Nghiên cứu tạo pin điện thực vật (lấy điện từ cây) có kết quả rõ ràng: Đồng hồ điện tử (điện áp tiêu chuẩn 1,5V) có thể chạy hàng ngày từ điện sinh ra từ cây, dễ thực hiện và có tính ứng dụng thực tiễn.
BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM - HỘI NGHỊ KHOA HỌC QUỐC GIA LẦN THỨ DOI: 10.15625/vap.2020.000128 THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ STEM: “PIN ĐIỆN THỰC VẬT” ĐỂ TỔ CHỨC DẠY HỌC NỘI DUNG ƠN TẬP CHƯƠNG I “CHUYỂN HĨA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở THỰC VẬT” - SINH HỌC 11 THPT La Việt Hồng1,*, Võ Trí Anh Thư2, Thái Thị Thanh Thương2 Tóm tắt: Nghiên cứu tạo pin điện thực vật (lấy điện từ cây) có kết rõ ràng: đồng hồ điện tử (điện áp tiêu chuẩn 1,5V) chạy hàng ngày từ điện sinh từ cây, dễ thực có tính ứng dụng thực tiễn Chúng vận dụng giáo dục STEM để xây dựng chủ đề “Pin điện thực vật”, đồng thời vận dụng dạy học Đối với chủ đề STEM này, học sinh (HS) vận dụng kiến thức liên môn học kỹ năng, tư sáng tạo để tạo “Pin điện thực vật”, đồng thời giải câu hỏi xoay quanh việc pin hoạt động thông qua kiến thức chương I “Chuyển hóa vật chất lượng thực vật” - Sinh học 11 Từ khóa: Chủ đề, dạy học, pin điện thực vật, sinh học, STEM MỞ ĐẦU Chủ đề dạy học STEM trường trung học (gọi tắt chủ đề STEM) chủ đề dạy học thiết kế dựa vấn đề thực tiễn kết hợp với chuẩn kiến thức, kỹ môn học khoa học chương trình phổ thơng Trong q trình dạy học, giáo viên tổ chức cho học sinh làm việc nhóm, sử dụng cơng nghệ truyền thống đại, cơng cụ tốn học để tạo sản phẩm có tính ứng dụng thực tế, phát triển kỹ tư học sinh (Lê Xuân Quang, 2015; Nguyễn Thanh Nga, 2017) Trong chủ đề STEM, chủ đề STEM dạy học vận dụng xây dựng sở kiến thức học sinh học loại chủ đề STEM bồi dưỡng cho học sinh lực vận dụng lí thuyết vào thực tiễn Các chủ đề STEM vận dụng nhiều môn học kết hợp với giúp HS hiểu được, vận dụng kiến thức học đồng thời giải vấn đề thực tiễn Ở chủ đề STEM Pin điện thực vật này, HS vận dụng kiến thức mơn Vật lí 11 (bài “Dịng điện chất điện phân”), Vật lí 11 nâng cao (bài “Pin điện hóa”) mơn Sinh học 11, Sinh học 11 nâng cao (Chương I: “Chuyển hóa vật chất lượng” phần A: Thực vật”) vào giải vấn đề tạo Pin điện thực vật có dịng điện từ Trước đây, có chủ đề STEM Pin điện hóa làm từ chanh, chuối tính thực tế chưa cao gây lãng phí Chủ đề STEM tạo “Pin điện thực vật” giúp HS có trải nghiệm thú vị bổ ích từ việc liên hệ kiến thức học, giúp HS có thái độ hướng tới việc bảo vệ môi trường, đồng thời tạo sản phẩm có tính ứng dụng đời sống hàng ngày VẬT LIỆU, DỤNG CỤ VÀ NỘI DUNG NGHIÊN CỨU 1Trường Đại học Sư phạm Hà Nội THPT Chun Nguyễn Chí Thanh, Đăk Nơng *Email: laviethong.sp2@gmail.com 2Trường PHẦN III NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GIÁO DỤC VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM 1041 2.1 Vật liệu, dụng cụ nghiên cứu - Vật liệu: cỏ Lan Chi (Chlorophytum Comosum), Lúa (Oryza sativa); đất trồng - Dụng cụ: lọ trồng (cốc thủy tinh 500 ml), đồng hồ điện tử (điện áp tiêu chuẩn 1,5V), dây nối, đồng (Cu), nhôm (Al) kích thước, máy VOM (đo điện áp) 2.2 Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp nghiên cứu lí thuyết: Nghiên cứu tài liệu chế tạo pin thực vật, tài liệu phương pháp dạy học tích cực, đồng thời nghiên cứu, vận dụng giáo dục STEM dạy học Sinh học - Phương pháp thực nghiệm: Thiết kế thực nghiệm chủ đề Pin thực vật dạy nội dung ơn tập chương chuyển hóa vật chất lượng để đánh giá hiệu chủ đề 2.3 Nội dung nghiên cứu Giới thiệu pin điện thực vật (lấy điện từ cây): pin điện thực vật có ưu điểm pin tự sạc, nguyên liệu đất xanh, khơng gây lãng phí ngun liệu pin điện hóa từ chanh, chuối, giấm Tồn tại: chưa có mức lượng pin điện hóa thơng thường Các lợi ích từ pin điện thực vật: + Thân thiện môi trường; + Từ nguồn lượng tái tạo: lượng mặt trời; + Năng lượng sinh học sản xuất chỗ: sản xuất điện trực tiếp, không cần thu hoạch cây, không cần vận chuyển, chi phí vật liệu thấp + Bền vững - Cách tạo pin điện thực vật: + Thiết kế thí nghiệm tạo điện từ ba đối tượng: Mẫu 1: lọ đất trồng cỏ Lan Chi (Chlorophytum Comosum); Mẫu 2: lọ đất trồng Lúa (Oryza sativa); Mẫu 3: lọ đất Bố trí thí nghiệm sơ đồ lấy kết trung bình từ lần đo điện áp (đo thời điểm ngày: Sáng: 7h; Trưa: 11h; Chiều: 17h) Tiến hành theo dõi mẫu thời gian ngày ghi nhận số liệu, từ đưa quy trình tạo pin điện thực vật (Hình 1) Hình Sơ đồ thí nghiệm tạo điện từ BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM 1042 + Thiết kế thí nghiệm so sánh sinh trưởng mẫu 1: cỏ Lan chi mẫu 2: Lúa sau 20 ngày Ghi nhận kết quả, từ đưa mẫu thích hợp để tạo pin - Thiết kế kế hoạch dạy học dạy thử nghiệm chủ đề STEM: “Pin điện thực vật” (ôn tập “Chuyển hóa vật chất lượng Thực vật”- Sinh học 11) - Đánh giá mức độ đáp ứng học KẾT QUẢ VÀ THẢO LUẬN 3.1 Kết thiết kế pin điện thực vật Bảng Kết hoạt động đồng hồ giá trị điện (mV) mẫu vật sau ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Ngày Mẫu Mẫu 1561 1572 1520 1475 1435 1436 1456 (1) (1) (1) (1) (1) (1) (1) Mẫu 1558 1543 1532 1457 1430 1411 1391 (1) (1) (1) (1) (1) (0) (0) Mẫu 1564 1513 1472 1385 1356 1294 1385 (1) (1) (1) (0) (0) (0) (0) (1): Đồng hồ hoạt động ổn định; (0): Đồng hồ hoạt động khơng ổn định Hình Kết hoạt động đồng hồ giá trị điện thế(mV) mẫu vật sau ngày Bảng So sánh sinh trưởng mẫu 1: cỏ Lan Chi mẫu 2: Lúa sau 20 ngày Ngày Mẫu Mẫu Mẫu Ngày Ngày 10 Cây xanh tốt Cây xanh tốt Cây xanh tốt Cây xanh tốt Với kết cho thấy: Ngày 20 Cây xanh tốt Cây cịi cọc, yếu ớt, vàng khơ dần chết PHẦN III NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GIÁO DỤC VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM 1043 + Mẫu có tốc độ giảm điện thấp mẫu 3, mẫu có xu hướng đạt mức ổn định 1,435V Như vậy, mức tiêu thụ điện giống mẫu có nạp bổ sung điện tích lớn có xu hướng đạt cân cơng suất ngõ ngõ vào, mẫu 2, Với kết trên, chọn thử nghiệm đồng hồ điện tử chạy ngày mẫu 1, đồng hồ hoạt động ổn định hàng ngày (kết nghiên cứu nhóm tác giả ghi nhận 30 ngày) + Việc lấy điện từ có kết trì điện hàng ngày chọn mẫu (cỏ Lan chi) Lúa tạo điện thời gian khơng dài (dưới 20 ngày) số nhược điểm như: nhanh chết, cần có chăm sóc bón phân đầy đủ để trì… Ngược lại cỏ Lan Chi dễ sống nơi ngập úng (bão hịa nước), khơng cần chăm bón nhiều, chi phí thấp dễ trồng sinh sản nhanh… Vì nên sử dụng cỏ Lan Chi làm vật liệu tạo sản phẩm ứng dụng để đạt hiệu Như vậy, với kết chúng tơi đưa quy trình tạo pin điện thực vật sau: A B A Tạo điện cực cho thí nghiệm B Bố trí điện cực C C Hồn thành sản phẩm Hình Quy trình tạo pin điện thực vật BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM 1044 3.2 Ưu điểm quy trình tạo Pin điện thực vật - Đơn giản, dễ thực - Có thể áp dụng vào việc thiết kế thiết bị ứng dụng đời sống hoạt động từ pin điện thực vật (đồng hồ để bàn, đèn LED trang trí, pin sạc…) 3.3 Thiết kế kế hoạch học minh họa THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ STEM: “PIN ĐIỆN THỰC VẬT” ĐỂ TỔ CHỨC DẠY HỌC NỘI DUNG ÔN TẬP CHƯƠNG I: CHUYỂN HÓA VẬT CHẤT VÀ NĂNG LƯỢNG Ở THỰC VẬT - SINH HỌC 11 I Mục tiêu học Sau học xong chủ đề học sinh có khả năng: Kiến thức: - Trình bày giải thích chế trao đổi khoáng rễ, quang hợp, hơ hấp thực vật - Giải thích ảnh hưởng yếu tố (trao đổi khoáng rễ, hô hấp rễ, quang hợp cây…) tới việc tạo điện Kĩ - Kĩ làm việc nhóm - Kĩ làm “chuyên gia” - Kĩ thuyết trình - Kĩ vận dụng lí thuyết vào thực tiễn: HS biết cách làm pin điện thực vật, từ HS thiết kế thiết bị ứng dụng đời sống hoạt động từ pin điện thực vật Thái độ - Có thái độ tích cực với việc bảo vệ xanh, bảo vệ môi trường Năng lực - Năng lực giao tiếp hợp tác - Năng lực giải vấn đề sáng tạo - Năng lực nghiên cứu khoa học II Chuẩn bị Giáo viên - Dụng cụ, nguyên liệu thực thí nghiệm: đất khơ, lọ (kín), đồng hồ, dây nối, kẹp cá sấu, đồng (Cu), nhôm (Al), máy đo hiệu điện (VOM) Học sinh - Chuẩn bị mẫu vật theo nhóm: Lúa, cỏ Lan Chi PHẦN III NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GIÁO DỤC VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM 1045 - Xem lại kiến thức về: + Mơn Sinh học: Chuyển hóa vật chất lượng thực vật (trao đổi khoáng, quang hợp, hơ hấp) Sinh học 11 + Mơn Vật lí: Cách mắc mạch điện nối tiếp (Vật lí 7); Pin điện hóa (Vật lí 11) III Quy trình tổ chức dạy học STEM Hoạt động 1: Tạo Pin điện thực vật - GV tiến hành chia lớp thành nhóm HS: 5-7 HS/nhóm - GV đặt thử thách: Trong thời gian 10 phút làm đồng hồ hoạt động cách sử dụng vật dụng kèm khác - GV tiến hành chia dụng cụ nhóm Nhóm Nhóm 1, 2, Nhóm 4, 5, Dụng cụ Đồng hồ, pin, dây nối, kẹp cá sấu, đồng, kẽm, máy VOM, lúa Đồng hồ, pin, dây nối, kẹp cá sấu, đồng, kẽm, máy VOM, cỏ Lan chi - GV quan sát lớp 1-2 phút đầu Nếu có nhóm chưa thực được, GV tiến hành gợi ý (hình thức gợi ý tùy vào số lượng nhóm chưa tiến hành Chẳng hạn nhóm chưa thực được, GV hướng dẫn chung cho lớp) Một số gợi ý (mức độ ưu tiên tăng dần từ xuống dưới): • Chậu xem nguồn điện • Đồng hồ hoạt động ổn định từ 1,3 -1,5V trở lên - Sau thời gian hoạt động, GV tiến hành cho HS đưa sản phẩm nhận xét kết nhóm Sau đưa mơ hình tạo pin điện thực vật hướng dẫn cách tiến hành: + Nguyên liệu: Hình Bộ dụng cụ làm pin điện thực vật (từ phải qua trái): đồng hồ điện tử loại 1,5V; đồng nhôm; máy đo (VOM); hai cỏ Lan chi; dây nối kẹp cá sấu + Thực hiện: - Dùng dây nối với kẹp cá sấu để tạo thành đoạn dây mắc nối tiếp, sau dùng kẹp cá sấu kẹp đồng nhôm vào đoạn dây để cắm xuống đất BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM 1046 - Nên cắm kim loại xa để tạo dòng dịch chuyển electron mạnh - Khi cắm xong nối hai đầu lại đoạn mạch với hai cực tương ứng đồng hồ Và sau có dịng điện chạy ổn định đồng hồ chạy Hoạt động 2: Tìm hiểu yếu tố ảnh hưởng đến việc tạo điện từ GV nêu vấn đề học tập, chia nhóm, giao nhiệm vụ cho nhóm Cách chia nhóm “Nhóm chuyên gia”: Chia lớp thành loại nhóm (đặt tên nhóm “xanh, đỏ, tím, vàng”; nhóm đánh số thứ tự thành viên từ đến hết) Lớp số lượng HS thực tế 32, lớp chia thành nhóm, nhóm HS “Nhóm mảnh ghép”: Cứ HS chuyên gia số thứ tự thành viên nhóm xanh, đỏ, tím, vàng hợp lại thành nhóm mảnh ghép, có nhóm mảnh ghép Nhiệm vụ nhóm - Nhóm chuyên gia GV giao nhiệm vụ cho nhóm chuyên gia: vòng phút tiến hành nghiên cứu yếu tố sau tới việc tạo điện từ + Nhóm màu đỏ (8 HS) Nghiên cứu tương tác tế bào lông hút với hạt keo đất (trao đổi chất rễ): Cấu tạo sinh lí tế bào lông hút phù hợp chức nhận nước, nhận khống nào? Trình bày phương thức trao đổi chất khống rễ đất? + Nhóm màu tím (8 HS) Nghiên cứu hô hấp rễ cây: Rễ hơ hấp mạnh sao? Cơ chế q trình hơ hấp? + Nhóm màu vàng (8 HS) Nghiên cứu trình quang hợp cây: Cơ chế trình quang hợp? Quang hợp tạo sản phẩm gì? Vai trị sản phẩm với rễ cây? + Nhóm màu xanh (8 HS) Nghiên cứu vai trò vi khuẩn, vi sinh vật đất cây: Mối quan hệ hệ vi sinh vật rễ rễ cây? Vì nói hệ vi sinh vật rễ chìa khóa giúp phát triển? - Nhóm mảnh ghép GV đặt nhiệm vụ cho nhóm mảnh ghép: thời gian 20 phút, thành viên cần thực nhiệm vụ: + Nhiệm vụ 1: Giải thích yếu tố ảnh hưởng tới việc tạo điện từ + Nhiệm vụ 2: Vẽ sơ đồ yếu tố ảnh hưởng thuyết trình trước lớp PHẦN III NGHIÊN CỨU KHOA HỌC GIÁO DỤC VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM 1047 - GV cho nhóm đại diện lên báo cáo kết thảo luận Các nhóm cịn lại lắng nghe, nhận xét, góp ý - GV tổng kết lại kiến thức: GV tổng kết yếu tố ảnh hưởng đến việc tạo điện từ cây: Trao đổi chất rễ thực tương tác tế bào lông hút rễ keo đất dịch đất Keo dịch đất chứa ion, trao đổi với ion bề mặt tế bào lông hút chủ động (năng lượng từ hô hấp) thụ động Từ có chuyển dịch dịng electron (vì chênh lệch hóa trị cation, anion) Đặc biệt có tham gia vi khuẩn (sử dụng chất hữu từ quang hợp sống xung quanh hệ rễ) diễn ra, dòng electron chuyển dịch mạnh Hoạt động 3: Luyện tập, củng cố, mở rộng Vận dụng kiến thức học bài, thiết kế thiết bị ứng dụng đời sống hoạt động từ pin điện thực vật (đồng hồ để bàn, đèn LED trang trí, pin sạc…) A B C D Hình Tổ chức dạy học chủ đề STEM: pin điện thực vật A: Sản phẩm hình đồng hồ để bàn HS chạy nhờ điện sinh từ cây; Hình B, C, D: HS thực hành Bài học dạy thử nghiệm lớp 11 chuyên Vật lí Trường THPT Chun Nguyễn Chí Thanh Đăk Nơng Về thời gian đảm bảo thực tiết dạy (45 phút), học sinh hoạt động theo nhóm, hứng thú với nội dung học KẾT LUẬN Sau học học HS biết cách làm pin điện thực vật, hiểu nguyên lí tạo điện từ cây, giải thích ảnh hưởng yếu tố (trao đổi khống rễ, hơ hấp rễ, quang hợp cây…) tới việc tạo điện cây, từ HS thiết kế thiết bị ứng dụng đời sống hoạt động từ pin điện thực vật TÀI LIỆU THAM KHẢO Bộ Giáo dục Đào tạo (2015), Lương Dun Bình (Tổng chủ biên), Vật lí 11, Nxb Giáo dục Việt Nam BÁO CÁO KHOA HỌC VỀ NGHIÊN CỨU VÀ GIẢNG DẠY SINH HỌC Ở VIỆT NAM 1048 Bộ Giáo dục Đào tạo (2015), Nguyễn Thế Khơi (Tổng chủ biên), Vật lí 11NC, Nxb Giáo dục Việt Nam Bộ Giáo dục Đào tạo (2015), Nguyễn Thành Đạt (Tổng chủ biên), Sinh học 11, Nxb Giáo dục Việt Nam Bộ Giáo dục Đào tạo (2015), Vũ Văn Vụ (Tổng chủ biên), Sinh học 11NC, Nxb Giáo dục Việt Nam Lê Xuân Quang (2017), Dạy học môn Công nghệ phổ thông theo định hướng giáo dục STEM, Luận án tiến sĩ Khoa học Giáo dục, Trường ĐHSP Hà Nội Nguyễn Thanh Nga (2017) Thiết kế tổ chức chủ đề giáo dục STEM cho học sinh THCS THPT, Nxb ĐHSP TPHCM DESIGNING THE STEM TOPIC “PLANT BATTERY” FOR TEACHING REVIEW CHAPTER I “METABOLISM AND ENERGETICS IN PLANTS” BIOLOGY 11 La Viet Hong1,*, Vo Tri Anh Thu2, Thai Thị Thanh Thuong2 Abstract: Research on creating plant batteries from soil and plants has resulted in the development of an electronic clock (1.5V) which runs daily, is easy to implement, and has high applicability For the Plant Battery STEM topic, students learn through experience, so that theory links with practice Therefore, STEM develops career orientation in students The article presents STEM design in teaching Biology for review chapter I “Metabolism and energetics in plant”Biology 11 Keywords: Biology, plant battery, STEM, teaching, Topic 1Hanoi Pedagogical University Chi Thanh High School for the Gifted Students, Dak Nong *Email: laviethong.sp2@gmail.com 2Nguyen ... hợp để tạo pin - Thiết kế kế hoạch dạy học dạy thử nghiệm chủ đề STEM: “Pin ? ?i? ??n thực vật? ?? (ơn tập “Chuyển hóa vật chất lượng Thực vật? ? ?- Sinh học 11) - Đánh giá mức độ đáp ứng học KẾT QUẢ VÀ THẢO... thực vật dạy n? ?i dung ôn tập chương chuyển hóa vật chất lượng để đánh giá hiệu chủ đề 2.3 N? ?i dung nghiên cứu Gi? ?i thiệu pin ? ?i? ??n thực vật (lấy ? ?i? ??n từ cây): pin ? ?i? ??n thực vật có ưu ? ?i? ??m pin tự... từ pin ? ?i? ??n thực vật (đồng hồ để bàn, đèn LED trang trí, pin sạc…) 3.3 Thiết kế kế hoạch học minh họa THIẾT KẾ CHỦ ĐỀ STEM: “PIN ? ?I? ??N THỰC VẬT” ĐỂ TỔ CHỨC DẠY HỌC N? ?I DUNG ÔN TẬP CHƯƠNG I: CHUYỂN