], đã

đề cập đến việc nội dung DH và sử dụng PP DH như thế nào để đạt được hiệu quả học tập

Như vậy, các công trình nghiên cứu ở nước ngoài đều đề cập vai trò và tầm quan trọng của quá trình TH, chỉ ra một số kỹ năng TH cơ bản và nhấn mạnh vai trò của người dạy cần phải phát huy được tính chủ động, tự giác, tích cực và sáng tạo của người học trong các hoạt động DH

Trong lịch sử phong kiến, mặc dù nền giáo dục chưa phát triển nhưng vẫn có nhiều nhân tài lỗi lạc đóng góp trong việc xây dựng và bảo vệ đất nước Yếu tố quyết định sự thành công chính là sự TH của bản thân Vì vậy, người ta chú trọng việc TH, nêu cao những tấm gương TH thành tài Năm 1945, đất nước được giải phóng và nền giáo dục cách mạng ra đời, vấn đề TH mới thực sự được nghiên cứu một cách nghiêm túc, rộng rãi

Trong những năm gần đây có nhiều tác giả đã quan tâm, nghiên cứu về phát triển năng lực tự học, trong lĩnh vực nghiên cứu khoa học giáo dục chuyên ngành lí luận và PPDH bộ môn Hóa học

Một số tác giả nghiên cứu đề xuất các biện pháp cụ thể phát triển NLTH trong

học cho học sinh thông qua dạy học chương Sự điện li – Hóa học 11 (chương trình cơ bản) [6], Lê Thị Thúy Hà (2015) Phát triển năng lực tự học cho học sinh thông qua dạy học chương kim loại kiềm – kim loại kiềm thổ - nhôm Hóa học lớp 12 THPT

[8], Tô Thị Minh Hiền (2017) Phát triển năng lực tự học cho học sinh thông qua sử

dụng bài tập Chương Kim loại kiềm, Kim loại kiềm thổ, Nhôm Hóa học lớp 12 [9],

Vương Cẩm Hương (2019) Thiết kế tài liệu tự học có hướng dẫn phần Hóa học Hữu

cơ - Lớp 9 nhằm phát triển năng lực tự học cho học sinh THCS [10], Thái Hoài

Minh, Nguyễn Minh Tuấn (2020) Ứng dụng công nghệ thực tế tăng cường nhằm

nâng cao hứng thú học tập cho học sinh trong dạy học nội dung hóa học hữu cơ lớp 11 trung học phổ thông [14] … Các biện pháp được sử dụng để phát triển năng lực tự

học được các tác giả tập trung nghiên cứu như xây dựng tài liệu hướng dẫn học, sử dụng bài tập Hóa học, bài giảng e-learning, dạy học theo hợp đồng, dạy học kết hợp,

Trong các công trình này, các tác giả cũng đã phân tích được ý nghĩa của việc TH, đưa ra cấu trúc và biểu hiện của NLTH, xây dựng công cụ đánh giá của HS theo mỗi biện pháp cụ thể Tuy nhiên, các công trình nghiên cứu áp dụng AR trong dạy học phần cơ sở Hóa học còn rất ít Do vậy việc nghiên cứu đề tài này là rất cần thiết

1.2 Dạy học phát triển năng lực 1.2.1 Khái niệm năng lực

Theo từ điển tâm lí học, (Vũ Dũng, 2000): “NL là tập hợp các tính chất hay phẩm chất của tâm lí cá nhân, đóng vai trò là điều khiển bên trong, tạo thuận lợi cho việc thực hiện tốt một dạng hoạt động nhất định” [5]. “NL là khả năng thực hiện có trách nhiệm và hiệu quả các hành động, giải quyết các nhiệm vụ, VĐ trong các tình huống thay đổi thuộc các lĩnh vực nghề nghiệp, xã hội hay cá nhân trên cơ sở hiểu biết, kĩ năng, kĩ xảo và kinh nghiệm cũng như sự sẵn sàng hành động” – theo Bernd Meier, Nguyễn Văn Cường (2014), Lí luận dạy học hiện đại [3]

Theo [1] "NL được quan niệm là sự kết hợp một cách linh hoạt và có tổ chức kiến thức, kỹ năng với thái độ, tình cảm, giá trị, động cơ cá nhân…nhằm đáp ứng hiệu quả một yêu cầu phức hợp của hoạt động trong bối cảnh nhất định NL thể hiện sự vận dụng tổng hợp nhiều yếu tố (phẩm chất của người lao động, kiến thức và kỹ năng) được thể hiện thông qua các hoạt động cá nhân nhằm thực hiện một loại công

việc nào đó NL bao gồm các yếu tố cơ bản mà mọi người lao động, mọi công dân đều phải có, đó là NL chung, NL cốt lõi"

1.2.2 Cấu trúc của năng lực

Theo [1], "cấu trúc chung của NL hành động được mô tả là sự kết hợp của 4 NL thành phần: NL chuyên môn, NL phương pháp, NL xã hội, NL cá thể

- NL chuyên môn (Professional competency): Là khả năng thực hiện các

nhiệm vụ chuyên môn cũng như khả năng ĐG kết quả chuyên môn một cách độc lập, có phương pháp và chính xác về mặt chuyên môn

- NL phương pháp (Methodical competency): Là khả năng đối với những

hành động có kế hoạch, mục đích trong việc giải quyết các nhiệm vụ và VĐ

- NL xã hội (Social competency): Là khả năng đạt được mục đích trong

những tình huống giao tiếp ứng xử xã hội cũng như trong những nhiệm vụ khác nhau trong sự phối hợp chặt chẽ với những thành viên khác

- NL cá thể (Induvidual competency): Là khả năng xác định, ĐG được những

cơ hội phát triển cũng như những giới hạn của cá nhân, phát triển năng khiếu, xây dựng và thực hiện kế hoạch phát triển cá nhân, những quan điểm, chuẩn giá trị đạo đức và động cơ chi phối các thái độ và hành vi ứng xử. "

Mô hình bốn thành phần NL trên phù hợp với bốn trụ cột GD theo UNESCO:

Các trụ cột giáo dục của

UNESCO

Học để biếtNăng lực chuyên môn

Năng lực phương pháp

Năng lực xã hội

Học để chung sốngHọc để làm

Các thành phần năng lực

Hình 1 2 Mô hình tương ứng NL thành phần với trụ cột giáo dục của UNESCO

Bốn NL thành phần trên có thể được chia thành tám NL như NL tự học, NL GQVĐ và sáng tạo, NL tính toán, NL giao tiếp, NL hợp tác, NL thẩm mỹ, NL sử dụng ngôn ngữ, NL thể chất Trong đó, NL tự học là một trong những NL quan trọng, giúp HS chủ động lĩnh hội được tri thức từ cuộc sống

1.2.3 Khái niệm và cấu trúc, biểu hiện của năng lực tự học

1.2.3.1 Khái niệm năng lực tự học

Năng lực tự học là khả năng người học thực hiện các hoạt động tự học NLTH là NL rất quan trọng, có thể nói là “chìa khóa” để bước vào thế kỉ XXI, một thế kỉ với quan niệm học tập suốt đời, xã hội học tập Định nghĩa về NLTH của Malcolm Shepherd Knowles [31; tr 18] được sử dụng nhiều hơn cả trong các nghiên cứu về

giáo dục học, đó là: "NL tự học là một quá trình mà người học có khả năng tự thực

hiện các hoạt động học tập, có thể cần hoặc không cần sự hỗ trợ của người khác, dự đoán được nhu cầu học tập của bản thân, xác định được mục tiêu học tập, phát hiện ra nguồn tài liệu, giúp ích, hỗ trợ cho quá trình học tập, biết lựa chọn và thực hiện chiến lược học tập và đánh giá được kết quả thực hiện" Người học có NLTH mới có

thể học tập suốt đời Vì vậy, một trong những kĩ năng cơ bản của HS là phương pháp học tập

1.2.3.2 Cấu trúc và biểu hiện năng lực tự học

Năng lực tự học là một trong những năng lực quan trọng nhất trong chương trình giáo dục phổ thông mới cần phát triển cho HS nhằm nâng cao chất lượng giáo dục Để đánh giá NLTH của HS THPT chúng ta cần biết cấu trúc và biểu hiện của

- Xác định được nhiệm vụ học tập dựa trên kết quả đã đạt được; đặt

được mục tiêu học tập chi tiết, cụ thể, khắc phục những hạn chế

- Đánh giá và điều chỉnh được kế hoạch học tập; hình thành cách

học riêng của bản thân; tìm kiếm, đánh giá và lựa chọn được nguồn tài liệu phù hợp với mục đích, nhiệm vụ học tập khác nhau; ghi chép thông tin bằng các hình thức phù hợp, thuận lợi cho việc ghi nhớ, sử dụng, bổ sung khi cần thiết

- Tự nhận ra và điều chỉnh những sai sót, hạn chế của bản thân

trong quá trình học tập, suy ngẫm cách học của mình, rút kinh nghiệm để có thể vận dụng vào các tình huống khác, biết tự điều chỉnh cách học

- Biết thường xuyên tu dưỡng theo mục tiêu phấn đấu cá nhân

Luận văn của tác giả Hà Thị Yên [tr 75, 18] đã xác định cấu trúc NLTH gồm 3 thành phần là: lập kế hoạch tự học; thực hiện kế hoạch tự học; đánh giá kết quả tự học và điều chỉnh việc học với 9 biểu hiện như sau:

1 Lập kế hoạch tự học

1 Xác định nhiệm vụ học tập và đặt mục tiêu học tập chi tiết

2 Xác định phương pháp và phương tiện tự học 3 Xác định thời gian và dự kiến kết quả

2 Thực hiện kế hoạch tự 4 Thu thập/Tìm kiếm nguồn thông tin phù hợp

học 5 Phân tích và xử lí thông tin đã tìm kiếm

6 Vận dụng kiến thức, kĩ năng để giải quyết nhiệm vụ học tập

7 Ghi chép thông tin bằng các hình thức phù hợp, thuận lợi cho việc ghi nhớ, sử dụng, bổ sung khi cần thiết

3 Đánh giá kết quả tự học và điều chỉnh việc học

8 Đánh giá kết quả tự học 9 Điều chỉnh và rút kinh nghiệm cho nhiệm vụ TH tiếp theo

Trong luận văn, năng lực tự học bao gồm 3 NL thành phần và 8 tiêu chí gồm 3 mức độ

- Tự xác định được nhiệm vụ học tập và đặt mục tiêu học tập chi tiết

- Tự lập kế hoạch thực hiện

- Tự đánh giá và điều chỉnh việc học

1.3 Công nghệ thực tế ảo tăng cường AR 1.3.1 Công nghệ thực tế ảo tăng cường AR là gì?

Công nghệ thực tế ảo tăng cường là công nghệ không còn quá mới lại trong xã

hội hiện nay Kể từ khi ra đời những năm 80 của thế kỉ trước, nó dần được ứng dụng trong các lĩnh vực rộng khắp “AR là một công nghệ cho phép lồng ghép thông tin ảo vào thế giới thật và ngược lại, nó giúp người sử dụng tương tác với nội dung số trong thực tại như chạm vào, phủ vật thể lên trên – nói dễ hiểu là ghép ảnh theo dạng 3D”[17]

AR hoạt động dựa trên quá trình gồm hai bước chính Bước một là xác định trạng thái hiện tại của thế giới vật lí và thế giới ảo Bước hai là hiển thị thế giới ảo đã đăng kí với thế giới thực, khiến người trải nghiệm cảm thấy thế giới ảo là một phần của thế giới vật lí và trở lại bước một Một hệ thống công nghệ thực tế ảo tăng cường thường có ba thành phần chính Đầu tiên là bộ cảm biến để xác định trạng thái của thế giới vật lí Thứ hai là bộ xử lí nhằm điều phối và phân tích các dữ liệu đầu vào của cảm biến, từ đó xử lí và truy xuất dữ liệu, tạo ra các thông tin kĩ thuật số phù hợp để hiển thị Bộ xử lí phải có đủ khả năng xử lí dữ liệu đầu vào theo thời gian thực để trải nghiệm được tối ưu Thứ ba là bộ phận hiển thị các tín hiệu, thông tin sau khi xử lí Bộ phần này tạo cho người trải nghiệm cảm giác thế giới ảo và thế giới thực cùng tồn

tại Tuy nhiên, một số ý kiến cho rằng một hệ thống AR có thêm thành phần chính thứ tư Đó là các thiết bị đầu vào khác như nút bấm, bàn phím, bộ truyền động… [26]

Trong lĩnh vực giáo dục, AR đang được ứng dụng rộng rãi trên thế giới và mang lại hiệu quả đáng kể Việc tích hợp AR vào các thiết bị di động đã làm tăng số lượng nghiên cứu liên quan đến việc áp dụng AR trong giáo dục trong những năm gần đây [32] Việc các mẫu điện thoại thông minh và máy tính bảng hiện nay được trang bị bộ xử lí đồ hoạ tốt, màn hình cảm ứng và các cảm biến tích hợp giúp chúng trở thành thiết bị lí tưởng để trải nghiệm CNTATC Từ đó, các sản phẩm giáo dục có ứng dụng AR được tạo ra ngày càng nhiều để mang lại trải nghiệm học tập mới lạ [23] Các ứng dụng quan trọng của AR trong giáo dục có thể kể đến như sách AR, trò chơi AR, học tập khám phá, mô hình, luyện tập các kĩ năng liên quan [36]

Với đặc điểm này, AR có thể là tương lai của giáo dục 4.0 Với những tính năng thiết thực, AR sẽ góp phần hỗ trợ các mục tiêu học tập cá nhân của học sinh bằng cách đưa nội dung học lý thuyết vào thực hành, trải nghiệm trực tiếp thông qua tương tác một cách sinh động và tiết kiệm chi phí AR không chỉ góp phần đưa nội dung học tập tới học sinh một cách hấp dẫn mà thông qua đó học sinh còn đạt được hiểu biết tốt hơn về các khái niệm mà giáo viên đã giải thích trong bài giảng trên lớp

hoặc đọc trong sách giáo khoa truyền thống

1.3.2 Giới thiệu về phần mềm thực tế ảo tăng cường Cospaces Edu

CoSpaces Edu là một ứng dụng đồ hoạ 3D dành cho giáo dục, chạy trên các trình duyệt web, hệ điều hành iOS, Android, Windows Ứng dụng CoSpaces Edu cho phép người dùng thiết kế và trải nghiệm nội dung với nhiều chế độ khác nhau như con quay hồi chuyển, thực tế ảo, AR…

Ứng dụng này được phát triển riêng cho giáo dục nên rất phù hợp với GV, HS CoSpaces Edu không yêu cầu người dùng có kĩ năng lập trình, thiết kế cao Việc sáng tạo nội dung trên CoSpaces Edu trở nên dễ dàng hơn với lập trình kéo thả và hệ thống thư viện 3D nhiều chủ đề, thích hợp với các môn học khác nhau Việc trải nghiệm AR qua ứng dụng CoSpaces Edu có thể thực hiện dễ dàng với một điện thoại thông minh có kết nối internet và cài đặt ứng dụng Để trải nghiệm đầy đủ tính năng

xét các tính năng, thao tác sử dụng của ứng dụng CoSpaces Edu, tôi quyết định lựa chọn ứng dụng CoSpaces Edu để thiết kế các sản phẩm AR

Hướng dẫn sử dụng phần mềm CoSpaces Edu  Sử dụng trên trình duyệt web

Bước 1: Mở trang web của ứng dụng Cospaces edu tại địa chỉ https://cospaces.io/edu/

Bước 2: Chọn vào mục Gallery

Bước 3: Chọn vào biểu tượng chỉ hình bàn tay và dấu 3 chấm

Bước 4: Nhập mã giới học tập để có thể vào học

Bước 5: Màn hình chuyển vào chế độ bài học

Hình 1 3 Cách sử dụng phần mềm Cospaces Edu trên trình duyệt web

Hình 1 4 Cách sử dụng phần mềm Cospaces Edu trên thiết bị di động

Lưu ý: Khi sử dụng ứng dụng trên máy tính, ta không thể sử dụng chế độ thực tế ảo

tăng cường AR Đối với điện thoại di động, các nhà sản xuất điện thoại di động sẽ có những bộ khung thực tế ảo sẵn ví dụ như apple có bộ AR kit và android là AR core Nên đối với điện thoại thì iphone từ iphone 6s trở nên mới có thể sử dụng được tính năng này, còn với android thì ít nhất là từ android 7 trở lên và tùy từng loại do nhà sản xuất có tích hợp bộ AR core cho máy của mình hay không

1.3.3 Vai trò của công nghệ thực tế ảo tăng cường trong dạy học nhằm phát triển năng lực cho học sinh

Trong bối cảnh công nghệ có mặt ở hầu hết lĩnh vực của đời sống, việc công nghệ thực tế ảo (VR) và thực tế ảo tăng cường xuất hiện trong các bài dạy của giáo viên đang ngày càng trở nên phổ biến AR có thể sử dụng để tạo môi trường học tập ảo, linh hoạt và có thể sử dụng các dịch vụ chia sẻ bất kỳ hoạt động nào của người dùng như hiển thị bài thuyết trình, tham dự hội nghị truyền hình, vẽ trên bảng trắng, chia sẻ tệp qua môi trường internet Đã có nhiều nghiên cứu các khía cạnh khác

nhau việc ứng dụng AR trong giáo dục, đào tạo trên thế giới nói chung, ở Việt Nam nói riêng Một số nghiên cứu đã cho thấy công nghệ AR có khả năng khiến người học cảm thấy hứng thú và có động lực học tập hơn, mở ra những hướng đi mới cho việc dạy và học AR tạo ra một môi trường tương tác, giúp nhận thức và ghi nhớ thông tin dễ dàng hơn Đắm chìm vào một môi trường nhập vai, người học có được khái niệm rõ ràng về những gì họ đang học và sử dụng kiến thức vào thực tế Người học cảm nhận những thứ khác nhau dễ dàng hơn với AR Đại học Harvard đã phát triển phòng studio AR/VR; mô hình phòng thí nghiệm sáng tạo phục vụ đối tượng sinh viên của nhà trường cũng như là công cụ hỗ trợ nghiên cứu khoa học

Với sự phát triển của khoa học và công nghệ, AR được đưa vào ứng dụng phổ biến trong đào tạo, dạy nghề, huấn luyện, mang đến những đột phá trong phương pháp giảng dạy và tiếp cận mới cho người dạy và học Các phòng thí nghiệm ảo, các ứng dụng trải nghiệm các hiện tượng tự nhiên được nghiên cứu và áp dụng Ở Việt Nam đã có nhiều dự án phát triển ứng dụng VR/AR trong giảng dạy Đầu tiên, phải kể đến dự án ứng dụng VR vào y học của Trường Đại học Duy Tân (Giải thưởng Sao khuê 2018) Sau đó, phải kể đến sự phát triển ứng dụng VR/AR của các công ty VRTech, Co-Well Asia, ADT Creative Các bài học với công nghệ AR sẽ làm người học đắm chìm trong môi trường ảo hóa, giúp người học nắm chắc kiến thức và được trải nghiệm hơn

1.3.4 Sử dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường nhằm phát triển năng lực tự học của học sinh

Trong hoạt động dạy học, AR như một phương tiện truyền thông mới thâm nhập vào lĩnh vực công nghệ giáo dục, đóng một vai trò quan trọng trong việc thúc đẩy cải cách phương pháp giáo dục hiện đại trong các trường đào tạo, giáo dục ở nhiều cấp bậc và mức độ khác nhau Ứng dụng công nghệ AR trong giảng dạy nói chung, dạy kỹ thuật nói riêng cung cấp cho người học một nền tảng học tập mới và hiệu quả hơn so với các phương pháp dạy học truyền thống HS có thể thực hành thông qua việc tương tác để đạt được khả năng trải nghiệm, quan sát, năng lực đổi mới qua các bài tập thực hành đầy đủ với sự hỗ trợ của công nghệ AR AR hỗ trợ rất nhiều cho GV khi có thể vừa giao được BT HH cho HS, đồng thời kết hợp kiểm tra, đánh giá, theo dõi quá trình học tập của HS

1.4 Mô hình dạy học và phương tiện dạy học phát triển năng lực tự học 1.4.1 Sử dụng lớp học đảo ngược

Hiện nay, chúng ta đã khá quen thuộc cách học của HS là đến trường để lĩnh hội kiến thức rồi về nhà làm bài tập Nhưng lớp học đảo ngược (LHĐN) lại trái ngược hoàn toàn với mô hình lớp học truyền thống đó ở chỗ nội dung DH thường diễn ra bên ngoài lớp học và đem bài tập vào trong lớp, trọng tâm của các buổi học là duy trì sự tham gia tích cực của người học, do đó cần thiết kế các nhiệm vụ trước và sau giờ học [20], [21], [22]

Trong mô hình LHĐN, bài giảng của GV được chuyển tải để nghiên cứu trước khi đến lớp, thời gian trên lớp được dành cho các hoạt động tích cực của HS, các kĩ năng giao tiếp, học tập độc lập, tư duy phản biện, giải quyết vấn đề, cũng như tương tác giữa GV với HS, giữa HS với HS được tăng cường Mô hình LHĐN tạo ra môi trường học tập linh hoạt, uyển chuyển, các kĩ năng để học tập suốt đời, suy nghĩ sâu và nhiều phẩm chất tích cực, người học được tham gia nhiều với bài giảng [7], [19] Với những địa phương có điều kiện về công nghệ thì việc áp dụng LHĐN khá hiệu quả Bên cạnh đó lớp học đảo ngược cũng có một vài hạn chế như: không phải bài học nào cũng có thể sử dụng hình thức học tập đảo ngược, GV mất nhiều thời gian, công sức cho việc soạn bài Ngoài ra với điều kiện ở trường phổ thông của nước ta hiện nay, phương pháp này cần cân nhắc về tính khả thi vì số lượng môn học nhiều và khối lượng kiến thức khổng lồ trong năm học của HS

LHĐN có mối liên quan chặt chẽ với năng lực tự học Trong mô hình LHĐN, HS tự học ở nhà với tài liệu điện tử, hoàn thành các bài tập hướng dẫn tự học mà GV giao cho Đến lớp, GV kiểm tra bài tập của HS, HS tiếp tục thực hiện theo nhóm để hoàn thành phiếu học tập, thảo luận về những vấn đề bản thân còn chưa rõ Tự học ở nhà là chìa khóa giúp HS thực hiện tốt hoạt động trên lớp, ngược lại các hoạt động trên lớp giúp HS đào sâu, mở rộng kiến thức, bổ trợ cho tự học Qua các hoạt động học tập trong mô hình LHĐN, HS sẽ được rèn luyện tính tự giác, tích cực, đúng kế hoạch, tự đặt câu hỏi khi tự học ở nhà với sản phẩm tự học, …

1.4.2 Sử dụng công nghệ thông tin

Biện pháp này góp phần quan trọng vào việc hình thành thói quen, kĩ năng đọc sách, tự nghiên cứu tài liệu (tài liệu giấy, tài liệu điện tử) cho HS – một kĩ năng không thể thiếu trước xu thế bùng nổ thông tin và toàn cầu hóa như hiện nay Hoạt động này có thể được tiến hành ở nhà nhằm chuẩn bị bài trước khi đến lớp; tìm hiểu nâng cao, mở rộng vấn đề liên quan đến bài học hoặc được tiến hành ngay tại lớp trước khi trao đổi, thảo luận (với những tài liệu ngắn) Giáo viên giới thiệu tài liệu, HS tự đọc, tự nghiên cứu để giải quyết các nhiệm vụ học tập được giao hoặc cũng có thể GV nêu nhiệm vụ học tập, HS tự tìm kiếm tài liệu và giải quyết Kết quả học tập cần được kiểm tra, đánh giá trực tiếp qua khâu kiểm tra bài ở lớp hoặc thông qua các sản phẩm đạt được dưới dạng văn bản giấy hoặc file kĩ thuật số

Công nghệ thông tin hỗ trợ hầu hết các hoạt động quan trọng của cả người dạy và người học, từ khâu hướng dẫn tự học đến khâu kiểm tra, đánh giá kết quả; hỗ trợ tìm kiếm và xử lí tài liệu, trình bày kết quả tự học; tạo nên diện mạo mới, chất lượng mới của biện pháp này trong dạy học Hóa học, hình thành được thói quen, kĩ năng, phương pháp tự học, tự nghiên cứu Học sinh cũng mạnh dạn trình bày và trao đổi kết quả tự học, tích lũy được kho tài liệu học tập đa truyền thông, đa phương tiện hết sức phong phú và thường xuyên được cập nhật Đây cũng là một trong những biện pháp dạy học tích cực, tạo điều kiện cho người học thể hiện và khẳng định vai trò chủ thể chủ động của mình cũng như hướng tới hình thành nhiều năng lực quan trọng mà xã hội hiện đại đang đặt ra cho giáo dục

Với sự hỗ trợ của CNTT, việc giao nhiệm vụ học tập trở nên ấn tượng và dễ dàng với các dạng sơ đồ tư duy hay bảng biểu khuyết (được vẽ bằng các phần mềm chuyên dụng hoặc chỉ đơn giản với trang Word hoặc powerpoint có nhấn mạnh từ khóa vẫn có giá trị trực quan sinh động) và cụ thể ở trong đề tài này sử dụng phần mềm hướng dẫn tự học Cospaces Edu Những phần mềm này có thể đồng thời giới thiệu tài liệu, đưa ra các yêu cầu và hướng dẫn cách làm việc, định hướng giải quyết vấn đề Việc giao nhiệm vụ học tập cũng có thể trực tiếp hoặc gián tiếp qua các diễn đàn của lớp/nhóm trên các trang dịch vụ internet như facebook, google drive, wiki… hoặc đơn giản là gửi mail vào một hộp thư chung của lớp để tất cả HS có thể nhận được nhiệm vụ tự làm việc

Ứng dụng CNTT bên cạnh việc hỗ trợ cung cấp, kiếm tìm tài liệu, hỗ trợ phương pháp học tập còn hỗ trợ trong khâu trình bày, công bố, trao đổi, đánh giá kết quả học tập Đây cũng là biện pháp dạy học có thể được vận dụng ở mức cao thành dạy học dự án với sự mở rộng và nâng cao nhiệm vụ học tập, thời gian thực hiện và đặc biệt là kĩ năng khai thác sự hỗ trợ của của CNTT: kĩ năng khai thác và xử lí thông tin bằng google search, kĩ năng trao đổi, chia sẻ thông tin, quan điểm bằng google drive, wiki, mail, chat; kĩ năng tạo lập và trình chiếu sản phẩm học tập bằng powerpoint, prezi, tạo CD, thiết kế web hoặc đơn giản là file word…

CNTT có tiềm năng to lớn trong hỗ trợ dạy học nói chung và dạy học nói riêng, mở ra nhiều cơ hội cho GV và HS đổi mới phương pháp và đạt mục tiêu dạy học một cách tối ưu Trong xã hội hiện đại, CNTT là một hành trang không thể thiếu với con người Do đó, ứng dụng CNTT là một năng lực cốt lõi mà HS cần đạt, là năng lực chìa khóa, năng lực công cụ để HS phát triển các năng lực khác cũng như đi vào cuộc sống một cách chủ động, tự tin Với quan niệm và cách thức ứng dụng CNTT như trên, HS sẽ được phát triển và tự phát triển nhiều năng lực như năng lực giao tiếp (khi tiếp cận nhiều văn bản khác nhau, khi chuẩn bị bài thuyết trình, khi thảo luận…); năng lực tự học, năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo… Điều đáng chú ý là, hiệu quả cụ thể đạt được mức nào phụ thuộc nhiều vào sự sáng tạo của chính GV và HS

1.5 Thực trạng sử dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường trong quá trình dạy và học môn Hóa học ở trường phổ thông

1.5.1 Mục đích điều tra

- Đánh giá được thực trạng ứng dụng AR trong dạy học nhằm phát triển NL tự học cho HS ở hai trường THPT Chuyên Hạ Long và THPT Chuyên Chuyên Lê Hồng Phong trên địa bàn thành phố Hạ Long và thành phố Nam Định

- Đánh giá khả năng sử dụng AR của GV và những khó khăn mà GV gặp phải khi sử dụng trong dạy học

- Thu thập thông tin, đánh giá thuận lợi, khó khăn của HS trong quá trình học Hóa học để đề xuất PPDH thích hợp cho quá trình dạy học phần Hóa học cơ sở lớp 10

1.5.2 Nội dung điều tra

- Đối với giáo viên gồm

 Mức độ thường xuyên sử dụng các công cụ đánh giá HS trong dạy học Hóa học ở trường THPT

 Sử dụng AR trong quá trình giảng dạy

 Những lợi ích của việc sử dụng AR trong dạy học Hóa học ở trường THPT

 Những ưu điểm của việc sử dụng AR trong việc phát triển năng lực tự học cho HS

 Sử dụng AR có cần thiết không - Đối với học sinh gồm:

 Phương pháp tự học môn HH hiện nay của học sinh THPT

 Thời gian tự học của HS dành cho môn Hóa học

 Các khó khăn thường gặp của HS trong quá trình tự học môn Hóa học

 Mức độ sử dụng AR của HS

1.5.3 Đối tượng điều tra

- HS và GV tại ở hai trường THPT Chuyên Hạ Long và THPT Chuyên Lê Hồng Phong trên địa bàn thành phố Hạ Long và thành phố Nam Định

1.5.4 Phương pháp điều tra

- Gửi phiếu hỏi trực tiếp cho GV và HS, thu phiếu điều tra - Sử dụng công nghệ thông tin để thuận lợi cho quá trình điều tra, xử lí và phân

tích dữ liệu, sử dụng công cụ tạo biểu mẫu của Google drive Sau khi thiết kế nội dung phiếu điều tra, đường link được gửi đến GV và HS để lấy ý kiến về các nội dung đã thiết kế, kết quả thu được sẽ xử lí dữ liệu bằng các hàm có sẵn trong phần mềm Microsoft Exel

1.5.5 Kết quả điều tra

Tôi đã tiến hành điều tra 30 GV và 210 HS trên địa bàn thành phố Hạ Long và Nam Định trong năm học 2022-2023 thu được kết quả như sau:

1.5.5.1 Kết quả khảo sát ý kiến giáo viên

Bảng 1 1 Mức độ thường xuyên sử dụng hình thức để phát triển NLTH cho HS ở

Thường xuyên

1 Giao bài tập củng cố về nhà sau mỗi bài học

0 0,0% 1 3,3% 3 10,0% 26 86,7%

2 Giao nhiệm vụ tìm hiểu bài mới trước mỗi bài học

0 0,0% 3 10% 14 46,7% 13 43,3%

3 Giao nhiệm vụ tìm hiểu mở rộng sau mỗi bài học

1 3,3% 5 16,7% 14 46,7% 10 33,3%

4 Áp dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường trong dạy học Hóa học

20 66,7% 9 30% 1 3,3% 0 0,0%

Biện pháp mà GV sử dụng thường xuyên đó là: sử dụng bài tập cho HS TH (86,7%) và hầu hết các GV chưa từng áp dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường trong dạy học (66,67%) cho thấy rằng GV cũng có phần quan tâm tới hoạt động TH của HS nhưng chưa có những biện pháp cụ thể để phát triển NLTH

Bảng 1 2 Mức độ thường xuyên sử dụng các công cụ đánh giá HS trong dạy học Hóa

Thường xuyên

1 Câu hỏi trắc nghiệm tự luận 0 0,0% 1 3,3% 5 16,7% 24 80%

2 Câu hỏi trắc nghiệm khách 0 0,0% 1 3,3% 6 20,0% 23 76,7%

quan

3 Phiếu tự đánh giá của HS dưới dạng bảng kiểm

3 10,0% 7 23,3% 18 60,0% 2 6,7%

4 Phiếu đánh giá của GV 2 6,7% 6 20,0% 17 56,7% 5 16,7% 5 Vở tự học 2 6,7% 19 63,3% 7 23,3% 2 6,7% 6 Vấn đáp 1 3,3% 7 23,3% 7 26.7% 15 50%

Phần lớn GV thường xuyên sử dụng bài kiểm tra dưới hình thức trắc nghiệm tự luận (80,0%), trắc nghiệm khách quan (76,7%) hoặc phối hợp phương pháp vấn đáp (50%) để đánh giá mức độ lĩnh hội, vận dụng kiến thức Hóa học vào giải quyết nhiệm vụ học tập cụ thể chứ họ hiếm khi hoặc thỉnh thoảng sử dụng các công cụ đánh giá như phiếu tự đánh giá của HS và phiếu đánh giá của GV để đánh giá HS trong quá trình dạy học

Biểu đồ 1 1 Sử dụng công nghệ thực tế ảo tăng cường AR cho quá trình

giảng dạy

Kết quả khảo sát cho thấy: Đa số GV đều chưa vận dụng và có ý định vận dụng trong thời gian tới chiếm 66,7% tổng số ý kiến trả lời của GV Số ý kiến cho rằng đã vận dụng và có ý định tiếp tục vận dụng trong thời gian tới được xếp thứ hai (chiếm 20%) Từ kết quả trên có thể đi đến kết luận đa số GV đều chưa tiếp cận nhiều với AR, một số GV đã có những hiểu biết nhất định về AR tuy nhiên nhận thức còn chưa được đầy đủ

Bảng 1 3 Những lợi ích của việc sử dụng AR trong dạy học Hóa học

23 76,7% 4 13,3% 3 10,0%

2 Trải nghiệm học tập phong phú 23 76,7% 3 10,0% 4 13,3%

và hấp dẫn hơn nhiều so với việc học qua sách hoặc qua video

3 Kiến thức sẽ được trình bày một cách trực quan và dễ dàng tiếp cận

22 73,3% 3 10,0% 5 16,7%

4 HS tương tác và tiếp cận với môi trường ảo để khám phá sâu rộng, hiểu rõ hơn về chúng, cảm thấy thú vị vừa dễ hiểu bài và ghi nhớ sâu hơn

22 73,3% 3 10,0% 5 16,7%

5 An toàn 28 93,3% 0 0,0% 2 6,7% Dạy học sử dụng CNTT hay cụ thể dạy học sử dụng AR được nhiều GV đánh giá mang lại nhiều lợi ích 93,3% GV đồng ý sử dụng AR rất an toàn cho HS và GV Hơn một nửa số GV cho rằng sử dụng AR làm cho quá trình học tập trở nên có ý nghĩa và có tính mục đích (76,7%), trải nghiệm học tập phong phú và hấp dẫn hơn nhiều so với việc cung cấp thông tin qua sách, trang web hoặc thậm chí video (76,7%), Kiến thức sẽ được trình bày một cách trực quan và dễ dàng tiếp cận nhất (73,3%), HS tương tác và tiếp cận với môi trường ảo để khám phá sâu rộng, hiểu rõ hơn về chúng, cảm thấy thú vị vừa dễ hiểu bài và ghi nhớ sâu hơn (73,3%)

Bảng 1 4 Những ƣu điểm của việc sử dụng AR trong việc phát triển NLTH cho HS

4 Tự tìm kiếm và thu thập thông tin TH

25 83,3% 4 13,3% 1 3,3%

5 Kiến thức được trình bày trực quan giúp HS dễ dàng tiếp cận

Biểu đồ 1 2 Sử dụng AR có cần thiết không

Kết quả điều tra cho thấy 66,7% GV đánh giá ở mức độ “cần thiết” Phát triển việc dạy học sử dụng AR là việc “rất cần thiết” được đánh giá ở mức thứ hai với 23,3% GV Có rất ít GV cho rằng dạy học sử dụng AR là “không cần thiết” Điều này chứng tỏ đa số GV đã hiểu được tầm quan trọng của việc dạy học ứng dụng AR trong giai đoạn hiện nay

1.5.5.2 Kết quả khảo sát ý kiến học sinh