7 CHƯƠNG I: CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC NHẬN THỨC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ TÌM HIỂU TỰ NHIÊN CHO HỌC SINH THÔNG QUA SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM ẢO TRONG DẠY HỌC THEO HƯỚNG
Mục tiêu nghiên cứu
Sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học Chương VII "Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật" trong môn KHTN lớp 7 theo mô hình 5E giúp phát triển năng lực nhận thức KHTN và khám phá tự nhiên cho học sinh Việc áp dụng phương pháp này không chỉ tạo ra môi trường học tập sinh động mà còn khuyến khích sự sáng tạo và tư duy phản biện của học sinh Thí nghiệm ảo cung cấp cơ hội cho học sinh trải nghiệm thực tế mà không gặp rủi ro, từ đó nâng cao sự hiểu biết và ứng dụng kiến thức vào thực tiễn.
Giả thuyết khoa học
Việc áp dụng thí nghiệm ảo trong dạy học Chương VII: “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng” – KHTN 7 theo mô hình 5E sẽ giúp phát triển năng lực nhận thức khoa học tự nhiên và khả năng tìm hiểu tự nhiên của học sinh.
Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu cơ sở lí luận về thí nghiệm ảo; mô hình 5E; năng lực nhận thức tự nhiên và năng lực tìm hiểu tự nhiên
- Phân tích nội dung, yêu cầu cần đạt của Chương VII: “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng” – KHTN 7
Bài viết điều tra thực trạng dạy học môn Khoa học tự nhiên lớp 7 nhằm phát triển phẩm chất và năng lực học sinh, đồng thời khảo sát việc tổ chức các hoạt động dạy học sử dụng thí nghiệm ảo Ngoài ra, nghiên cứu cũng xem xét việc áp dụng mô hình 5E trong giảng dạy tại một số trường trung học cơ sở.
Đề xuất qui trình thiết kế kế hoạch bài dạy và tổ chức hoạt động dạy học sử dụng thí nghiệm ảo theo mô hình tiếp cận 5E cho chương VII "Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật" trong môn KHTN lớp 7, nhằm phát triển năng lực nhận thức tự nhiên và khuyến khích học sinh tìm hiểu về thế giới xung quanh.
Xây dựng tiêu chí và công cụ kiểm tra đánh giá năng lực nhận thức khoa học tự nhiên là cần thiết khi áp dụng thí nghiệm ảo Việc này cần được thực hiện theo hướng tiếp cận mô hình 5E, bao gồm các bước: Khám phá, Giải thích, Mở rộng, Thực hành và Đánh giá Mục tiêu là nâng cao khả năng hiểu biết và ứng dụng kiến thức khoa học tự nhiên trong thực tiễn.
Thiết kế các hoạt động dạy học sử dụng thí nghiệm ảo theo mô hình tiếp cận 5E trong chương VII "Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật" là một phương pháp hiệu quả trong môn Khoa học tự nhiên lớp Việc áp dụng thí nghiệm ảo không chỉ giúp học sinh hiểu sâu về các khái niệm sinh học mà còn kích thích sự tò mò và sáng tạo của các em Mô hình 5E (Khám phá, Giải thích, Mở rộng, Củng cố, và Đánh giá) sẽ tạo điều kiện cho học sinh tham gia tích cực vào quá trình học tập, từ đó nâng cao hiệu quả giáo dục và phát triển kỹ năng tư duy phản biện.
7 theo hướng phát triển năng lực nhận thức tự nhiên và tìm hiểu tự nhiên
- Thực nghiệm sư phạm nhằm đánh giá tính khả thi của đề tài nghiên cứu.
Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu lý thuyết
Nghiên cứu các tài liệu về chủ trương, đường lối, Nghị quyết của Đảng và Nhà nước về đổi mới phương pháp dạy học
Nghiên cứu tài liệu về phương pháp dạy học môn Khoa học tự nhiên (KHTN) tập trung vào việc sử dụng thí nghiệm ảo và mô hình 5E Các tài liệu này cũng đề cập đến các nghiên cứu liên quan đến năng lực học sinh và phương pháp dạy học nhằm phát triển năng lực cho học sinh.
Nghiên cứu phân tích cấu trúc nội dung chương VII "Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật"
Để thực hiện nghiên cứu, cần sưu tầm, phân tích và nghiên cứu tài liệu, văn bản, cũng như các bài báo khoa học và công trình nghiên cứu Quá trình này giúp tổng hợp và khái quát hóa thông tin liên quan đến đề tài nghiên cứu một cách hiệu quả.
Phương pháp nghiên cứu thực tiễn
Khảo sát điều tra về thực trạng dạy học và hiểu biết về thí nghiệm ảo và mô hình 5E trên các đối tượng: GV HS.1
Sử dụng phiếu điều tra, bảng hỏi, Google form, phỏng vấn, tham khảo giáo án, sổ điểm của giáo viên.
Phương pháp chuyên gia
Tham khảo ý kiến từ các chuyên gia, giảng viên và giáo viên dày dạn kinh nghiệm, cũng như học sinh, về những thuận lợi và khó khăn trong việc áp dụng phòng thí nghiệm ảo vào dạy học môn Khoa học tự nhiên lớp 7, chương VII: Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật, theo hướng tiếp cận mô hình 5E.
Phương pháp thực nghiệm sư phạm
Tổ chức giảng dạy thực nghiệm, phát phiếu điều tra; chiều hướng biến đổi năng lực, khả năng tiếp thu kiến thức của HS.
Phương pháp xử lí số liệu
Xử lý số liệu thu thập từ điều tra bằng phần mềm Microsoft Excel là một bước quan trọng Thống kê kết quả các bài kiểm tra của lớp thực nghiệm giúp đánh giá hiệu quả học tập Ngoài ra, việc vẽ biểu đồ bằng Microsoft Excel hỗ trợ trực quan hóa dữ liệu một cách rõ ràng và sinh động.
Tổng quan về vấn đề nghiên cứu
Tổng quan về các nghiên cứu liên quan đến thí nghiệm ảo
7.1.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài
Phương pháp thí nghiệm ảo đã được nghiên cứu và chú trọng từ lâu, đóng vai trò quan trọng trong quá trình dạy học Nghiên cứu của Wang, F (2018) về "Ứng dụng dạy học thí nghiệm ảo từ xa trên máy tính dựa trên công nghệ thực tế ảo" nhấn mạnh tầm quan trọng của việc áp dụng công nghệ VR trong giáo dục Bằng cách sử dụng phương pháp nghiên cứu tài liệu và phân tích trường hợp, nghiên cứu này chỉ ra rằng dạy học thí nghiệm ảo từ xa không chỉ nâng cao hiệu quả giảng dạy mà còn mở ra nhiều cơ hội học tập cho người học trong môi trường số.
Một nghiên cứu khác của Xiaoming, D., & Zhuo, C (2017) “Dạy thí nghiệm ảo:
Tạp chí Quốc tế về Kỹ thuật Y sinh và Trực tuyến đã đề xuất một phương pháp toàn diện để triển khai các thử nghiệm ảo trực tuyến, kết hợp đánh giá học tập và thiết kế khóa học dựa trên tính chất độc đáo của thử nghiệm ảo Nghiên cứu của Hamed và Aljanazrah (2020) đã chỉ ra hiệu quả của việc sử dụng thí nghiệm ảo trong học tập của học sinh trong phòng thí nghiệm Vật lý đại cương, với mục tiêu khám phá ảnh hưởng của thí nghiệm ảo đến mức độ thành tích, kỹ năng thực hành và quan điểm của học sinh về việc áp dụng thí nghiệm này.
Shin, Y K (2003) “Thiết kế môi trường thí nghiệm ảo cho giáo dục khoa học”
Bài báo này khám phá môi trường thí nghiệm ảo (VE) trong giáo dục khoa học thông qua mô phỏng thực tế ảo Nghiên cứu cho thấy việc khai thác thí nghiệm ảo đang thu hút sự quan tâm của các nhà giáo dục trên toàn cầu, với nhiều hướng phát triển khác nhau Một trong những hướng chính là kết hợp các phương tiện dạy học đa dạng nhằm nâng cao hiệu quả trong quá trình giảng dạy.
7.1.2 Các nghiên cứu trong nước
Việc áp dụng thí nghiệm ảo trong giảng dạy đã thu hút sự quan tâm từ nhiều nghiên cứu và bài báo chuyên ngành Một số công trình tiêu biểu như nghiên cứu của Trịnh Đông Thư (2021) về "Sử dụng thí nghiệm ảo - Giải pháp để tổ chức dạy học thực hành Sinh học ở trung học phổ thông bằng hình thức online," nhằm đề xuất việc thay thế phòng thí nghiệm truyền thống bằng hình thức dạy học trực tuyến Năm 2022, Trịnh Đông Thư tiếp tục nghiên cứu "Sử dụng thí nghiệm ảo để kiểm tra, đánh giá trong dạy học Sinh học ở trung học phổ thông bằng hình thức trực tuyến," giới thiệu cách thức đánh giá học sinh qua thí nghiệm ảo Các nghiên cứu này thể hiện tiềm năng của thí nghiệm ảo trong việc đổi mới phương pháp dạy học ở các cấp giáo dục khác nhau.
Việc tích hợp thí nghiệm ảo vào quá trình đánh giá mang lại cơ hội cho học sinh trải nghiệm thực tiễn một cách trực quan thông qua các yêu cầu từ thí nghiệm.
Tác giả Vũ Thị Thu Hoài, Vũ Thu Trang (2020) “Sử dụng phần mềm “Chemist by
Nghiên cứu về việc sử dụng thí nghiệm hóa học ảo, cụ thể là phần mềm "Chemist by thix", nhằm phát triển năng lực thực nghiệm cho học sinh trung học phổ thông đã được trình bày chi tiết Quy trình thiết kế và áp dụng thí nghiệm ảo trong dạy học hóa học, cùng với việc kiểm tra đặc tính etylen, được đề xuất để nâng cao khả năng thực hành của học sinh Tương tự, nghiên cứu của Trần, T N Ánh và cộng sự về việc sử dụng phòng thí nghiệm ảo trong dạy học chương "Chất khí" của Vật lý 10 đã cung cấp quy trình kiểm chứng hữu ích cho giáo viên Qua khảo sát, có nhiều tài liệu và nghiên cứu liên quan đến thí nghiệm ảo cho học sinh THCS và THPT, với nội dung rõ ràng và thuận tiện cho việc áp dụng trong giảng dạy.
Các nghiên cứu về mô hình 5E
7.2.1 Các nghiên cứu ở nước ngoài
Vào thập niên 80 của thế kỷ XX, Rodger W Bybee cùng các cộng sự đã phát triển mô hình giảng dạy BSCS 5E cho chương trình sinh học tiểu học tại tổ chức BSCS ở Colorado, Mỹ Mô hình này bao gồm năm giai đoạn: kích thích động cơ học tập (Engage), khám phá (Explore), giải thích (Explain), mở rộng (Elaborate) và đánh giá (Evaluate) Các giai đoạn trong mô hình 5E có thể được áp dụng linh hoạt trong thiết kế tài liệu giảng dạy và trình tự giảng dạy, từ tổ chức chương trình học hàng năm cho đến các đơn vị học tập và bài học cụ thể trong khoa học tiểu học.
Mô hình 5E dựa trên lý thuyết kiến tạo về học tập, cho phép người học xây dựng kiến thức thông qua trải nghiệm Qua việc hiểu và phản ánh về các hoạt động cá nhân và xã hội, người học có thể kết hợp kiến thức mới với những khái niệm đã biết trước đó.
Báo cáo của Rodger W Bybee (2006) về mô hình 5E nhấn mạnh tầm ảnh hưởng của tư tưởng Johann Friedrich Herbart, một triết gia Đức có vai trò quan trọng trong giáo dục Mỹ thế kỷ XX Ông cho rằng mục đích giáo dục là phát triển nhân cách, điều này cần được thực hiện thông qua sự hứng thú và hiểu biết sâu sắc về các khái niệm John Dewey, một giáo viên khoa học vào những năm 1930, cũng đã đóng góp đáng kể vào việc hình thành mô hình 5E.
Từ những năm đầu thế kỷ XX, J Deway đã nhấn mạnh rằng việc tiếp thu tri thức của người học được thể hiện qua quá trình suy nghĩ của chính họ.
Mô hình 5E được phát triển và hoàn thiện từ tư tưởng của chương trình nghiên cứu khoa học sinh học (BSCS) vào những năm 1980, với mục tiêu nâng cao phát triển khoa học và sức khỏe lên một mức độ mới.
7.2.2 Các nghiên cứu trong nước
Mô hình 5E trong giáo dục còn khá mới mẻ và chủ yếu được đề cập trong các tài liệu tập huấn giáo viên cũng như bài viết chuyên môn, như bài của Dương Giáng Thiên Hương với tiêu đề “Dạy học khám phá theo mô hình 5E – một hướng vận dụng lí thuyết kiến tạo trong dạy học ở tiểu học” đăng trên Tạp chí Khoa học Giáo dục.
Kỉ yếu Hội thảo của nhóm tác giả Phạm Thị Bích Đào, Vũ Thị Minh Nguyệt với bài
Mô hình 5E được áp dụng để thiết kế chủ đề tích hợp liên môn trong tài liệu học tập môn Khoa học tự nhiên, nhằm mục tiêu phát triển năng lực cho học sinh Theo Vũ Thị Minh Nguyệt, việc vận dụng mô hình này không chỉ giúp học sinh hiểu sâu hơn về kiến thức mà còn khuyến khích sự sáng tạo và khả năng tư duy phản biện.
(2006); Ngô Thị Phương (2019); Nguyễn Đăng Thuấn, Nguyễn Hoàng Phúc (2020); Dương Giáng Thiên Hương (2017) nghiên cứu về Dạy học khám phá theo mô hình 5E
- Một hướng vận dụng lí thuyết kiến tạo trong dạy học ở tiểu học
Tạp chí Khoa học Giáo dục, Số 131, trang 61 – 66, đã trình bày những lý luận cơ bản về mô hình dạy học 5E Gần đây, nhiều nghiên cứu đã tập trung vào việc áp dụng mô hình 5E trong thiết kế các hoạt động dạy học cho học sinh, trong đó có nghiên cứu của Phùng Thị Tuyết (2018).
Bài viết “Tổ chức dạy học khám phá một số kiến thức chương 'Chất rắn và chất lỏng - Sự chuyển thể' Vật lý 10 THPT” trình bày việc áp dụng mô hình 5E trong giảng dạy Vật lý lớp 10 nhằm nâng cao năng lực giải quyết vấn đề cho học sinh Các nghiên cứu hiện tại chủ yếu tập trung vào học sinh trung học cơ sở và trung học phổ thông, trong khi một số nghiên cứu khác đã xem xét việc ứng dụng mô hình 5E trong giáo dục tiểu học, nhưng chỉ dừng lại ở khảo sát lý thuyết.
Cấu trúc và nội dung đề tài nghiên cứu
Ngoài phần mở đầu, mục lục, phần kết luận, tài liệu tham thảo và phần phụ lục Phần nội dung của đề tài nghiên cứu gồm:
Chương 1 trình bày cơ sở khoa học cho việc áp dụng thí nghiệm ảo trong dạy học môn Khoa học Tự nhiên lớp 7, đặc biệt trong Chương VII về trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật Việc sử dụng mô hình 5E giúp nâng cao hiệu quả giảng dạy và tạo điều kiện cho học sinh hiểu rõ hơn về các khái niệm sinh học phức tạp Thí nghiệm ảo không chỉ kích thích sự tò mò mà còn giúp học sinh phát triển kỹ năng tư duy phản biện và khám phá thực tiễn.
Chương 2 trình bày việc thiết kế kế hoạch bài dạy môn Khoa học tự nhiên lớp 7, tập trung vào việc sử dụng các thí nghiệm ảo để giảng dạy chủ đề "Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật" Nội dung được xây dựng theo mô hình 5E, bao gồm các bước: Khám phá, Giải thích, Phát triển, Thực hành và Đánh giá, nhằm nâng cao hiệu quả học tập và tạo điều kiện cho học sinh tương tác, tìm hiểu sâu hơn về các khái niệm khoa học.
Chương 3: Thực nghiệm sư phạm
CƠ SỞ LÝ LUẬN VÀ THỰC TIỄN VỀ VIỆC PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC NHẬN THỨC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ TÌM HIỂU TỰ NHIÊN
Khái quát về năng lực và năng lực Khoa học tự nhiên
Từ góc độ tâm lý học, năng lực (NL) được định nghĩa theo nhiều cách khác nhau Trong "Giáo trình tâm lý học đại cương" của Nguyễn Quang Uẩn, nhóm tác giả khẳng định rằng NL là những thuộc tính độc đáo của mỗi cá nhân, phù hợp với yêu cầu của một hoạt động cụ thể, đảm bảo cho hoạt động đó diễn ra hiệu quả.
Theo Cosmovics, năng lực (NL) là sự kết hợp các đặc điểm cá nhân, giải thích sự khác biệt giữa các cá nhân trong khả năng đạt được kiến thức và hành vi nhất định Nhà tâm lý học A.N Leochiev cho rằng NL là đặc điểm cá nhân quyết định sự thành công trong việc thực hiện một hoạt động cụ thể Định nghĩa năng lực trong Từ điển Tiếng Việt mô tả NL là phẩm chất tâm lý và sinh lý giúp con người hoàn thành một loại hoạt động nào đó với chất lượng cao.
Theo tác giả Phạm Minh Hạc, năng lực (NL) được định nghĩa là một tổ hợp các đặc điểm tâm lý của một cá nhân, hoạt động theo một mục đích cụ thể để tạo ra kết quả cho một hoạt động nhất định.
Năng lực (NL) được hiểu từ góc độ giáo dục học là những đặc điểm tâm lý của nhân cách, đóng vai trò là điều kiện chủ quan để thực hiện hiệu quả một hoạt động nhất định Theo tác giả Thái Duy Tuyên trong tác phẩm “Giáo dục học hiện đại (Những nội dung cơ bản)”, NL liên quan mật thiết đến kiến thức, kỹ năng và kỹ xảo Nó được thể hiện qua tốc độ, chiều sâu, tính bền vững và phạm vi ảnh hưởng của kết quả hoạt động, cùng với sự sáng tạo và độc đáo trong phương pháp thực hiện Một số năng lực có thể được đo lường thông qua các bài trắc nghiệm.
Chương trình giáo dục phổ thông tổng thể (2018) định nghĩa năng lực là thuộc tính cá nhân được hình thành và phát triển từ tố chất sẵn có cùng với quá trình học tập và rèn luyện Năng lực cho phép con người kết hợp kiến thức, kỹ năng và các thuộc tính cá nhân như hứng thú, niềm tin, và ý chí để thực hiện thành công một hoạt động cụ thể, đạt được kết quả mong muốn trong những điều kiện nhất định.
1.1.1.2 Cấu trúc của năng lực
Cấu trúc chung của năng lực gồm 3 thành phần sau:
Các thành tố của năng lực (NL) bao gồm những kỹ năng cơ bản, khi kết hợp lại với nhau sẽ tạo thành từng phần cụ thể Mỗi thành tố thường bắt đầu bằng một động từ, giúp mô tả rõ ràng giá trị của hoạt động liên quan.
- Chỉ số hành vi (Behavioral indicator): là các yêu cầu cần thực hiện của mỗi thành tố;
- Tiêu chí chất lượng (quality criteria): là các mức độ thành thạo ở mỗi yêu cầu đó Các yếu tố cấu thành một NL được thể hiện trong hình 1.1
Hình 1.1 Sơ đồ các yếu tố cấu thành năng lực 1.1.1.3 Các năng lực cần hình thành và phát triển cho học sinh Trung học cơ sở
Chương trình Giáo dục phổ thông 2018 nhấn mạnh mục tiêu dạy học nhằm hình thành và phát triển 5 phẩm chất cùng 10 năng lực cho học sinh Các năng lực này được phân chia thành hai nhóm chính, tạo nền tảng vững chắc cho quá trình giáo dục toàn diện.
Nhóm năng lực cốt lõi bao gồm những năng lực cơ bản và thiết yếu mà mọi người cần để sống, học tập và làm việc hiệu quả Nhóm này được chia thành hai phân nhóm khác nhau.
Các năng lực chung được hình thành và phát triển thông qua tất cả các môn học và hoạt động giáo dục bao gồm năng lực tự chủ và tự học, năng lực giao tiếp và hợp tác, cùng với năng lực giải quyết vấn đề và sáng tạo.
Những năng lực đặc thù như năng lực ngôn ngữ, năng lực tính toán, năng lực khoa học, năng lực công nghệ, năng lực tin học, năng lực thẩm mỹ và năng lực thể chất được hình thành và phát triển chủ yếu thông qua các môn học và hoạt động giáo dục cụ thể.
Hình 1.2 Sơ đồ những phẩm chất và năng lực học sinh cần đạt được
Bên cạnh việc hình thành, phát triển các NL cốt lõi, chương trình GDPT 2018 còn góp phần phát hiện, bồi dưỡng NL đặc biệt (năng khiếu) của HS
Môn Khoa học Tự nhiên đóng vai trò quan trọng trong việc hình thành và phát triển năng lực khoa học ở học sinh, bao gồm các năng lực thành phần như nhận thức khoa học, tìm hiểu môi trường tự nhiên và xã hội, cũng như vận dụng kiến thức và kỹ năng đã học Các năng lực này giúp học sinh phát triển khả năng tính toán và năng lực Tin học, từ đó nâng cao hiểu biết và ứng dụng trong thực tiễn.
1.1.2 Năng lực khoa học tự nhiên
Môn Khoa học tự nhiên (KHTN) giúp học sinh phát triển năng lực KHTN thông qua việc nâng cao nhận thức về KHTN, khuyến khích tìm hiểu tự nhiên, và áp dụng kiến thức, kỹ năng đã học Đồng thời, môn học này phối hợp với các môn học và hoạt động giáo dục khác để hình thành và phát triển các năng lực chung cũng như phẩm chất chủ yếu ở học sinh.
1.1.2.1 Năng lực nhận thức khoa học tự nhiên
Năng lực nhận thức Khoa học Tự nhiên (KHTN) là khả năng trình bày và giải thích những kiến thức cốt lõi liên quan đến cấu trúc, sự đa dạng, tính hệ thống, quy luật vận động, tương tác và biến đổi của thế giới tự nhiên.
Năng lực nhận thức KHTN có các biểu hiện cụ thể:
- Nhận biết và nêu được tên các sự vật, hiện tượng, khái niệm, quy luật, quá trình của tự nhiên
Trong bài viết này, chúng tôi sẽ trình bày các sự vật và hiện tượng tự nhiên, đồng thời nhấn mạnh vai trò của chúng trong các quá trình tự nhiên Nội dung sẽ được diễn đạt qua nhiều hình thức khác nhau như ngôn ngữ nói, viết, công thức, sơ đồ và biểu đồ, nhằm giúp người đọc dễ dàng nắm bắt và hiểu rõ hơn về các khía cạnh này.
- So sánh, phân loại, lựa chọn được các sự vật, hiện tượng, quá trình tự nhiên theo các tiêu chí khác nhau
- Phân tích được các đặc điểm của một sự vật, hiện tượng, quá trình của tự nhiên theo logic nhất định
Để viết một bài văn khoa học hiệu quả, trước tiên cần xác định từ khóa chính và sử dụng các thuật ngữ khoa học phù hợp Việc kết nối thông tin một cách logic và có ý nghĩa là rất quan trọng, giúp người đọc dễ dàng theo dõi và hiểu nội dung Ngoài ra, lập dàn ý rõ ràng khi đọc sẽ hỗ trợ trong việc trình bày các văn bản khoa học một cách mạch lạc và có tổ chức.
- Giải thích được mối quan hệ giữa các sự vật và hiện tượng (quan hệ nguyên nhân - kết quả, cấu tạo - chức năng, ) [3]
1.1.2.2 Năng lực tìm hiểu tự nhiên
Dạy học và giáo dục phát triển năng lực
Để phân biệt giữa dạy học tiếp cận nội dung và dạy học tiếp cận phát triển phẩm chất, năng lực, cần xem xét các khía cạnh như mục tiêu giáo dục, phương pháp giảng dạy, và cách đánh giá kết quả học tập Dạy học tiếp cận nội dung tập trung vào việc truyền đạt kiến thức, trong khi dạy học tiếp cận phát triển phẩm chất, năng lực chú trọng vào việc hình thành kỹ năng và thái độ cho học sinh Việc so sánh này giúp làm rõ những khác biệt cơ bản trong cách thức và mục tiêu của hai phương pháp dạy học này.
Bảng 1.1 Phân biệt giữa dạy học theo nội dung/trang bị kiến thức và dạy học theo phát triển năng lực
Dạy học theo nội dung/trang bị kiến thức
Dạy học theo phát triển năng lực
Về mục tiêu dạy học
- Chú trọng hình thành kiến thức, kĩ năng, thái độ Mục tiêu dạy học được mô tả không chi tiết và khó có thể quan sát, đánh giá được
- Lấy mục tiêu học để thi, học để hiểu làm trọng
- Chú trọng hình thành phẩm chất và năng lực thông qua việc hình thành kiến thức, kĩ năng, thái độ
- Mục tiêu dạy học được mô tả chi tiết và có thể quan sát, đánh giá được, học để sống, học để biết làm
Về nội dung dạy học
- Nội dung được lựa chọn dựa vào các khoa học chuyên môn,được quy định chi tiết trong chương trình
Hệ thống kiến thức lý thuyết cần được chú trọng, với sự phát triển tuần tự của các khái niệm, định luật và học thuyết khoa học Sách giáo khoa nên được trình bày một cách liền mạch, tạo thành một hệ thống kiến thức rõ ràng và dễ hiểu.
Việc quy định cứng nhắc những nội dung chi tiết trong chương trình dễ bị thiếu tính cập nhật
- Nội dung được lựa chọn nhằm đạt được kết quả đầu ra đã quy định; chương trình chỉ quy định những nội dung chính
Chú trọng vào việc phát triển các kỹ năng thực hành và áp dụng lý thuyết vào thực tiễn là điều cần thiết Sách giáo khoa hiện nay không chỉ trình bày kiến thức theo hệ thống mà còn phân nhánh và kết hợp với các hoạt động học tập, giúp người học tiếp cận thông tin một cách linh hoạt và hiệu quả hơn.
Nội dung chương trình không quá chi tiết, có tính mở nên tạo điều kiện để người dạy dễ cập nhật tri thức mới
- Người học có phần “thụ động”, ít phản biện
- Giáo án thường được thiết kế theo trình tự đường thẳng, chung cho cả lớp
- Coi trọng các tổ chức hoạt động, người học chủ động tham gia các hoạt động Coi trọng hướng dẫn người học tự tìm tòi
Giáo án được thiết kế phân nhánh giúp người học tiếp cận kiến thức một cách linh hoạt, tuy nhiên, điều này cũng khiến họ khó có cơ hội tự tìm tòi do kiến thức đã được cung cấp sẵn trong sách Ngoài ra, giáo án còn có sự phân hóa theo trình độ và năng lực của từng học sinh, tạo điều kiện cho việc học tập hiệu quả hơn.
- Người học có nhiều cơ hội được bày tỏ ý kiến, tham gia phản biện
Về môi trường học tập
Thường sắp xếp cố định (theo các dãy bàn), người dạy ở vị trí trung tâm
- Có tính linh hoạt, người dạy không luôn luôn ở vị trí trung tâm
Tiêu chí đánh giá chủ yếu hiện nay tập trung vào kiến thức, kỹ năng và thái độ liên quan đến nội dung học tập, nhưng chưa chú trọng đầy đủ đến khả năng áp dụng kiến thức vào thực tiễn.
- Người dạy thường được toàn quyền trong đánh giá
- Tiêu chí đánh giá dựa vào kết quả
“đầu ra”, quan tâm tới sự tiến bộ của người học, chú trọng khả năng vận dụng kiến thức đã học vào thực tiễn
- Người học được tham gia vào đánh giá lẫn nhau
Về sản phẩm giáo dục
Tri thức người học có được chủ yếu là ghi nhớ, tái hiện
- Do kiến thức có sẵn nên người học phụ thuộc vào Giáo trình/Tài liệu/Sách giáo khoa
- Ít chú ý đến khả năng ứng dụng nên sản phẩm GD là những con người ít năng động, sáng tạo
- Tri thức người học có được là khả năng áp dụng vào thực tiễn
- Phát huy sự tìm tòi nên người học không phụ thuộc vào Giáo trình/Tài liệu/Sách giáo khoa
- Phát huy khả năng ứng dụng nên sản phẩm GD là những con người năng động, tự tin.
Khái quát về thí nghiệm và thí nghiệm ảo trong dạy học Khoa học tự nhiên 15 1 Thí nghiệm
Theo Klaus (từ điển triết học - Leipig 1976), thí nghiệm (TN) là phương pháp mà con người tác động một cách có ý thức và hệ thống lên các sự vật và hiện tượng trong một điều kiện nhất định.
Theo Đào Duy Ninh, thí nghiệm là phương pháp thu thập thông tin bằng cách chủ động tác động lên sự vật hiện tượng trong các điều kiện được kiểm soát, từ đó thu được dữ liệu chính xác về ảnh hưởng của những tác động đó Dựa trên kết quả từ nhiều lần thí nghiệm trong cùng một điều kiện, người ta tiến hành quy nạp và khái quát hóa để xác định hoặc xác nhận các thuộc tính và quy luật bản chất của sự vật hiện tượng được nghiên cứu.
Theo Đình Quang Bảo, thí nghiệm là phương pháp nghiên cứu các đối tượng và hiện tượng trong điều kiện nhân tạo Trong bối cảnh tự nhiên, nhà nghiên cứu chỉ tập trung vào một số yếu tố riêng biệt để khảo sát ảnh hưởng của chúng Thí nghiệm đóng vai trò quan trọng trong nghiên cứu sinh học và thường được áp dụng trong giảng dạy môn Sinh học.
Thí nghiệm là các thử nghiệm được thực hiện trong điều kiện được kiểm soát, nhằm đánh giá tác động của những yếu tố khác nhau Các chỉ số trong thí nghiệm sẽ được theo dõi và ghi chép cẩn thận để phục vụ cho việc phân tích, kiểm chứng và khám phá kiến thức sau khi hoàn thành bài học.
Tùy thuộc vào mục đích sử dụng, thí nghiệm có thể được phân loại theo nhiều quan điểm khác nhau Trong nghiên cứu khoa học, thí nghiệm được thực hiện để đánh giá các đối tượng thông qua tác động vào hiện tượng tự nhiên hoặc tạo ra các hiện tượng trong điều kiện khác nhau, từ đó giúp quan sát chính xác hơn và kiểm chứng giả thuyết Các dạng thí nghiệm có thể được chia thành nhiều loại khác nhau.
Thí nghiệm trực tiếp là quá trình thực hiện thí nghiệm ngay trên đối tượng khảo sát hoặc các đối tượng tương tự, hoặc tiến hành các thí nghiệm tương tự trong những điều kiện khác nhau.
Thí nghiệm gián tiếp là phương pháp kiểm chứng giả thuyết khi không thể thực hiện kiểm tra trực tiếp Bằng cách sử dụng phép diễn dịch, các nhà nghiên cứu có thể suy từ giả thuyết để đưa ra những kết quả dự đoán, sau đó tiến hành kiểm tra những kết quả này để xác nhận tính chính xác của giả thuyết ban đầu.
Tùy vảo mục đích của nhà nghiên cứu có thể phân loại thí nghiệm như sau:
Thí nghiệm để xem: là loại thí nghiệm được thực hiện khi chưa có giả thuyết, nhằm đạt được những sự kiện mới mẻ
Thí nghiệm để kiểm chứng: là loại thí nghiệm được thực hiện sau khi có giả thuyết nhằm kiểm tra giả thuyết đó đúng hoặc sai
Thí nghiệm đổi chứng là một phương pháp nghiên cứu được thực hiện song song với thí nghiệm chứng minh, với sự khác biệt ở một hợp phần hoặc điều kiện tham gia thí nghiệm Mục tiêu của thí nghiệm này là so sánh và rút ra những sai khác có thể tin cậy, từ đó cho phép lặp lại để đạt được kết quả tương tự.
Trong quá trình dạy học, dựa vảo cách thức sử dụng mà có thể phân loại thí nghiệm thành các dạng sau:
Thí nghiệm trực quan là nhóm phương pháp nghiên cứu sử dụng các công cụ trực quan như băng hình, video khoa học, thí nghiệm ảo và thí nghiệm mô phỏng Những phương pháp này không chỉ giúp cung cấp tri thức mới mà còn chứng minh và minh họa cho các nội dung học thuật.
Thí nghiệm thực hành là quá trình mà học sinh tự mình quan sát và thực hiện các thí nghiệm, từ đó tìm hiểu mối quan hệ giữa cấu trúc và chức năng, bản chất và hiện tượng, cũng như nguyên nhân và kết quả Qua đó, học sinh không chỉ nắm vững tri thức mà còn phát triển tư duy sáng tạo Thí nghiệm thực hành có thể được chia thành hai loại: thí nghiệm thực hành nghiên cứu để hình thành kiến thức mới và thí nghiệm thực hành củng cố nhằm hoàn thiện tri thức và rèn luyện kỹ năng.
1.3.1.3 Vai trò của thí nghiệm
Trong quá trình thí nghiệm và thực hành, kiến thức lý thuyết mà học sinh tiếp thu trên lớp trở nên sinh động và rõ ràng hơn Điều này giúp học sinh nhận thức được bản chất và khả năng của kiến thức, từ đó thấy rõ vị trí và vai trò của từng kiến thức khi áp dụng vào thực tiễn.
Khi học sinh tiếp xúc với thực tiễn, sự hứng thú của các em được kích thích, giúp tư duy của học sinh phát triển trước những tình huống mới Điều này buộc các em phải suy nghĩ, tìm tòi và sáng tạo, từ đó gia tăng hoạt động độc lập trong nhận thức.
Thí nghiệm đóng vai trò quan trọng trong việc kết nối lý thuyết với thực tiễn, giúp học sinh phát triển kỹ năng thực hành và tư duy kỹ thuật.
Thông qua hoạt động thực hành và thí nghiệm, học sinh có cơ hội hiện thực hóa kiến thức lý thuyết, làm cho chúng trở nên gần gũi và thiết thực hơn Việc tự mình tiến hành các thí nghiệm và tìm hiểu bản chất của sự vật, hiện tượng giúp học sinh có được hiểu biết sâu sắc về các vấn đề khoa học và thực tiễn Những yêu cầu nghiêm ngặt trong quá trình thực hiện thí nghiệm còn giúp hình thành phẩm chất tốt đẹp và tư duy kỹ thuật cho học sinh.
Thí nghiệm đóng vai trò quan trọng trong việc giúp học sinh hiểu sâu bản chất của các hiện tượng và quá trình trong môn Khoa học Tự nhiên Vì các hiện tượng thường xảy ra đồng thời và có mối quan hệ phức tạp, việc tổ chức thí nghiệm cho phép học sinh chủ động đề xuất giả thuyết, tách biệt từng hiện tượng để nghiên cứu một cách đơn giản hơn Qua đó, học sinh có thể đặt các hiện tượng vào hệ thống vốn có của sự vật, từ đó đạt được nhận thức đầy đủ về các quy luật và mối quan hệ nhân quả.
Mô hình 5E
Mô hình 5E là một phương pháp dạy học dựa trên thuyết kiến tạo, bao gồm năm giai đoạn quan trọng: Engage (tạo hứng thú), Explore (khám phá), Explain (giải thích), Elaborate (mở rộng), và Evaluate (đánh giá) (Lakenna Chitman, Kathy Kopp, 2013) Mô hình này giúp học sinh tham gia tích cực vào quá trình học tập và phát triển khả năng tư duy phản biện.
Mô hình dạy học 5E này gồm 5 giai đoạn và có những đặc điểm chính như sau:
Giai đoạn 1: Tạo hứng thú (Engage)
Giáo viên dựa vào kiến thức sẵn có của học sinh để hướng dẫn họ hình thành khái niệm mới thông qua các hoạt động ngắn, nhằm thúc đẩy sự tò mò và khơi dậy kiến thức đã có Hoạt động này kết nối kinh nghiệm trước đây với hiện tại, giúp học sinh nhận diện và phản ánh quan niệm trước đó Giai đoạn này không chỉ kích thích sự quan tâm của học sinh mà còn dẫn dắt họ vào bài học một cách hiệu quả.
Giai đoạn 2: Khám phá (Explore)
Trải nghiệm khám phá giúp học sinh nhận diện và bộc lộ những quan niệm sai lầm của mình, khuyến khích sự trao đổi và thảo luận giữa các em Qua đó, học sinh đề xuất giả thuyết, thu thập thông tin và tìm kiếm bằng chứng Họ cũng xây dựng kế hoạch hành động để kiểm chứng các giả thuyết ban đầu, từ đó rút ra các kết luận mang tính khoa học.
Giai đoạn 3: Giải thích (Explain)
Học sinh (HS) tiến hành giải thích và chứng minh sự hiểu biết của mình về vấn đề thông qua những khám phá mới, dựa trên kinh nghiệm cá nhân, quan sát, thu thập dữ liệu và kết quả từ thực hành thí nghiệm trong giai đoạn khám phá Sau khi trao đổi thông tin với các thành viên trong nhóm, HS trình bày ý kiến trước lớp Giáo viên (GV) sau đó định hướng và điều chỉnh câu trả lời của HS bằng các thuật ngữ và khái niệm chính xác, đồng thời giải thích rõ ràng để HS hiểu sâu hơn về vấn đề Cuối cùng, GV có thể khẳng định lại kiến thức mới để HS ghi nhớ thông tin lâu dài.
Giai đoạn 4: Mở rộng/ Vận dụng (Extend/Elaborate)
Trong giai đoạn này, giáo viên tạo điều kiện cho học sinh áp dụng kiến thức đã học để giải quyết các tình huống trong học tập và thực tiễn Học sinh được khuyến khích thực hành và vận dụng kiến thức từ giai đoạn khám phá và giải thích, giúp họ làm chủ kiến thức sâu sắc hơn Điều này không chỉ nâng cao kỹ năng mà còn cho phép học sinh áp dụng kiến thức vào nhiều tình huống và hoàn cảnh khác nhau.
Giai đoạn 5: Đánh giá (Evaluate) là một phần quan trọng trong quá trình dạy và học, diễn ra liên tục Học sinh (HS) thực hiện việc tự đánh giá kiến thức và năng lực của bản thân, trong khi giáo viên (GV) đánh giá sự tiến bộ của HS dựa trên các mục tiêu đã đề ra.
Các bước của mô hình 5E có thể được tóm tắt theo sơ đồ của Duran (Duran, L.B & Duran, E, 2004):
Hình 1.3 Mô hình dạy học 5E (5E instructional model) 1.4.3 Hiệu quả của mô hình 5E
Mô hình 5E cung cấp cho giáo viên một cái nhìn toàn diện và hệ thống, hỗ trợ trong việc triển khai nội dung đa dạng Trong dạy học các môn khoa học, kỹ thuật và công nghệ, việc thực hiện các hoạt động thực hành và thí nghiệm là cần thiết Hơn nữa, mô hình này còn tạo điều kiện cho việc phát triển các kỹ năng tư duy như giải quyết vấn đề, ra quyết định và tư duy phản biện Do đó, áp dụng mô hình 5E sẽ mang lại nhiều lợi ích cho quá trình dạy và học.
Engage (Tạo hứng thú) cho GV tìm được trọng tâm của bài học và dẫn dắt HS tiến hành được các bước một cách có hệ thống
Mô hình 5E không chỉ nâng cao kết quả học tập mà còn duy trì sự kết nối giữa các bài học khoa học Phương pháp này giúp học sinh dễ dàng liên hệ kiến thức mới với những gì đã học trước đó.
1.4.4 Một số lưu ý khi sử dụng mô hình 5E
Mô hình 5E mang lại hiệu quả cao nhất khi học sinh tiếp xúc với khái niệm mới, giúp họ trải nghiệm một quá trình học tập toàn diện Theo Rodger W Bybee, đồng tác giả của mô hình, nó nên được áp dụng trong khoảng thời gian từ hai đến ba tuần, trong đó mỗi giai đoạn tạo nền tảng cho một hoặc nhiều bài học riêng lẻ.
Mô hình 5E, được xây dựng trên lý thuyết kiến tạo, cần được áp dụng một cách liên tục trong các bài học để duy trì tính gắn kết và khả năng cấu trúc khái niệm của học sinh Việc nhảy cóc, bỏ qua hoặc tự ý thay đổi các bước trong mô hình 5E có thể dẫn đến việc học trở nên khó hiểu, thiếu mạch lạc và giảm sự liên kết giữa các nội dung Tuy nhiên, bước đánh giá có thể được lồng ghép vào các hoạt động trước đó mà không làm ảnh hưởng đến hiệu quả dạy học.
Mối quan hệ giữa thí nghiệm ảo và mô hình 5E trong dạy học Khoa học tự nhiên theo hướng phát triển năng lực tìm hiểu tự nhiên và năng lực nhận thức
Mô hình dạy học 5E cung cấp nhiều cơ hội cho học sinh phát triển năng lực nhận thức về Khoa học Tự nhiên và khám phá thế giới tự nhiên Mỗi giai đoạn của mô hình này đều đóng vai trò quan trọng trong việc khuyến khích sự tò mò và khả năng tư duy của học sinh.
Giai đoạn “Kết nối” là yếu tố quyết định trong việc kích thích động cơ học tập của học sinh, yêu cầu giáo viên khảo sát kiến thức sẵn có và tổ chức các hoạt động ngắn để tạo động lực Tiếp theo, ở giai đoạn “Khám phá”, học sinh được khuyến khích tự tìm hiểu kiến thức liên quan đến bài học, phát triển năng lực thực hành thí nghiệm và giải quyết vấn đề Giáo viên nên tổ chức cho học sinh làm việc nhóm, lập kế hoạch thực hiện thí nghiệm để hiểu rõ bản chất vấn đề và cải thiện khả năng giao tiếp Để đạt hiệu quả cao, quy trình cần bao gồm dự đoán giả thuyết, thiết kế phương án tìm hiểu, lập kế hoạch và thực hiện Việc sử dụng thí nghiệm ảo sẽ giúp học sinh chiếm lĩnh tri thức, phát triển khả năng quan sát, ghi chép kết quả và viết báo cáo, từ đó nâng cao năng lực nhận thức khoa học tự nhiên của các em.
Ở giai đoạn "Giải thích", học sinh trình bày kết quả nghiên cứu từ hoạt động "Khám phá" và so sánh với kết quả của bạn bè Giáo viên cần tổ chức cho học sinh báo cáo và giải thích các kết quả tự tìm hiểu, đồng thời khuyến khích sự phản hồi từ cả lớp Cuối cùng, giáo viên sẽ nhận xét và chuẩn hóa các kiến thức mới cho học sinh.
Trong giai đoạn "Củng cố, mở rộng", giáo viên đóng vai trò quan trọng trong việc giúp học sinh khắc sâu kiến thức đã học và áp dụng vào các tình huống mới Để đạt được điều này, giáo viên cần tạo điều kiện cho học sinh sử dụng các thuật ngữ và định nghĩa đã được chuẩn hóa nhằm giải thích các trường hợp tương tự Đồng thời, giáo viên cũng nên đưa ra những vấn đề thực tiễn gần gũi, giúp học sinh vận dụng kiến thức và kỹ năng đã học để giải quyết hiệu quả.
Trong giai đoạn "Đánh giá", giáo viên (GV) và học sinh (HS) tiến hành đánh giá sau quá trình học tập và nghiên cứu GV được khuyến khích tích hợp hoạt động đánh giá liên tục trong suốt quá trình học, giúp HS tự đánh giá kiến thức và kỹ năng của bản thân cũng như của bạn bè Khi HS quan sát thí nghiệm ảo, hoàn thành phiếu học tập, thảo luận và viết báo cáo, GV cần ghi nhận sự phát triển về kiến thức, kỹ năng và thái độ của HS để đánh giá sự tiến bộ của họ.
Mô hình dạy học 5E kết hợp với việc sử dụng thí nghiệm ảo hoàn toàn phù hợp với các biện pháp cần thiết để phát triển năng lực nhận thức khoa học tự nhiên và khả năng khám phá thế giới xung quanh của học sinh.
Cơ sở thực tiễn của đề tài
1.6.1 Mục đích, đối tượng, phương pháp và nội dung điều tra thực trạng
Mục đích: nhằm thu thập số liệu và minh chứng thực tiễn chính xác về các vấn đề liên quan đến đề tài nghiên cứu:
Nghiên cứu nhận thức của giáo viên về việc sử dụng thí nghiệm ảo tại trường THCS là cần thiết để phát triển năng lực nhận thức khoa học tự nhiên cho học sinh Việc áp dụng thí nghiệm ảo không chỉ giúp giáo viên nâng cao phương pháp giảng dạy mà còn tạo điều kiện cho học sinh khám phá và hiểu biết sâu sắc hơn về các hiện tượng tự nhiên trong môn Khoa học tự nhiên.
Nhận thức của học sinh (HS) về việc sử dụng các phương pháp dạy học và thí nghiệm ảo là rất quan trọng trong việc phát triển năng lực nhận thức khoa học tự nhiên (KHTN) và khám phá thế giới tự nhiên Việc áp dụng các phương pháp dạy học hiện đại và thí nghiệm ảo không chỉ giúp HS tiếp cận kiến thức một cách sinh động mà còn nâng cao khả năng tư duy phản biện và sáng tạo Thực trạng hiện nay cho thấy sự cần thiết phải cải thiện và đổi mới các phương pháp dạy học để đáp ứng nhu cầu học tập của HS, đồng thời khuyến khích sự hứng thú và đam mê trong việc tìm hiểu KHTN.
Bài viết này đánh giá thực trạng và cơ sở thực tiễn cho việc sử dụng thí nghiệm ảo nhằm phát triển năng lực nhận thức Khoa học tự nhiên (KHTN) và khám phá tự nhiên cho học sinh lớp 7 trong Chương VII "Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật" theo chương trình giáo dục phổ thông tổng thể môn KHTN 2018 Đối tượng điều tra bao gồm hai nhóm chính: giáo viên dạy bộ môn KHTN và học sinh lớp 7.
Phương pháp điều tra sử dụng sự kết hợp của nhiều phương pháp khác nhau Chúng tôi thiết kế phiếu điều tra cho giáo viên (GV) thông qua Google Forms, dựa trên các nội dung cần khảo sát, nhằm thu thập kết quả một cách hiệu quả.
Quan sát: Thu thập những thông tin bổ trợ cần thiết đảm bảo cho việc đánh giá chính xác, khách quan và kiểm nghiệm các kết quả điều tra
Dự giờ là hoạt động quan trọng nhằm thu thập thông tin về việc sử dụng thí nghiệm ảo trong việc phát triển năng lực nhận thức Khoa học Tự nhiên (KHTN) cho học sinh Hoạt động này tập trung vào Chương VII "Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật" trong chương trình giáo dục phổ thông tổng thể môn KHTN lớp 7, giúp giáo viên hiểu rõ hơn về hiệu quả của phương pháp giảng dạy hiện đại.
Phỏng vấn: Tiến hành trao đổi, phỏng vấn các GV giảng dạy môn KHTN nhằm thu thập những thông tin, bổ sung dữ liệu cho kết luận nghiên cứu
- Về phía GV, chúng tôi tập trung về các vấn đề sau:
Mức độ hiểu biết của giáo viên về thí nghiệm ảo và mô hình 5E ảnh hưởng đến hiệu quả giảng dạy Các phương pháp dạy học mà giáo viên thường sử dụng có thể được cải thiện khi áp dụng thí nghiệm ảo Việc sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học theo mô hình 5E có tính khả thi cao, đặc biệt trong Chương VII “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật”.
Thực trạng về việc sử dụng thí nghiệm ảo và thiết kế KHBD theo mô hình 5E của
GV giảng dạy môn KHTN
- Về phía HS, tập trung khảo sát về một số vấn đề:
Thái độ, tinh thần, nhận thức và mức độ hứng thú của HS đối với các phương pháp giảng dạy của GV KHTN
1.6.2.1 Kết quả điều tra giáo viên
Sau khi áp dụng các phương pháp điều tra thực trạng, chúng tôi đã phân tích và đánh giá kết quả liên quan đến mức độ sử dụng thí nghiệm ảo trong giảng dạy Chương VII “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật” Chương trình giáo dục phổ thông 2018 đã nhấn mạnh tầm quan trọng của việc phát triển năng lực khoa học tự nhiên cho học sinh, tuy nhiên, việc triển khai vẫn gặp nhiều khó khăn và chưa được thực hiện rộng rãi Để đáp ứng yêu cầu đổi mới của chương trình giáo dục, việc áp dụng thí nghiệm ảo là cần thiết nhằm nâng cao chất lượng giảng dạy và học tập.
Việc phát triển năng lực nhận thức Khoa học Tự nhiên (KHTN) và khám phá thế giới tự nhiên cho học sinh là rất quan trọng Do đó, đánh giá của giáo viên về hoạt động sử dụng thí nghiệm ảo trong việc nâng cao năng lực này trong dạy học Chương VII "Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật" - KHTN 7, theo chương trình giáo dục phổ thông 2018, đóng vai trò thực tiễn và cần thiết.
Sau khi điều tra là thu thập thông tin từ GV, kết quả điều tra như sau:
Khi khảo sát về mức độ áp dụng các phương pháp dạy học, phần lớn giáo viên vẫn ưu tiên sử dụng các phương pháp truyền thống như thuyết trình, hỏi đáp và trực quan trong quá trình giảng dạy Thông tin chi tiết được thể hiện rõ trong bảng số liệu.
Bảng 1.2 Kết quả khảo sát mức độ sử dụng các phương pháp dạy học
SL % SL % SL % SL % SL %
Các phương pháp truyền thống như: 7 21.88
% 0 0% thuyết trình, hỏi đáp, trực quan
Phương pháp dạy học nêu vấn đề 4 12.5
% Phương pháp dạy học khám phá 2 6.25
% Phương pháp dạy học thực hành (thực hành quan sát, thực hành thí nghiệm)
Phương pháp bàn tay nặn bột 0 0% 2 6.25
Hình 1.4 Biểu đồ kết quả khảo sát mức độ sử dụng các phương pháp dạy học
- Mức độ rèn luyện kỹ năng năng lực cho học sinh đưa ra nhiều kết quả Trong đó,
GV chủ yếu hướng đến phát triển NL nhận thức KHTN; tìm hiểu tự nhiên và các năng
Các phương pháp truyền thống như: thuyết trình, hỏi đáp, trực quan
Phương pháp dạy học nêu vấn đề
Phương pháp dạy học khám phá
Phương pháp dạy học thực hành (thực hành quan sát, thực hành thí nghiệm)
Phương pháp bàn tay nặn bột Dạy học dự án
Giao tiếp và hợp tác là những yếu tố quan trọng trong việc phát triển khả năng tự chủ và tự học Tần suất thực hiện các hoạt động này được phân loại thành các mức độ: rất thường xuyên, thường xuyên, thỉnh thoảng, hiếm khi và không bao giờ Các số liệu cụ thể được trình bày trong bảng để minh họa rõ hơn về sự phân bố này.
Bảng 1.3 Bảng kết quả khảo sát mức độ rèn luyện kĩ năng/năng lực cho HS
SL % SL % SL % SL % SL %
1 Tự chủ và tự học
2 Hợp tác và giao tiếp 7 21.88
3 Giải quyết vấn đề và sáng tạo 3 9.38
4 Nhận thức kiến thức KHTN
(Trình bày, liệt kê, mô tả, phân loại, phân tích, so sánh, giải thích sự vật, hiện tượng…)
5 Tìm hiểu thế giới tự nhiên Đề xuất vấn đề liên quan đến thế giới sống
% Đưa ra phán đoán và xây dựng
Lập kế hoạch thực hiện
Viết, trình bày báo cáo và thảo luận
7 Vận dụng kiến thức, kĩ năng vào thực tiễn
Có hành vi, thái độ thích hợp
Hình 1.5 Biểu đồ kết quả khảo sát mức độ rèn luyện kĩ năng/năng lực cho HS
Bảng 1.4 Kết quả khảo sát mức độ sử dụng thí nghiệm ảo và mô hình 5E trong dạy học KHTN
SL % SL % SL % SL % SL %
Rất thường xuyên Thường xuyên Thỉnh thoảng Hiếm khi Không bao giờ
Hình 1.6 Biểu đồ kết quả khảo sát mức độ sử dụng thí nghiệm ảo và mô hình 5E trong dạy học KHTN
Theo dữ liệu và biểu đồ, việc sử dụng thí nghiệm ảo trong giảng dạy của giáo viên còn hạn chế, và mô hình 5E chưa được áp dụng rộng rãi trong cộng đồng giáo dục.
Đánh giá khả thi của việc sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học môn KHTN theo mô hình 5E cho thấy đa số giáo viên đều nhận định rằng phương pháp này có thể áp dụng hiệu quả trong giảng dạy.
Bảng 1.5 Kết quả đánh giá mức độ khả thi của việc sự dụng thí nghiệm ảo trong dạy học môn KHTN theo 5E
(Không thể áp dụng được) Ít khả thi
(Có thể dụng nhưng gặp nhiều trở ngại)
(Có thể áp dụng, nhưng gặp một số trở ngại nhất định, có thể điều chỉnh được)
(Có thể áp dụng được, nhưng gặp trở ngại, có thể điều chỉnh ngay)
(Có thể áp dụng mà không gặp trở ngại)
SL % SL % SL % SL % SL %
Thường xuyên Thỉnh thoảng Hiếm khi Không bao giờThí nghiệm ảo Mô hình 5E
GV cũng đưa ra những khó khăn mà HS gặp phải khi học môn KHTN, ý kiến cụ thể được trình bày trong bảng sau:
Bảng 1.6 Kết quả đánh giá khó khăn của HS khi học môn KHTN
Khoa học tự nhiên mang yếu tố trừu tượng cao, học sinh khó hình dung, tưởng tượng 13 40.63%
Thiếu đồ dùng dạy học Khoa học tự nhiên 9 28.13% Học sinh còn mơ hồ về các khái niệm, hiện tượng tự nhiên 17 53.13%
Nội dung chưa phong phú và gần gũi với thực tế cuộc sống 7 21.88%
Khác (chương trình đổi mới, số lượng HS đông, GV chưa tiếp cận các phương pháp hiện đại vào dạy học) 3 9.38%
Dựa trên những khó khăn đã nêu, giáo viên đã đưa ra các biện pháp nhằm khắc phục những thách thức trong việc dạy và học môn Khoa học Tự nhiên Các ý kiến cụ thể được trình bày chi tiết trong bảng dưới đây.
Bảng 1.7 Kết quả đề xuất biện pháp giải quyết những khó khăn khi dạy và học môn KHTN
Lựa chọn thí nghiệm ảo phù hợp với bài học 6 18.75% Thiết kế lại nội dung và thời lượng giảng dạy cho môn KHTN 15 46.88%
Bồi dưỡng giáo viên về các phương pháp dạy học nhằm nâng cao năng lực Khoa học Tự nhiên cho học sinh là rất quan trọng Việc áp dụng các phương pháp dạy học tích cực, đặc biệt là mô hình 5E, sẽ giúp cải thiện hiệu quả giảng dạy và khuyến khích sự tham gia của học sinh trong quá trình học tập.
Khác (Sử dụng nhiều phương tiện trực quan, tổ chức hoạt động tìm hiểu thế giới sống, nhiều ví dụ thực tiễn)
Kết quả điều tra cho thấy việc sử dụng thí nghiệm ảo trong dạy học môn KHTN và thiết kế KHBD theo mô hình 5E chưa được phổ biến rộng rãi Tuy nhiên, giáo viên đánh giá cao tính khả thi của việc áp dụng thí nghiệm ảo trong giảng dạy Chương VII “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật” - KHTN 7 Đồng thời, giáo viên cũng chỉ ra những khó khăn mà học sinh gặp phải khi học môn KHTN và đề xuất các biện pháp giải quyết những vấn đề này.
1.6.2.2 Kết quả điều tra học sinh
Chúng tôi đã tiến hành khảo sát ở 89 em HS thuộc khối lớp 7 Trường THCS Nguyễn Bỉnh Khiêm
Kết quả về tình hình GV sử dụng phương pháp để tổ chức dạy học cho HS tìm hểu kiến thức ở môn KHTN được trình bày trong bảng sau:
Bảng 1.8 Kết quả khảo sát mức độ sử dụng phương pháp để tổ chức dạy học môn KHTN
SL % SL % SL % SL % SL %
Thông báo ngay đến học sinh nội dung kiến thức cần tìm hiểu, rồi sau đó mới giải thích, làm rõ
Cho học sinh đọc nội dung SGK và trả lời các câu hỏi
Cung cấp cho HS tài liệu, yêu cầu HS tự tìm hiểu
GV tạo ra tình huống có vấn đề, yêu cầu
HS giải quyết từng vấn đề
Hình 1.7 Biểu đồ kết quả khảo sát mức độ sử dụng phương pháp để tổ chức dạy học môn KHTN
THIẾT KẾ HOẠT ĐỘNG GIẢNG DẠY CÓ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM ẢO THEO HƯỚNG TIẾP CẬN MÔ HÌNH 5E NHẰM PHÁT TRIỂN NĂNG LỰC NHẬN THỨC KHOA HỌC TỰ NHIÊN VÀ TÌM HIỂU TỰ NHIÊN
Chương VII: “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật” nằm ở phần đầu chủ đề Vật sống của Chương trình KHTN 7 THCS Ở chương trình KHTN 7, Chương VII: “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật” chiếm 23% tổng lượng thời gian 1 năm học, tương ứng 32,2 tiết/1 năm Theo đó, bộ sách Kết nối tri thức KHTN 7 được phân phối thành 28 tiết với 11 Bài; bộ sách Chân trời sáng tạo KHTN 7 được phân phối thành 34 tiết với 10 Bài và tiết ôn tập cuối chương; bộ sách Cánh diều được phân phối thành 32 tiết với 10 bài Nhiệm vụ của chương là nghiên cứu các khái niệm, quá trình trao đổi chất, quang hợp, hô hấp, trao đổi khí ở sinh vật và vận dụng hiểu biết về quang hợp và hô hấp trong thực tiễn
Bảng 2.1 Yêu cầu cần đạt Chương VII: “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật”
Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật
Khái quát về trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng
Phát biểu được khái niệm trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng
Nêu được vai trò trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng trong cơ thể
Quang hợp ở thực vật là quá trình quan trọng diễn ra trong tế bào lá cây, nơi lá đóng vai trò chủ đạo trong việc chuyển đổi năng lượng ánh sáng thành năng lượng hóa học Quá trình này sử dụng nguyên liệu chính là ánh sáng mặt trời, nước và carbon dioxide, và sản phẩm cuối cùng là glucose và oxy Phương trình quang hợp có thể được viết dưới dạng chữ như sau: 6CO2 + 6H2O + ánh sáng → C6H12O6 + 6O2 Sơ đồ diễn tả quá trình quang hợp ở lá cây cho thấy mối quan hệ chặt chẽ giữa trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng, nhấn mạnh tầm quan trọng của quang hợp trong hệ sinh thái.
Một số yếu tố ảnh hưởng đến quang hợp
Việc áp dụng kiến thức về quang hợp giúp chúng ta nhận thức rõ ràng về tầm quan trọng của việc trồng và bảo vệ cây xanh trong môi trường sống Cây xanh không chỉ cung cấp oxy mà còn đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì cân bằng sinh thái Một số yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến quá trình quang hợp bao gồm ánh sáng, nhiệt độ, nồng độ carbon dioxide và nước Những yếu tố này cần được tối ưu hóa để cây phát triển khỏe mạnh, từ đó nâng cao hiệu quả quang hợp và bảo vệ môi trường.
Thực hành: Chứng minh quang hợp ở cây xanh
Tiến hành được thí nghiệm chứng minh quang hợp ở cây xanh
Hô hấp tế bào là quá trình chuyển hóa năng lượng diễn ra trong tế bào của cả thực vật và động vật Quá trình này bao gồm hai giai đoạn chính: tổng hợp và phân giải Khái niệm hô hấp tế bào liên quan đến việc sử dụng glucose và oxy để sản xuất năng lượng, carbon dioxide và nước Phương trình hô hấp tế bào có thể được biểu diễn dưới dạng chữ như sau: Glucose + Oxy ↔ Năng lượng + Carbon dioxide + Nước.
Một số yếu tố ảnh hưởng đến hô hấp tế bào
Hô hấp tế bào đóng vai trò quan trọng trong nhiều ứng dụng thực tiễn, chẳng hạn như việc bảo quản hạt bằng cách phơi khô để giảm độ ẩm, từ đó ngăn chặn quá trình hô hấp và kéo dài thời gian bảo quản Một số yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến hô hấp tế bào bao gồm nhiệt độ, độ ẩm, và nồng độ oxy, những yếu tố này có thể làm tăng hoặc giảm hiệu suất hô hấp, ảnh hưởng đến sự sống và phát triển của tế bào.
Thực hành: Hô hấp ở thực vật
Tiến hành được thí nghiệm về hô hấp tế bào ở thực vật thông qua sự nảy mầm của hạt
Trao đổi khí ở sinh vật Sử dụng hình ảnh để mô tả được quá trình trao đổi khí qua khí khổng của lá
Dựa vào hình vẽ mô tả được cấu tạo khí khổng, nêu được chức năng của khí khổng
Dựa vào sơ đồ khái quát mô tả được con đường đi của khí qua các cơ quan của hệ hô hấp ở động vật (ví dụ ở người)
Vai trò của nước và chất dinh dưỡng đối với sinh vật
Nêu được vai trò của nước và các chất dinh dưỡng đối với cơ thể sinh vật
Dựa vào sơ đồ (hoặc mô hình) nêu được thành phần hoá học và cấu trúc, tính chất của nước
Trao đổi nước và chất dinh dưỡng ở thực vật
Cây hấp thụ nước và khoáng từ môi trường bên ngoài thông qua lông hút, sau đó vận chuyển chúng vào rễ, tiếp tục lên thân cây và cuối cùng tới lá Sơ đồ đơn giản mô tả rõ ràng quá trình này, giúp hiểu rõ hơn về cách thức cây lấy dưỡng chất để phát triển.
Dựa vào sơ đồ và hình ảnh, có thể phân biệt rõ ràng sự vận chuyển các chất trong mạch gỗ, diễn ra từ rễ lên lá cây (dòng đi lên), và từ lá xuống các cơ quan trong mạch rây (dòng đi xuống).
Vai trò thoát hơi nước ở lá rất quan trọng, giúp duy trì cân bằng nước trong cây và điều chỉnh nhiệt độ Quá trình này liên quan đến hoạt động đóng, mở khí khổng, cho phép cây kiểm soát lượng nước mất đi Một số yếu tố chủ yếu ảnh hưởng đến trao đổi nước và chất dinh dưỡng ở thực vật bao gồm độ ẩm không khí, ánh sáng, nhiệt độ và sự hiện diện của các chất dinh dưỡng trong đất Những yếu tố này đều có tác động lớn đến sự phát triển và sinh trưởng của cây.
Vận dụng kiến thức về trao đổi chất và chuyển hoá năng lượng ở thực vật giúp giải thích tầm quan trọng của việc tưới nước và bón phân hợp lý cho cây trồng Đồng thời, việc hiểu rõ quá trình trao đổi nước và chất dinh dưỡng ở động vật cũng đóng vai trò quan trọng trong việc duy trì sức khỏe và phát triển bền vững của hệ sinh thái.
Trình bày được con đường trao đổi nước và nhu cầu sử dụng nước ở động vật (lấy ví dụ ở người);
Sơ đồ khái quát về con đường thu nhận và tiêu hóa thức ăn trong ống tiêu hóa ở động vật, đặc biệt là ở con người, cho thấy quá trình từ khi thức ăn được đưa vào miệng, qua thực quản, đến dạ dày và ruột non, nơi diễn ra quá trình tiêu hóa và hấp thụ dinh dưỡng Sau đó, các chất thải sẽ được đưa đến ruột già và cuối cùng thải ra ngoài Mô hình này giúp hiểu rõ hơn về chức năng của từng bộ phận trong hệ tiêu hóa và tầm quan trọng của chúng trong việc duy trì sức khỏe.
Quá trình vận chuyển các chất ở động vật có thể được mô tả thông qua việc quan sát tranh, ảnh, mô hình và học liệu điện tử, với ví dụ cụ thể là hai vòng tuần hoàn ở người Hiểu biết về trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở động vật có thể áp dụng vào thực tiễn, chẳng hạn như trong dinh dưỡng và vệ sinh ăn uống, nhằm nâng cao sức khỏe và chất lượng cuộc sống.
Thực hành: Chứng minh thân vận chuyển nước và lá thoát hơi nước
Thí nghiệm chứng minh quá trình vận chuyển nước và thoát hơi nước ở lá là một phần quan trọng trong giáo dục Đối với bộ sách Kết nối tri thức và Chân trời sáng tạo, các bài thực hành thí nghiệm được tách riêng và đặt sau mỗi bài học lý thuyết Trong khi đó, bộ sách Cánh diều lại lồng ghép các bài thực hành vào các tiết học lý thuyết mà không tách biệt Dù có cách tiếp cận khác nhau, cả ba bộ sách đều đưa các thí nghiệm vào sau lý thuyết, nhằm kiểm chứng và củng cố kiến thức cho học sinh Những thí nghiệm này không chỉ giúp củng cố kiến thức mà còn là nguồn thông tin quý giá cho quá trình học tập.
HS phát hiện ra tri thức thông qua các thí nghiệm ảo, giúp hình thành kiến thức mới Ví dụ, trong bài “Trao đổi nước và chất dinh dưỡng ở thực vật,” hai thí nghiệm “chứng minh thân vận chuyển nước” và “lá thoát hơi nước” có thể được thực hiện bằng hình thức ảo, góp phần vào việc tổ chức và phát triển hiểu biết mới cho học sinh.
Hô hấp tế bào ở thực vật qua sự nảy mầm của hạt có thể được mô phỏng bằng thí nghiệm ảo, giúp học sinh quan sát và phát hiện tri thức mới Kết quả thiết kế khoa học và bài dạy sẽ được trình bày chi tiết trong phần sau.
Dựa trên các phân tích đã trình bày, có thể kết luận rằng hệ thống thí nghiệm ảo có thể được áp dụng hiệu quả trong việc hình thành kiến thức mới, đặc biệt trong Chương VII về "Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật."
Bảng 2.2 Bảng nội dung kiến thức và thí nghiệm ảo tương ứng trong Chương
VII: “Trao đổi chất và chuyển hóa năng lượng ở sinh vật”