Quy trình hướng dẫn sinh viên sư phạm sử dụng phần mềm Yenka để thiết kế thí nghiệm hóa học ảo

Bài báo trình bày quy trình hướng dẫn sinh viên vận dụng phần mềm Yenka, một trong những phòng thí nghiệm ảo miễn phí để thiết kế tư liệu dạy học hóa học liên quan đến các phản ứng vô cơ cũng như điện hóa học trong chương trình hóa học THPT thông qua học phần Ứng dụng công nghệ thông tin trong dạy học hóa học ở trường phổ thông.

JOURNAL OF SCIENCE OF HNUE Educational Sci 2012, Vol 57, No 4, pp 93-101 QUY TRÌNH HƯỚNG DẪN SINH VIÊN SƯ PHẠM SỬ DỤNG PHẦN MỀM YENKA ĐỂ THIẾT KẾ THÍ NGHIỆM HĨA HỌC ẢO Thái Hồi Minh Trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh E-mail: minhth@hcmup.edu.vn Tóm tắt Bài báo trình bày quy trình hướng dẫn sinh viên vận dụng phần mềm Yenka, phịng thí nghiệm ảo miễn phí để thiết kế tư liệu dạy học hóa học liên quan đến phản ứng vơ điện hóa học chương trình hóa học THPT thơng qua học phần Ứng dụng cơng nghệ thơng tin dạy học hóa học trường phổ thông Kết thực nghiệm cho thấy quy trình bước đầu mang lại hiệu sinh viên sư phạm Hóa học trường Đại học Sư phạm TP Hồ Chí Minh Từ khóa: Phịng thí nghiệm hóa học ảo, phần mềm Yenka, sinh viên sư phạm hóa học Mở đầu Một hướng ứng dụng cơng nghệ thơng tin dạy học hóa học trường phổ thơng sử dụng thí nghiệm mơ máy tính hay cịn gọi thí nghiệm ảo [2] Có thể thiết kế thí nghiệm ảo cách thủ công phần mềm thiết kế hoạt hình chuyên dụng Macromedia Flash hay vận dụng hiệu ứng hoạt hình phần mềm trình chiếu Powerpoint Tuy nhiên để tiết kiệm thời gian, giáo viên (GV) sử dụng phịng thí nghiệm ảo đặc thù cho mơn, nơi có cung cấp đầy đủ dụng cụ, hóa chất cơng cụ để trình chiếu, biểu diễn theo kịch người thiết kế Hiện nay, việc thiết kế sử dụng mơ thí nghiệm hóa học trường phổ thông chưa phổ biến số nguyên nhân mơ có sẵn khơng phù hợp với mục đích dạy học, trình độ tin học thời gian hạn chế GV e ngại học sinh khơng tin tưởng thí nghiệm ảo thí nghiệm thật [1] Vì vậy, việc trang bị cho sinh viên (SV) sư phạm hóa học kĩ thiết kế sử dụng mơ thí nghiệm hóa học từ phịng thí nghiệm ảo cần thiết Bài báo giới thiệu quy trình hướng dẫn sinh viên sư phạm Khoa Hóa học trường Đại học Sư phạm thành phố Hồ Chí Minh rèn luyện kĩ vận dụng phần mềm Yenka qua học phần Ứng dụng công nghệ thông tin dạy học Hóa học trường phổ thơng với phịng thí nghiệm hóa học ảo thuộc phần mềm Yenka 93 Thái Hoài Minh Nội dung nghiên cứu 2.1 Tổng quan phần mềm Yenka Yenka, tiền thân Crocodile Clips, phần mềm cung cấp phịng thí nghiệm ảo vận dụng dạy học mơn Tốn, Lý, Hóa, Kỹ thuật Tin học [3] Với phịng thí nghiệm ảo này, GV HS sử dụng học thiết kế sẵn thư viện biên soạn lại theo ý thích, thiết kế thí nghiệm, mơ hình theo ý tưởng riêng Các học thiết kế sẵn phần mềm xếp theo chủ đề Mỗi học thường có thành phần dụng cụ, hóa chất để thực thí nghiệm, hướng dẫn thực câu hỏi liên quan đến thí nghiệm Phần lớn học liên quan đến thí nghiệm vơ điện hóa Các chủ đề vận dụng dạy học hóa học trường trung học phổ thơng, ví dụ chủ đề tốc độ phản ứng (reaction rates), dung dịch (water and solution), nhận biết (identifying substances) hay bảng tuần hoàn (periodic tables), Ưu điểm học GV sử dụng mà khơng thời gian đầu tư kịch thí nghiệm Tuy nhiên hướng dẫn hay hệ thống câu hỏi thể tiếng Anh nên cần Việt hóa, điều chỉnh để phù hợp với chương trình hóa học phổ thơng Việt Nam Người dùng hồn tồn tự thiết kế theo kịch riêng với dụng cụ, hóa chất, cơng cụ trình chiếu cung cấp sẵn thư viện Bộ dụng cụ gồm dụng cụ để thực thí nghiệm ống nghiệm, bình tam giác, bình cầu, bếp điện, đèn Bunsen, phễu lọc, Thư viện hóa chất phong phú với axit, bazơ, muối, kim loại, khí, chất thị thơng dụng Có thể điều chỉnh thơng số độ mịn hóa chất, khối lượng (đối với hóa chất rắn) hay nồng độ, thể tích hóa chất (đối với hóa chất dạng dụng dịch) cho phù hợp với thí nghiệm Các cơng cụ trình chiếu chèn hình ảnh, câu hỏi trắc nghiệm, khung dẫn, đồ thị, góp phần làm thí nghiệm sinh động trực quan Có thể sử dụng phần mềm Yenka để nghiên cứu thí nghiệm vơ vấn đề liên quan đến điện hóa học pin điện điện phân Sử dụng phần mềm Yenka đem lại cho GV thuận lợi như: - GV không nhiều thời gian để chuẩn bị dụng cụ, hóa chất, làm thử Mơ thí nghiệm sử dụng lại nhiều lần - Thí nghiệm ảo không gây độc hại, nguy hiểm cho GV HS Vì vậy, biểu diễn thí nghiệm mà GV làm thực tế lớp học - GV lặp lại tạm dừng thí nghiệm cần nhấn mạnh điểm quan trọng - GV điều chỉnh tốc độ thí nghiệm nên thuận lợi việc nghiên cứu thí nghiệm xảy chậm nhanh 94 Quy trình hướng dẫn sinh viên Sư phạm sử dụng phần mềm Yenka - GV biểu diễn hình ảnh vĩ mơ vi mơ phản ứng hóa học - GV thiết kế thí nghiệm ảo với hiệu ứng sinh động, từ mang lại hứng thú học tập cho học sinh 2.2 Quy trình hướng dẫn sinh viên vận dụng phần mềm Yenka dạy học hóa học trường phổ thơng Chúng hướng dẫn sinh viên (SV) sử dụng phần mềm Yenka để thiết kế vận dụng thí nghiệm hóa học ảo thơng qua quy trình gồm năm bước sau: * Bước 1: Tìm hiểu phần mềm Giảng viên giới thiệu lịch sử phát triển phần mềm, cách khởi động chương trình, giao diện chương trình, cửa sổ làm việc công cụ thiết yếu hệ thống học có sẵn chương trình Một vài thí nghiệm liên quan đến chương trình hóa học phổ thông hiệu chỉnh thiết kế hồn tồn để người học hình dung sản phẩm thiết kế từ phần mềm * Bước 2: Làm theo mẫu SV thiết kế lại hai thí nghiệm ảo xem biểu diễn theo hướng dẫn giảng viên Thơng qua hai thí nghiệm này, SV biết cách sử dụng hóa chất, dụng cụ cơng cụ trình diễn thư viện Thí nghiệm 1: Ảnh hưởng chất xúc tác đến tốc độ phản ứng - Mơ tả thí nghiệm: Điều chế khí oxi từ phản ứng phân hủy hidro peoxit So sánh lượng khí oxi sử dụng khơng sử dụng xúc tác mangan đioxit - Mục đích thí nghiệm: Thơng qua thí nghiệm SV rèn kĩ hiệu chỉnh thí nghiệm thiết kế sẵn cho phù hợp với mục đích dạy học sử dụng đồ thị, cơng cụ trình chiếu giúp minh họa biến đổi đại lượng thí nghiệm Hình Thí nghiệm chứng minh chất xúc tác ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng Thí nghiệm 2: Điều chế oxi phịng thí nghiệm - Mơ tả thí nghiệm: Điều chế khí oxi phịng thí nghiệm nhiệt phân 95 Thái Hoài Minh kali pecmanganat Thu oxi vào ống nghiệm phương pháp đẩy nước thử có mặt oxi ống thu khí tàn đóm đỏ - Mục đích thí nghiệm: Thơng qua thí nghiệm này, SV rèn kĩ năng: sử dụng dụng cụ thí nghiệm ống nghiệm, ống thu khí, chậu thủy tinh, đèn Bunsen, tàn đóm đỏ; sử dụng hóa chất thư viện để thực thí nghiệm; sử dụng cơng cụ trình chiếu bảng hướng dẫn, nút chức dừng, quay lại (refresh) Hình Thí nghiệm điều chế oxi phương pháp đẩy nước Sau tự thiết kế thí nghiệm, giảng viên yêu cầu SV thảo luận đề xuất hình thức sử dụng lưu ý sử dụng thí nghiệm ảo dạy học hóa học trường phổ thơng Tương tự thí nghiệm thực tế, sử dụng thí nghiệm ảo theo hình thức GV biểu diễn, HS biểu diễn hay HS thực hành Các thí nghiệm sử dụng để khai thác kiến thức mới, rèn kĩ năng, củng cố kiểm tra đánh giá Do thí nghiệm ảo không gây độc nguy hiểm đến HS nên GV thiết kế thí nghiệm kèm hướng dẫn hệ thống câu hỏi phù hợp để HS tự nghiên cứu chuẩn bị trước đến lớp Tuy có nhiều ưu điểm vượt trội thí nghiệm ảo khơng thể thay thí nghiệm thực Chỉ nên sử dụng thí nghiệm ảo thí nghiệm khơng thể tiến hành lớp, thí nghiệm mà HS cần quan sát mức độ vi mô * Bước 3: Vận dụng sáng tạo Sau giới thiệu hướng dẫn SV cách sử dụng phần mềm, giảng viên giao tập nhà cho nhóm SV Mỗi nhóm SV thiết kế thí nghiệm ảo chương trình hóa học phổ thông phần mềm Yenka đồng thời xây dựng hoạt động dạy học có sử dụng thí nghiệm Thời gian thực tập tuần Kết đánh giá tập điểm thành phần học phần Để hỗ trợ SV tìm hiểu thêm dụng cụ hóa chất phịng thí nghiệm ảo, chúng tơi thiết kế bảng tra cứu hóa chất, dụng cụ dịch sang tiếng Việt * Bước 4: Trình diễn - Đánh giá Sau tuần thực tập, nhóm SV báo cáo sản phẩm trước lớp Giảng viên SV khác đánh giá, góp ý, nhận xét thí nghiệm ảo thiết kế phần mềm Yenka Sản phẩm đánh giá dựa tiêu chí: 96 Quy trình hướng dẫn sinh viên Sư phạm sử dụng phần mềm Yenka - Thí nghiệm phù hợp với mục đích dạy học nội dung chương trình hóa học phổ thơng - Thí nghiệm thiết kế đẹp, thuận tiện sử dụng - Hoạt động dạy học đề xuất hợp lý, vận dụng vào thực tế giảng dạy trường phổ thông * Bước 5: Rút kinh nghiệm Các nhóm sinh viên chỉnh sửa thí nghiệm ảo thiết kế theo ý kiến phản biện GV SV khác để hoàn thiện sản phẩm nhóm Các thí nghiệm ảo sau chỉnh sửa chia sẻ để làm tư liệu dạy học tham khảo cho toàn lớp 2.3 Thực nghiệm sư phạm 2.3.1 Phương pháp đối tượng thực nghiệm Nghiên cứu tiến hành thời gian ba tháng giảng dạy học phần ‘Ứng dụng tin học dạy học hóa học trường phổ thơng’ học kì II năm học 2010 - 2011 Nghiên cứu sử dụng phương pháp định tính thơng qua sản phẩm sinh viên phiếu phản hồi học phần nhóm đối tượng bao gồm 36 sinh viên K34 (2 nhóm) thuộc khoa Hóa đại học Sư phạm TP HCM 2.3.2 Kết thảo luận * Đánh giá sản phẩm sinh viên Sau tuần thực hiện, 100% nhóm SV hồn thành nhiệm vụ giao Một số nhóm SV chọn phương án hiệu chỉnh học có sẵn để phù hợp nội dung dạy học trường phổ thơng, số nhóm khác lại xây dựng kịch thí nghiệm hồn tồn Một số thí nghiệm nhóm sinh viên xây dựng sau: Ví dụ Thí nghiệm chứng minh nồng độ ảnh hưởng đến tốc độ phản ứng (Dùng cho Tốc độ phản ứng, Hóa học lớp 10) Thí nghiệm hiệu chỉnh từ học có sẵn thư viện - Mơ tả thí nghiệm: Điều chế khí CO2 cách cho canxi cacbonat tác dụng với dung dịch axit clohidric So sánh lượng khí thu từ ba thí nghiệm với nồng độ dung dịch HCl khác cách so sánh độ phồng bong bóng gắn đầu ống nghiệm - Hoạt động dạy học: + GV mở tập tin có dụng cụ thí nghiệm thiết kế sẵn + SV giới thiệu dụng cụ thí nghiệm, viết phương trình hóa học xảy thí nghiệm + SV dự đốn khác tốc độ khí ba ống nghiệm chứa dung dịch axit HCl có nồng độ khác 97 Thái Hoài Minh + SV đề nghị phương án để kiểm chứng dự đoán GV gợi ý SV sử dụng bong bóng để quan sát tốc độ khí Quả bóng đỏ gắn vào đầu ống dẫn khí ống nghiệm mà tốc độ phản ứng lớn nhất, bóng xanh vào đầu ống dẫn khí ống nghiệm mà tốc độ phản ứng bé nhất, bóng xanh dương vào đầu ống dẫn khí ống nghiệm cịn lại + SV sử dụng sử dụng máy tính để gắn bong theo suy đốn, sau nhấp chuột vào nút để quan sát tượng thí nghiệm + SV nêu tượng quan sát được, kiểm chứng lại dự đoán rút kết luận ảnh hưởng nồng độ đến tốc độ phản ứng Hình Thí nghiệm chứng minh ảnh hưởng nồng độ đến tốc độ phản ứng Ví dụ Thí nghiệm minh họa tính dẫn điện dung dịch chất điện ly (dùng cho Sự điện ly, Hóa học lớp 11) Thí nghiệm xây dựng hồn tồn Mơ tả thí nghiệm: Cho chất lỏng vào chậu thủy tinh Thử tính dẫn điện dung dịch cách đóng khóa quan sát đèn Đèn sáng dung dịch dẫn điện - Hoạt động dạy học: + GV mở tập tin có dụng cụ thí nghiệm thử tính dẫn điện dung dịch thiết kế sẵn + SV giới thiệu dụng cụ thí nghiệm Bộ dụng cụ thí nghiệm gồm chậu thủy tinh, nguồn điện nối với đèn hai kim loại hai cực Các hóa chất chuẩn bị khay đựng là: Nước, dung dịch HCl, dung dịch NaOH, muối ăn, đường glucozơ dạng rắn + SV tiến hành thí nghiệm thử tính dẫn điện muối ăn rắn, đường rắn, dung dịch muối ăn, dung dịch glucozơ, dung dịch HCl dung dịch NaOH ghi kết thí nghiệm vào phiếu học tập + SV thực thí nghiệm thử tính dẫn điện lần nữa, xem biểu diễn mức độ vi mô phân tử cách nhấp vào biểu tượng Atom Viewer Từ rút khác mức độ vi mô dung dịch dẫn điện không dẫn điện 98 Quy trình hướng dẫn sinh viên Sư phạm sử dụng phần mềm Yenka GV gợi ý dung dịch dẫn điện có tượng phân tử phân ly thành tiểu phân mang điện tích chuyển động tự gọi ion + SV kết luận nguyên nhân tính dẫn điện dung dịch hình thành khái niệm chất điện ly Hình Thí nghiệm tính dẫn điện dung dịch Ví dụ Dán nhãn phù hợp cho dung dịch H2 SO4 , KCl, Na2 CO3 , KNO3 , Na2 SO4 đựng lọ nhãn (dùng cho luyện tập cuối chương Oxi - Lưu huỳnh, Hóa học lớp 10) Thí nghiệm xây dựng hồn tồn Mơ tả thí nghiệm: Nhận biết dung dịch đựng lọ nhãn thuốc thử phù hợp Bài tập giúp SV hình dung quy trình thực tập nhận biết thực tế Hoạt động dạy học: - GV chia thành nhóm nhỏ khoảng - SV Các nhóm nhận nhiệm vụ: Dán nhãn phù hợp vào năm lọ hóa chất nhãn chứa dung dịch H2 SO4 , KCl, Na2 CO3 , KNO3 , Na2 SO4 - Các nhóm giải nhiệm vụ theo trình tự bước: + Bước 1: Lập kế hoạch để giải nhiệm vụ cách lựa chọn hóa chất dụng cụ cần thiết trình tự tiến hành thí nghiệm Trong thí nghiệm cần dùng dụng cụ ống nghiệm sạch, ống hút nhỏ giọt; hóa chất dung dịch HCl, giấy quỳ tím, dung dịch BaCl2 , dung dịch AgNO3 + Bước 2: SV lấy hóa chất, dụng cụ từ thư viện phần mềm hình + Bước 3: SV thực thao tác để nhận biết dung dịch theo kế hoạch lập Gắn nhãn phù hợp cho lọ nhãn ghi lại kết - Các nhóm báo cáo kết - GV tổng kết nhiệm vụ, liên hệ đến tập nhận biết thực tế phòng thí nghiệm Thơng qua báo cáo sản phẩm thí nghiệm ảo, nhận thấy em biết cách sử dụng phần mềm để thiết kế thí nghiệm ảo bước đầu xây dựng 99 Thái Hoài Minh hoạt động dạy học phù hợp với nội dung dạy học hóa học trường phổ thơng Sinh viên khơng sử dụng thí nghiệm ảo để minh họa kiến thức mà thiết kế hoạt động dạy học để học sinh tự khai thác củng cố kiến thức hóa học từ thí nghiệm * Đánh giá kết từ phiếu khảo sát Có 36 phiếu phản hồi phát 35 phiếu thu Kết thống kê ý kiến nội dung sử dụng phần mềm Yenka để thiết kế thí nghiệm hóa học cho kết sau: Stt Nội dung Kĩ thiết kế sử dụng thí nghiệm ảo cần thiết giáo sinh giáo viên hóa học Phần mềm Yenka có cơng cụ phù hợp để thiết kế thí nghiệm hóa học ảo Quy trình hướng dẫn sử dụng phần mềm Yenka để thiết kế thí nghiệm hóa học ảo hợp lý hiệu Tơi có kĩ thiết kế sử dụng thí nghiệm hóa học ảo sau hồn thành học phần Tơi sử dụng phần mềm Yenka để thiết kế thí nghiệm hóa học ảo dùng việc dạy học tơi sau Đồng ý Không Không đồng ý 100% 0% 0% 91,4% 8,6% 0% 97,1% 2,9% 0% 91,4% 8,6% 0% 85,7% 11,4% 2,9% Kết thống kê cho thấy tất sinh viên nhận thấy tầm quan trọng kĩ thiết kế thí nghiệm hóa học ảo Hầu hết sinh viên đánh giá cao quy trình hướng dẫn sử dụng phần mềm Yenka để thiết kế thí nghiệm hóa học ảo phù hợp với chương trình hóa học phổ thơng Trong mục ý kiến khác, số sinh viên đề nghị cần có văn hay đoạn phim hướng dẫn sử dụng phần mềm cụ thể thời gian hướng dẫn lớp hạn chế Một số sinh viên khác cho cần giới thiệu thêm số phần mềm khác để sinh viên có nhiều lựa chọn muốn thiết kế thí nghiệm hóa học ảo Tóm lại, kết báo cáo sản phẩm phiếu phản hồi sau học phần cho thấy tính khả thi hiệu quy trình rèn luyện kĩ thiết kế sử dụng thí nghiệm ảo hóa học cho sinh viên Tuy nhiên, cần bổ sung tài liệu tham khảo để người học tự nghiên cứu rèn luyện cách sử dụng phần mềm thiết kế thí nghiệm hóa học ảo khác Kết luận Với lượng hóa chất dụng cụ phong phú, sử dụng phần mềm Yenka để thiết kế hầu hết thí nghiệm vơ chương trình hóa học trung học phổ thơng Tuy 100 Quy trình hướng dẫn sinh viên Sư phạm sử dụng phần mềm Yenka nhiên khơng nên lạm dụng mà sử dụng thí nghiệm hóa học ảo thí nghiệm phức tạp, tốn nhiều thời gian chuẩn bị thực hiện, độc hại, nguy hiểm Phần mềm sử dụng để hướng dẫn SV thực hành phịng thí nghiệm GV thiết kế thành học để SV tự nghiên cứu Các thí nghiệm thiết kế hợp lý, khoa học, hình ảnh đẹp, sinh động từ phịng thí nghiệm hóa học ảo Yenka cơng cụ hỗ trợ tốt cho q trình dạy học Hóa học trường phổ thơng Kết thực nghiệm sư phạm cho thấy với quy trình hướng dẫn đề nghị, SV vận dụng ưu điểm phần mềm để thiết kế thí nghiệm ảo phù hợp với chương trình phổ thơng Thơng qua q trình thực nghiệm chúng tơi nhận thấy để SV vận dụng tốt phần mềm dạy học hóa học trường phổ thơng, bên cạnh rèn luyện kĩ tin học, SV cần trang bị kiến thức nghiệp vụ sư phạm liên quan để thiết kế hoạt động dạy học có sử dụng thí nghiệm ảo cách hiệu TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Crispen Bhukuvhani, Lovemore Kusure, Violet Munodawafa, Abel Sana, and Isaac Gwizangwe Bindura University of Science Education, Zimbabwe, 2010 Pre-service Teachers’ use of improvised and virtual laboratory experimentation in Science teaching International Journal of Education and Development using Information and Communication Technology 6.4 : 27-38 [2] Slavko KOCIJANCIC, and Colm O’SULLIVAN, 2004 Real or Virtual Laboratories in Science Teaching – is this Actually a Dilemma? Informatics in Education 3.2 : 239250 [3] www.yenka.com ABSTRACT Using Yenka to create virtual experiments for pre-service chemistry teachers This article discusses about the instruction of using Yenka, a free virtual lab, to design teaching materials in inorganic and electrochemistry at high school level for preservice chemistry teachers at Ho Chi Minh City University of Education throughout the course Applying Information Technology in teaching chemistry at high school The pedagogical experiment results proved the effectiveness and feasibility of this process 101 ... nghiệm ảo cần thiết giáo sinh giáo viên hóa học Phần mềm Yenka có cơng cụ phù hợp để thiết kế thí nghiệm hóa học ảo Quy trình hướng dẫn sử dụng phần mềm Yenka để thiết kế thí nghiệm hóa học ảo. .. 2,9% Kết thống kê cho thấy tất sinh viên nhận thấy tầm quan trọng kĩ thiết kế thí nghiệm hóa học ảo Hầu hết sinh viên đánh giá cao quy trình hướng dẫn sử dụng phần mềm Yenka để thiết kế thí nghiệm. .. học ảo hợp lý hiệu Tơi có kĩ thiết kế sử dụng thí nghiệm hóa học ảo sau hồn thành học phần Tơi sử dụng phần mềm Yenka để thiết kế thí nghiệm hóa học ảo dùng việc dạy học sau Đồng ý Không Không