Video: Trại nuôi lợn xả thải gây ô nhiễm, người dân “khốn khổ”
https://www.youtube.com/watch?v=1AxPRCSlMgs&t=3s
- GV nêu vấn đề: Hiện nay, nước thải chăn nuôi ở các vùng nông thôn đa phần thải trực tiếp ra môi trường hoặc là tự thấm mà chưa được thu gom, xử lý. Đã xuất hiện những “dòng sông chết” do lượng nước thải lớn gây ô nhiễm, ảnh hưởng nghiêm trọng đến cảnh quan, sức khỏe, sinh hoạt, và hoạt động sản xuất của người dân. Một trong những biện pháp để hạn chế ô nhiễm môi trường từ nước thải chăn nuôi
đó là ứng dụng VSV để xử lí nước thải. Đây là biện pháp an toàn bền vững để hạn chế tối đa mức độ gây ô nhiễm và bảo vệ bền vững môi trường sinh thái. Vì vậy, việc nghiên cứu chế tạo các chế phẩm vi sinh từ VSV là vấn đề cấp thiết.
- GV nêu các vấn đề cần giải quyết trong chủ đề giáo dục STEM:
+ Hiện nay có các phương pháp nào để xử lí nước thải chăn nuôi? Ưu nhược điểm của mỗi phương pháp?
+ Vì sao cần phải sản xuất chế phẩm IMO để xử lí nước thải chăn nuôi? + Nguyên liệu và quy trình tạo ra chế phẩm IMO để xử lí nước thải chăn nuôi như thế nào?
+ Cách sử dụng chế phẩm IMO để xử lí nước thải chăn nuôi như thế nào? + Ứng dụng của sản phẩm trong đời sống như thế nào?
- GV chia nhóm HS (mỗi lớp 4 nhóm), phát cho phiếu học tập KWL để tìm hiểu vấn đề.
K W L
Yêu cầu HS động não nhanh và ghi vào phiếu trả lời:
+ Hãy ghi những gì các em đã biết về ô nhiễm môi trường vào cột K + Hãy ghi những gì muốn tìm hiểu vào cột W
+ Hãy ghi những câu trả lời cho cột W vào cột L
- HS tiến hành chia nhóm, di chuyển vào các nhóm đã được chọn, và bầu nhóm trưởng, thư kí.
- HS quan sát, thảo luận và phân tích vấn đề GV đặt ra, trả lời các câu hỏi. - GV giao các nhiệm vụ học tập:
+ Tìm hiểu kiến thức Sinh học liên quan đến vấn đề.
+ Nghiên cứu và chế tạo sản phẩm: “Chế phẩm IMO để xử lí nước thải chăn nuôi”.
- HS thảo luận nhóm, lập kế hoạch thực hiện nhiệm vụ: xác định những công việc cần làm, thời gian dự kiến và phân công công việc trong nhóm.
- GV và HS thống nhất các tiêu chí đánh giá hoạt động học tập:
+ Phiếu đánh giá số 1: Tiêu chí đánh giá báo cáo kiến thức nền (I).
+ Phiếu đánh giá số 2: Tiêu chí đánh giá báo cáo đề cương nghiên cứu (II). + Phiếu đánh giá số 3: Tiêu chí đánh giá báo cáo sản phẩm (III).
+ Phiếu đánh giá số 4: Tiêu chí đánh giá kĩ năng làm việc nhóm (IV). + Rubric và các bảng kiểm đánh giá NL NCKH.
- GV hướng dẫn HS thu thập các nguồn thông tin: 1. Sách giáo khoa sinh học 10, NXB Giáo Dục
2. Lê Xuân Phương (2008), Giáo trình vi sinh vật học môi trường, NXB Đại Học Quốc Gia Hà Nội.
3. http://dnrtv.org.vn/tin-tuc-n54694/hieu-qua-tu-mo-hinh-dung-men-vi- sinh-imo.html
4. http://visinhorganica.vn/xu-ly-mui-hoi-chuong-trai-nuoi-heo?
thai-chan-nuoi-83054u.html?
- GV hướng dẫn HS lập kế hoạch thực hiện (nhiệm vụ, người thực hiện, thời gian hoàn thành).
- HS lập kế hoạch thực hiện, phân công công việc cho từng thành viên.
* Giai đoạn 2: Thực hiện dự án
Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp
(Tiết 2 - 40 phút, tại lớp học)
- GV hướng dẫn HS tìm hiểu kiến thức nền bằng các câu hỏi định hướng:
+ VSV là gì? Đặc điểm của VSV như thế nào?
+ Liệt kê các loại môi trường và các kiểu dinh dưỡng của VSV. Lấy ví dụ? + Phân biệt quá trình hô hấp, lên men ở VSV?
+ Phân biệt và nêu một số ví dụ về quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở VSV?
+ Mối quan hệ giữa quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở VSV? + Trình bày được một số thành tựu của công nghệ VSV và ứng dụng của VSV.
- GV tổ chức cho các nhóm HS báo cáo kiến thức nền bằng kĩ thuật lược đồ tư duy, kĩ thuật hỏi chuyên gia và kĩ thuật mảnh ghép đồng thời đánh giá qua các tiêu chí:
+ Yêu cầu HS di chuyển về 4 nhóm, hướng dẫn các nhóm di chuyển theo sự phân công vị trí của GV, mỗi nhóm có sơ đồ tư duy của nhóm để báo cáo kiến thức nền và phiếu đánh giá (I).
Vòng 1: Nhóm chuyên gia
Hoạt động theo 4 nhóm (10 - 11 HS), đánh số thứ tự các thành viên trong nhóm. Mỗi nhóm thực hiện nhiệm vụ được giao, mỗi cá nhân làm việc độc lập trong vài phút, ghi lại ý kiến của mình và thảo luận toàn nhóm đưa ra ý kiến chung. Khi thảo luận nhóm phải đảm bảo mỗi thành viên trong nhóm đều trình bày và trả lời được tất cả các câu hỏi trong nhiệm vụ được giao, để trở thành “chuyên gia” của lĩnh vực đã tìm hiểu và có khả năng trình bày lại ở vòng 2.
Nhóm 1: Trình bày khái niệm, đặc điểm của VSV; liệt kê được các loại môi trường và các kiểu dinh dưỡng của VSV.
Nhóm 2: Phân biệt được quá trình hô hấp, lên men ở VSV;
Nhóm 3: Phân biệt và nêu một số ví dụ về quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở VSV. Mối quan hệ giữa quá trình tổng hợp và phân giải các chất ở VSV. Nhóm 4: Trình bày một số thành tựu của công nghệ VSV và ứng dụng của VSV.
Tái cấu trúc thành nhóm mảnh ghép theo gợi ý hình minh họa kỹ thuật mảnh ghép. Hình thành nhóm 6 đến 7 người mới (1 - 2 người từ nhóm 1, 1 - 2 người từ nhóm 2, 1 - 2 người từ nhóm 3…). Các nhóm HS trình bày báo cáo nội dung tìm hiểu bằng sơ đồ tư duy.
Các câu trả lời và thông tin của vòng 1 được các thành viên trong nhóm mới chia sẻ đầy đủ với nhau. Khi mọi thành viên trong nhóm mới đều hiểu được tất cả nội dung ở vòng 1 thì nhiệm vụ mới sẽ được giao cho các nhóm để giải quyết.
Khi di chuyển sang các nhóm mảnh ghép nghe báo cáo, đồng thời các thành viên mới đánh giá sản phẩm của các nhóm theo nguyên tắc: Nêu ra 3 lời khen, 2 câu hỏi và 1 góp ý và đánh giá nhanh qua phiếu đánh giá báo cáo kiến thức nền (I). - GV hướng dẫn HS đề xuất giải pháp giải quyết vấn đề (giải pháp phải phác họa thành đề cương nghiên cứu).
- HS xây dựng ý tưởng nghiên cứu theo các nội dung: I. Lí do chọn đề tài
II. Nội dung nghiên cứu
1. Câu hỏi đặt ra cho vấn đề nghiên cứu. 2. Giả thuyết nghiên cứu
3. Cơ sở khoa học
4. Quy trình làm sản phẩm 5. Thu thập dữ liệu và phân tích III. Kết luận vấn đề nghiên cứu IV. Ứng dụng của sản phẩm Tài liệu tham khảo
Hoạt động 2: Nghiên cứu kiến thức nền và đề xuất giải pháp (tiếp theo)
(Tiết 2-5 phút trên lớp GV hướng dẫn HS luyện tập làm bài tập ở nhà)
- GV phát phiếu học tập, giao nhiệm vụ cho HS về nhà tự luyện tập hoàn thành các bài tập trong phiếu học tập (Mục: Công cụ đánh giá - Câu hỏi, bài tập).
- HS hoạt động cá nhân hoàn thành câu hỏi bài tập trong phiếu học tập. - GV đôn đốc, giải đáp thắc mắc cho HS, đánh giá qua đáp án phiếu học tập tập (Phụ lục 3.1).
Hoạt động 3: Lựa chọn giải pháp
(2 tuần ở nhà)
- GV giao nhiệm vụ cho HS hoàn thành đề cương nghiên cứu theo các tiêu chí đánh giá đề cương nghiên cứu (II).
- HS tiếp nhận nhiệm vụ hoàn thành đề cương nghiên cứu, theo các yêu cầu và tiêu chí của đề cương nghiên cứu.
- HS làm việc nhóm, chia sẻ, thảo luận, lựa chọn ra các ý tưởng phù hợp để hoàn thiện bản đề cương nghiên cứu, gửi báo cáo đề cương nghiên cứu cho GV.
Hoạt động 4: Chế tạo mẫu, thử nghiệm và đánh giá
(2 tuần ở nhà)
- HS chế tạo sản phẩm chế phẩm IMO, thử nghiệm sản phẩm, hoàn thiện báo cáo. - GV theo dõi, hướng dẫn, đánh giá HS trong quá trình thực hiện dự án.
Các bước để chế tạo sản phẩm IMO xử lí nước thải chăn nuôi như sau:
* Bước 1. Ðo diện tích cần xử lí thải:
+ Lựa chọn địa điểm sẽ làm sản phẩm (nhà bạn nào);
+ Ðo diện tích cần xử lí thải: theo tỉ lệ 5m2 cho 3 lít chế phẩm IMO. + Tính toán các nguyên liệu hợp lí với diện tích xử lí thải;
+ Ghi thông tin về các loại vật liệu cần tìm: nguyên liệu loại nào? Tỉ lệ nguyên liệu? Cần bao nhiêu kg hay g nguyên liệu mỗi loại? Các dụng cụ cần dùng để chế tạo sản phẩm?
Nguyên liệu: 3 hộp sữa chua; 200g men rượu; 5 quả chuối chín; 300g đường nâu; 3 gói men tiêu hóa; 1,5 kg cám gạo; 1 lít nước sạch.
Dụng cụ: 1 cái thùng có dung tích khoảng 20 lít, chày để giã men rượu, dụng cụ có độ cứng để trộn đều hỗn hợp, kéo, dao, que khuấy.
* Bước 2. Tìm kiếm, chuẩn bị các vật liệu dự kiến:
Phân công HS tìm kiếm các nguyên liệu, dụng cụ.
* Bước 3. Tiến hành chế tạo sản phẩm IMO:
+ Cho nước sạch vào thùng chứa đã chuẩn bị sẵn;
+ Bỏ đường và men tiêu hóa vào thùng rồi dùng que khuấy đều; + Ủ hỗn hợp khoảng 30’ (cho VSV sinh sôi nảy nở);
+ Chuối tiến hành cắt lát nhỏ, men rượu giã nhuyễn. Trộn đều các hỗn hợp (chuối, men rượu, cám gạo, sữa chua) lại với nhau. Ủ khoảng 2 tiếng. Trong thời gian ủ đảo đều hỗn hợp 1-2 lần, để giúp đạt hiệu quả cao hơn.
+ Đặt thùng ở nơi khô ráo. Ủ trong 7 ngày, mỗi ngày tiến hành khuấy đều hỗn hợp 2-3 lần, mỗi lần từ 3-5 phút
=> Kết quả sản phẩm thu được: Chế phẩm IMO thơm mùi men rượu, sủi bọt khí nhiều và có một màng men.
Pha trộn IMO gốc để xử lí thải theo tỉ lệ: 5 lít nước sạch : 1 lít IMO gốc.
* Bước 4. Hoàn thiện bảng ghi danh mục các vật liệu và tính giá thành chế tạo:
Vật liệu/ Dụng cụ Giá tiền Số lượng Tổng chi phí
Hộp sữa chua 6000đ 3 18.000đ
Men rượu 10.000đ 0,5kg 5000đ
Quả chuối chín 5 quả
Đường nâu 20.000đ 1,5kg 30.000đ
Men tiêu hóa 5000đ 3 gói 15.000đ
Cám gạo 1,5kg
Nước sạch 5 lít
Các dụng cụ
* Bước 5. Thu thập dữ liệu và phân tích kết quả:
● Thử nghiệm trên mô hình chuồng bò, chuống gà, chuồng lợn khu vực có mùi và nước thải.
- Hiện tượng xẩy ra: Khi tưới chế phẩm IMO lên các loại mô hình thì thấy có bọt khí xuất hiện và ngấm dần trên nền chuồng, sau 15-25 phút thì mất mùi hôi thối, nước thải trong hơn, lắng xuống.
- Giải thích kết quả:
Trong chế phẩm IMO có các VSV bản địa (vi khuẩn latic, trực khuẩn Biosubtly II, bi khuẩn quang hợp, vi khuẩn lactic, xạ khuẩn, nấm men,…). những loại VSV có lợi sẽ thúc đẩy nhanh chóng quá trình phân hủy những chất hữu cơ trong nước thải, phân thải và hấp thụ nhanh những khí độc ví dụ như NO2, COD, NH3, BOD5, H2S,...nhằm biến đổi chúng thành một dạng năng lượng tích cực khác, hay trừ khử mùi hôi và những nguy cơ lây nhiễm bệnh tật. Sản phẩm của quá trình này là CO2, H2O, đường, rượu, … còn có cả VSV. Các quá trình sinh học xẩy ra như sau:
Nếu không bị ảnh hưởng nghiêm trọng bởi các chất độc hại trong nước thải, các kênh rạch ao hồ có khả năng tự làm sạch nhờ hoạt động sống của VSV qua các quá trình cơ bản xẩy ra theo phản ứng sau:
+ Quá trình phân giải các chất hữu cơ trong điệu kiện hiếu khí:
+ Quá trình phân giải các chất hữu cơ trong điệu kiện kị khí:
Giai đoạn thủy phân: các chất hữu cơ bị thủy phân dưới tác dụng của các enzim VSV, sản phẩm cuối cùng sẽ là các chất khí chủ yếu CO2 và CH4.
Giai đoạn lên men axit: Những hydrat cacbon (đường, tinh bột, chất xơ) dễ bị phân hủy tạo thành các axit hữu cơ (axit axetic, axit butyric propionic) pH giảm
xuống <5 có kèm mùi hôi thối.
Giai đoạn chấm dứt lên men axit: các chất hữu cơ tiếp tục được phân giải tạo thành các chất khí khác nhau như CO2, N2, CH4, H2, …pH của môi trường dần tăng lên. Mùi thải rất khó chịu do thành phần của H2S, indol, scatol và mecaptan.
Giai đoạn lên men kiềm hay lên men metan: các sản phẩm trung gian, chủ yếu là xenluloza, axit béo, các hợp chất chứa nito tiếp tục bị phân hủy và tạo nhiều khí CO2, CH4, pH môi trường tăng lên và chuyển sang dạng kiềm.
- Kết luận giả thuyết đưa ra: Giả thuyết đưa ra là đúng, qua thí nghiệm thực nghiệm trên môi trường cho thấy IMO khử mùi chuồng trại, nước thải chăn nuôi.
● Kết luận vấn đề nghiên cứu:
Chế phẩm IMO có thể xử lí nước thải chăn nuôi, khử mùi hôi từ nước thải và phân chuồng trại. Chế phẩm IMO an toàn cho con người, cho động vật, thực vật và cho môi trường. Đây là sản phẩm của nền nông nghiệp bền vững. Hi vọng rằng nhiều người dân có thể biết đến chế phẩm IMO.
● Các ứng dụng của IMO:
Mô hình dùng men vi sinh IMO để xử lý mùi hôi chất thải, sản xuất phân bón và thuốc trừ sâu cần triển khai nhân rộng ra các khu dân cư, trường học, bệnh viện, trang trại chăn nuôi, vùng sản xuất nông nghiệp. Các ứng dụng của IMO có thể được ứng dụng như: làm thức ăn chăn nuôi, ủ phân, ủ rác, khử mùi chuồng trại chăn nuôi,rác thải sinh hoạt, giảm ô nhiễm môi trường, thậm chí 1 số loại như loại enzyme còn dùng để tẩy rửa như enzyme bồ hòn, làm thuốc bảo vệ thực vật, thuốc trừ sâu,làm phân bón cho đất, cây trồng .
Ngoài ra chế phẩm còn dùng để cải tạo lại đất, bổ sung nguồn vi sinh vật có lợi cho đất, xây dựng hệ sinh thái vi mô đã mất do lạm dụng thuốc trừ sâu và phân bón hóa học gây ra, giúp cải tạo nguồn nước trong nông nghiệp và nuôi thủy hải sản, làm men cho việc lên men các loại trái cây, hạt, rễ, củ, thực vật.Tạo ra các sản phẩm có lợi cho hệ tiêu hoá của con người và động vật.
Mô hình men vi sinh IMO giảm tối đa chi phí phân, thuốc bảo vệ thực vật; chủ động nguồn đầu tư hàng năm; tạo ra sản phẩm nông nghiệp hữu cơ hoàn toàn. Về phương diện môi trường, các phế phẩm và phụ phẩm nông nghiệp được tận dụng hoàn toàn, giảm thải; môi trường đất, nước ít bị tác động; giảm ô nhiễm môi trường không khí ở vùng trồng trọt, chăn nuôi, khu dân cư.
* Bước 6. Hoàn thiện bản nghiên cứu khoa học; chuẩn bị bài giới thiệu sản phẩm.
+ HS ghi chép các nội dung nghiên cứu được, chụp ảnh, video và các minh chứng để thể hiện tiến trình làm sản phẩm.
+ Sắp xếp logic, khoa học các nội dung cần trình bày. + Hoàn thiện bản nghiên cứu khoa học.
* Giai đoạn 3: Kết thúc dự án
(Tiết 3 - 45 phút tại lớp học)
- GV giao nhiệm vụ cho các nhóm HS lần lượt trình bày báo cáo đề tài nghiên cứu khoa học theo hình thức semina bằng video/ poweroit kèm thuyết trình.
- HS các nhóm lần lượt trình bày bài báo cáo.
- GV tổng hợp, khái quát hóa tri thức; hướng dẫn HS đánh giá quá trình học tập qua các phiếu đánh giá và các bảng kiểm NL NCKH.
- HS tự đánh giá sản phẩm dự án của nhóm; đánh giá sản phẩm dự án của các nhóm khác theo tiêu chí đã đưa ra; hoàn thành các bảng kiểm NL NCKH.
2.4. Đánh giá năng lực nghiên cứu khoa học
Chúng tôi tiến hành đánh giá NL NCKH thông qua quá trình theo dõi hoạt