sáng kiến kinh nghiệm dự thi 17

BÁO CÁO SÁNG KIẾN I ĐIỀU KIỆN HOÀN CẢNH TẠO RA SÁNG KIẾN Ơ nhiễm mơi trường vấn đề vô cấp bách không riêng vùng nào, từ thành thị, nông thôn tỉnh miền núi, đe dọa tới nguồn nước khơng khí, tàn phá đa dạng sinh học, gây biến đổi khí hậu nhiều hệ lụy khác ảnh hưởng trực tiếp tới đời sống người Trong số biện pháp mà Liên hợp quốc đề chiến lược bảo vệ mơi trường việc giáo dục ý thức cho hệ trẻ nhiệm vụ hàng đầu Hơn kết luận hội nghị lần thứ tám ban chấp hành trung ương khóa XI có nêu “Chủ động chuẩn bị phương án, nâng cao khả phòng tránh, giảm nhẹ thiên tai, ứng phó với biến đổi khí hậu” Nhận thức tầm quan trọng giáo dục môi trường thập kỷ phát triển bền vững, tháng 6/1998, Bộ trị ban chấp hành trung ương nước ta nhấn mạnh: Cần phải đưa vấn đề bảo vệ môi trường vào hệ thống giáo dục quốc dân, giáo dục môi trường (GDMT) xem nhiệm vụ vô quan trọng nhà nước ta nước giới, lẽ việc làm để bảo tồn phát triển bền vững “cái nôi nhân loại” Giáo dục mơi trường nhà trường lại có ý nghĩa quan trọng, xem biện pháp hàng đầu để bảo vệ mơi trường (BVMT) có hiệu GDMT giúp người có nhận thức đắn môi trường, việc khai thác sử dụng hợp lí tài ngun thiên nhiên có ý thức thực nhiệm vụ bảo vệ môi trường Nhà trường nơi đào tạo hệ trẻ, người chủ tương lai đất nước, người làm nhiệm vụ tuyên truyền giáo dục sau Nếu họ có đầy đủ nhận thức bảo vệ mơi trường, từ học ghế nhà trường đời, dù họ làm việc gì, nơi đâu, cương vị hoạt động nào, thực nhiệm vụ bảo vệ mơi trường cách có hiệu Thực tiễn chứng tỏ rằng, việc thực quan điểm tích hợp giáo dục dạy học giúp phát triển lực giải vấn đề phức tạp làm cho việc học tập trở nên có ý nghĩa học sinh so với việc môn học, mặt giáo dục thực riêng rẽ Tích hợp quan điểm giáo dục nhằm nâng cao lực người học, giúp đào tạo người có đầy đủ phẩm chất lực để giải vấn đề sống đại Với 11 môn học chương trình giáo khoa THPT, Vật lí mơn có nhiều hội để tích hợp nội dung giáo dục bảo vệ mơi trường Vì thế, thuận lợi cho việc giáo dục bảo vệ môi trường cho học sinh phổ thông kết hợp với mơn Vật lí Từ mối quan hệ ta tích hợp giáo dục bảo vệ mơi trường, để học sinh có ý thức sử dụng hợp lý nguồn tài nguyên bảo vệ môi trường II MƠ TẢ GIẢI PHÁP Mơ tả giải pháp trước tạo sáng kiến Ở trường trung học phổ thông (THPT), việc truyền thụ kiến thức GDMT đến học sinh thuận lợi hiệu hình thức tích hợp lồng ghép vào mơn học Bên cạnh kiến thức từ nội dung học, em cịn tích lũy kiến thức mơi trường từ hình thành ý thức bảo vệ, giữ gìn, kỹ sống Hiện nay, nội dung triển khai, phổ biến rộng rãi học kể khóa lẫn ngoại khóa, đặc biệt lồng ghép mơn học như: Hóa học, Vật Lý, Sinh học, Địa lý, Giáo dục công dân, Mô tả giải pháp sau tạo sáng kiến 2.1 Cơ sở lý luận vấn đề tích hợp giáo dục bảo vệ môi trường dạy học 2.1.1 Những vấn đề chung môi trường 2.1.1.1 Định nghĩa môi trường Theo điều 3, Luật bảo vệ mơi trường năm 2005 “Mơi trường bao gồm yếu tố tự nhiên vật chất nhân tạo bao quanh người có ảnh hưởng đến đời sống, sản xuất, tồn tại, phát triển người sinh vật” Môi trường sống người theo chức phân thành loại: - Môi trường tự nhiên: bao gồm yếu tố tự nhiên vật lí, hố học, sinh học, tồn ngồi ý muốn người, nhiều chịu tác động người Đó ánh sáng mặt trời, núi sơng, biển cả, khơng khí, động, thực vật, đất, nước Môi trường tự nhiên cho ta khơng khí để thở, đất để xây dựng nhà cửa, trồng cấy, chăn nuôi, cung cấp cho người loại tài nguyên khoáng sản cần cho sản xuất, tiêu thụ nơi chứa đựng, đồng hoá chất thải, cung cấp cho ta cảnh đẹp để giải trí, làm cho sống người thêm phong phú - Môi trường xã hội tổng thể mối quan hệ người với người, định hướng hoạt động người theo khuôn khổ định, tạo nên sức mạnh tập thể thuận lợi cho phát triển, làm cho sống người khác với sinh vật khác Môi trường xã hội thể cụ thể luật lệ, thể chế, cam kết, quy định, ước định Ngoài ra, người ta cịn phân biệt khái niệm mơi trường nhân tạo, bao gồm tất nhân tố người tạo như: nhà ở, phương tiện lại, công viên Môi trường nhà trường bao gồm không gian trường, sở vật chất trường như: lớp học, phịng thí nghiệm, sân chơi, vườn trường, thầy cô giáo, nội quy nhà trường, tổ chức xã hội đồn, đội Như vậy: mơi trường tất có xung quanh ta, cho ta sở để sống phát triển Cấu trúc mơi trường tự nhiên gồm thành phần sau: a Thạch Thạch toàn lớp vỏ Trái đất phần lớp Manti (đến độ sâu khoảng 100 km) đáy đại dương b Thủy Thủy lớp vỏ lỏng không liên tục bao quanh Trái đất gồm: nước ngọt, nước mặn trạng thái rắn (băng, tuyết), lỏng nước Nước cần cho tất sinh vật sống Trái đất môi trường sống nhiều lồi sinh vật c Khí Khí lớp vỏ khơng khí bao bọc xung quanh Trái đất, hình thành nước chất khí từ Thủy Thạch Khơng khí đóng vai trị quan trọng đời sống người giới sinh vật Các thành phần khơng khí bao gồm nitơ, ơxi, nước số loại khí trơ tham gia vào trình xảy Trái đất Hiện nay, tình trạng nhiễm khơng khí thực gây hại cho sống bề mặt Trái đất d Sinh Sinh hệ thống tự nhiên động, phức tạp Sự sống bề mặt Trái đất phát triển nhờ vào tổng hợp mối quan hệ tương hỗ sinh vật với mơi trường, tạo thành dịng liên tục trình trao đổi vật chất lượng, mà thường gọi chu trình sinh địa hóa như: chu trình nước, chu trình cacbon, chu trình nitơ, chu trình photpho Nhờ hoạt động chu trình mà vật chất chu chuyển, sinh vật sống tồn trạng thái cân động, giúp cho chúng ổn định phát triển 2.1.1.2 Các chức môi trường Mơi trường có chức bản: a Mơi trường không gian sinh sống cho người giới sinh vật Trong sống ngày, người cần khoảng không gian định để phục vụ nhu cầu sống như: khơng khí để thở, nước để uống, nhà ở, đất để sản xuất, để vui chơi, giải trí Theo tính tốn, trung bình người ngày cần 4m khơng khí để hít thở; 2,5 lít nước để uống, lượng lương thực, thực phẩm đủ để sản sinh khoảng 2000 đến 2400 calo lượng nuôi sống thân Chức địi hỏi phải có khoảng khơng gian thích hợp cho người để ở, sinh hoạt sản xuất b Môi trường nơi chứa đựng nguồn tài nguyên cần thiết cho đời sống sản xuất người Để tồn phát triển, người tác động vào hệ thống tự nhiên để tạo cải vật chất, lượng cần thiết cho hoạt động sinh sống, sản xuất Thiên nhiên nguồn cung cấp nguồn tài nguyên cần thiết cho người Các nguồn tài nguyên bao gồm: - Rừng tự nhiên: Tạo độ phì nhiêu cho đất, bảo tồn đa dạng sinh học, cung cấp gỗ củi, dược liệu trì cân sinh thái - Nguồn nước: cung cấp nước sinh hoạt, sản xuất, thủy hải sản, lượng, giao thông đường thủy cảnh quan cho du lịch - Động vật, thực vật: cung cấp lương thực, thực phẩm - Khí hậu: gồm khơng khí, nhiệt độ, ánh sáng mặt trời, gió mưa, khơng thể thiếu sống người động, thực vật - Các loại khống sản: than, dầu khí, thiếc, đồng cung cấp lượng nguyên liệu cho hoạt động sản xuất đời sống c Môi trường nơi chứa đựng chất phế thải đời sống sản xuất Trong hoạt động sản xuất sinh hoạt, người thải chất thải vào môi trường Chất thải tác động vi sinh vật yếu tố môi trường khác nhiệt độ, độ ẩm, khơng khí, bị phân hủy, biến đổi từ phức tạp thành đơn giản, từ thứ bỏ thành chất dinh dưỡng nuôi sống trồng nhiều sinh vật khác, làm cho chất thải trở lại trạng thái nguyên liệu tự nhiên Tuy nhiên, gia tăng dân số, thị hóa, cơng nghiệp hóa, lượng chất thải thải vào môi trường ngày nhiều phần lớn khơng qua xử lí, dẫn đến nhiều nơi, nhiều chỗ trở nên tải, gây ô nhiễm môi trường d Môi trường nơi lưu trữ cung cấp thông tin cho người - Cung cấp thông tin lịch sử địa chất, lịch sử tiến hóa vật chất sinh vật, lịch sử xuất phát triển loài người: vật, di người phát hiện, giúp giải thích nhiều bí ẩn diễn khứ Khi kết nối kiện với khứ, người dự đoán kiện xảy trước tương lai - Cung cấp thị mang tính chất tín hiệu để báo động sớm hiểm họa người sinh vật sống Trái đất Nhiều sinh vật phản ứng sinh lí thể với biến đổi điều kiện tự nhiên thông báo sớm cho cố bão, động đất, núi lửa - Mơi trường cịn lưu trữ cung cấp cho người đa dạng nguồn gen, động, thực vật, hệ sinh thái tự nhiên nhân tạo, vẻ đẹp, cảnh quan thiên nhiên để thưởng ngoạn 2.1.2 Tích hợp giáo dục bảo vệ môi trường dạy học vật lí bậc THPT 2.1.2.1 Sự cần thiết việc giáo dục bảo vệ mơi trường Những hiểm họa suy thối môi trường ngày đe dọa sống lồi người Chính vậy, bảo vệ mơi trường (BVMT) vấn đề sống nhân loại quốc gia Các nhà khoa học quản lí xác định nguyên nhân gây suy thối mơi trường thiếu hiểu biết, thiếu ý thức người Giáo dục BVMT biện pháp hữu hiệu nhất, kinh tế có tính bền vững để thực mục tiêu BVMT phát triển bền vững đất nước Thông qua giáo dục, người cộng đồng trang bị kiến thức môi trường, ý thức BVMT, lực phát xử lí vấn đề mơi trường Giáo dục BVMT cịn góp phần hình thành nhân cách người lao động mới, người chủ tương lai đất nước – người lao động, người chủ có thái độ thân thiện với môi trường, phát triển kinh tế hài hòa với việc BVMT, bảo đảm nhu cầu hôm mà không phương hại đến hệ mai sau Giáo dục BVMT vấn đề có tính chiến lược quốc gia tồn cầu Là tảng giáo dục quốc dân, với gần 18 triệu HS, chiếm 20% dân số, giáo dục phổ thơng giữ vai trị quan trọng việc hình thành nhân cách người lao động Tác động đến 18 triệu HS phổ thông tác động đến 20% dân số trẻ Nếu đội ngũ có chuyển biến nhận thức, tư tưởng hành vi, tất yếu có thay đổi lớn cơng tác BVMT Đích quan trọng giáo dục BVMT không làm cho người hiểu rõ cần thiết phải BVMT mà quan trọng phải có thói quen, hành vi ứng xử văn minh, lịch với mơi trường Điều phải hình thành trình lâu dài phải bắt đầu từ tuổi ấu thơ 2.1.2.2 Mục tiêu giáo dục bảo vệ môi trường trường THPT Giáo dục BVMT nói chung có mục tiêu đem lại cho người học vấn đề sau: - Hiểu biết chất vấn đề mơi trường: tính phức tạp, quan hệ nhiều mặt, nhiều chiều, tính hữu hạn tài nguyên thiên nhiên khả chịu tải môi trường; quan hệ chặt chẽ môi trường phát triển, môi trường địa phương, vùng, quốc gia với mơi trường khu vực tồn cầu - Nhận thức ý nghĩa, tầm quan trọng vấn đề môi trường nguồn lực để sinh sống, lao động phát triển cá nhân, cộng đồng, quốc gia quốc tế Từ có thái độ, cách ứng xử đắn trước vấn đề môi trường, xây dựng quan niệm ý thức trách nhiệm, giá trị nhân cách để dần hình thành kĩ thu thập số liệu phát triển đánh giá thẩm mỹ - Có tri thức, kĩ năng, phương pháp hành động để nâng cao lực lựa chọn phong cách sống, thích hợp với việc sử dụng hợp lí khơn ngoan nguồn tài ngun thiên nhiên, tham gia có hiệu vào việc phịng ngừa giải vấn đề mơi trường cụ thể nơi sinh sống làm việc Mục tiêu giáo dục BVMT chương trình giáo dục phổ thông: * Kiến thức: HS hiểu - Khái niệm môi trường, thành phần môi trường, quan hệ chúng - Nguồn tài nguyên, khai thác, sử dụng, tái tạo tài nguyên phát triển bền vững - Sự ô nhiễm suy thoái môi trường (hiện trạng, nguyên nhân, hậu quả) - Các biện pháp BVMT * Thái độ - tình cảm: - Có tình cảm u q, tôn trọng thiên nhiên - Quan tâm thường xuyên đến mơi trường sống cá nhân, gia đình, cộng đồng - Ủng hộ, chủ động tham gia BVMT, phê phán hành vi gây hại môi trường 2.1.2.3 Nguyên tắc, phương thức, phương pháp giáo dục bảo vệ môi trường trường THPT * Nguyên tắc - Giáo dục BVMT lĩnh vực giáo dục liên ngành, tích hợp vào môn học hoạt động Giáo dục BVMT khơng phải ghép thêm vào chương trình giáo dục môn riêng biệt hay chủ đề nghiên cứu mà hướng hội nhập vào chương trình - Mục tiêu, nội dung phương pháp giáo dục BVMT phải phù hợp với mục tiêu đào tạo cấp học, góp phần thực mục tiêu đào tạo cấp học - Giáo dục BVMT phải trang bị cho HS hệ thống kiến thức tương đối đầy đủ môi trường kĩ BVMT, phù hợp với tâm lí lứa tuổi Hệ thống kiến thức kĩ triển khai qua mơn học hoạt động theo hướng tích hợp nội dung qua mơn học, thơng qua chương trình dạy học khóa hoạt động ngoại khóa, đặc biệt coi trọng việc đưa vào chương trình hoạt động giáo dục lên lớp - Nội dung giáo dục BVMT phải ý khai thác tình hình thực tế môi trường địa phương Nội dung phương pháp giáo dục BVMT phải trọng thực hành, hình thành kĩ năng, phương pháp hành động cụ thể để HS tham gia hiệu vào hoạt động BVMT địa phương, đất nước, phù hợp với độ tuổi - Cách tiếp cận giáo dục BVMT là: giáo dục môi trường, mơi trường mơi trường, đặc biệt giáo dục mơi trường Coi thước đo hiệu giáo dục BVMT - Phương pháp giáo dục BVMT nhằm tạo cho người học chủ động tham gia vào trình học tập, tạo hội cho HS phát vấn đề môi trường tìm hướng giải vấn đề tổ chức hướng dẫn GV - Tận dụng hội để giáo dục BVMT phải đảm bảo kiến thức mơn học, tính logic nội dung, không làm tải lượng kiến thức tăng thời gian học * Phương thức giáo dục - Giáo dục BVMT lĩnh vực giáo dục liên ngành, vậy, triển khai theo phương thức tích hợp Nội dung giáo dục BVMT tích hợp môn học thông qua chương, cụ thể Việc tích hợp thể mức độ là: + Mức độ toàn phần: Mục tiêu nội dung học chương phù hợp hoàn toàn với mục tiêu nội dung giáo dục BVMT + Mức độ phận: Chỉ có phần học có mục tiêu nội dung giáo dục BVMT + Mức độ liên hệ: Có điều kiện liên hệ cách logic Ở THPT tích hợp giáo dục BVMT tất môn, nhiên, số mơn có hội tích hợp nhiều như: Sinh học, Hóa học, Vật lí, Địa lí, Cơng nghệ, Giáo dục cơng dân Ngồi ra, dạy học số chuyên đề như: Tác động nóng lên tồn cầu, sản xuất - Các hoạt động giáo dục BVMT lớp học: + Câu lạc môi trường: sinh hoạt theo chủ đề bảo vệ rừng, bảo vệ động vật hoang dã, sử dụng lượng sạch, + Hoạt động tham quan theo chủ đề: vườn quốc gia, khu bảo tồn, công viên, vườn thú, danh lam thắng cảnh, nơi xử lí rác, nhà máy, bảo tàng + Điều tra, khảo sát, nghiên cứu tình hình mơi trường địa phương, thảo luận phương án xử lí + Hoạt động trồng cây, xanh hóa nhà trường + Tổ chức thi tìm hiểu mơi trường: thi điều tra, sáng tác (vẽ, viết ), văn nghệ chủ đề môi trường + Hoạt động Đồn TNCS Hồ Chí Minh bảo vệ mơi trường: vệ sinh trường, lớp, thơn xóm, tham gia chiến dịch tuyên truyền BVMT nhà trường, địa phương c Các phương pháp giáo dục bảo vệ môi trường Là lĩnh vực giáo dục liên ngành, giáo dục BVMT sử dụng nhiều phương pháp dạy học môn, chịu chi phối phương pháp đặc trưng mơn, có phương pháp có tính đặc thù Vì vậy, ngồi phương pháp chung như: thảo luận, trò chơi, giáo dục BVMT thường vận dụng nhiều phương pháp khác như: - Phương pháp tham quan, điều tra, khảo sát, nghiên cứu thực địa: Có thể triển khai theo cách: + Tổ chức cho HS tham quan học tập khu bảo tồn thiên nhiên, nhà máy xử lí rác, khu chế xuất, danh lam thắng cảnh, + Lập nhóm tìm hiểu, nghiên cứu mơi trường trường địa phương.Các nhóm có nhiệm vụ: Điều tra, tìm hiểu, nghiên cứu tình hình mơi trường khu vực em khảo sát, báo cáo kết quả, nêu phương án cải thiện mơi trường - Phương pháp thí nghiệm: Ví dụ: thí nghiệm tiết kiệm lượng, thí nghiệm ủ rác dạy xử lí rác thải để biết khả phân hủy loại rác, Ở nơi có điều kiện, tiến hành thí nghiệm ảo mơ hình hóa qua chương trình phần mềm vi tính như: mơ hình chu trình nước, mơ hình sản xuất nước sạch, mơ hình khí nhà kính, - Phương pháp khai thác kinh nghiệm thực tế để giáo dục: Mơi trường có vấn đề tồn cầu tầng ơzơn, Trái đất nóng lên có vấn đề gần gũi với HS cơm ăn, nước uống, khơng khí để thở, ánh sáng để nhìn, nhà cửa, cối Các em nhìn thấy, sờ thấy, nhận biết kinh nghiệm thực tế GV cần tận dụng đặc điểm để giáo dục em - Phương pháp hoạt động thực tiễn: Đích cuối mà giáo dục BVMT cần đạt tới hành động dù nhỏ thiết thực nhằm góp phần cải thiện môi trường địa phương Hoạt động thực tiễn giúp HS ý thức giá trị lao động, rèn luyện kĩ năng, thói quen BVMT Giáo viên tổ chức hoạt động như: trồng cây, thu gom rác, dọn trường lớp - Phương pháp giải vấn đề cộng đồng: Ở cộng đồng địa phương có vấn đề xúc mơi trường riêng Ví dụ: mơi trường làng nghề, mơi trường rừng, môi trường biển ven bờ, môi trường khu vực công nghiệp GV cần khai thác tình hình mơi trường địa phương để giáo dục HS cho đảm bảo tính thiết thực hiệu Phương pháp đòi hỏi GV phải thu thập số liệu, kiện tìm hiểu tình hình mơi trường địa phương, tổ chức hoạt động phù hợp để HS tham gia góp phần cải tạo mơi trường - Phương pháp học tập theo dự án: Đối với HS THPT, cho em nghiên cứu vấn đề môi trường địa phương GV người hướng dẫn Việc lựa chọn Trong thể người nước chiếm đến 65 – 70% trọng lượng, nước tham gia vào thành phần cấu tạo tế bào, mô, thành phần máu để giúp máu lưu thông dễ dàng huyết quản, dung mơi để hịa tan chất dinh dưỡng, khí oxy, hormon, chất men theo dòng máu vận chuyển cung cấp cho quan để trì sống, hoạt động chức phát triển Đồng thời thu nhận khí CO2 đến thải phổi chất độc để chuyển hóa gan, thải mật nước tiểu Nước giúp thể điều hòa thân nhiệt thân nhiệt người vượt 420C tử vong Nước làm cho da dẻ tươi sáng, mát mẻ người uống đủ nước khoảng – lít nước/ngày tùy theo mùa thể trạng Nước cần dùng sinh hoạt để vệ sinh cá nhân, nhà cửa, thực phẩm, áo quần… Trong đời sống nước nuôi sống thực vật sinh động vật cung cấp chất thực phẩm dinh dưỡng, thuốc men cho người nguyên vật liệu chế tác đồ dùng, tạo rừng xanh, sông rộng, biển bao la, tạo môi trường xanh mát che chở cho người Đối với môi trường tự nhiên nước tạo vịng tuần hồn “ mưa – nước – nước biển – mưa” để trì sống phát triển mn lồi, điều hịa khí hậu tồn cầu tránh tổn hại nguy hiểm nhiệt độ thay đổi nhanh ngày đêm Người ta nhịn đói – 10 ngày khơng sống sót khơng có nước q ngày Cho nên nói khơng có nước khơng có sống chắn Hiện nay, nhu cầu sử dụng nguồn nước cho mục đích sinh hoạt người ngày lớn Đáp ứng nhu cầu sử dụng nước vấn đề thách thức toàn giới Thiếu nước không mối lo ngại quốc gia mà vấn đề tồn cầu Vấn đề khơng nước Châu Phi, vùng sa mạc hóa, mà vùng có nguồn nước sơng chảy qua thiếu nước sử dụng cho mục đích sinh hoạt người Sự ô nhiễm nguồn nước mặt nước ngầm, phát triển công nghiệp phát nguồn khí thải nhiễm, nước thải, chất thải rắn nguy hại hoạt động khai thác khoáng sản người gây Ở Việt Nam nay, nguồn cung cấp nước sinh hoạt chủ yếu nước ngầm Nguồn nước ngầm số tỉnh thành như: Hà Nam, Hưng Yên, Vĩnh Phúc Long An, An Giang, Hà Tĩnh… thường chứa kim loại 53 nặng độc hại sắt, mangan, asen, thủy nhân , chì, cadimin Con người sử dụng nguồn nước bị ô nhiễm lâu ngày nguyên nhân gây bệnh hiểm nghèo như: bệnh da, mắt, ung thư, dịch bệnh lây qua nguồn nước Đặc biệt vùng nông thôn, vùng sâu vùng xa chưa có nhiều nhà máy nước thành thị Đa số vùng nông thôn, người sử dụng nước giêng khoan để phục vụ nhu cầu sinh hoạt ngày Để loại bỏ kim loại nặng độc hại khỏi nguồn nước, thường sử dụng phương pháp hóa học, hóa – hóa lý như: kết tủa, trao đổi ion, màng lọc, phương pháp oxi hóa, hấp phụ…Hiện nay, phương pháp hấp phụ đặc biệt quan tâm sử dụng nhiều nhờ ưu điểm vượt trội phương pháp khác Với lí nhóm nghiên cứu trường THPT A Hải Hậu đưa nghiên cứu thực đề tài : “ Thiết kế hệ thống lọc nước đầu nguồn dùng hộ gia đình vùng nơng thơn sở vật liệu Nano oxit kim loại chuyển tiếp” B CÁC VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU Ý tưởng nghiên cứu Sử dụng nguyên liệu: Cát thạch anh, than hoạt tính, vật liệu oxit kim loại kích thước Nano để xử lí kim loại nặng có nước sinh hoạt để tạo nguồn nước nhằm đảm bảo sức khỏe cho người Những câu hỏi nghiên cứu - Có phương pháp để xử lí nước sinh hoạt? - Hiện thị trường, có hệ thống lọc nước nào? Cơng nghệ hệ thống gì? - Hệ thống lọc nước dùng vật liệu Nano oxit kim loại chuyển tiếp loại bỏ kim loại nước hay không? Hiệu nào? Và hệ thống có ưu việt so với hệ thống có? - Cơ sở khoa học để thiết kế hệ thống lọc nước sử dụng vật liệu Nano oxit kim loại chuyển tiếp? 54 Giả thuyết khoa học Phương pháp phổ biến dùng để xử lý loại bỏ kim loại nặng khỏi nguồn nước sử dụng vật liệu hấp phụ, đặc biệt vật liệu nano Phương pháp hấp phụ sử dụng vật liệu nano cho hiệu cao vùng nơng thơn có nguồn nước bị nhiễm, chưa có nhà máy xử lý nước tập trung, thiết bị hấp phụ nhỏ gọn, dễ vận hành đầu tư không lớn Việc nghiên cứu chế tạo ứng dụng vật liệu nano oxit kim loại để hấp phụ kim loại nhiều nhà khoa học quan tâm đặc tính ưu việt chúng Vấn đề nghiên cứu Với đề tài này, vấn đề cần nghiên cứu là: - Tìm hiểu kim loại nặng tồn nước sinh hoạt ảnh hưởng kim loại đến thể người - Phương pháp xử lí kim loại phương pháp hấp phụ với vật liệu Nano oxit kim loại chuyển tiếp - Tạo sản phẩm nhỏ gọn, an toàn để xử lí kim loại nước sinh hoạt - Thực nghiệm nghiên cứu khả xử lí kim loại nước sinh hoạt hệ thống xử lí nước đầu nguồn dùng vật liệu Nano oxit kim loại chuyển tiếp Những điểm đề tài - Với hệ thống xử lí nước nhà máy nước cung cấp cho hộ dân nước nhiễm kim loại nặng - Với thiết bị lọc nước sử dụng hộ gia đình lượng nước thải thải nhiều, chiếm khoảng 20% lượng nước lọc Việc dẫn đến hao phí nước, tính kinh tế chưa cao - Với hệ thống lọc nước đầu nguồn dùng hộ gia đình sử dụng vật liệu Nano oxit kim loại chuyển tiếp khắc phục nhược điểm hệ thống trên.Cụ thể sau: Hệ thống mà nhóm nghiên cứu thiết kế có đặc điểm khơng có nước thải ra, hệ thống khơng sử dụng điện, chi phí chế tạo hệ thống không cao, lọc kim loại nặng có nước sinh hoạt Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài Đề tài nghiên cứu thành công giúp tạo hệ thống lọc kim loại nặng có hại cho sức khỏe, tạo nguồn nước đảm bảo phục vụ sinh hoạt cho gia 55 đình Hơn hệ thống đem lại hiệu kinh tế cao, tiết kiệm lượng nước định Do hệ thống khơng sử dụng điện nên cịn có ý nghĩa vơ quan trọng việc bảo vệ môi trường Điều có ý nghĩa vơ quan trọng điều kiện biến đổi khí hậu Khi mà lượng nước ngầm, tài nguyên thiên nhiên ngày khan việc ô nhiễm môi trường biến đổi khí hậu 2.1.2 Tình trạng nhiễm kim loại nặng nước sinh hoạt Việt Nam Việt Nam biết Nam quốc gia có nguồn nước mặt nước ngầm phong phú trữ lượng chất lượng.Trong năm gần nước ta, phát triển kinh tế gia tăng dân số nên môi trường nước ngày bị ô nhiễm kim loại nặng mà nguồn gốc chủ yếu từ công nghiệp giao thơng vận tải Các kim loại nặng nói chung lại khó loại bỏ biện pháp xử lý nước thải thông thường chúng xâm nhập vào nguồn nước sinh hoạt mức cao mức cho phép nguồn gốc nhiều bệnh hiểm nghèo, đe dọa sức khỏe tính mạng người Vì mà vấn đề nghiên cứu bảo vệ mơi trường nói chung mơi trường nước nói riêng trở thành mối quan tâm hàng đầu nhiều quốc gia tổ chức Thế Giới Ơ nhiễm mơi trường bao gồm: nhiễm khơng khí, đất nước Ba thành phần có mối quan hệ mật thiết với chất gây nhiễm di chuyển cho qua mặt phân cách môi trường Chẳng hạn hoạt động người làm tăng hàm lượng SO2, NO2 khí quyển, từ tạo mưa axit, mưa axit làm tăng độ axit đất làm tăng khả hòa tan kim loại nặng nước, gây ô nhiễm thêm nguồn nước Ngược lại, chất ô nhiễm môi trường nước giữ lại đất q trình di chuyển, thấm qua đất gây ô nhiễm tầng nước ngầm Cơ quan lượng ngyên tử Quốc tế (IAEA) có khuyến cáo cần thu nhập số liệu nhiễm phóng xạ, kim loại vết, hợp chất hữu môi trường đất, khơng khí, nước (bao gồm nước, bùn lắng động-thực vật thủy sinh), thực phẩm Theo tài liệu IAEA nay, hàng năm độc tố gây 56 kim loại hoạt động người vượt tổng số độc tố gây chất thải phóng xạ thải hữu Trước đây, nước ta có nghiên cứu nhiễm mơi trường Ta có đề tài nghiên cứu với quy mơ tồn quốc nhiễm phóng xạ nhân tạo Cs137 đất, đề với quy mơ tồn quốc nhiễm khí Cả hai đề tài có Bộ Khoa học, Cơng nghệ Môi trường quản lý Riêng môi trường nước có nghiên cứu riêng lẻ, địa phương sở nghiên cứu Ngoài ra, nội dung phương pháp đo đạc hạn chế, chủ yếu xác định yếu tố tiêu sinh học (vi khuẩn, virut), độ cúng, nhu cầu ôxy (BOD COD), tổng nito, photpho, sunfat, chất hữu cơ… Riêng kim loại nặng, độc hại Cd, As, Co, Hg, Mo, Pb, Ni….chưa quan tâm trước ta khó xác định phương pháp phân tích xử lý thông thường Trong năm gần đây, phát triển kinh tế, kéo theo gia tăng dân số nên số lượng khí thải nước thải ngày bị ô nhiễm kim loại nặng mà nguồn gốc từ công nghiệp giao thông vận tải Các kim loại nặng nói chung lại khó loại bỏ phương pháp xử lý nước thải thông thường chúng xâm nhập vào nguồn nước sinh hoạt mức độ cao giới hạn cho phép nguồn gốc bệnh hiểm nghèo: ung thư, tim mạch, gan, phổi Nguồn nước bị nhiễm q trình khai thác khống sản Với phát triển công - nông nghiệp giao thông vận tải, ô nhiễm môi trường nước nước ta tập trung chủ yếu vào khu công nghiệp khu dân cư lớn Hà Nội, TP Hồ Chí Minh, Hải Phịng, Đà Nẵng… Riêng Hà Nội, theo 57 thống kê có 500 nhà máy- xí nghiệp cỡ trung bình lớn, khoảng 30 bệnh viện, hàng trăm viện nghiên cứu, phịng thí nghiệm Mỗi ngày thải 400.000 m3 nước thải có 70% nước thải sinh hoạt Nước chủ yếu khơng xử lí xử lí qua loa Ơ nhiễm kim loại nặng nước không trực tiếp nước thải công nghiệp sinh hoạt mà cong từ nguồn gốc khác (giao thông vận tải, đốt than, đốt rác, phân bón, thuốc trừ sâu…) Riêng nước ta, đường ống dẫn nước cáp ngầm cũ nên có khả bị ăn mịn gây nhiễm Zn, Pb, Cd…vào môi trường nước Các kim loại nặng nằm chất thải dạng khí hay rắn gây ô nhiễm nguồn nước lắng rơi xuống mặt nước sông, hồ xuống đất bị mưa làm thấm vào tầng nước ngầm Ion kim loại nặng dễ kết hợp với nước tạo hidroxit 2.2 Phương pháp xử lí kim loại nặng nước 2.2.1 Phương pháp keo tụ Phương pháp keo tụ phương pháp loại bỏ kim loại nặng cách sử dụng muối keo tụ , sau sa lắng cuối q trình lọc làm nước Keo tụ trình hạt keo lấy tạp chất khỏi nguồn nước Quá trình đồng kết tủa với kim loại cách tạo phức với muối nhôm (sắt) clorit (hydroxit) với nưới vơi Hydroxit sắt vơ định hình hydroxit nhôm sản phẩm kết tủa từ muối nhôm (sắt) clorit muối nhôm (sắt) sunfat Trong hydroxit Ca(OH)2 Mg(OH)2 hình thành từ nước vơi q trình xử lý Sự hình thành sản phẩm khơng tan tạo điều kiện cho q trình loại bỏ kim loại từ môi trường nước cách sa lắng lọc Ưu điểm phương pháp: - Thao tác vận hành, bảo trì dễ dàng, đơn giản - Hóa chất sử dụng dễ kiếm khơng độc hại - Khơng sử dụng điện q trình xử lý - Phương pháp xử lý tồn nhiều nơi giới Nhược điểm phương pháp: - Phải bảo trì lọc thường xuyên - Thời gian cho lần bảo trì dài 58 - Cần có bước xử lý bùn thải - Q trình xử lý hiệu dải pH hẹp hóa chất kết tủa có nồng độ xác định - Cần xem xét có mặt ion cạnh tranh D TIẾN HÀNH NGHIÊN CỨU Xác định đối tượng nghiên cứu Như trình bày trên, phương pháp hấp phụ sử dụng phổ biến xử lí nước sinh hoạt có nhiều ưu điểm Chính lí nên nhóm nghiên cứu lựa chọn phương pháp hấp phụ để thiết kế hệ thống xử lí kim loại nặng nước sinh hoạt Với đề tài nhóm đối tượng mà nhóm nghiên cứu gồm có: Vật liệu hấp phụ hệ thống lọc nước sinh hoạt dùng hộ gia đình 1.1 Phương pháp hấp phụ xử lí nước sinh hoạt Khi xem xét quy trình cơng nghệ xử lý nước, có nhiều phương pháp ứng dụng song phương pháp hóa lý quan tâm Phương pháp hấp phụ phương pháp hóa lý thơng dụng, biết từ xa xưa, việc lọc nước than, cát, đá sỏi mà trước người xây dựng thành kỹ thuật lọc nước phục vụ đời sống Mơ hình phương pháp hấp phụ thường sử dụng Mơ hình phương pháp hấp phụ 59 Nước bị ô nhiễm thường chứa nhiều loại chất tan khác nhau, khó tách lọc phương pháp thơng thường, phương pháp oxi hóa – khử có giá thành xử lý cao khó khăn triển khai với quy mơ hộ gia đình, phương pháp hóa lý hấp phụ với hiệu xử lý cao sử dụng loại chất hấp phụ như: than hoạt tính, than củi Trong cơng nghệ xử lý nước, vai trị chất hấp phụ quan trọng Vật liệu hấp phụ đa dạng, hiệu xử lý cao, tách loại chất tan gây ô nhiễm hai dạng: chất vô chất hữu Đây tính ưu việt phương pháp hấp phụ vai trò chất hấp phụ ngày khẳng định công nghệ nano phát triển Nhận thấy rằng, sở phương pháp hấp phụ thiết bị chế tạo đơn giản, hiệu xử lý cao, thân thiện với người sử dụng, vật liệu hấp phụ đa dạng đặc biệt áp dụng cho nhiều nguồn nước có chất lượng nước khác Trong nghiên cứu nhóm tác giả sử dụng phương pháp hấp phụ để xử lý kim loại nặng nước sinh hoạt loại vật liệu oxit nano hỗn hợp Trong phương pháp xử lý cần bước tiền xử lý loại bỏ cặn, huyền phù để khơng gây tắc nghẽn dịng chảy thực Ngồi ra, nguồn nước ngầm có nguy ô nhiễm chất hữu hoạt động sản xuất tạo ngấm dần vào nguồn nước ngầm 1.1.1 Xử lí sơ cát hệ thống cát thạch anh Vật liệu cát thạch anh sau rửa sàng rung dây, để thu phân đoạn có kích thước hạt < 2,00 mm nung sơ 500oC để loại bỏ tạp chất Cát thạch anh 60 Cát thạch anh có tác dụng lọc thành phần lơ lửng có kích thước hạt nhỏ khơng có khả kết tủa để lắng tự nhiên Trong trình lọc, bề mặt cát thạch anh tạo lớp màng lọc hỗ trợ cho trình lọc Cát thạch anh vật liệu lọc tốt việc giữ kết tủa dạng bơng có độ nhớt cao khó tách khó lọc 1.1.2 Xử lí vật liệu hấp phụ Fe - Mn cát thạch anh Để phục vụ cho đề tài này, nhóm nghiên cứu cần khoảng 10kg vật liệu hấp phụ Dưới cách tạo 25kg vật liệu oxit nano hệ Fe – Mn silicat Quy trình sản xuất sau: Bước 1: Tạo gel Hòa tan 7,0 kg Fe(NO3)3.9H2O 0,37 kg Mn(NO3)2.6H2O 10 lít nước, ta dung dịch A Hịa tan 2,5 kg PVA lít nước nhiệt độ 80oC, ta dung dịch B Cho từ từ dung dịch A vào dung dịch B, Hỗn hợp dung dịch điều chỉnh để pH = dung dịch axit nitric loãng (HNO3 0,5 M) khuấy trộn nhiệt độ 80oC thời gian Bước 2: Phủ gel lên cát thạch anh Cho 25 kg cát thạch anh kích thước từ 0,5 mm đến mm rửa nước, sấy khô 100oC vào dung dịch gel tạo thành bước 1, khuấy trộn 0,5 máy khuấy Sau sấy hỗn hợp gel-cát thạch anh ướt 100oC để tạo hỗn hợp gel khô cát thạch anh Bước 3: Tạo vật liệu nano oxit hỗn hợp Fe – Mn/cát thạch anh Tiến hành nung hỗn hợp gel khô cát thạch anh thu bước 500oC thời gian để trình hủy nhiệt xảy tạo vật liệu dạng rắn Sản phẩm sau nung rửa nước để loại bỏ tạp chất bám dính sấy khô sản phẩm 80oC để thu 25 kg thành phẩm vật liệu nano oxit hỗn hợp Fe – Mn cát thạch anh sản phẩm 61 Vật liệu oxit hỗn hợp nano hệ Fe – Mn Vật liệu tạo thành có số tính chất sau: Có màu nâu đen, tỷ trọng riêng 2,5 g/cm3, nhiệt độ hoạt động từ 10oC đến 80oC, kích thước hạt từ 0,50 mm đến 1,00 mm Hệ thống lọc nước sau chế tạo 62 * Đánh giá tác dụng hệ thống lọc nước Sau chế tạo thành công hệ thống lọc nước sở vật liệu Nano oxit kim loại chuyển tiếp nhóm nghiên cứu tiến hành thử nghiệm số mẫu nước để đánh giá hiệu hệ thống - Một số mẫu nước nhóm nghiên cứu lấy để thử nghiệm hệ thống có kết sau: Nước trước lọc Nước sau lọc qua hệ thống Nhận xét: Quan sát mắt thường, nhóm nghiên cứu thấy nước ban đầu chưa lọc qua hệ thống có màu vàng nhạt màu xanh nhạt, có mùi hôi Sau lọc qua hệ thông nước vắt, khơng có mùi Để chắn hiệu hệ thống, nhóm nghiên cứu gửi mẫu nước kiểm tra Và kết cụ thể (có phụ lục kèm theo) 63 III HIỆU QỦA DO SÁNG KIẾN ĐEM LẠI Hiệu kinh tế - Do sáng kiến mặt khoa học giáo dục, áp dụng trình giảng dạy nhà trường nên khơng tính hiệu mặt kinh tế - Riêng đề tài NCKH tính lợi mặt kinh tế: + Tổng giá thành sản phẩm 1.000.000đ (1 triệu đồng) + Tuổi thọ từ đến năm + Lượng dùng: cho gia đình bình thường + Giá hệ thống lọc nước thị trường trung bình khoảng 7.000.000đ (7 triệu đồng) khoảng tháng lại phải thay lõi phải tiền điện hàng tháng Như sơ cho thấy sản phẩm làm lợi khoảng 10.000.000đ Hiệu mặt xã hội - Việc giáo dục ý thức bảo vệ môi trường không cho học sinh nhà trường mà cịn áp dụng cho toàn thể nhân loại Hơn hết hiểu rõ môi trường nơi sống nhân loại Việc bảo vệ môi trường không sách hay riêng ai, tổ chức hay đất nước mà toàn giới Đối xử tốt, sống thân thiện với môi trường, ta tận hưởng giây phút thư giãn, thoải mái bầu khơng khí lành, hưởng cảnh đẹp từ thiên nhiên - Tuy nhiên đừng nghĩ bảo vệ môi trường phải nghiên cứu cơng trình, máy móc đại việc chuyên gia, kỹ sư hay pháp luật mà hành động nhỏ nhặt cụ thể hàng ngày, góp phần tích cực vào việc bảo vệ mơi trường Theo tơi, việc góp phần bảo vệ mơi trường nâng cao nhận thức để người hiểu, biết, hành động mơi trường Chỉ có nhận thức đúng, suy nghĩ hành động đúng, hành động nhỏ góp phần lớn vào việc hình thành nếp sống văn minh, có trách nhiệm với môi trường Khả áp dụng nhân rộng - Đề tài hồn tồn áp dụng rộng rãi trường học, góp phần nâng cao ý thức bảo vệ môi trường học sinh 64 IV Cam kết không chép vi phạm quyền Tôi xin cam đoan sáng kiến kinh nghiệm làm viết, không chép nội dung người khác vi phạm quyền Hải Hậu, tháng 11 năm 2020 TÁC GIẢ SÁNG KIẾN CƠ QUAN ĐƠN VỊ ÁP DỤNG SÁNG KIẾN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Chính Trị (2004), “Bảo vệ mơi trường thời kì đẩy mạnh cơng nghiệp hóa, đại hóa đất nước”, Bộ Giáo dục Đào tạo (2005), Chỉ thị “Về việc tăng cường công tác giáo dục bảo vệ môi trường” Bộ Tài nguyên Môi trường (2013), Báo cáo trạng mơi trường Việt Nam Chính phủ (2003), Quyết định 256/2003/QĐ-TTg Chiến lược bảo vệ môi trường Quốc gia đến năm 2010 định hướng đến năm 2020 Nguyễn Hải Châu, Nguyễn Văn Khải, Nguyễn Văn Nghiệp, Nguyễn Trọng Sửu, Trần Văn Thành (2009), Giáo dục bảo vệ mơi trường mơn Vật lí Trung học phổ thông, Nxb Giáo dục Việt Nam Lưu Minh Đại, Đào Ngọc Nhiệm, Phạm Ngọc Chức, Vũ Thế Ninh, Nguyễn Đức Văn, Phương pháp sản xuất vật liệu nano oxit hỗn hợp Fe – Mn cát thạch anh để hấp phụ asen khỏi nước sinh hoạt, Bằng độc quyền giải pháp hữu ích, Cục sở hữu trí tuệ, Bộ Khoa học Công nghệ, 2015, số 1305 Phạm Văn Hiệp (2008), Nghiên cứu tích lũy kim loại nặng cadimium (Cd) chì (Pb) lồi Corbicula vùng cửa sông thành phố Đà Nẵng, Khóa luận tốt nghiệp, trường Đại học Sư phạm – Đại học Đà Nẵng K.Y Foo, B.H Hameed, Insights into the modeling of adsorption isotherm systems Chemical Engineering Journal, 156 (2010) 2–10 P.L Smedley, H.B Nicolli, D.M.J Macdonald, A.J Barros, J.O Tullio Hydrogeochemistry of arsenic and other inorganic constituents in groundwaters from La Pampa, Argentina Applied Geochemistry, 17 (3) (2002) 259 – 284 66 PHỤ LỤC: Phiếu phân tích kết nước lọc 67 ... Đối tượng dạy học dự án Học sinh: Khối 10 Lớp: Số thành viên: VII Thời gian thực dự án Thời gian thực dự án tiết Trong đó: - Tiết + 2: Dạy kiến thức có liên quan, giới thi? ??u dự án phân cơng nhiệm... dự án cá nhân xuất sắc F ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ DỰ ÁN Dự án đạt kết ? Học sinh nắm kiến thức ? Mức độ thành công dự án so với kế hoạch ? Sau dạy, cần rút kinh nghiệm ? 46 ➢ Kiểu 2: Giáo dục bảo vệ môi... thúc buổi trải nghiệm Ngày 6/5: Học sinh lớp hoàn thi? ??n thu hoạch buổi học Trải nghiệm theo nội dung hướng dẫn Giáo viên Vật lí lớp VI DỰ TRÙ KINH PHÍ: Th xe tô: 7.000.000 đồng Ăn sáng: 30.000/suất