Vận dụng sáng tạo trong dạy học chủ đề “ph và môi trường” – hoá học 11 THPT theo định hướng giáo dục STEM

VẬN DỤNG SÁNG TẠO TRONG DẠY HỌC CHỦ ĐỀ pH VÀ MƠI TRƯỜNG - HỐ HỌC 11 THPT THEO ĐỊNH HƯỚNG GIÁO DỤC STEM MỤC LỤC PHẦN I ĐẶT VẤN ĐỀ I Lí chọn đề tài: Giáo dục STEM trở thành xu hướng giáo dục mang tính tất yếu giới Hình thức giáo dục đóng vai trị địn bẩy để thực mục tiêu giáo dục lực cho công dân tương lai đáp ứng nhu cầu khoa học công nghệ 4.0 kỉ XXI Việt Nam trọng triển khai giáo dục STEM chương trình giáo dục phổ thông, giúp học sinh hướng tới hoạt động trải nghiệm vận dụng kiến thức để tạo sản phẩm giải vấn đề thực tế sống Đặc biệt, thị số 16/CT-TTg ngày 04 tháng năm 2017 định số 522/QĐ-TTg ngày 14 tháng năm 2018 Thủ tướng Chính phủ yêu cầu tăng cường lực tiếp cận cách mạng công nghiệp lần thứ tư, thúc đẩy triển khai giáo dục khoa học, công nghệ, kĩ thuật tốn học chương trình giáo dục phổ thơng, tổ chức hoạt động giáo dục tích hợp khoa học - cơng nghệ - kĩ thuật - tốn phù hợp với xu hướng nghành nghề quốc gia, đáp ứng thị trường lao động, chuẩn bị điều kiện đào tạo nhân lực đáp ứng yêu cầu cách mạng công nghiệp lần thứ IV Thuốc thử axit - bazơ chủ đề “pH môi trường” chương trình Hóa học vơ lớp 11 chủ đề quan trọng chương trình hố học phổ thơng Việc sử dụng thuốc thử sẵn có đơi cho kết khơng xác khơng xác định xác giá trị pH mong muốn Vì việc tìm loại thuốc thử dễ điều chế, có sẵn sống, giúp học sinh trải nghiệm theo định hướng giáo dục STEM, nhằm phát triển lực giải vấn đề cho học sinh nhiệm vụ cần thiết giáo viên hoá học dạy chủ đề 1 Theo nghiên cứu, dịch chiết chất màu từ củ khoai lang tím chứa nhiều anthocyanin có khả đổi màu môi trường pH khác Củ khoai lang tím loại thực phẩm có khắp nơi mùa có, việc điều chế chất thị màu từ củ khoai lang tím hoạt động STEM thích hợp chủ đề “pH mơi trường” hóa học 11 THPT Đã có số đề tài ứng dụng giáo dục STEM vào dự án, chủ đề giảng dạy mơn Hố học như: chun đề dạy học STEM “Hố học kết nối với sống” trường cấp Tơ Hiệu – Hải phịng, hay chủ đề “Ngun tố bí ẩn” ngày hội STEM Đại học khoa học tự nhiên – ĐHQGHN… Dự án “Nghiên cứu chiết tách anthocyanin từ củ khoai lang tím (Impomoea batatas) làm chất thị màu an tồn, phát pH mơi trường” học sinh Nguyễn Lê Mai Linh – THPT Hà Huy Tập thực Tác giả hướng dẫn đạt giải thi học sinh nghiên cứu KHKT cấp Tỉnh giải tư quốc gia thi Học sinh nghiên cứu khoa học kĩ thuật cấp Quốc gia tháng năm 2019 Hà Nội Hiện chưa có dự án hướng dẫn học sinh trải nghiệm điều chế thuốc thử axit bazơ nhằm xác định pH mơi trường từ củ khoai lang tím theo định hướng giáo dục STEM, tơi chọn đề tài: Vận dụng sáng tạo dạy học chủ đề “pH mơi trường” – hố học 11 THPT - theo định hướng giáo dục STEM Mục đích nghiên cứu Với mục tiêu giúp học sinh THPT cụ thể học sinh khối 11 trải nghiệm chủ đề STEM hoá học phần chất thị axit – bazơ thuộc chương Điện li hố học 11 THPT Thơng qua học, việc tổ chức nhiều hoạt động giúp học sinh trải nghiệm thực tế, lôi em giải nhiệm vụ học, tạo hứng thú niềm tin học tập phát triển tư sáng tạo, khả giải vấn đề, khám phá tiềm thân III Đối tượng phạm vi nghiên cứu Đối tượng nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu, tìm hiểu, phân tích đanhs giá thực trạng đề xuất giải pháp dạy học chủ đề chất thị màu Axit – bazơ – hoá học 11 THPT Phạm vi nghiên cứu - Nội dung nghiên cứu: tổ chức dạy học chủ đề “Chế tạo chất thị màu an tồn từ dịch chiết từ củ khoai lang tím (Ipomoea batatas) phát pH môi trường ” theo định hướng giáo dục STEM, bao gồm: nghiên cứu sở lí luận, sở thực tiễn, thiết kế hoạt động chủ đề, đánh giá tính khả thi hiệu hoạt động giáo dục STEM để đa dạng phương pháp dạy học nhà trường - Địa bàn nghiên cứu: Một số học sinh lớp 11 trường THPT Hà Huy Tập, THPT Huỳnh Thúc Kháng, THPT Lê Viết Thuật - Thời gian nghiên cứu: từ tháng 8/2019 đến tháng 2/2020 IV Phương pháp nghiên cứu: Để đạt mục tiêu nghiên cứu, tác giả sử dụng phương pháp nghiên cứu sau: II 2 - Phương pháp nghiên cứu lý thuyết: tác giả đọc phân tích, tổng hợp tài liệu liên quan để xây dựng sở lý luận dự án - Phương pháp thực nghiệm: Cách tiếp cận trình nghiên cứu dự án vận dụng hợp lý kết thực nghiệm mơ hình lý thuyết cơng bố tác giả khác để tối ưu hóa thí nghiệm, phân tích đánh giá kết thu - Phương pháp tốn học: thống kê, xử lí số liệu thống kê PHẦN II NỘI DUNG A CƠ SỞ KHOA HỌC I Giáo dục STEM I.1 Khái niệm STEM STEM thuật ngữ viết tắt từ Science (Khoa học), Technology (Cơng nghệ), Engineering (Kĩ thuật) Mathematics (Tốn học), thường sử dụng bàn đến sách phát triển Khoa học, Công nghệ, Kĩ thuật Toán học quốc gia Sự phát triển Khoa học, Cơng nghệ, Kĩ thuật Tốn học mơ tả chu trình STEM (Hình 1), Science quy trình sáng tạo kiến thức khoa học; Engineering quy trình sử dụng kiến thức khoa học để thiết kế công nghệ nhằm giải vấn đề; Tốn cơng cụ sử dụng để thu nhận kết chia sẻ kết với người khác Science 3 Math Engineering the STEM cycle Knowledge Scientsts: answer questons (Nhà khoa học: Trả lời câu hỏi) Engineers: Solve problems (Kỹ sư: Giải vấn đề) Technology Hình 1: Chu trình STEM (theo https://www.knowatom.com) I.2 Giáo dục STEM Phỏng theo chu trình STEM, giáo dục STEM đặt học sinh trước vấn đề thực tiễn ("công nghệ" tại) cần giải quyết, địi hỏi học sinh phải tìm tịi, chiếm lĩnh kiến thức khoa học vận dụng kiến thức để thiết kế thực giải pháp giải vấn đề ("công nghệ" mới) Như vậy, học STEM đề cập giao cho học sinh giải vấn đề tương đối trọn vẹn, đòi hỏi học sinh phải huy động kiến thức có tìm tịi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng Quá trình địi hỏi học sinh phải thực theo "Quy trình khoa học" (để chiếm lĩnh kiến thức mới) "Quy trình kĩ thuật" để sử dụng kiến thức vào việc thiết kế thực giải pháp ("công nghệ" mới) để giải vấn đề Đây tiếp cận liên môn giáo dục STEM, kiến thức mà học sinh cần phải học để sử dụng học STEM cụ thể thuộc mơn học Như vậy, giáo dục STEM phương thức giáo dục nhằm trang bị cho học sinh kiến thức khoa học gắn liền với ứng dụng chúng thực tiễn, qua phát triển cho học sinh lực phát giải vấn đề với lực khác tương ứng, đáp ứng yêu cầu phát triển kinh tế – xã hội Các mức độ áp dụng giáo dục STEM giáo dục phổ thông sau: a) Dạy học môn học theo phương thức giáo dục STEM Đây hình thức tổ chức giáo dục STEM chủ yếu nhà trường Theo cách này, học, hoạt động giáo dục STEM triển khai q trình dạy học mơn học STEM theo tiếp cận liên môn Các chủ đề, học, hoạt động STEM bám sát chương trình mơn học thành phần Hình thức giáo dục STEM không làm phát sinh thêm thời gian học tập b) Tổ chức hoạt động trải nghiệm STEM Trong hoạt động trải nghiệm STEM, học sinh khám phá ứng dụng khoa học, kỹ thuật thực tiễn đời sống Qua đó, nhận biết ý nghĩa khoa học, cơng nghệ, kỹ thuật tốn học đời sống người, nâng cao hứng thú học tập môn học STEM Đây cách thức để thu hút quan tâm xã hội tới giáo dục STEM Để tổ chức thành công hoạt động trải nghiệm STEM, cần có tham gia, hợp tác bên liên quan trường trung học, sở giáo dục nghề nghiệp, trường đại học, doanh nghiệp Trải nghiệm STEM cịn thực thông qua hợp tác trường trung học với sở giáo dục đại học, giáo dục nghề nghiệp Theo cách này, kết hợp thực tiễn phổ thông với ưu sở vật chất giáo dục đại học giáo dục nghề nghiệp Các trường trung học triển khai giáo dục STEM thơng qua hình thức câu lạc Tham gia câu lạc STEM, học sinh học tập nâng 4 cao trình độ, triển khai dự án nghiên cứu, tìm hiểu ngành nghề thuộc lĩnh vực STEM Đây hoạt động theo sở thích, khiếu học sinh c) Tổ chức hoạt động nghiên cứu khoa học, kĩ thuật Giáo dục STEM triển khai thông qua hoạt động nghiên cứu khoa học tổ chức thi sáng tạo khoa học kỹ thuật Hoạt động khơng mang tính đại trà mà dành cho học sinh có lực, sở thích hứng thú với hoạt động tìm tòi, khám phá khoa học, kỹ thuật giải vấn đề thực tiễn I.3 Vai trò, ý nghĩa giáo dục STEM Việc đưa giáo dục STEM vào trường trung học mang lại nhiều ý nghĩa, phù hợp với định hướng đổi giáo dục phổ thông Cụ thể là: – Đảm bảo giáo dục toàn diện: Triển khai giáo dục STEM nhà trường, bên cạnh môn học quan tâm Toán, Khoa học, lĩnh vực Công nghệ, Kỹ thuật quan tâm, đầu tư tất phương diện đội ngũ giáo viên, chương trình, sở vật chất – Nâng cao hứng thú học tập môn học STEM: Các dự án học tập giáo dục STEM hướng tới việc vận dụng kiến thức liên môn để giải vấn đề thực tiễn, học sinh hoạt động, trải nghiệm thấy ý nghĩa tri thức với sống, nhờ nâng cao hứng thú học tập học sinh – Hình thành phát triển lực, phẩm chất cho học sinh: Khi triển khai dự án học tập STEM, học sinh hợp tác với nhau, chủ động tự lực thực nhiệm vụ học; làm quen hoạt động có tính chất nghiên cứu khoa học Các hoạt động nêu góp phần tích cực vào hình thành phát triển phẩm chất, lực cho học sinh – Kết nối trường học với cộng đồng: Để đảm bảo triển khai hiệu giáo dục STEM, sở giáo dục phổ thông thường kết nối với sở giáo dục nghề nghiệp, đại học địa phương nhằm khai thác nguồn lực người, sở vật chất triển khai hoạt động giáo dục STEM Bên cạnh đó, giáo dục STEM phổ thơng hướng tới giải vấn đề có tính đặc thù địa phương – Hướng nghiệp, phân luồng: Tổ chức tốt giáo dục STEM trường trung học, học sinh trải nghiệm lĩnh vực STEM, đánh giá phù hợp, khiếu, sở thích thân với nghề nghiệp thuộc lĩnh vực STEM II Giáo dục stem trường trung học II.1 Dạy học môn khoa học theo phương thức giáo dục STEM Mỗi học STEM chương trình giáo dục phổ thơng đề cập đến vấn đề tương đối trọn vẹn, đòi hỏi học sinh phải học sử dụng kiến thức thuộc mơn học chương trình để sử dụng vào giải vấn đề Tiến trình học STEM thực theo quy trình kĩ thuật (Hình 2), việc "Nghiên cứu kiến thức nền" (background research) tiến trình dạy học học STEM việc học để chiếm lĩnh nội dung kiến thức chương trình giáo dục phổ thông tương ứng với vấn đề cần giải học, học sinh người chủ động nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu bổ trợ, tiến hành thí nghiệm theo chương trình học (nếu có) hướng dẫn giáo viên; vận dụng kiến thức học để đề xuất, lựa chọn giải pháp giải vấn đề; thực hành thiết kế, chế tạo, thử nghiệm mẫu; chia sẻ, thảo 5 luận, điều chỉnh thiết kế Thơng qua q trình học tập đó, học sinh rèn luyện nhiều kĩ để phát triển phẩm chất, lực Xác định vấn đề Nghiên cứu kiến thức Tốn Lý Hóa Sinh Tin CN (Nội dung dạy học theo chương trình xếp lại phù hợp) Đề xuất giải pháp/bản thiết kế Lựa chọn giải pháp/bản thiết kế Chế tạo mơ hình (nguyên mẫu) Thử nghiệm đánh giá Chia sẻ thảo luận Điều chỉnh thiết kế Hình 2: Tiến trình học STEM Tiến trình học STEM tuân theo quy trình kĩ thuật nêu "bước" quy trình khơng thực cách tuyến tính (hết bước sang bước kia) mà có bước thực song hành, tương hỗ lẫn Cụ thể việc "Nghiên cứu kiến thức nền" thực đồng thời với "Đề xuất giải pháp"; "Chế tạo mơ hình" thực đồng thời với "Thử nghiệm đánh giá", bước vừa mục tiêu vừa điều kiện để thực bước Vì vậy, học STEM tổ chức theo hoạt động sau (Xem Phụ lục để có thêm minh họa cụ thể cho hoạt động): Hoạt động 1: Xác định vấn đề Trong hoạt động này, giáo viên giao cho học sinh nhiệm vụ học tập chứa đựng vấn đề, học sinh phải hoàn thành sản phẩm học tập cụ thể với tiêu chí địi hỏi học sinh phải sử dụng kiến thức học để đề xuất, xây dựng giải pháp thiết kế nguyên mẫu sản phẩm cần hồn thành Tiêu chí sản phẩm u cầu quan trọng, "tính mới" sản phẩm, kể sản phẩm quen thuộc với học sinh; đồng thời, tiêu chí buộc học sinh phải nắm vững kiến thức thiết kế giải thích thiết kế cho sản phẩm cần làm – Mục đích: Xác định tiêu chí sản phẩm; phát vấn đề/nhu cầu 6 – Nội dung: Tìm hiểu tượng, sản phẩm, cơng nghệ; đánh giá tượng, sản phẩm, công nghệ – Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh: Các mức độ hoàn thành nội dung (Bài ghi chép thông tin tượng, sản phẩm, công nghệ; đánh giá, đặt câu hỏi tượng, sản phẩm, công nghệ) – Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (nội dung, phương tiện, cách thực hiện, yêu cầu sản phẩm phải hoàn thành); Học sinh thực nhiệm vụ (qua thực tế, tài liệu, video; cá nhân nhóm); Báo cáo, thảo luận (thời gian, địa điểm, cách thức); Phát hiện/phát biểu vấn đề (giáo viên hỗ trợ) Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức đề xuất giải pháp Trong hoạt động này, học sinh thực hoạt động học tích cực, tự lực hướng dẫn giáo viên Trong học STEM khơng cịn "tiết học" thơng thường mà giáo viên "giảng dạy" kiến thức cho học sinh Thay vào đó, học sinh tự tìm tòi, chiếm lĩnh kiến thức để sử dụng vào việc đề xuất, thiết kế sản phẩm cần hoàn thành Kết là, học sinh hoàn thành thiết kế đồng thời học sinh học kiến thức theo chương trình mơn học tương ứng – Mục đích: Hình thành kiến thức đề xuất giải pháp – Nội dung: Nghiên cứu nội dung sách giáo khoa, tài liệu, thí nghiệm để tiếp nhận, hình thành kiến thức đề xuất giải pháp/thiết kế – Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh: Các mức độ hoàn thành nội dung (Xác định ghi thơng tin, liệu, giải thích, kiến thức mới, giải pháp/thiết kế) – Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu đọc/nghe/nhìn/làm để xác định ghi thơng tin, liệu, giải thích, kiến thức mới); Học sinh nghiên cứu sách giáo khoa, tài liệu, làm thí nghiệm (cá nhân, nhóm); Báo cáo, thảo luận; Giáo viên điều hành, “chốt” kiến thức + hỗ trợ HS đề xuất giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp Trong hoạt động này, học sinh tổ chức để trình bày, giải thích bảo vệ thiết kế kèm theo thuyết minh (sử dụng kiến thức học kiến thức có); thể cụ thể giải pháp giải vấn đề Dưới trao đổi, góp ý bạn giáo viên, học sinh tiếp tục hồn thiện (có thể phải thay đổi để bảo đảm khả thi) thiết kế trước tiến hành chế tạo, thử nghiệm – Mục đích: Lựa chọn giải pháp/bản thiết kế – Nội dung: Trình bày, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế để lựa chọn hoàn thiện – Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh: Giải pháp/bản thiết kế lựa chọn/hoàn thiện – Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (Nêu rõ yêu cầu HS trình bày, báo cáo, giải thích, bảo vệ giải pháp/thiết kế); Học sinh báo cáo, thảo luận; Giáo viên điều hành, nhận xét, đánh giá + hỗ trợ HS lựa chọn giải pháp/thiết kế mẫu thử nghiệm Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm đánh giá 7 Trong hoạt động này, học sinh tiến hành chế tạo mẫu theo thiết kế hoàn thiện sau bước 3; trình chế tạo đồng thời phải tiến hành thử nghiệm đánh giá Trong trình này, học sinh phải điều chỉnh thiết kế ban đầu để bảo đảm mẫu chế tạo khả thi – Mục đích: Chế tạo thử nghiệm mẫu thiết kế – Nội dung: Lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm; chế tạo mẫu theo thiết kế; thử nghiệm điều chỉnh – Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh: Dụng cụ/thiết bị/mơ hình/đồ vật… chế tạo thử nghiệm, đánh giá – Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (lựa chọn dụng cụ/thiết bị thí nghiệm để chế tạp, lắp ráp…); Học sinh thực hành chế tạo, lắp ráp thử nghiệm; Giáo viên hỗ trợ học sinh trình thực Hoạt động 5: Chia sẻ, thảo luận, điều chỉnh Trong hoạt động này, học sinh tổ chức để trình bày sản phẩm học tập hoàn thành; trao đổi, thảo luận, đánh giá để tiếp tục điều chỉnh, hồn thiện – Mục đích: Trình bày, chia sẻ, đánh giá sản phẩm nghiên cứu – Nội dung: Trình bày thảo luận – Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh: Dụng cụ/thiết bị/mơ hình/đồ vật chế tạo + Bài trình bày báo cáo – Cách thức tổ chức hoạt động: Giáo viên giao nhiệm vụ (mô tả rõ yêu cầu sản phẩm trình bày); Học sinh báo cáo, thảo luận (bài báo cáo, trình chiếu, video, dung cụ/thiết bị/mơ hình/đồ vật chế tạo…) theo hình thức phù hợp (trưng bày, triển lãm, sân khấu hóa); Giáo viên đánh giá, kết luận, cho điểm định hướng tiếp tục hoàn thiện II.2 Xây dựng thực học stem 2.1 Tiêu chí xây dựng học STEM Tiêu chí 1: Chủ đề học STEM tập trung vào vấn đề thực tiễn Trong học STEM, học sinh đặt vào vấn đề thực tiễn xã hội, kinh tế, môi trường yêu cầu tìm giải pháp Tiêu chí 2: Cấu trúc học STEM theo quy trình thiết kế kĩ thuật Quy trình thiết kế kĩ thuật cung cấp tiến trình linh hoạt đưa học sinh từ việc xác định vấn đề – yêu cầu thiết kế – đến sáng tạo phát triển giải pháp Theo quy trình này, học sinh thực hoạt động: (1) Xác định vấn đề – (2) Nghiên cứu kiến thức – (3) Đề xuất giải pháp/thiết kế – (4) Lựa chọn giải pháp/thiết kế – (5) Chế tạo mơ hình (ngun mẫu) – (6) Thử nghiệm đánh giá – (7) Chia sẻ thảo luận – (8) Điều chỉnh thiết kế Trong thực tiễn dạy học, quy trình bước thể qua hoạt động chính: HĐ1: Xác định vấn đề (yêu cầu thiết kế, chế tạo) ––> HĐ2: Nghiên cứu kiến thức đề xuất giải pháp thiết kế ––> HĐ3: Trình bày thảo luận phương án thiết kế ––> HĐ4: Chế tạo mơ hình/thiết bị theo phương án thiết kế (đã cải tiến theo góp ý); thử nghiệm đánh giá ––> HĐ5: Trình bày thảo luận sản phẩm chế tạo; điều chỉnh thiết kế ban đầu Trong quy trình kĩ thuật, nhóm học sinh thử nghiệm ý tưởng dựa nghiên cứu mình, sử dụng nhiều cách tiếp cận khác nhau, mắc sai lầm, chấp nhận học từ sai lầm, thử lại Sự tập trung 8 học sinh phát triển giải pháp để giải vấn đề đặt ra, nhờ học vận dụng kiến thức chương trình giáo dục Tiêu chí 3: Phương pháp dạy học học STEM đưa học sinh vào hoạt động tìm tịi khám phá, định hướng hành động, trải nghiệm sản phẩm Q trình tìm tịi khám phá thể tất hoạt động chủ đề STEM, nhiên hoạt động hoạt động trình cần khai thác triệt để Trong hoạt động học sinh thực quan sát, tìm tịi, khám phá để xây dựng, kiểm chứng quy luật, qua học kiến thức đồng thời rèn luyện kĩ tiến trình như: quan sát, đưa dự đốn, tiến hành thí nghiệm, đo đạc, thu thập số liệu, phân tích số liệu… Trong hoạt động 4, q trình tìm tịi khám phá thể giúp học sinh kiểm chứng giải pháp khác để tối ưu hoá sản phẩm Tiêu chí 4: Hình thức tổ chức học STEM lơi học sinh vào hoạt động nhóm kiến tạo Giúp học sinh làm việc nhóm kiến tạo việc khó khăn, địi hỏi tất giáo viên STEM trường làm việc để áp dụng phương thức dạy học theo nhóm, sử dụng ngơn ngữ, tiến trình u cầu sản phẩm học tập mà học sinh phải hoàn thành Làm việc nhóm thực hoạt động học STEM sở phát triển lực giao tiếp hợp tác cho học sinh Tiêu chí 5: Nội dung học STEM áp dụng chủ yếu từ nội dung khoa học toán mà học sinh học Trong học STEM, giáo viên cần kết nối tích hợp cách có mục đích nội dung từ chương trình khoa học, cơng nghệ, tin học toán Lập kế hoạch để hợp tác với giáo viên tốn, cơng nghệ, tin học khoa học khác để hiểu rõ nội hàm việc làm để mục tiêu khoa học tích hợp học cho Từ đó, học sinh dần thấy khoa học, cơng nghệ, tin học tốn khơng phải mơn học độc lập, mà chúng liên kết với để giải vần đề Điều có liên quan đến việc học tốn, cơng nghệ, tin học khoa học học sinh Tiêu chí 6: Tiến trình học STEM tính đến có nhiều đáp án coi thất bại phần cần thiết học tập Một câu hỏi nghiên cứu đặt ra, đề xuất nhiều giả thuyết khoa học; vấn đề cần giải quyết, đề xuất nhiều phương án, lựa chọn phương án tối ưu Trong giả thuyết khoa học, có giả thuyết Ngược lại, phương án giải vấn đề khả thi, khác mức độ tối ưu giải vấn đề Tiêu chí cho thấy vai trò quan trọng lực giải vấn đề sáng tạo dạy học STEM 2.2 Quy trình xây dựng học STEM Bước 1: Lựa chọn chủ đề học Căn vào nội dung kiến thức chương trình mơn học tượng, q trình gắn với kiến thức tự nhiên; quy trình thiết bị cơng nghệ có sử dụng kiến thức thực tiễn để lựa chọn chủ đề học Những ứng dụng là: Sữa chua/dưa muối – Vi sinh vật – Quy trình làm sữa chua/muối dưa; Thuốc trừ sâu – Phản ứng hóa học – Quy trình xử lí dư lượng thuốc trừ sâu; Hóa chất – 9 Phản ứng hóa học – Quy trình xử lí chất thải; Sau an tồn – Hóa sinh – Quy trình trồng rau an tồn; Cầu vồng – Ra đar – Máy quang phổ lăng kính; Các mối ghép khí; Mạch điện điều khiển cho ngơi nhà thơng minh Bước 2: Xác định vấn đề cần giải Sau chọn chủ đề học, cần xác định vấn đề cần giải để giao cho học sinh thực cho giải vấn đề đó, học sinh phải học kiến thức, kĩ cần dạy chương trình mơn học lựa chọn (đối với STEM kiến tạo) vận dụng kiến thức, kỹ biết (đối với STEM vận dụng) để xây dựng học Theo ví dụ nêu trên, nhiệm vụ giao cho học sinh thực học là: Thiết kế, chế tạo máy quang phổ đơn giản học chất sóng ánh sáng; Chế tạo bè nổi/thuyền học Định luật Ác–si–mét; Chế tạo máy phát điện/động điện học cảm ứng điện từ; Thiết kế mạch lơgic học dịng điện khơng đổi;; Xây dựng quy trình làm sữa chua/muối dưa; Xây dựng quy trình xử lí hóa chất nhiễm nước thải; Quy trình trồng rau an tồn… Trong trình này, việc thử nghiệm chế tạo trước nguyên mẫu hỗ trợ tốt trình xây dựng chủ đề Qua trình xây dựng, giáo viên hình dung khó khăn học sinh gặp phải, hội vận dụng kiến thức để giải vấn đề xác định đắn tiêu chí sản phẩm bước Bước 3: Xây dựng tiêu chí thiết bị/giải pháp giải vấn đề Sau xác định vấn đề cần giải quyết/sản phẩm cần chế tạo, cần xác định rõ tiêu chí giải pháp/sản phẩm Những tiêu chí quan trọng để đề xuất giả thuyết khoa học/giải pháp giải vấn đề/thiết kế mẫu sản phẩm Đối với ví dụ nêu trên, tiêu chí là: Chế tạo máy quang phổ sử dụng lăng kính, thấu kính hội tụ; tạo tia ánh sáng màu từ nguồn sáng trắng; Quy trình sản xuất sữa chua/muối dưa với tiêu chí cụ thể sản phẩm (độ ngọt, độ chua, dinh dưỡng ); Quy trình xử lí dư lượng thuốc trừ sâu với tiêu chí cụ thể (loại thuốc trừ sâu, độ "sạch" sau xử lí); Quy trình trồng rau với tiêu chí cụ thể ("sạch" so với rau trồng thơng thường) Các tiêu chí phải hướng tới việc định hướng trình học tập vận dụng kiến thức học sinh không nên tập trung đánh giá sản phẩm vật chất Bước 4: Thiết kế tiến trình tổ chức hoạt động dạy học Tiến trình tổ chức hoạt động dạy học thiết kế theo phương pháp kĩ thuật dạy học tích cực với loại hoạt động học nêu Mỗi hoạt động học thiết kế rõ ràng mục đích, nội dung sản phẩm học tập mà học sinh phải hoàn thành Các hoạt động học tổ chức lớp học (ở trường, nhà cộng đồng) Cần thiết kế học điện tử mạng để hướng dẫn, hỗ trợ hoạt động học học sinh bên lớp học 2.3 Tiêu chí đánh giá học STEM Mỗi học STEM thực nhiều tiết học nên hoạt động học thực ngồi lớp học Vì thế, tiết học thực số hoạt động học tiến trình học theo phương pháp dạy học tích cực 10 10 • Khả nhận biết môi trường (tiêu chuẩn đổi màu giá trị pH khác thang pH); • Giá thành sản phẩm • Khả nhận biết hàn the thực phẩm – Chia sẻ, thảo luận để tiếp tục điều chỉnh, hồn thiện sản phẩm • Các nhóm tự đánh giá kết nhóm tiếp thu góp ý, nhận xét từ giáo viên nhóm khác; • Sau chia sẻ thảo luận, đề xuất phương án điều chỉnh sản phẩm; • Chia sẻ khó khăn, kiến thức kinh nghiệm rút qua trình thực nhiệm vụ thiết kế chế tạo thuyền Dự kiến sản phẩm hoạt động học sinh Dung dịch chất thị màu điều chế nội dung trình bày báo cáo nhóm Cách thức tổ chức hoạt động – Giáo viên giao nhiệm vụ: nhóm trình diễn sản phầm trước lớp tiến hành thảo luận, chia sẻ – Học sinh trình thử đổi màu chất thị môi trường axit bazơ khác – Các nhóm chia sẻ kết quả, đề xuất phương án điều chỉnh, kiến thức kinh nghiệm rút trình thực nhiệm vụ điều chế chất thị màu từ củ khoai lang tím – Giáo viên đánh giá, kết luận tổng kết VI Sản phẩm, đánh giá kết hoạt động Hoạt động Xây dựng quy trình chiết tách anthocyanin từ củ khoai lang tím Mục đích thí nghiệm: trích ly anthocyanin từ củ khoai lang tím hai hệ dung môi khác (dễ điều chế điều kiện phịng thí nghiệm đời sống hàng ngày – Tham khảo qua đề tài khoa học kĩ thuật tác giả Nguyễn Lê Mai Linh – thpt Hà Huy Tập – đạt giải quốc gia năm học 2018 - 2019) Sơ đồ bố trí thí nghiệm: 28 28 Bảng 1: Các hệ dung môi tách chiết dịch màu từ khoai lang tím - Hệ dung môi 1: - Hệ dung môi 2: Hệ dung môi ethanol- nước tỷ lệ 8:2 có bổ sung 1% HCl 400C khoảng 50 phút Dung môi nước, nhiệt độ 950C bổ sung 1% HCl khoảng phút Hoạt động Thực hành điều chế chất thị màu pH từ dịch chiết củ khoai lang tím Mục tiêu: HS biết cách thực số công đoạn chiết dịch màu củ khoai tím để làm chất thị Thí nghiệm Tách chiết dịch chất màu chứa anthocyanin từ củ khoai lang tím Chuẩn bị thí nghiệm + Chuẩn bị củ khoai lang tím + Chuẩn bị hệ dung môi với nồng độ Tiến hành thí nghiệm + Củ khoai lang tím đem rửa cân, nghiền + Cho khoai nghiền dung mơi vào bình có nút + Tỷ lệ ngun liệu dung mơi trích ly 20g: 200ml * Với Hệ dung mơi ethanol- nước tỷ lệ 8:2 có bổ sung HCl 1% : sử dụng phương pháp trích nóng nhiệt độ 400C thời gian 50 phút ta thu dịch chiết C2 * Với dung môi - nước có bổ sung 1% HCl: đun 950C khoảng phút, ta thu dịch chiết H2 Hình Dịch chiết củ khoai lang tím Thí nghiệm Kiểm chứng chất thị môi trường pH khác Mục đích thí nghiệm: Nghiên cứu đổi màu dịch chiết giá trị pH từ đến 14, điều chế chất thị màu vạn Tiến hành thí nghiệm + Dùng máy đo pH để pha dung dịch với pH từ đến 14 + Chuẩn bị dung dịch phèn chua dung dịch hàn the + Nhỏ dịch chiết C2; H2 lên mẫu thử Quan sát đổi màu Thử đổi màu dịch chiết môi trường pH khác nhau, phổ mầu thu (rõ lần lặp lại thí nghiệm) sau: Bảng 2: Phổ màu dịch chiết C2 (dung môi etanol – nước tỷ lệ 8:2) môi trường pH khác pH 10 11 12 13 14 Màu Bảng 3: Phổ màu dịch chiết H2 (dung môi nước 950C) môi trường pH khác pH 29 29 10 11 12 13 14 màu Nhận xét: + Dịch chiết C2 (trong etanol – nước (cồn 800)) có khả nhận biết mơi trường bazơ, axit mạnh tốt nhạy với môi trường axit yếu + Dịch chiết H2 (trong dung môi nước 950C) có khả nhận biết mơi trường axit, bazơ mạnh rõ ràng, nhạy với môi trường bazơ yếu Thí nghiệm Điều chế thị màu vạn từ dịch chiết + Nêu vấn đề: từ kết thí nghiệm 3, làm cách để điều chế thuốc thử nhận biết đồng thời hai loại môi trường axit yếu bazơ yếu + Giải vấn đề: a, Điều chế thị màu vạn Từ kết thí nghiệm 2, học sinh tìm cách pha chế dung dịch thuốc thử từ dịch chiết theo tỉ lệ thể tích thử hai dung dịch hàn the phèn chua (dung dịch bazơ yếu axit yếu) C2:H2 = 1:1 thuốc thử T1 C2:H2 = 1:2 thuốc thử T2 C2:H2 = 1:3 thuốc thử T3 C2:H2 = 1:4 thuốc thử T4 C2:H2 = 1:5 thuốc thử T5 C2:H2 = 1:6 thuốc thử T6 Mục đích thí nghiệm: Đem dung dịch thuốc thử T1,T2,T3,T4,T5,T6 thử hai dung dịch hàn the phèn chua Tìm dung dịch thuốc thử nhạy màu làm thuốc thử vạn năng; đưa phổ màu thuốc thử môi trường giới hạn nồng độ tối thiểu dung dịch hàn the để màu thuốc thử Kết cho thấy dung dịch phèn chua pha tỉ lệ 850mg/1lit nước ứng với pH = dung dịch hàn the pha tỉ lệ 6000mg/1lit nước ứng với pH = thuốc thử bắt đầu màu rõ rệt Các phổ màu thu sau: Tỉ lệ Phèn chua Hàn the C2:H2 Tỉ lệ 1:1 Tỉ lệ 1:2 Tỉ lệ 1:3 Tỉ lệ 1:4 Tỉ lệ 1:5 Tỉ lệ 1:6 Bảng 4: Màu sắc thuốc thử với tỉ lệ khác phèn chua hàn the Nhận xét: + Thuốc thử T3, T5, T6 (dung dịch trộn dịch chiết củ khoai lang tím ngâm etanol – nước (cồn 800) vưà dịch chiết từ củ khoai lang tím dung mơi nước 950C (nước luộc) theo tỉ lệ 1:3; 1:5 1:6 có khả nhận biết môi trường phèn chua hàn the rõ rệt 30 30 + Từ màu sắc thuốc thử T5 với dung dịch hàn the cho thấy sử dụng thuốc thử để phát dung dịch hàn the với ngưỡng từ 6000mg/1lit nước hay 6g/1kg nguyên liệu thực phẩm b, Thử màu thuốc thử T5 lên môi trường pH khác pH Màu 10 11 12 13 14 Bảng 5: Phổ màu thuốc thử T5 môi trường Nhận xét: + Thuốc thử T5 (dung dịch trộn dịch chiết củ khoai lang tím ngâm etanol – nước (cồn 800) dịch chiết từ củ khoai lang tím dung môi nước 950C (nước luộc) theo tỉ lệ 1:5 có khả nhận biết mơi trường nhạy (kể phèn chua hàn the) Thí nghiệm Sử dụng chất thị xác định pH môi trường a, Xác định ngưỡng phát hàn the thực phẩm + Nêu vấn đề: Với dịch nước lọc thu trên, phát hàn the ngưỡng 6g/1 lit nước + Giải vấn đề: GV hướng dẫn HS tiến hành cô đặc dịch nước lọc khoảng 60 C – 700C khoảng 60 phút thu dịch đặc anthocyanin, sau pha trộn thuốc thử theo tỉ lệ dịch cồn cô đặc : dịch nước cô đặc = 1:5 nhạy màu với dung dịch hàn the ngưỡng 3g/ 1lit nước Nồng độ hàn the 3g/1 lit nước 4g /1lit nước 5g /1lit nước 6g/1 lit nước Màu Bảng 6: Phổ màu nồng độ hàn the khác b, Thử màu thuốc thử T5 lên môi trường đời sống ngày * Tiến hành nghiên cứu mẫu: nước muối sinh lí, xà phịng giặt OMO, xà bơng tắm X-Men; nước rửa bát sunlight, dầu gội đầu Rejoice, sữa rửa mặt vichy, phèn chua, nước hồ nuôi tôm, đất ruộng lúa … * Tiến hành nghiên cứu mẫu đất: Lấy mẫu mảnh ruộng hai nơi khác theo phương pháp lấy mẫu điểm Mỗi mẫu tiến hành thử nghiệm lần Kết thu sau: Chất thử nghiệm Nước muối sinh lý Phèn chua Xà phịng giặt Ơ Mơ Sữa tắm X - men Sữa rửa mặt Vichy Dầu gội Rejoice, Dove, Sunsilk Nước rửa bát Sunlight Nước hồ nuôi tôm Đất ruộng trồng lúa 31 31 Màu sắc Không màu Màu hồng Màu xanh đậm Màu xanh đậm Không đổi màu Màu xanh nhạt Chuyển màu xanh Màu xanh nhạt Màu xanh nhạt pH 6–7 4–5 11- 12 10 – 11 6–7 8–9 – 10 8–9 7–8 Theo hãng mĩ phẩm Vichy Pháp, lựa chọn lí tưởng sản phẩm có độ pH nằm khoảng 5.0 – 6.5 Tuy nhiên thực tế chọn sản phẩm có độ pH