Sử dụng thí nghiệm trong dạy học là thể hiện tính đặc trưng của các môn học thực nghiệm nói chung và môn Sinh học nói riêng. Tuy nhiên, sử dụng thí nghiệm thật gặp phải một số hạn chế về thời gian, đối tượng và điều kiện thí nghiệm... đã làm cản trở đến việc vận dụng vào dạy học. Sự hỗ trợ bằng thí nghiệm mô phỏng được xem là giải pháp tối ưu đáp ứng được yêu cầu của môn học và mang lại hiệu quả cao trong dạy học.
UED Journal of Social Sciences, Humanities & Education – ISSN 1859 - 4603 TẠP CHÍ KHOA HỌC XÃ HỘI, NHÂN VĂN VÀ GIÁO DỤC Nhận bài: 22 – 02 – 2020 Chấp nhận đăng: 25 – 03 – 2020 http://jshe.ued.udn.vn/ SỬ DỤNG THÍ NGHIỆM MƠ PHỎNG TRONG DẠY HỌC PHẦN SINH HỌC CƠ THỂ, SINH HỌC TRUNG HỌC PHỔ THÔNG Trịnh Đơng Thư Tóm tắt: Sử dụng thí nghiệm dạy học thể tính đặc trưng mơn học thực nghiệm nói chung mơn Sinh học nói riêng Tuy nhiên, sử dụng thí nghiệm thật gặp phải số hạn chế thời gian, đối tượng điều kiện thí nghiệm làm cản trở đến việc vận dụng vào dạy học Sự hỗ trợ thí nghiệm mơ xem giải pháp tối ưu đáp ứng yêu cầu môn học mang lại hiệu cao dạy học Từ khóa: thí nghiệm; thí nghiệm thật; thí nghiệm mơ phỏng; dạy học sinh học Đặt vấn đề Tổ chức học tập thơng qua thí nghiệm lớp cách hiệu để chuyển từ học tập thụ động đến học tập tích cực (Bergstrom Miller, 1999) Trong đó, sử dụng thí nghiệm mơ khắc phục trở ngại thời gian, đối tượng điều kiện thí nghiệm mà thí nghiệm thật khơng đáp ứng Một số nghiên cứu rằng, việc áp dụng thí nghiệm mơ dạy học xem kĩ thuật tối ưu cho phong cách học tập khác học sinh (Pasher, H., Mc Daniel, M., Rohrer, D Bjork, R., 2009) Thơng qua thí nghiệm mơ phỏng, học sinh hiểu nhận thức vấn đề tốt họ tích cực tham gia vào việc phân tích, thảo luận, giải vấn đề làm việc để tìm hiểu khái niệm (Bransford, J D., Brown, A L Cocking R R Eds., 2000) Thí nghiệm mơ sử dụng để tiếp cận với kiến thức hay để làm rõ số vấn đề khó mà học sinh thường gặp phải học tập (Ball, Eckel Rojas, 2006) (Department of Education and Science, 2006), (Irish Science Teachers’ Association, 2000), (Pashler et al., 2008) Với ưu việt trên, vấn đề khai thác, sử dụng * Tác giả liên hệ Trịnh Đông Thư Trường Đại học Sư phạm – Đại học Huế Email: trinhdongthu@gmail.com 95 | thí nghiệm quan tâm phát triển theo nhiều hướng khác Trong đó, kể đến hướng chính: Một đại hố thiết bị thí nghiệm; hai khai thác sử dụng thí nghiệm đơn giản, thí nghiệm mô ba kết hợp với công nghệ thông tin phương tiện dạy học khác Với ba hướng đó, hướng thứ hai tỏ hiệu phù hợp với điều kiện sở vật chất cịn hạn chế nhà trường phổ thơng Mặt khác, khơng phải lúc thí nghiệm tiến hành mẫu vật thật để học sinh dễ dàng quan sát trực tiếp giác quan mà thực tế việc tiến hành đối tượng sống gặp phải khơng khó khăn (do hạn chế thời gian, phương tiện tâm lí giáo viên ) Vì vây, dạy học việc triển khai vận dụng thí nghiệm thật hạn chế Tuy nhiên, từ thực tiễn dạy học cho thấy hạn chế thí nghiệm thật khắc phục cách kết hợp với thí nghiệm mơ cách nhịp nhàng khoa học Vì vậy, lựa chọn thí nghiệm mơ giải pháp kết hợp tối ưu Thí nghiệm mơ số định hướng vận dụng vào dạy học sinh học trung học phổ thơng 2.1 Đính nghĩa thí nghiệm mơ Thí nghiệm mơ hệ thống thí nghiệm phức tạp sử dụng để bắt chước theo hệ thống Tạp chí Khoa học Xã hội, Nhân văn & Giáo dục, Tập 10, số (2020), 95-101 Trịnh Đông Thư thực hay hệ thống điển hình Hoặc thiết kế từ mơ hình đơn giản để bắt chước với hệ thống phức tạp (Peck, 2004) Theo định nghĩa này, chất mô thí nghiệm thật thay đổi hệ thống thực hay khơng phải mơ hình mẫu Đối với thí nghiệm mơ phỏng, mơ hình góp nhặt từ thơng tin mà hệ thống quan tâm, sau phát triển thành phương trình thuật tốn để mơ theo hệ thống thực đồng thời thực nghiệm với mơ hình nhằm mục đích tìm hiểu hoạt động hệ thống thực Thí nghiệm mơ phù hợp để minh họa trình phức tạp, đặc biệt Sinh học Nên để sâu vào chế lựa chọn thí nghiệm mơ giải pháp tối ưu Bên cạnh đó, thí nghiệm mơ cịn sử dụng cách linh động mềm dẻo khâu khác trình dạy học 2.2 Vai trị thí nghiệm mơ Trong dạy học, sử dụng thí nghiệm mơ phương pháp quan sát thí nghiệm xem chủ đạo để tổ chức hoạt động dạy học cho học sinh Lúc đó, thí nghiệm sử dụng khâu q trình dạy học là: Trong nghiên cứu nội dung mới; Củng cố - hoàn thiện kiến thức kiểm tra, đánh giá Bài viết tập trung đề cập đến vai trò thí nghiệm khâu nghiên cứu nội dung Trong khâu này, thí nghiệm sử dụng biện pháp để xác định nhiệm vụ nhận thức với nhiều mục đích khác như: Đặt vấn đề vào học, tìm hiểu khái niệm; Giới thiệu vấn đề, trình, tượng hay chế sinh học; Minh họa giải thích cho số kiến thức sinh học; Thí nghiệm dùng để tạo tình có vấn đề tiết học 2.3 Quy trình sử dụng thí nghiệm mơ dạy học Sinh học Để sử dụng thí nghiệm mơ có hiệu quả, giáo viên cần có kế hoạch xây dựng kịch cho việc tổ hoạt động phù hợp với logic cấu trúc học Sau quy trình sử dụng thí nghiệm mơ dạy học bao gồm bước sau: Bước 1: Nghiên cứu nội dung chương trình mơn học học Đặc biệt trọng đến kiến thức trình, tượng chế sinh học để triển khai vận dụng thí nghiệm mơ 96 Trong bước này, giáo viên cần xác định nội dung chương trình, vị trí mục tiêu học mà học sinh cần đạt Đặc biệt, học chứa đựng kiến thức tượng q trình sinh học khó tư trực tiếp giác quan Bước 2: Tuyển chọn thí nghiệm liên quan đến nội dung học Đây bước quan trọng, thí nghiệm lựa chọn phải thỏa mãn nội dung học đồng thời phù hợp với trình độ nhận thức người học Ngoài ra, cần xem xét mặt chất lượng, tính thẩm mĩ yếu tố thời gian Bước 3: Thiết kế biên tập lại thí nghiệm phù hợp với mục đích sử dụng Bước giáo viên cần có gia cơng mặt khoa học sư phạm cách cơng phu Có thể sử dụng số phần mềm tin học đơn giản để đồ họa hay tạo hiệu ứng cho phù hợp với nội dung học kịch tổ chức hoạt động giáo viên Bước 4: Đưa thí nghiệm vào học tổ chức hoạt động nhận thức cho học sinh Ở bước này, thí nghiệm đặt kịch tổng thể học Tùy mục đích sử dụng cụ thể thí nghiệm (Xem mục 2.2) để gắn với hoạt động tương thích theo logic tiến trình tổ chức hoạt động dạy học 2.4 Ví dụ minh họa 2.4.1 Sử dụng thí nghiệm mô để đặt vấn đề vào học Sau ví dụ minh họa cho phần đặt vấn đề - Trao đổi nước thực vật (Sinh học 11, Nâng cao): Quy trình nêu thực theo tiến trình sau: - Sau nghiên cứu nội dung chương trình mục tiêu học Có thể thấy rằng, kiến thức học liên quan đến tượng trình sinh học nên cần phải làm sáng tỏ thực nghiệm - Với mục đích sử dụng thí nghiệm mơ để đặt vấn đề vào Nghiên cứu thí nghiệm dinh dưỡng Van Helmont thỏa mãn ý tưởng đặt người học vào “trạng thái” có tính vấn đề Đó mâu thuẫn trọng lượng đất trọng lượng - Tiến hành chọn lựa đoạn phim có thời lượng phù hợp với nội dung học kênh youtube (Photosynthesis and Van Helmont Experiment, 2020) ISSN 1859 - 4603 - Tạp chí Khoa học Xã hội, Nhân văn & Giáo dục, Tập 10, số (2020), 95-101 hình vẽ mơ cho thí nghiệm Van Helmont (1577-1644) Vì thí nghiệm Van Helmon tiến hành năm cuối kỷ XVI nên chọn thí nghiệm minh họa cần lưu ý đảm bảo tính chân xác mặt hình thức (Xem Hình 1) - Trong trình tổ chức hoạt động dạy học, giáo viên tiến hành mơ tả thí nghiệm thơng qua đoạn phim mơ hay hình ảnh minh họa Sau mơ tả thí nghiệm, giáo viên nêu vấn đề câu hỏi: Tại sau năm liễu có trọng lượng tăng lên đáng kể trọng lượng đất khơng đổi? Phải thực vật lớn lên nhờ nước? (Xem Hình 1) Cách đặt vấn đề thơng qua thí nghiệm khơng có ý nghĩa mặt sư phạm mà cịn cung cấp luận khoa học để dẫn dắt học sinh theo đường tư nhà khoa học Từ đó, mở ý tưởng để tiếp tục thảo luận nội dung học Hình Thí nghiệm dinh dưỡng Van Helmont (Ongzi, 2010) 2.4.2 Sử dụng thí nghiệm mơ để giới thiệu vấn đề, trình, tượng sinh học Với mục đích này, thí nghiệm có nhiệm vụ đưa người học trở tìm hiểu nguồn gốc vấn đề khoa học Mặc dù, thí nghiệm dạng thường bị hạn chế mặt khoa học, tức lí luận minh chứng nhà khoa học trước chưa hoàn chỉnh chưa đủ sức thuyết phục xuất phát điểm quan trọng cho phát sau Vì vậy, thơng qua thí nghiệm thấy hoàn thiện mặt khoa học kiến thức đường thực nghiệm Từ đó, kích thích tìm tịi khám phá người học Sau ví dụ minh họa cho phần giới thiệu hoocmơn kích thích sinh trưởng 35 - Hoocmôn thực vật (Sinh học 11, Nâng cao): Quy trình thực theo logic sau: - Phân tích học cho thấy, có số thí nghiệm liên quan trực tiếp đến nội dung học Đó là: + Thí nghiệm nghiên cứu di chuyển thực vật (Theo Charles Darwin cuốn: “The power of the movement in plants”) (Darwin & Darwin, 2009) + Thí nghiệm phát auxin Charles Darwin Peter Boysen-Jensen Nghiên cứu nội dung học cho thấy, thí nghiệm Charles Darwin Peter Boysen-Jensen kế thừa nhiều cơng trình nghiên cứu trước Trong đó, phải kể đến cơng trình nhà khoa học tên Chales Darwin (Theo: “The Power of Movement in Plants”) Năm 1880, Charles Darwin tiến hành số thí nghiệm với tượng hướng quang phát hoocmon thực vật quan trọng mầm họ Lúa Năm 1913, Nhà thực vật người Đan Mạch Peter Boysen-Jensen tiếp tục thí nghiệm từ ý tưởng Darwin Thí nghiệm bố trí hình vẽ sau (Xem Hình 2): 97 Trịnh Đơng Thư Hình Thí nghiệm phát auxin Darwin Peter Boysen-Jensen (Hauxin, n.d.) Nguồn sáng; Cây đối chứng; Cây bị cắt đỉnh; Đỉnh chụp mũ chắn sáng; Đỉnh chụp mũ suốt; Gốc bao phủ vòng chắn sáng; Cây bị cách ly khối gelatin; Đỉnh bị cách li phiến mica Sau trình bày thí nghiệm bố trí hình vẽ, giáo viên đặt câu hỏi theo đặc điểm sau: Cây (Cây đối chứng): Uốn cong phía có ánh sáng Cây (Cây bị cắt đỉnh bao mầm): Khơng uốn cong phía ánh sáng Cây (Cây có chụp mũ chắn sáng): Khơng uốn cong phía có ánh sáng Cây (Cây có đỉnh chụp mũ suốt): Uốn cong phía có ánh sáng Cây (Cây có gốc phủ vịng chắn sáng): Uốn cong phía có ánh sáng Cây (Cây có đỉnh cách li khối gelatin): Uốn cong phía có ánh sáng Cây (Cây có đỉnh bị cách li miếng mica): Khơng uốn cong phía có ánh sáng Tiếp tục định hướng cho học sinh nhận xét: - Các mầm hướng phía ánh sáng cịn đỉnh - Nhóm số có mẩu gelatin đặt vào đỉnh phần bao mầm làm ngăn cách tiếp xúc tế bào hai phần cây, hóa chất khuếch tán nên bao mầm có mẩu gelatin uốn cong phía có ánh sáng - Mica vật cản khơng thấm nước nên nhóm mầm với lớp mica khơng hướng phía có ánh sáng 98 | Phản ứng nhóm chứng tỏ có tín hiệu hóa học sinh đỉnh bao mầm gây nên tượng hướng quang Trong dạy học, việc sử dụng thí nghiệm để minh họa cho q trình có nhiều mức độ khác tùy thuộc vào trình độ nhận thức người học Cùng thí nghiệm, có nhiều biến dạng khác phụ thuộc vào “nghệ thuật” sư phạm người giáo viên Sau ví dụ minh họa tượng rỉ nhựa ứ giọt - Trao đổi nước thực vật (Sinh học 11, Nâng cao): Quy trình thực theo tiến trình sau: - Sau nghiên cứu nội dung học, thấy với hai tượng rỉ nhựa ứ giọt, học sinh quan sát thực tế giáo viên minh họa thí nghiệm thật minh họa trực tiếp lớp học Tuy nhiên, hai tượng kết trình vận chuyển nước từ dung dịch đất vào lông hút vận chuyển đến mạch gỗ rễ vận chuyển lên thân q trình học sinh khơng thể quan sát Vì vậy, để hiểu chất tượng rỉ nhựa ứ giọt, giáo viên sử dụng phim thí nghiệm mơ đường vận chuyển nước đường nước - Có thể chọn đoạn phim kênh youtube có thời gian hình ảnh đẹp phù hợp với nội dung học Có thể tham khảo đoạn phim (Xem thêm (Elearnin, n.d.) sử dụng kết hợp thí nghiệm mơ để mơ tả lại q trình vận chuyển nước từ đất vào rễ lên thân (Xem Hình 3) Tạp chí Khoa học Xã hội, Nhân văn & Giáo dục, Tập 10, số (2020), 95-101 Trịnh Đơng Thư Hình Sự vận chuyển nước thực vật Nguồn: (Lý Thuyết Sinh Học 11 Bài 2: Vận Chuyển Các Chất Trong Cây, n.d.) - Trong trình tổ chức hoạt động dạy học, giáo viên tiến hành mơ tả thí nghiệm thơng qua đoạn phim kênh youtube thí nghiệm mơ hay hình ảnh minh họa Đồng thời xây dựng tình hệ thống câu hỏi để học sinh thảo luận Sau số câu hỏi để tổ chức thảo luận: Trong tự nhiên quan sát tương rỉ nhựa ứ giọt? Tại có tượng rỉ nhựa ứ giọt? Phân biệt tượng ứ giọt giọt sương Trình bày tượng thơng qua thí nghiệm giúp học sinh hiểu sâu chất vấn đề khoa học Từ giải thích tượng liên quan - Trong trình tổ chức hoạt động dạy học, giáo viên tiến hành mơ tả thí nghiệm thơng qua hình vẽ minh họa (Xem Hình 4) xem phim thí nghiệm mơ áp suất rễ kênh youtube (TutorVista, n.d.).Từ đó, đưa tình sau: Trong thực tế muốn bơm nước từ vùng thấp đến vùng cao người ta phải dùng đến động Đối với xanh, nước vận chuyển nước theo ngược chiều trọng lực tạo nên áp suất lớn cụ thể đo cà chua at Vậy động bên để giúp thực q trình vận chuyển nước từ đất qua rễ lên thân? 2.4.3 Sử dụng thí nghiệm mơ để tạo tình có vấn đề Sau ví dụ minh họa thí nghiệm để tạo tình có vấn đề - Trao đổi nước thực vật (Sinh học 11, Nâng cao): Vận dụng bước quy trình, trình thực theo tiến trình sau: - Nghiên cứu nội dung học mục đích sử dụng, thấy thí nghiệm áp suất rễ thỏa mãn với yêu cầu - Thí nghiệm áp suất rễ tiến hành sau: Cắt ngang đoạn thân cà chua phần gần gốc thấy có dịng nước rỉ từ phần thân bị cắt Sau bịt phần cắt nối với dụng cụ gọi áp kế, người ta đo at 99 | Hình Thí nghiệm chứng minh áp suất rễ (N K Nguyễn, 2011) Tạp chí Khoa học Xã hội, Nhân văn & Giáo dục, Tập 10, số (2020), 95-101 Trịnh Đông Thư Kết luận Sử dụng thí nghiệm mơ kết hợp với thí nghiệm thật để để tổ chức dạy học Sinh học vừa biện pháp giải pháp Biện pháp vận dụng dạy học lẽ tất yếu mang tính đặc thù môn học phản ánh logic phát triển kiến thức khoa học Trong vai trò giải pháp, thí nghiệm mơ khắc phục hạn chế mà thí nghiệm thật gặp trở ngại Cách làm không mang lại hiệu việc chuyển tải kiến thức đến người học mà giúp người học có chuyển biến sâu sắc mặt thái độ Đó nhìn nhận đắn, thấu đáo mặt khoa học, đồng thời tạo niềm tin đam mê với mơn học Đây giá trị sư phạm việc hỗ trợ thí nghiệm thật kết hợp với thí nghiệm mơ dạy học Sinh học Tài liệu tham khảo Board on Behavioral, Cognitive, and Sensory Sciences, & Division of Behavioral and Social Sciences and Education (1999) How People Learn: Brain, Mind, Experience, and School (p 6160) National Academies Press https://doi.org/10.17226/6160 Darwin, C., & Darwin, F (2009) The Power of Movement in Plants Cambridge University Press https://doi.org/10.1017/CBO9780511693670 Department of Education and Science (2006) Safety in School Science and Safety in the School Laboratory—Disposal of Chemicals Department of Education and Science Elearnin (n.d.) Transport of Water and Salts in Plants—Science Retrieved September 18, 2020, from https://www.youtube.com/watch?v=rK2DIF_tgCg Hauxin (n.d.) Benjamin Cummings Retrieved September 18, 2020, from https://www2.mcdaniel.edu/Biology/botf99/hormw eb/hauxin.htm Irish Science Teachers’ Association (2000) Leaving Certificate Biology Practicals—A manual for teachers and students (ISTA) Irish Science Teachers’ Association Lý thuyết Sinh học 11 Bài 2: Vận chuyển chất (n.d.) VietJack.Com Retrieved September 18, 2020, from https://vietjack.com/giai-bai-tap-sinhhoc-11/ly-thuyet-van-chuyen-cac-chat-trongcay.jsp Nguyễn, N K (2011) Sinh học 11 (Tái lần 4) (T Đ Nguyễn & Đ T Lê, Eds.) Giáo dục Việt Nam Ongzi (2010, September 15) Ongzi’s SecretGarden: Plant Growth : once a mystery Ongzi’s SecretGarden https://ongzisecretgarden.blogspot.com/2010/09/plant-growth1.html Pashler, H., McDaniel, M., Rohrer, D., & Bjork, R (2008) Learning Styles: Concepts and Evidence Psychological Science in the Public Interest, 9(3), 105–119 https://doi.org/10.1111/j.15396053.2009.01038.x Peck, S L (2004) Simulation as experiment: A philosophical reassessment for biological modeling Trends in Ecology & Evolution, 19(10), 530–534 https://doi.org/10.1016/j.tree.2004.07.019 Photosynthesis and Van Helmont Experiment (2020, March 28) https://www.youtube.com/watch?v=wXLqTn6gggs The National Commission for the Teaching of Biology (1986) Teachers’ Handbook of Biology Practicals for Leaving Certificate Classes TutorVista (n.d.) Root pressure Retrieved September 18, 2020, from https://www.youtube.com/watch?v=nFL2YNgNb6 USING THE SIMULATION EXPERIMENT IN TEACHING ORGANISM BIOLOGY FOR HIGH SCHOOL Abstract: Experiment in teaching is a way to show the feature of experimental subjects in general and biology in particular However, there are a few of obstacles and difficulties in using the real experirence, specifically time, object and conditions of 100 ISSN 1859 - 4603 - Tạp chí Khoa học Xã hội, Nhân văn & Giáo dục, Tập 10, số (2020), 95-101 experiment Therefore, these can prevent the assessment teaching Correspondingly, Simulation experiments is considered as an optimal solution to response the requirement of the subject and bring high efficiency in teaching Key words: experiment; real experiment; simulation experiment; teaching biology 101 ... tượng hay chế sinh học; Minh họa giải thích cho số kiến thức sinh học; Thí nghiệm dùng để tạo tình có vấn đề tiết học 2.3 Quy trình sử dụng thí nghiệm mô dạy học Sinh học Để sử dụng thí nghiệm mơ... chế lựa chọn thí nghiệm mô giải pháp tối ưu Bên cạnh đó, thí nghiệm mơ cịn sử dụng cách linh động mềm dẻo khâu khác trình dạy học 2.2 Vai trị thí nghiệm mơ Trong dạy học, sử dụng thí nghiệm mơ phương... Thư Kết luận Sử dụng thí nghiệm mơ kết hợp với thí nghiệm thật để để tổ chức dạy học Sinh học vừa biện pháp giải pháp Biện pháp vận dụng dạy học lẽ tất yếu mang tính đặc thù mơn học phản ánh