Theo tài liệu “Tổ chức hoạt động trải nghiệm trong dạy học khoa học tự ở trường trung học cơ sở” của tác giả Cao Thị Song Hương (Chủ biên, 2019), các hoạt động thực hành ThN của HS trong CLB Hóa học có thể được thực hiện quy trình nghiên cứu khoa học hoặc quy trình thiết kế kĩ thuật.
* Quy trình nghiên cứu khoa học:
Hình 1.3. Sơ đồ quy trình nghiên cứu khoa học
- Bước 2: dự đoán câu trả lời (đưa ra giả thuyết).
- Bước 3: kiểm chứng giả thuyết (thực nghiệm kiểm chứng).
+ Hoạt động thực nghiệm bao gồm nhiều khâu như: thiết kế công cụ thực nghiệm, tiến hành thực nghiệm, thu thập thông tin và xử lý thông tin. Trong đó công cụ thực nghiệm có thể là các ThN hóa học, mô hình, mô phỏng …
+ Khi thực nghiệm kiểm chứng, kết quả có thể chứng minh giả thuyết ban đầu là đúng hoặc phủ định bác bỏ giả thuyết ban đầu. Nếu giả thuyết bị bác bỏ thì cần phải xây dựng giả thuyết mới và kiểm chứng lại giả thuyết mới. Quá trình này được lặp đi lặp lại cho đến khi giả thuyết đúng được chứng minh.
- Bước 4: kết luận. Giả thuyết đúng được chứng minh là một tri thức mới được hình thành đối với HS.
Qua đó nhận thấy rằng, kết quả của quy trình nghiên cứu khoa học là một tri thức mới được hình thành sau quá trình thực nghiệm nhiều lần.
Quy trình nghiên cứu khoa học có hai mức độ như sau:
- Nghiên cứu thông tin: là loại hình nghiên cứu mà trong đó HS tìm tòi, khám phá các thông tin, tính chất của một sự vật, hiện tượng.
Ví dụ: nghiên cứu về tính chất của nhôm hiđroxit. + HS đặt câu hỏi nghiên cứu.
+ Nêu giả thuyết: nhôm hiđroxit có tính lưỡng tính.
+ Thiết kế công cụ thực nghiệm: điều chế nhôm hiđroxit (từ nhôm clorua và khí amoniac)→ xét phản ứng giữa nhôm hiđroxit với axit clohiđric và với natri hiđroxit.
+ Tiến hành thực nghiệm.
+ Quan sát và ghi chép hiện tượng.
+ Nhận xét kết luận: nhôm hiđroxit vừa tan trong dung dịch axit mạnh, vừa tan trong dung dịch bazơ mạnh → nhôm hiđroxit có tính lưỡng tính.
Sau quá trình nghiên cứu, HS nhận thức được nhôm hiđroxi có tính lưỡng tính, tuy nhiên vẫn chưa tìm hiểu được đặc điểm chung của các hiđroxit lưỡng tính.
- Nghiên cứu quy luật: là loại hình nghiên cứu mà trong đó HS tìm tòi, khám phá ra các quy luật chung giữa về tính chất nào đó của các sự vật, hiện tượng.
Ví dụ: nghiên cứu về khả năng dẫn điện của một số dung dịch. + HS đặt câu hỏi nghiên cứu.
+ Nêu giả thuyết: tất cả các chất tan trong nước, đều làm nước dẫn điện được. + Thiết kế công cụ thực nghiệm: thử tính dẫn điện của các dung dịch: muối ăn, đường, rượu, giấm ăn, bột nở, bột ngọt, nước cất và nước vôi trong.
+ Tiến hành thực nghiệm.
+ Quan sát và ghi chép hiện tượng.
+ Nhận xét: nước cất không dẫn điện được, dung dịch đường và rượu cũng không dẫn điện. Các dung dịch giấm ăn, muối ăn, bột nở, bột ngọt và nước vôi trong dẫn điện được → giả thuyết sai.
+ Xây dựng lại giả thuyết: dung dịch của axit, bazơ và muối dẫn điện được. + Thiết kế công cụ thực nghiệm: thay thế các dung dịch ở trên bằng một số loại axit, bazơ và muối khác (axit clohiđric, natri hidroxit, nhôm sunfat và đồng (II) nitrat).
+ Thực hiện thực nghiệm.
+ Quan sát và ghi chép hiện tượng.
+ Nhận xét: tất cả các dung dịch này đều dẫn điện → giả thuyết đúng.
+ Kết luận: khi hòa tan axit, bazơ hoặc muối vào nước, nước sẽ dẫn điện được. Sau quá trình nghiên cứu, HS ngoài biết cụ thể một số dung dịch dẫn điện, một số dung dịch không dẫn điện mà còn biết tổng quát những dung dịch của các chất nào có khả năng dẫn điện (đó là các hợp chất axit, bazơ và muối).
Phân tích và so sánh quá trình nghiên cứu thông tin và nghiên cứu quy luật thông qua hoạt động nghiên cứu về vitamin C như sau:
Nghiên cứu thông tin Nghiên cứu quy luật
Câu hỏi nghiên cứu
Hàm lượng vitamin C trong quả chanh hay quả ổi sẽ cao hơn?
Vị chua của các loại quả có liên quan đến hàm lượng vitamin C trong các loại quả đó không? Giả thuyết
nghiên cứu
Vitamin C trong quả chanh sẽ cao hơn vitamin C trong quả ổi.
Những loại quả có vị càng chua sẽ càng có nhiều vitamin C hơn.
Nghiên cứu thông tin Nghiên cứu quy luật
Thực nghiệm kiểm chứng
Xác định hàm lượng vitamin C trong 10 ml nước cốt chanh và 10 ml nước ép ổi để so sánh.
Xác định hàm lượng vitamin C trong một số loại quả khác nhau (4 đến 5 loại, chanh, cam, ổi …).
Kết luận Hàm lượng vitamin C trong quả ổi sẽ cao hơn quả chanh.
Vị chua của quả không liên quan đến lượng vitamin C trong quả.
Qua đó thấy được, nghiên cứu quy luật có thể quá trình tổng hợp, khái quát hóa, hệ thống hóa những kết quả của nhiều nghiên cứu thông tin.
* Quy trình thiết kế kĩ thuật:
Hình 1.4. Sơ đồ quy trình thiết kế kĩ thuật
- Bước 1: nêu vấn đề, xác định nhu cầu cần thiết trong một bối cảnh cụ thể. - Bước 2: phát thảo một vài giải pháp dự kiến.
- Bước 3: thử nghiệm giải pháp.
lập kế hoạch thực hiện giải pháp, thực hiện giải pháp và thu thập dữ liệu, đánh giá kết quả thực hiện.
Nếu kết quả thực hiện giải pháp không đáp ứng nhu cầu thì cần phải thay đổi giải pháp và tiếp tục thử nghiệm giải pháp mới.
- Bước 4: kết luận: nếu giải pháp phù hợp với nhu cầu thì đó trở thành một sáng chế mới của HS.
Qua đó nhận thấy rằng, kết quả của quy trình thiết kế kĩ thuật là một sáng chế mới được tạo thành sau quá trình thử nghiệm nhiều lần.
Quy trình nghiên cứu khoa học và quy trình thiết kế kĩ thuật là hai quy trình quan trọng và đồng hành trong quá trình dạy học Hóa học và tổ chức các hoạt động trải nghiệm ở trường THPT.
- Quy trình nghiên cứu khoa học được thực hiện trong quá trình xây dựng và hình thành kiến thức mới.
- Quy trình thiết kế kĩ thuật được thực hiện trong quá trình vận dựng kiến thức vào thực tiễn hoặc bối cảnh cụ thể.
Quy trình nghiên cứu khoa học và quy trình thiết kế kĩ thuật tiếp nối nhau và khép kín tạo thành một chu trình khoa học – kĩ thuật (hay còn gọi là chu trình STEM).
Hình 1.5. Sơ đồ chu trình Khoa học – Kĩ thuật
Chu trình Khoa học – Kĩ thuật có dạng hình xoáy ốc: Từ những sản phẩm công nghệ hiện tại, quy trình nghiên cứu khoa học góp phần hình thành những kiến thức mới. Kiến thức mới ra đời, thông qua quy trình thiết kế kĩ thuật, lại tạo thành những sáng chế công nghệ mới. Cứ như vậy, sau mỗi chu trình, lượng kiến thức khoa học ngày càng tăng, đồng thời cũng có nhiều sáng chế công nghệ được tạo ra với trình độ cao hơn.
So sánh với các biểu hiện của năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên (trong chương trình giáo dục phổ thông môn Hóa học, 2018), chúng tôi nhận thấy thực hành theo quy trình nghiên cứu khoa học và quy trình thiết kế kĩ thuật phù hợp để phát triển năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên cho HS. Cụ thể, các biểu hiện của năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên được phát triển thông qua các bước của mỗi quy trình như bảng 1.1 sau:
Bảng 1.1. Định hướng phát triển các biểu hiện của năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên thông qua quy trình nghiên cứu khoa học và quy trình thiết kế kĩ thuật.
TT Biểu hiện của năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên
Quy trình nghiên cứu khoa học
Quy trình thiết kế kĩ thuật
1 Đề xuất vấn đề, đặt câu hỏi
liên quan đến vấn đề. Đặt câu hỏi Xác định nhu cầu 2 Xây dựng giả thuyết
nghiên cứu. Xây dựng giả thuyết Phát thảo giải pháp 3 Lập kế hoạch thực hiện. Thiết kế công cụ
thực nghiệm Lựu chọn giải pháp 4 Thực hiện kế hoạch. Tiến hành thực nghiệm Thử nghiệm 5 Báo cáo kết quả. Kết luận Kết luận
Các quy trình thực hành ThN này là cơ sở giúp chúng tôi thiết kế các bài thực hành ThN cho CLB Hóa học nhằm phát triển năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên cho HS lớp 10 ở chương 2.
1.5. Thực trạng thực hành thí nghiệm, sinh hoạt CLB Hóa học và phát triển năng lực tìm hiểu thế giới tự nhiên ở trường THPT Ngô Quyền, Quận 7,